INSTITUTO DE AERONÁUTICA E ESPAÇO - IAE
CONVÊNIO 2002-2012
PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD, PROFESSOR ONEIDE JOSÉ PEREIRA
SOBRE TERRA E TERRA
© py5aal Existem critérios de segurança que devem ser observados nos projetos de aterramento. A segurança pessoal é a mais importante, seguida pela segurança patrimonial. As estruturas de estações de rádio devem ter aterramento eficiente e, se possível, ser providas de gaiola de Faraday, para proteger e atenuar os campos eletromagnéticos internos, minimizando forças eletromotrizes induzidas nos circuitos da instalação e minimizando interferências.
© py5aal Equipamentos de telecomunicações, tanto profissionais quanto amadores, não devem ter negligenciada a segurança. No caso de descargas atmosféricas, o aterramento deve suportar grandes surtos de corrente e tensões elevadas. No caso de instalações de sistemas irradiantes, ou receptores, o método de aterramento influi diretamente no desempenho. Se o regime de projeto visa o dreno de correntes à terra, o sistema não pode ser interconectado ao aterramento de acoplamento e blindagem de RF.
ATERRAMENTO PARA RF (AC)
© py5aal Quando o aterramento é para RF, o regime de projeto e execução deve ser diferente do aterramento contra surtos de corrente DC. A RF é um sinal AC, portanto tem impedâncias e resistências variáveis. A área do terreno, resistividade e condutividade do solo, sua composição e umidade são fatores importantes na “sintonia” ou não sintonia do sistema como um todo. A variação de condutividade na região dos campos próximos, no caso de antenas, tem muito mais a ver com as frações de comprimentos de ondas nas freqüências envolvidas do que a resistência à “DC” à passagem de grande fluxo de corrente. No caso de fiações utilizadas como “terra” para RF, a fiação pode assumir magnitudes de frações de Ohm até valores elevadíssimos, pois não se trata de resistência pura, mas de impedância em determinado comprimento de onda. Pois nestes casos, as “resistências” AC variam em função das freqüências de RF. Desta forma, é muito difícil conseguir um terra de RF eficiente, sendo muitas vezes necessário “sintonizá-lo”. Quando se tratam de transmissores de grande potência. A RF “enxerga” o aterramento como uma “antena em curto” ou uma “antena irradiando”. Assim, o ideal é buscar que o aterramento de RF se comporte como numa “antena” tão ruim quanto possível, para irradiação dentro da estação de rádio. Em geral, a RF precisa enxergar um comprimento de onda inferior a um quarto de comprimento de onda na freqüência mais alta usada, mas este conceito nem sempre se aplica, assim são necessárias medidas para que as hastes de aterramento que serão ligadas ao do rádio estejam a certa distância do equipamento. Esta é limitada não somente por uma frequência de operação. O ideal é utilizar, se possível, a configuração “estrela” com condutores de diversos comprimentos mecânicos ligados à terra, com o ponto comum sendo o equipamento.
© py5aal Por causa das gerações de ruídos, interferências, etc, todas as conexões com rádios devem ser com fios isolados e rígidos, se possível, e estes devem ser ligados a todas as hastes de aterramento, conforme mencionado. Não é recomendável a interconexão entre o aterramento de descargas DC e o aterramento de RF. Em caso de prédios, o fio de terra de RF deve ser blindado, sendo que a blindagem deve ser conectada a hastes de aterramento individuais, no extremo oposto ao rádio, isso é para reduzir a irradiação pelo fio terra. A utilização de sintonizadores de terra com indutores e capacitores transformam o aterramento de RF em parte do sistema irradiante. Seu uso garante que o ponto de baixa tensão da antena estará no rádio, o que não é de todo maléfico. É desejável adicionar alguns fios de cobre nu e conectá-los a hastes de aterramentos em diferentes comprimentos ao longo de cada fio, estas conexões devem ser assimétricas de forma a diminuir a probabilidade de irradiação e harmônicos. Outra ação que pode melhorar substancialmente o aterramento para RF, é o uso de um condutor de cobre nu ao redor da estação, na superfície do solo. A RF não penetra no solo profundamente, é a superfície condutora e ressonante que conta, este efeito ocorre porque os fios de aterramento não são enxergados pela RF. Neste caso, se emprega o sistema de solo como elemento ressonante, este deve ser tão longo quanto possível, pois funciona como uma rede radial, e, se possível, deve ser feito um loop ao ponto de alimentação. Um exemplo de sintonia de terra pode ser feita usando RG58, conectando as blindagens internas e externas à haste de aterramento e ligando o centro apenas para o rádio, é interessante adicionar em paralelo um capacitor de 100 nF.
ATERRAMENTO PARA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS (DC)
© py5aal As descargas diretas chegam a milhões de Volts e milhares de Ampères, o dreno de tal quantidade de energia ao solo não é fácil de ser realizado, nem barato. O custo para executar uma obra que suporte uma descarga atmosférica direta é muito grande, assim não compensa o investimento, pois, além de ser caro não há garantias efetivas. Medidas mais eficientes e baratas podem ser tomadas para reduzir a probabilidade da ocorrência de raios, ou pelo menos minimizar os estragos propiciados por um relâmpago direto. A proteção contra efeitos secundários, além de mais barata é mais desejável, uma vez que são muito mais comuns os danos causados pelos efeitos secundários do que primários.
© py5aal O aterramento para descargas atmosféricas deve ter grande área de contato com o solo, pois se trata de DC. As hastes de aterramento devem ser conectadas entre si com cabos de 10 mm2. O ideal é uma haste, no mínimo, para cada ponto da estrutura de suporte da antena ou pára-raios, as hastes separadas entre si, em triângulo e estrela devem ser interligadas. São recomendados cabos nus de cobre em contacto com o solo, os conectores devem ser industriais e é desejável que as conexões sejam soldadas. Também é interessante o uso de graxa para evitar a corrosão. É usual que as hastes de aterramento tenham no mínimo 2,5 metros, elas podem ser cobreadas ou galvanizadas a fogo, é possível também o uso ferro de construção, estes devem ser devidamente tratados contra corrosão. Nunca se interliga este tipo de aterramento ao neutro da rede, se for necessário, deve ser feito um aterramento separado e este deve estar distante do aterramento contra descargas atmosféricas. Se a instalação elétrica tiver sistema de sobrecarga (Clamps, etc), as conexões devem ser separadas do aterramento de descargas atmosféricas e do aterramento de RF, o terra sempre deve ser inferior a 15 ohms.
CONCLUSÃO
© py5aal Para que o dimensionamento de um sistema de aterramento cumpra com seus objetivos, há necessidade de conhecer o local da instalação. Devem ser levados em conta a máxima corrente de curto-circuito à terra que pode ser drenada, o nível ceráunico ( Quantidade média anual de tempestades com descargas atmosféricas) estimado na região da instalação, as características físicas do solo, seu comportamento para baixas frequências, (determinado pelo método Wenner), além de estudos que envolvem seu comportamento em altas frequências nas potências utilizadas.
© py5aal Não devem ser conectados aterramentos de descargas a aterramentos de “blindagem”. Em casos de instalações com sistemas de proteção, além dos aterramentos e pára-raios convencionais, o dreno à terra destes também não podem ser conectados aos demais sistemas.
REFERÊNCIAS
1. The Electromagnetic Telegraph
2. Whitlock , B.; Jensen Transformers. Understanding, Finding, & Eliminating Ground Loops In Audio & Video Systems.
3. Electrical and electronics diagrams, IEEE Std 315-1975, Section 3.9: Circuit return.