Terra e a grade

A rede elétrica transmite energia através de fios para nossas casas, e nosso Bryan Cockfield cobriu isso muito bem em sua série Rede elétrica desmistificada, mas que papel desempenha o aterramento? É comumente conhecido por ser usado para segurança, mas você sabia que em alguns casos também é usado para transmissão de energia?

Um diagrama bastante típico do sistema de aterramento de uma casa é mostrado aqui, junto com alguns dos condutores que transportam corrente, comumente chamados de vivos e neutros. Na extrema esquerda está o transformador do lado de fora da casa e na extrema direita está um eletrodoméstico conectado. Entre eles está um painel de disjuntores e uma tomada de parede do estilo encontrado na América do Norte. A linha tracejada verde mostra o caminho normal para o fluxo da corrente.

Observe os eletrodos de aterramento para fazer uma conexão elétrica com o aterramento. Para usar o Código Elétrico Nacional dos EUA (NEC) como exemplo, o artigo 250.52 lista oito tipos de eletrodos de aterramento. Um tipo muito bom é um eletrodo envolto em concreto, pois o concreto continua a retirar umidade do solo e faz um bom contato físico devido ao seu peso. Outra é uma haste ou tubo de aterramento com pelo menos 2,5 metros de comprimento e inserida com profundidade suficiente no solo. Por profundidade suficiente queremos incluir fatores como o fato de que a linha de gelo não conta como um bom terreno, pois possui alta resistência. Você deve ter cuidado ao usar canos de água metálicos que aparentemente vão para o solo, já que seções deles são frequentemente substituídas por canos não metálicos durante a manutenção regular.

Observe também no diagrama que existem locais onde as diversas caixas metálicas estão conectadas ao sistema de aterramento. Isso é chamado de ligação.

Agora, como todo esse aterramento do sistema nos ajuda? Vamos começar lidando com uma falha.

Uma finalidade do sistema de aterramento é fazer com que um disjuntor no painel do disjuntor desarme se houver um curto-circuito em algum lugar. Isso acontece se houver um aparelho com caixa de metal e o isolamento do fio energizado do aparelho estiver danificado, fazendo com que o fio de cobre interno toque na caixa de metal. O case se torna uma extensão desse fio energizado. Isso é chamado de falha.

Mas a caixa de metal está conectada a um caminho elétrico que consiste no fio terra do cabo de alimentação conectado à tomada de parede, bem como no fio da tomada de parede ao painel do disjuntor. No Código Elétrico Nacional dos EUA (NEC), eles são chamados de condutores de aterramento do equipamento.

Pelo menos na América do Norte, na caixa onde o serviço entra pela primeira vez na casa, os condutores de aterramento do equipamento são conectados ao fio neutro. Neste caso, essa caixa é o painel do disjuntor principal. Na maioria dos painéis de disjuntores essa conexão é feita fazendo com que ambos os fios vão para barras metálicas que são aparafusadas, ou coladas, na caixa do painel, fazendo assim a conexão elétrica através da caixa.

Seguindo a linha tracejada vermelha da falha, uma alta corrente agora passa pelo fio energizado, pela caixa do aparelho, e usa os fios de aterramento do equipamento como caminho de retorno ao painel do disjuntor. A partir daí, a corrente passa pela caixa do painel até a barra neutra e o fio neutro volta para o transformador. Ao longo do caminho, o fio energizado passa por um disjuntor no painel do disjuntor e a corrente é alta o suficiente para desarmá-lo, abrindo o circuito e tornando-o seguro novamente.

Mas onde entra o solo terrestre? Muitas vezes isso não acontece. Às vezes, porém, como mostrado pela linha tracejada azul, uma pequena corrente fluirá através de um caminho paralelo, incluindo os eletrodos de aterramento e o aterramento.

Há um propósito para o aterramento com o qual muitos aqui no Hackaday estão bastante familiarizados: carga perdida e problemas com descarga eletrostática em dispositivos e componentes sensíveis à eletrostática, como MOSFETs, CIs CMOS e chips TTL. Os métodos para lidar com isso são usar uma cinta antiestática ou trabalhar sobre um tapete antiestático. Geralmente possuem um clipe ou um soquete dedicado para conexão ao aterramento.