Neutro é neutro, terra é terra

Edição 92 – Setembro de 2013
Por José Starosta

Da mesma forma que o futebol ou a política, certos assuntos técnicos são discutidos por todos e certamente causam menos repulsa que o segundo tema anteriormente mencionado.

As funções de condutor neutro e condutor de proteção (tratados pelos íntimos como “terra”, “cabo terra” ou “fio terra”), apesar de frequentarem na maior parte das situações os mesmos potenciais, exercem funções diferentes nas instalações elétricas de baixa tensão.

A premissa inicial considera a existência de uma (ou diversas) malha(s) de aterramento na instalação adequada e que servirá de referência e origem a estes dois sistemas, além de outros que também prescindem da existência de uma malha de aterramento. Projetos modernos consideram a utilização de partes da estrutura da edificação, como a própria malha de terra com bons resultados operacionais e fundamentalmente de confiabilidade ao longo da vida da instalação, pois as malhas de terra construída com eletrodos, conectores e acessórios de “prateleira” são simplesmente consumidas pelo solo em cinco ou dez anos. A ABNT NBR 5419 (proteção contra descargas atmosféricas) está prontinha para sair e certamente trará muito para nossa “diversão”, pois afinal as malhas de aterramento são normalmente compartilhadas (proteção atmosférica, instalações, dados, etc.) nas edificações. Resolvida esta etapa inicial da definição e existência de malha de aterramento confiável, passaremos aos comentários das origens dos sistemas de aterramento e neutro das instalações elétricas.

BEP

O “barramento de equipotencialização principal” ou BEP é o ponto de origem dos sistemas que utilizam o aterramento da edificação como referência. Esta interligação física garante que os diversos sistemas da edificação (aterramento elétrico, neutro, sistemas de comunicação e informática, sistema de proteção contra descargas atmosféricas, equipotencialização de tubulações mecânicas metálicas – proteção e combate a incêndio, gás, esgoto, etc.) e outros estão equipotencializados, evitando, assim, a ocorrência de circulação de correntes e arcos elétricos não desejáveis entre sistemas ou mesmo partes da edificação com potenciais que possam ser diferentes.

Avaliação das referências

As normas consultadas consideram algumas premissas importantes para a construção e topologia do condutor neutro e do condutor de proteção (PE ou terra).

• Somente as fontes podem (e devem) ser aterradas (entenda-se fonte como os transformadores isoladores, geradores, ou mesmo os UPS com transformadores isoladores; o aterramento da saída dos inversores dos UPSs sem transformadores dependerá de análise caso a caso e do modelo, considerando a topologia do “by-pass”, normalmente, a interligação, neste caso é feita com o condutor neutro de origem).

• Autotransformadores não são considerados fontes e, portanto, seus neutros não devem ser aterrados.

• O esquema de aterramento TN-S é o indicado para a alimentação de cargas de tecnologia de informação, como todas as edificações e instalações atuais possuem forte concentração deste tipo de carga, este esquema de aterramento é o mais utilizado na distribuição. Sistemas específicos como o IT médico (neutro aterrado através de resistência de aterramento) e outros assemelhados merecem atenção especial, como o esquema TT, aplicado em instalações residenciais, com implicações na limitação das correntes de curto-circuito, proteção elétrica, contatos indiretos e outros.

• O aterramento das fontes possui forte vínculo com a regulação e a estabilidade da tensão de alimentação das cargas e deve possuir ainda outras características:
  • Garantir a proteção contra contatos diretos e indiretos; todas as massas metálicas não energizadas devem estar interligadas ao sistema;
  • A ABNT NBR 5410 estabelece as regras para dimensionamento, especificação, critérios e regras para o condutor de proteção ou “terra”, há de se considerar a recomendação da necessidade da proximidade física destes com os condutores das fases por conta da necessidade de redução da impedância mútua e influência no valor da corrente de curto-circuito fase-terra;
  • Condutores de proteção podem ser compartilhados por diversos circuitos;
  • A correta aplicação dos DPSs depende de ligações adequadas ao aterramento (tão curtas quanto possível);
  • Deve possuir topologia que garanta o retorno das correntes de defeito para a fonte, promovendo a correta atuação dos dispositivos de proteção;
  • A topologia deve evitar a ocorrência de “loops” de corrente, causadores de ruídos de modo comum, esta característica pode ser obtida com o uso de sistemas radiais.

Condutor neutro

O condutor-neutro tem como função conduzir as correntes elétricas de alimentação das cargas alimentadas com tensões de fase (fase-neutro) de um sistema alimentado com fontes em estrela em um sistema trifásico com neutro ou em sistema mono/bifásico (em ligações fase-neutro ou fase-fase-neutro). Tipicamente 220 V/ 380 V; 120 V/208 V; 127 V/220 V trifásicos ou 230 V/115 V; 220 V/110 V nos sistemas mono ou bifásicos.

O condutor neutro deve estar associado às fases em um mesmo circuito e possuir regras especificas para dimensionamento conforme as características da carga alimentada e outras da mesma forma que os condutores de fase. Portanto, devem ser ISOLADOS na mesma especificação das fases. Possuem ainda algumas características e regras especificas que merecem atenção especial, que estão bastante claras em capítulo especial na ABNT NBR 5410. Algumas particularidades:

Figura 1 – Correntes de fases e neutro em circuito de saída de UPS. Fonte: Ação Engenharia e Instalações.

• A origem do neutro (nas fontes) é normalmente ligada ao BEP das instalações (portanto aterrado na origem) e, a partir daí, os condutores de neutro são mantidos isolados, acompanhando os condutores fase dos circuitos a que estão associados. Notar que os circuitos são compostos por fases neutro e condutor de proteção e o condutor neutro, de maneira adversa ao condutor de proteção, não pode ser compartilhado, portanto, cada circuito deve possuir suas fases e neutro (que podem ser compostos por vários condutores, conforme o caso);
• O esquema de aterramento de fontes redundantes ou contingentes deve assegurar que elas operem adequadamente;
• O esquema de proteção elétrica (notadamente proteção de curto fase-terra) possui forte vínculo com o sistema de distribuição de circuitos, incluindo neutro e sistema de aterramento;
• Por razões de compatibilidade eletromagnética, a alimentação de cargas TI deve prever em sua alimentação o esquema de aterramento TNS;
• Os circuitos de alimentação de cargas e equipamentos devem ser montados e possuírem topologias que considerem os condutores fases e neutros em um mesmo conduto. O condutor de proteção (terra) deve estar próximo aos condutores fases e com vinculo elétrico na organização dos circuitos. A ABNT NBR 5410 apresenta a definição de linha elétrica como o conjunto dos condutos e circuitos, não sendo permitida sequer a instalação de neutros e fases em invólucros distintos, quanto mais de fontes diferentes;
• Cargas ligadas entre fases e neutro requerem cuidados especiais com o neutro, incluindo topologia e dimensionamento. Por conta das correntes harmônicas múltiplas da 3ª harmônica, a corrente no neutro poderá ser superior à dos condutores de fase em até 73% (conforme a ABNT NBR 5410), porém, há casos específicos em que estes valores chegam mesmo a dobrar.
• No caso de uso de fontes redundantes (geradores, UPS, trafos, isoladores, etc.), a topologia e a distribuição dos circuitos e em especial neutro e condutor de proteção deve levar em conta os aspectos de compatibilidade operacional em todas as circunstâncias, como, por exemplo, a corrente prevista no neutro quando a chave estática de um UPS passa a alimentar uma carga TI sem transformador isolador; neste caso, o neutro deve estar dimensionado para suportar as correntes superiores as das fases como ilustra a Figura 1.

O assunto é extenso e bem abordado pelas normas que tratam destes assuntos (ABNT NBR 5410, IEEE 1100 e outras), contudo, por conta de fatores diversos, continuam não sendo atendidos alguns procedimentos e recomendações. As instalações estão em transformação em função do uso das cargas de tecnologia de informação-TI e merecem atenção nos pontos tratados.

As discussões técnicas continuam válidas e autênticas, ao contrário daquelas que não nos cabe e não temos poder para “julgar” – um “salve” ao Dr. Barbosa. Que as mazelas de nosso país não sejam “aterradas” ou “enterradas”, mas esclarecidas; que o neutro continue sendo só mesmo o nosso bom e velho cabo azul claro. Que nossos disjuntores atuem em tempo definido e protejam nossa rede das correntes espúrias. Sorte e energia ao Meritíssimo…………… e para nós todos.