Materiais perigosos e aterramento

Autor: Jeff Jowett, Engenheiro de Aplicações

O aterramento elétrico é instalado principalmente por motivos de segurança, mas também para o funcionamento eficiente dos sistemas e equipamentos elétricos instalados. O sistema de aterramento desvia correntes indesejadas (correntes de falha) ao solo com segurança e para longe das pessoas e dos equipamentos para proteger contra potenciais eletrocussões e incêndios.

O aterramento também diminui o ruído e estabelece uma referência zero firme para a tensão, auxiliando, assim, o funcionamento adequado e eficiente do equipamento elétrico. Essas funções centrais são bem conhecidas e são comumente implementadas por estruturas permanentes de aterramento no solo, desde uma haste simples em um solo residencial até uma grade complexa e extensa subjacente a uma subestação de energia ou instalação comercial.

No entanto, há funções de proteção do aterramento menos conhecidas, mas igualmente importantes. Uma delas é o aterramento de materiais perigosos (HAZMAT) durante o transporte. Isso abrange rodovias e ferrovias em situações normais e de acidentes. Não é questão de desempenho; trata-se da segurança. O eletrodo de aterramento normalmente não é uma parte permanente de um sistema elétrico maior, mas geralmente é apenas uma haste que é instalada rapidamente em uma corrida contra o tempo.

Caminhões-tanque e carros-cisterna em ferrovias podem transportar materiais voláteis e potencialmente perigosos e podem se envolver em acidentes. Quando isso acontece, o material perigoso, anteriormente bem protegido, pode ficar instantaneamente exposto a riscos potencialmente catastróficos. Um dos piores é a ignição. Materiais voláteis podem pegar fogo ou explodir rapidamente. Dada a quantidade de carros-tanques, uma possível conflagração pode eliminar uma pequena cidade. A responsabilidade por evitar ou conter com sucesso esses potenciais desastres geralmente recai sobre o corpo de bombeiros local.

Um importante culpado para a ignição de materiais voláteis é a eletricidade estática. Basta imaginar a chuva de faíscas voando enquanto um corpo metálico desliza descontroladamente pela superfície da estrada. Esse estresse violento em um material condutor, como o casco de um caminhão-tanque, pode facilmente causar uma separação de carga. A carga estática geralmente se dissipará sozinha, pois os elétrons fluem para reconstituir um estado neutro. Mas se a separação de carga ocorrer através de uma folga de ar, mesmo de dimensão mínima, pode ocorrer um arco. Se isso acontecer na presença de material volátil, o calor da faísca pode iniciar uma reação de cadeia monumental e disparar uma explosão devastadora.

A dissipação segura de carga estática pode ser facilmente alcançada por meio de um aterramento eficaz. Quanto mais cedo um aterramento de baixa resistência puder ser estabelecido, melhor. Um condutor de aterramento de bitola pesada, com resistência insignificante, é conectado a uma haste de aterramento cravada no solo, enquanto a outra extremidade é ligada ao casco do tanque danificado.

Bombeiros e socorristas são treinados para mover a faísca ou arco em potencial para fora à frente de si mesmos. Eles conectariam o cabo ao caminhão-tanque primeiro e em seguida, o levariam ao aterramento. Esse recurso de segurança visa proteger bombeiros e socorristas. Uma vez estabelecido um bom caminho de elétrons, a equalização segura da carga pode ocorrer através da terra.

Embora o solo em pequenas quantidades não seja considerado um bom material condutor, o planeta Terra em geral é um bom condutor, principalmente porque há tanta terra. O importante é que a haste de aterramento faça um contato eficiente de baixa resistência com a vastidão do solo ao redor. Simplesmente acionar uma haste padrão pode fornecer um bom aterramento ou não. A qualidade condutiva do solo varia consideravelmente e é profundamente afetada pelas condições locais, desde o clima até a construção local. Para ser minucioso e rigoroso, além de estar em conformidade com diversas autoridades, como as exigências de cobertura de seguro e os códigos locais de segurança, pode ser necessário testar a haste.

Em locais de acidente, o tempo é um fator crucial. Embora um teste de resistência para a haste de aterramento temporária possa ser aconselhado ou necessário, é possível que ele seja negligenciado por questão prática. Para realmente executar a tarefa, o método óbvio de escolha seria o teste de fixação. Um testador de aterramento de fechamento é semelhante a um amperímetro de fechamento; as garras são abertas e presas ao redor do item de teste e pronto, há uma medição. Desculpe, mas não é tão fácil. 

Um testador de aterramento de fechamento tem dois circuitos e dois enrolamentos nas garras, um para corrente e um para tensão. Uma corrente de teste é induzida no sistema de aterramento e a queda de tensão medida ao redor do circuito. A Lei de Ohm é usada para o cálculo da resistência. A técnica funciona bem em sistemas aterrados por concessionárias, onde o neutro multiaterrado oferece um retorno de baixa resistência conveniente. Mas em um caminhão-tanque com tombamento esse circuito não existe. O testador simplesmente lerá um circuito aberto.

Um retorno temporário pode ser improvisado conectando um fio de volta a um poste de cerca metálica, mas esta é, no melhor dos casos, uma solução provisória ou melhor do que nada. Não aguentaria um exame minucioso por parte de terceiros. Um método mais tradicional é o recomendado: neste caso, um testador de aterramento padrão de três ou quatro terminais. Aqui, no lugar de enrolamentos em uma braçadeira, os circuitos de tensão e potencial são estendidos por fios longos dos terminais no testador para sondas acionadas no aterramento em distâncias discretas.

Essas distâncias dependem em grande parte das condições do solo e podem ser centenas de pés, pouco viáveis para um teste rápido sob pressão. O procedimento completo, conforme descrito na norma IEEE. 81, por exemplo, é criar um gráfico de uma série de leituras feitas em intervalos regulares à medida que a sonda potencial é movida em direção à sonda atual. Este gráfico revela a resistência máxima nos limites do campo elétrico ao redor da haste de aterramento, além da qual não há resistência adicional. Esse procedimento é denominado queda de potencial (FOP) e é frequentemente descrito na literatura. Sua limitação é óbvia: tempo. Em uma estrutura permanente, como um terreno de construção, é o método de escolha. Mas para o aterramento de materiais perigosos (HAZMAT), um método mais rápido é a ordem do dia.

Técnicos experientes em testes de solo geralmente tomam um atalho em torno da queda do potencial simplesmente movendo a sonda potencial para frente e para trás a cinco ou dez pés e fazendo duas ou três leituras adicionais em oposição a plotar e grafar toda a distância. A medida exibida no instrumento de teste é a resistência do solo ao ponto de colocação da sonda em potencial. As três ou quatro medições coletadas dessa forma podem variar um pouco devido a inconsistências localizadas no solo, mas podem ser calculadas para obter uma medição aceitável. 

O que não se quer ver são números subindo constantemente à medida que a sonda de potencial é afastada do aterramento em teste. Isso indicaria que a resistência máxima que define a qualidade da conexão de aterramento não foi atingida. O teste está sendo realizado dentro do campo elétrico do aterramento de teste, não além dele. As sondas teriam que ser movidas para distâncias maiores e o teste teria que ser repetido.

Como cada uma dessas medidas pode não ser exatamente igual à última casa decimal, um grau de interpretação do operador está envolvido na aceitação ou rejeição do resultado. Aqui está uma possível fonte de erro. Para tornar esse teste mais objetivamente confiável, é possível ir para a queda simplificada do potencial. O procedimento de teste é basicamente o mesmo, envolvendo apenas três medidas. Mas em vez de o operador decidir, uma breve prova matemática separa um teste aceitável de um teste falso. 

As três leituras são feitas na metade e a 40% e 60% da distância até a sonda atual. A média das medições é calculada, e a leitura que mais se desvia dessa média é expressa como uma porcentagem da média. Este valor é então multiplicado por um fator de correção de 1,2. O cálculo resultante é a precisão percentual da média, como uma declaração de precisão para um medidor. Aplicam-se as mesmas regras gerais. 

Por exemplo, o resultado é 10,2 Ω e a precisão calculada é 1,5%, isso é bom. Se, no entanto, a precisão for inferior a 10%, que é o padrão do setor, o teste deve ser considerado inaceitável e repetido com o novo espaçamento da sonda. Incluir o cálculo de precisão em um relatório de teste confere objetividade ao teste e elimina o estigma de possível erro de julgamento do operador aos olhos de terceiros.

Para reduzir ainda mais o tempo de teste, utilizando uma única medição, chegamos à famosa regra dos 62%. Visto amplamente na literatura de testes de aterramento, o método consiste em colocar a sonda em potencial a 62% da distância até a sonda de corrente e fazer uma única medição. Sim, isso realmente funciona, mas é baseado em condições de teste ideais. A teoria por trás disso afirma que um gráfico de queda de potencial (FOP) coincidirá com a posição da sonda para a medição perfeita a 62% (na verdade, 61,8%) da distância até a sonda atual.

Como um gráfico de queda de potencial (FOP) completo cobre todos os pontos, desde praticamente zero no aterramento de teste até um valor maior do que o do aterramento de teste, devido à resistência sobreposta da sonda de corrente, o gráfico deve coincidir em algum ponto com a medição correta. Este ponto é de 62%.

No entanto este não é um procedimento de teste universal porque depende das condições ideais. Entre diversos fatores, estes incluem a uniformidade do solo, a ausência de objetos subterrâneos e o posicionamento da sonda de corrente a uma distância suficiente para que a própria resistência dela não seja incluída. Essas condições geralmente não são atendidas em testes práticos, o que requer outros métodos. No entanto, o método de 62% tem referência no padrão IEEE. 81 e em muitos casos, produzirá a medição correta, mais ou menos por sorte. Sob a pressão do tempo imposta na liberação de materiais perigosos (HAZMAT), pode ser a melhor escolha.

A haste de aterramento agora foi verificada, mas o condutor de aterramento que conecta o tanque à haste também deve ser verificado, garantindo um caminho contínuo e de baixa impedância. Isso é relativamente fácil com um testador de aterramento de três ou quatro terminais. Ele não requer um equipamento de teste adicional. 

Os testadores modernos têm um interruptor seletor, permitindo que o operador engate o número desejado de terminais para o teste necessário. Jumpers físicos entre terminais não são mais necessários como antigamente; basta ajustar o seletor para a posição de dois terminais e conectar os cabos de teste do tanque à haste. Em segundos, a resistência do condutor de aterramento será exibida e deve ser inferior a um Ohm. Se uma leitura alta aparecer, tome medidas para apertar o contato em ambas as extremidades. Alternativamente, a substituição do condutor pode ser necessária.

O local foi agora aterrado e as cargas estáticas dissipadas inofensivamente no solo. Mas o trabalho não foi concluído. Materiais perigosos devem ser descarregados em recipientes ou tanques seguros. Normalmente, os fluidos que passam pelas mangueiras são considerados benignos, mas na verdade, a fricção envolvida pode separar novamente a carga no material da mangueira e o local reverte para uma condição perigosa com risco de arco. Para proteger contra isso, as mangueiras devem ser testadas eletricamente. 

Outro equipamento de teste, um testador de isolamento, agora é necessário. Felizmente, nenhum dos requisitos é exigente e, portanto, um testador econômico de função básica pode ser empregado. O padrão da indústria é realizar um teste de 500 volts, de ponta a ponta. A resistência do material da mangueira deve ser baixa o suficiente para permitir o movimento de carga para combater os efeitos do fluido que passa rapidamente no interior, de modo que a separação perigosa de carga não se desenvolva na superfície e aumente a tensão até o ponto de arco. 
Como as mangueiras são feitas de material isolante, resistências muito mais altas estão envolvidas e, portanto, a necessidade de maior tensão de teste. Materiais diferentes têm propriedades ligeiramente diferentes e os fabricantes devem ser consultados sobre suas recomendações. A resistência deve ser ajustada ao comprimento da mangueira, mas em geral, um padrão industrial de menos de 1 MΩ é reconhecido.

Os locais com materiais perigosos podem ser voláteis e perigosos, mas todos os procedimentos são estabelecidos e disponíveis para tornar os locais seguros, desde que práticas de trabalho seguras sejam aplicadas diligentemente.

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