• Aterramento do sistema (funcional e proteção): aterramento de alguma parte do sistema elétrico, usualmente o neutro. O aterramento do condutor neutro proporciona um caminho de baixa impedância à terra permitindo que correntes de falta possam sensibiliar dispositivos de proteção capazes de interromper a falta no sistema.
• Aterramento de equipamentos elétricos (proteção): aterramento de todas as partes metálicas de equipamentos e máquinas visando a segurança das pessoas.
• Aterramento de equipamentos eletrônicos (funcional): obtenção do sinal de referência estável e com a menor intensidade de ruídos diferenciais possível.

Equipamentros eletrônicos

Também conhecido por aterramento do "sinal comum" ou "sinal de referência", a referência de tensão do sistema para  sinais de baixa intensidade e alta frequência (transmissão e processamento de dados). Esse ponto do sistema é muito sensível a transitórios de tensão e; por isso, requer um ponto de referência estável em relação à tensão de alimentação.

De fato, é desejável manter o aterramento do sinal de referência (terra) isolado do aterramento do sistema elétrico de distribuição (neutro), mas devido à dificuldade em se manter um sistema de aterramento de sinal com qualidade e imune aos efeitos do aterramento principal, a NBR 5410 estabelece que os mesmos devem estar conectados em um ponto específico, o BEP (Barramento de Eqüipotencialização Principal).

Localização

O sistema de aterramento deve estar localizado na entrada da instalação elétrica ou na fonte de energia elétrica, quando for o caso. Outros pontos do sistema não são recomendados devido a problemas causados por múltiplos caminhos para terra e risco de insegurança por falta de controle adequado (profissional) do sistema de aterramento.

Para sistemas de potência com múltiplas fontes, cada uma delas pode ser aterrada através de uma impedância ou não e um único ponto de aterramento pode ser comum a mais de uma fonte ou transformador, contanto que elas estejam suficientemente próximas.

Classificação da NBR 5410:2004

Cada um dos objetivos supracitados pode ser alcançado ou não de acordo com a o aterramento da fonte de alimentação, da conexão das massas à terra e a disposição dos condutores neutro e PE (terra). A norma técnica brasileira NBR5410 categoriza os sistemas de aterramento com a utilização de um código composto por três letras:

a) primeira letra: situação da fonte de alimentação em relação à terra:

b) segunda letra: situação das massas em relação à terra:

c) outras letras: diposição do condutor neutro e de proteção (PE):

A alimentação em relação à terra (primeira letra: T ou I)

Efetivamente aterrado (T)

Aterramento através de uma impedância suficientemente pequena tal que para todas as condições do sistema, a razão entre a reatância de seqüência zero e a reatância de seqüência positiva () seja positiva e menor que 3 e que a razão entre a resistência de seqüência zero e a reatância de seqüência positiva () seja positiva e menor que 1.

O aterramento sólido consiste na conexão do neutro do gerador e transformador diretamente à terra. Neste esquema de aterramento, não há impedância de seqüência zero devido ao fato de Zn ser muito pequeno (idealmente, zero).

São considerados eficientes os aterramentos sólidos cuja corrente de curto-circuito fase-terra seja de, no mínimo, 60% da corrente de curto-circuito trifásica. Em termos de componentes de sequência, o aterramento é eficiente somente se e .

Nestes sistemas, harmônicas de terceira ordem tendem a circular pelo neutro.

Sistemas não aterrados

Nesse sistema, uma falta fase-terra no sistema causaria apenas uma pequena corrente à terra; portanto, o sistema pode continuar em operação mesmo com uma falta à terra, permitindo a continuidade do sistema. Além disso, é mais vantajoso economicamente, pois elimina os gastos com o sistema de aterramento.

Entetanto, representa uma menor segurança: malhas de aterramento bem dimensionadas fornecem uma proteção adequada contra as perturbações transitórias provenientes de descargas atmosféricas, entre outros. Em sistemas de baixa-tensão, poderiam causar o mal-funcionamento de equipamentos eletrônicos devido à ausência de um ponto de referência.

Os surtos decorrentes de um sistema de alta tensão não-aterrado poderiam causar enormes prejuízos.

Aterramento através de resistência (letra I)

Neste tipo de aterramento, o neutro é conectado à terra através de um ou mais resistores. Essa configuração apresenta as seguintes vantagens:

• Redução dos níveis de curto-circuito fase-terra, que resulta em uma série de vantagens como redução de esforços mecânicos no sistema e dos efeitos térmicos de um curto-circuito
• Maior segurança pessoal em caso de contato com partes vivas
• Redução de de sobretensões

Há duas possibilidades de aterramento através de uma resistência: utilizando-se um valor de resistência de modo que a corrente de falta seja alta e que algum mecanismo de proteção elétrica interrompa a falta imediatamente ou uma resistência de valor considerável, limitando a corrente a um valor que possa ser detectado, mas que mantenha o sistema em operação (este método de aterramento não requer que a falta seja resolvida imediatamente).

Aterramento através de uma reatância (letra I)

Nesta configuração, uma reatância é adicionada entre o neutro e a terra e a corrente de falta fase-terra deve ser, no mínimo, 25% e, preferencialmente, 60% do valor da corrente de falta trifásica para impedir transitórios de sobretensão (). Portanto, neste método, a intensidade da corrente de falta será elevado.

Massas em relação à terra (segunda letra: T ou N )

As massas (partes condutivas expostas) de qualquer equipamento elétrico sempre devem ser conectadas à terra por motivos de segurança, pois uma falha interna no equipamento poderia conectá-las acidentalmente à fase. O condutor PE a ser conectado às massas pode ser proveniente de um aterramento local (T) ou ao próprio aterramento da fonte (N). Na maioria dos casos, o esquema N (segunda letra) é mais recomendável para evitar aterramentos múltiplos isolados.

Condutores neutro e PE (outras letras: C ou S)

No sistema elétrico de distribuição brasileiro, as concessionárias de energia elétrica são responsáveis por aterrar o neutro do secundário dos transformadores de distribuição, geralmente conectados em estrela. Esse condutor proveniente da concessionária deveria ser denominado PEN, pois também atua como condutor de aterramento nesse percurso da entrada da instalação (letra C). Esse condutor é então conectado ao Barramento de Equipotencialização Principal (BEP) da instalação elétrica (e outro aterramento local é efetuado). A partir desse barramento, os condutores PE e o neutro são separados (letra S) e jamais devem ser reconectados em outro ponto da instalação.

Detecção de falta à terra

A utilização de um dispositivo de proteção de sobrecorrentes na fase para a detecção de uma falta à terra nem sempre é o mecanismo ideal porque a falha à terra pode resultar em correntes de falta menores do que os valores ajustados na proteção de sobrecarga na fase. Além disso, o atraso na proteção do sistema em falhas à terra poderia resultar em danos permanentes a equipamentos elétricos.

A detecção de uma falta à terra pode ser efetuada de três maneiras:

• Análise da corrente no sistema de aterramento, aplicável apenas nos geradores ou transformadores de potência. A sua detecção é efetuada através de sensores de corrente.
• Análise da corrente de seqüência zero: pode ser aplicada quando o condutor de aterramento não está acessível. Esta configuração é semelhante ao utilizado em dispositivos DR: as três fases e o condutor neutro envolvidos por um dispositivo magnético para a detecção de correntes de seqüência zero.
• Corrente diferencial, semelhante ao caso anterior com a utilização de transformadores de corrente (soma vetorial das correntes das três fases e o neutro, caso este houver).

Resistência à terra

A resistência de aterramento é o parâmetro mais relevante de um sistema de aterramento e deve ser medido por um equipamento denominado megôhmetro. Afinal, de nada adiantaria um aterramento sólido com elevada resistência de aterramento, cujo valor resultado é consequente dos seguintes fatores:

Apenas os dois primeiros podem ser negligenciados para propósitos práticos. Adicionando-se mais eletrodos de aterramento pode-se reduzir a resistência da terra contanto que estes estejam suficientemente distantes tal que a área superficial do cilindro imaginário que envolve cada eletrodo de aterramento não estejam sobrepostos.

A NBR 5410 (baixa tensão) exige uma resistência de aterramento máxima de 10 ohms durante todo o ano (período de seca ou chuvoso). Para obter esse valor, pode ser necessário tratamento químico ou a utilização de um número maior de eletrodos de aterramento.

Referências

Uma boa referência para o estudo desse assunto é a recomendação "IEEE Recommended Practice for Grouding of Industrial and Commercial Power Systems" da IEEE.