O artigo descreve como fazer aterramento de forma independente em uma casa de campo privada. Vamos entender os princípios do aterramento, aprenderemos como calcular a configuração deste dispositivo, determinaremos quais materiais são necessários.
Há cerca de 20-25 anos, estávamos construindo edifícios públicos e privados, sem sequer pensar na proteção eficaz de uma pessoa contra choques elétricos. Recentemente, tudo ficou diferente – nossas placas de distribuição de entrada estão ficando maiores, agora elas abrigam dezenas de disjuntores, vários RCDs e quase sempre há um barramento de aterramento separado lá. O que mudou? A eletricidade agora está literalmente ao nosso redor, um grande número de produtos de fiação surgiram em nossas casas, uma massa de eletrodomésticos e unidades de energia, que são fontes potenciais de perigo, além, talvez, tenhamos começado a valorizar mais a vida humana.
Os códigos de construção modernos (em particular, PUE) exigem que pelo menos uma das seguintes medidas seja aplicada para proteger uma pessoa em instalações residenciais:
- queda de voltagem;
- equalização potencial;
- uso de duplo isolamento de fios;
- uso de transformadores de isolamento;
- instalação de dispositivos de corrente residual;
- arranjo de aterramento, aterramento.
Claro, a questão da segurança deve ser abordada de forma abrangente e usada de todas as maneiras possíveis, mas o aterramento em casa deve ser obrigatório.
O aterramento de instalações elétricas é o método de proteção mais confiável e eficaz que, junto com outras medidas, torna a eletricidade doméstica absolutamente segura. Na verdade, o aterramento é uma conexão deliberada dos invólucros das instalações elétricas (elementos que não são energizados) com o solo. Para muitos proprietários de casas, a organização do aterramento parece ser muito cara e tecnologicamente avançada ou muito simples, o que também não é totalmente verdade..
Em uma casa particular, tecnicamente não é nada difícil fazer um aterramento confiável, já que a distância até o solo é muito pequena e você sempre encontrará áreas livres no quintal. Os residentes de edifícios de apartamentos antigos têm muito menos sorte, onde os laços de aterramento não funcionam mais, e então alguns compatriotas conseguem se aterrar individualmente nos andares superiores, colocando um condutor de seu apartamento ao longo das paredes do prédio até o solo. Enquanto isso, seria um erro acreditar que qualquer pino de ferro cravado no solo, ou qualquer cano d’água, se tornará um laço de aterramento normal de trabalho. O aterramento é um sistema constituído por vários elementos importantes com parâmetros nominais específicos, que funciona de acordo com certos princípios, interage intimamente com outros sistemas.
Fundamentos de aterramento de proteção
Em um dispositivo elétrico com defeito (por exemplo, se o isolamento do fio de alimentação estiver danificado), a tensão pode aparecer em sua caixa. Quando uma pessoa toca o dispositivo, a corrente corre para o solo, passando pelo seu corpo e muitas vezes causando danos irreparáveis, nem todos os dispositivos de proteção podem reagir ou ter tempo de interromper rapidamente o circuito. Por que a corrente vai para o solo? Porque aceita facilmente uma descarga, pois tem uma capacidade elétrica muito elevada. Se a corrente de fuga (através da corrente de condução fluindo entre dois ou mais eletrodos) for oferecida de outra forma mais simples, por exemplo, um condutor com uma resistência menor – para o aterramento não deve exceder 4 ohms, então irá para o solo ao longo dele, e não através de uma pessoa com resistência corporal 1 kOhm. Uma corrente de fuga ocorre no circuito e um dispositivo de corrente residual (RCD) desconecta a área danificada em uma fração de segundo.
É por isso que todos os atuadores e unidades elétricos modernos são projetados de forma que um condutor de aterramento possa ser conectado a eles e fios de três núcleos sejam usados para a fiação. Isto também se aplica a todos os eletrodomésticos modernos, onde o corpo e um dos contatos do plugue de alimentação são conectados – para alimentá-los, são utilizadas tomadas com contato PE (antenas). Todas as lâmpadas, lustres, arandelas têm terminais para conectar a fiação “amarela” e as caixas de metal dos quadros de distribuição e estruturas de metal nas quais o equipamento de energia está localizado são aterradas. Todos os consumidores de redes com tensão CA acima de 42 V são aterrados sem falhas, para corrente contínua – acima de 110 V. Observe que o aterramento fornece não apenas segurança elétrica às pessoas, mas também:
- estabiliza o funcionamento das instalações elétricas;
- protege os dispositivos de sobretensão;
- reduz a quantidade de interferência de rede e a intensidade da radiação eletromagnética de alta frequência.
O dispositivo de aterramento consiste nos seguintes elementos:
- chave de aterramento
- condutores de aterramento
O condutor de aterramento será qualquer parte do dispositivo de aterramento que conecta as instalações elétricas ao sistema de eletrodo de aterramento, são núcleos separados de fios (geralmente aceitos – em isolamento amarelo), elementos de circuitos externos e internos, um barramento especial localizado na blindagem.
Um condutor de aterramento é um eletrodo, a parte do circuito de aterramento que está em contato direto com o solo. Este elemento garante o fluxo das correntes para o solo e sua dispersão. Dependendo se elementos enterrados de estruturas de construção são usados para este ou um condutor especialmente criado, os condutores de aterramento naturais e artificiais são diferenciados. De acordo com a PUE, a preferência deve ser sempre dada ao uso de eletrodos de aterramento naturais (cláusula 1.7.35), em uma residência privada pode ser:
- caixa de metal bem;
- quaisquer dutos de aço, incluindo tubos para colocar fios elétricos;
- armadura de chumbo do cabo de alimentação;
- vários postes e suportes de metal na rua, por exemplo, elementos de cerca;
- concreto armado enterrado e elementos metálicos do edifício (colunas, treliças, minas, fundações).
Eletrodos artificiais podem ser usados se a resistência dos eletrodos de aterramento naturais não corresponder à norma, então iremos considerá-los em mais detalhes.
Cálculo do dispositivo de aterramento
O principal parâmetro que precisa ser calculado é a condutividade do eletrodo de aterramento. Em outras palavras, precisamos escolher um eletrodo com essa configuração para que a resistência do dispositivo de aterramento não ultrapasse o padrão. As disposições da PUE indicam os seguintes números, que são os máximos permitidos:
- 2 Ohm – para tensão de linha monofásica 380 volts;
- 4 ohms – para 220 volts;
- 8 ohms – para 127 volts.
Com corrente trifásica, as resistências máximas serão as mesmas 2, 4 e 8 ohms, mas apenas para tensões de 660, 380 e 127 volts, respectivamente.
O que determina a condutividade do sistema de eletrodo de aterramento (leia-se, a resistência do dispositivo de aterramento)? Simplificado – a partir da área de contato do eletrodo com o solo e resistividade do solo. Quanto maior o eletrodo de aterramento, menor a resistência e mais corrente o solo consome. Todas as fórmulas de cálculo sugerem levar em consideração a área de superfície do eletrodo e a profundidade de sua imersão. Por exemplo, para calcular um único dispositivo de aterramento de seção circular, temos a seguinte fórmula:
Onde: d – diâmetro do pino, eu – comprimento do eletrodo, T – distância da superfície até o meio do eletrodo de aterramento, em – logaritmo, ? – constante (3,14), ? – resistividade do solo (Ohm m).
Observe que a resistividade do solo é o principal parâmetro de cálculo. Quanto menor for essa resistência, mais condutor será nosso aterramento e mais eficaz será a proteção. Os principais números básicos para um certo tipo de solo podem ser encontrados em tabelas e gráficos publicamente disponíveis, mas muito depende de seu estado real – densidade, balanço hídrico, temperatura, profundidade sazonal de congelamento, a presença e concentração de produtos químicos “eletroativos” nele – álcalis, ácidos, sais … Além disso, em profundidades diferentes, a situação pode mudar significativamente, as propriedades físicas da fundação continental tornam-se diferentes, surgem aquíferos, que reduzem a resistência, a temperatura aumenta … Via de regra, com o aumento da profundidade, o solo torna-se mais corrente de captação.
Em temperaturas abaixo de zero, a resistência dos solos aumenta drasticamente devido ao congelamento da água. Portanto, existem certas dificuldades com o aterramento em áreas com solos permafrost. Pela mesma razão, o comprimento dos eletrodos de aterramento deve ser uma ordem de magnitude maior do que a profundidade sazonal de congelamento em latitudes normais..
Idealmente, a resistência do aterramento e do dispositivo de aterramento como um todo deve ser investigada na prática, enquanto as fórmulas nos ajudarão a fazer os cálculos básicos. Muitas vezes, a análise ocorre diretamente na fase de montagem dos circuitos – os eletrodos são imersos e as medições da condutividade do aterramento são feitas em tempo real: se a resistência for muito alta, o número de eletrodos de aterramento ou o grau de enterramento é aumentado.
Observe que o aterramento deve funcionar em qualquer época do ano, portanto recomenda-se verificá-lo nas condições mais desfavoráveis (seca, geada). Se isso não for possível, coeficientes especiais são aplicados aos resultados, levando em consideração as mudanças sazonais na resistência do solo em uma área particular..
Se vários eletrodos forem usados para equipar o sistema de eletrodo de aterramento, o procedimento de cálculo será um pouco diferente:
- A resistência é calculada para cada um deles (a fórmula acima pode ser aplicada).
- Indicadores são resumidos.
- É necessário levar em consideração o “fator de utilização”.
- A fórmula é semelhante a esta:
Onde: N – número de eletrodos de aterramento, PARAe – taxa de utilização, R1 resistência de cada eletrodo separadamente.
Como você pode ver, a condutividade dos elementos horizontais que conectam os eletrodos em um único circuito não é levada em consideração..
O fator de utilização pode causar certa complexidade – reflete o fenômeno em que eletrodos adjacentes no circuito se influenciam, uma vez que as zonas de dissipação de correntes no solo começam a se cruzar quando muito próximas. Quanto mais próximos os eletrodos de aterramento individuais estiverem um do outro, maior será a resistência total do dispositivo de aterramento. Uma esfera de trabalho com raio igual ao seu comprimento é formada ao redor de cada eletrodo no solo, o que significa que a distância ideal entre os eletrodos de aterramento será o seu comprimento no solo (L), multiplicado por 2.
A razão da distância entre os eletrodos para seu comprimento Número de eletrodos Coef. usar 1 cinco 0,7 1 dez 0,6 1 15 0,53 1 20 0,5 2 cinco 0,81 2 dez 0,75 2 15 0,7 2 20 0,67
Colocação de loop fechado A razão da distância entre os eletrodos para seu comprimento Número de eletrodos Coef. usar 1 cinco 0,65 1 dez 0,55 1 15 0,51 1 20 0,45 2 cinco 0,75 2 dez 0,69 2 15 0,66 2 20 0,63 Para calcular quantos eletrodos de aterramento precisam ser enterrados no solo, use a seguinte fórmula:
Onde: R – resistência de projeto do dispositivo de aterramento, R1 – resistência de um eletrodo, PARAe – taxa de utilização.
Quanto à disposição dos eletrodos de aterramento, eles não precisam formar um triângulo, embora essa seja a configuração mais comum do circuito. Os eletrodos podem ser colocados em uma linha com uma conexão em série. Esta opção é conveniente se uma estreita faixa de terra for alocada para providenciar o aterramento..
Instalação de aterramento
Em princípio, dois tipos de dispositivos de aterramento podem ser distinguidos, os quais diferem entre si em termos de técnica de instalação e características do material. O primeiro é um projeto modular de pino (feito de fábrica) com um ou mais eletrodos, o segundo é uma versão caseira com vários eletrodos de aterramento de metal laminado. Suas principais diferenças estão apenas na organização da parte enterrada – condutora, “superior”, sua parte é idêntica.
Os kits de aterramento de fábrica são tecnologicamente avançados e têm uma série de vantagens:
- fornecidos em conjunto, os elementos são especialmente concebidos para o arranjo de proteção e são produzidos em equipamentos industriais;
- quase não requerem escavação, nenhum trabalho de soldagem é necessário;
- permitem que você vá mais fundo a várias dezenas de metros e obtenha uma resistência muito baixa e estável de todo o dispositivo.
A única desvantagem de tais sistemas é seu alto custo..
Materiais e ferramentas para o dispositivo de aterramento
Os condutores de aterramento artificiais devem ser feitos de metal laminado de aço. Adequado para estes fins:
- canto;
- tubo redondo ou retangular;
- Cajado.
Para proteger o metal da corrosão, são usados eletrodos galvanizados. Também é permitido o uso de concreto eletricamente condutor como eletrodo de aterramento.
Nos conjuntos de fábrica, esses são pinos trefilados de cobre sólido de um metro e meio com roscas nas extremidades. Uma ponta cônica afiada é instalada no primeiro elemento, os pinos individuais são conectados por meio de acoplamentos roscados de latão. Os eletrodos são imersos no solo usando ferramentas de percussão manuais (cartucho SDS-Max, potência de impacto de aproximadamente 20 J). Um adaptador e uma cabeça guia são usados para transferir energia da perfuratriz. A conexão entre o condutor de aterramento e o eletrodo é feita através de uma pinça de aço inoxidável. Para proteger as juntas da corrosão e reduzir a resistência nas juntas, uma pasta especial é usada.
Atenção! Chaves de aterramento não devem ser pintadas, lubrificadas ou preservadas de qualquer outra forma que possa reduzir sua condutividade..
O efeito da corrosão (a peça de aço vai ficando cada vez mais fina) deve ser levado em consideração na hora de escolher a seção transversal do eletrodo, ela é selecionada com uma certa margem, o que garante suficiente durabilidade do circuito. As seções transversais mínimas permitidas de eletrodos de aterramento localizados em solos são limitadas por documentos regulamentares:
- haste galvanizada – 6 mm;
- haste de metal ferroso – 10 mm;
- seção retangular laminada – 48 mm2.
Atenção! A espessura das prateleiras de aço retangular ou a espessura da parede dos tubos deve ser de pelo menos 4 mm.
Uma tira é mais frequentemente usada como um condutor que conecta vários eletrodos no solo, mas você pode usar um fio, um canto, um cano. Com esses materiais, você pode levar o aterramento ao próprio painel elétrico (a seção transversal dos materiais tem menos restrições: uma haste – 5 mm, aço retangular – 24 mm2, espessura da parede e prateleira – 2,5 mm).
O condutor de aterramento no interior do edifício deve ter uma seção transversal igual à do condutor de fase usado na fiação da casa..
Existem também requisitos mínimos:
- alumínio não isolado – 6 mm;
- cobre não isolado – 4 mm;
- alumínio em isolamento – 2,5 mm;
- cobre em isolamento – 1,5 mm.
Para a comutação de todos os condutores de aterramento é necessário o uso de barras de aterramento feitas de bronze eletrotécnico. No sistema de aterramento TT, esses elementos do quadro elétrico são fixados diretamente na parede da caixa de metal.
O eletrodo de aterramento feito pelo próprio é aprofundado com uma marreta, os kits de fábrica são martelados com britadeiras. Em ambos os casos, recomendamos a preparação de uma plataforma ou escada. Para trabalhar com produtos laminados pretos, será necessário usar soldagem a arco manual.
Coletamos o dispositivo de aterramento
Vamos considerar a ordem das ações. Nos pontos iniciais, indicaremos as operações características da instalação de ambos os tipos de eletrodos de aterramento.
Layout e escavação.As chaves de aterramento são recomendadas para serem montadas no solo a uma distância de cerca de um metro da fundação. De acordo com o projeto, a marcação do contorno é feita – como já dissemos, pode ser um triângulo equilátero, linha, círculo, várias linhas … A distância entre os eletrodos é de 1,2 metros, tornando-se mais do que o dobro do comprimento do sistema de eletrodo de aterramento, não tem sentido. Como opção básica, adequada para a maioria das nossas condições, você pode escolher um triângulo com um lado de 1,5-3 metros e um comprimento de eletrodos de 2-3 metros.
Em seguida, você precisa cavar uma vala com uma profundidade de cerca de 70-80 cm, a profundidade mínima permitida é de 50 cm. A largura da vala nos pontos de aprofundamento deve fornecer conveniência para condutores de soldagem, geralmente eles cavam com declives de cerca de 0,5-0,7 metros de largura.
Para conduzir um aterramento modular de eletrodo único, apenas um poço de 50x50x50 cm de tamanho é necessário.
Preparando o eletrodo.Para facilitar a imersão do eletrodo de aterramento no solo, o metal laminado é afiado com a ajuda de uma trituradora, por exemplo, as prateleiras são cortadas em ângulo em ângulo, o tubo é cortado obliquamente, a haste é afiada. Se metal usado for usado, então, se necessário, deve ser completamente limpo de revestimentos de proteção.
Uma cabeça pontiaguda é aparafusada no pino de aterramento modular de fábrica, a conexão é revestida com pasta.
Os cantos (na maioria das vezes 50x50x5 mm) são martelados no solo por golpes com uma marreta.É mais conveniente começar a trabalhar no andaime. Se o metal for macio, é melhor bater nas peças de trabalho através de espaçadores de madeira. A cabeça da chave de aterramento deve subir 150-200 mm acima do fundo da vala para que possamos conectar os eletrodos em um circuito.
Os pinos de fábrica são enterrados usando um martelo de demolição com um mandril de haste SDS-Max e uma capacidade de impacto de 20-25 joules. Após a submersão de cada pino (1,5 metros), uma manga e o próximo elemento de aterramento são aparafusados nela, este ciclo é repetido até que o eletrodo atinja a profundidade projetada, ou ocorra uma falha (impossibilidade de aprofundamento posterior). Em caso de falha, os pinos de aterramento adicionais estão obstruídos, o sistema torna-se multi-eletrodo.
Chaves de aterramento são conectadas com um condutor horizontal,geralmente é mais conveniente trabalhar com uma tira de 40×4 mm. Para metais ferrosos, é necessário o uso de solda aqui, pois as juntas aparafusadas oxidarão rapidamente e a resistência do dispositivo aumentará. Tocar não vai funcionar – você precisa de uma costura de solda longa de alta qualidade.
A partir do contorno resultante, leve a tira em direção à casa, dobre-a e fixe-a no pedestal. No final da tira, soldamos um parafuso M8 através do qual um condutor de aterramento de proteção vindo da blindagem será conectado.
Uma braçadeira é instalada no último pino modular e o condutor é fixado. A braçadeira é envolvida com uma fita especial à prova d’água.
A trincheira está coberta com solo.Recomenda-se o uso de composições homogêneas densas de granulação fina para esses fins..
Conjuntos de fábrica com um eletrodo podem ser concluídos com um poço de revisão de plástico.
O condutor de aterramento é conduzido para o quadro de distribuição.Ele pode ser fixado diretamente nas estruturas dos edifícios, com exceção de áreas com alta umidade – é melhor usar isolantes nesses locais. Pelas paredes, o condutor é puxado por meio de tubos-mangas de metal ou plástico, de fato, as regras de assentamento se aplicam à fiação “principal” (este será um dos artigos seguintes).
No quadro elétrico, o condutor, após ser cravado com uma ligação por parafuso, é conectado ao barramento de aterramento, que é instalado no corpo da caixa (sistema TT).
A resistência do dispositivo de aterramento é verificada com multímetro, se, levando em consideração fatores sazonais (determinados pelo Serviço de Supervisão Energética do Estado para diferentes latitudes, existem tabelas prontas) ultrapassar 4 ohms, então é necessário aumentar o número de eletrodos.
Durante a comutação do quadro, os condutores dos fios com isolamento amarelo (vêm de consumidores de corrente) também são fixados nos conectores do barramento.
Ao conectar tomadas, dispositivos, lâmpadas, os condutores de aterramento amarelos são trocados nos locais apropriados (geralmente eles são marcados com um sinal especial – três faixas horizontais de tamanhos diferentes), por exemplo, em tomadas este é o parafuso central.
Um sistema no qual o loop de aterramento não está conectado de forma alguma ao condutor neutro N é chamado de TT. É recomendado para uso quando as opções TN (há uma conexão entre o neutro e o condutor de aterramento) não podem ser usadas, por exemplo, com uma condição insatisfatória de linhas de alimentação aéreas. Claro, por esse motivo comum, ele se tornou muito popular. Porém, deve-se observar que o sistema TT com um deafly neutro aterrado independente de consumidores deve ser segurado com a ajuda de um RCD. Falaremos sobre dispositivos de corrente residual no próximo artigo..
Aterramento em uma casa particular: cálculo, dispositivo, instalação
Aterramento em uma casa particular garante a segurança de pessoas e eletrodomésticos, protegendo-os de possíveis desastres elétricos. Realizar o cálculo, dispositivo e instalação adequados do mesmo é a melhor forma de obter os benefícios desse serviço, que oferece a máxima proteção contra raio e contra descargas atmosféricas. Permite o funcionamento seguro das instalações sem comprometer o desempenho das redes elétricas.
Sistemas de engenharia Conteúdo material
Qual é o método correto para calcular o aterramento em uma casa particular? Quais dispositivos são necessários para uma instalação adequada? O processo de instalação é complexo ou pode ser realizado por um leigo?