O princípio e a finalidade da terração de instrumentos, segundo a norma SH/T3081-2019

Thread Content

A norma SH/T3081-2019 “Padrões de Projeto para a Terração de Instrumentos em Indústrias Petroquímicas” especifica detalhadamente o que e como deve ser feito em relação à terração dos instrumentos e dos sistemas de controle. Como é possível escrever e usar palavras apenas de acordo com os requisitos estabelecidos pela norma, não é possível explicar o motivo e o contexto por trás das regras descritas nela. Por isso, a leitura dessa norma pode ser bastante monótona, e às vezes até difícil de entender. Este artigo discute, em nove aspectos, os princípios e as finalidades da aterramento de instrumentos, podendo servir como material complementar às normas relevantes, para referência dos leitores. Aterramento de instrumentos: yunrun.com.cn/tech/3336.html. Os objetivos do aterramento dos instrumentos e sistemas de controle são principalmente dois: primeiro, proteger a segurança das pessoas e a segurança no funcionamento dos equipamentos elétricos. Isso inclui o aterramento de proteção, o aterramento de sistemas intrinsecamente seguros, o aterramento antiestático e o aterramento contra raios. Esses tipos de aterramento são conhecidos como aterramento de segurança ou aterramento de proteção ； O segundo é a terração para transmissão de sinais e redução de interferências, conhecida como terra de funcionamento ou terra de referência. Esses dois tipos de aterramento têm propósitos diferentes, e os métodos de conexão também variam. No entanto, eles estão relacionados entre si e não podem ser separados completamente. Aterramento de segurança ou aterramento de proteção dos instrumentos e sistemas de controle, aqui denominado aterramento de proteção, é o aterramento necessário para o funcionamento dos instrumentos elétricos. A fonte de energia para os instrumentos é a eletricidade alternada de 220V, utilizada tanto em indústrias quanto em aplicações residenciais. Portanto, a proteção contra choques elétricos nos instrumentos segue os mesmos princípios da proteção utilizada no setor elétrico em geral. Isso significa que ela faz parte do sistema de aterramento do sistema de fornecimento de energia de baixa tensão. Assim, deve-se seguir as normas, padrões e métodos estabelecidos pelo setor elétrico, e o sistema de aterramento deve ser conectado ao sistema de fornecimento de energia de baixa tensão do setor elétrico. A terra de proteção está relacionada com as formas de fornecimento de energia nos sistemas de distribuição de eletricidade de baixa tensão, e existem diversas formas dela. De acordo com as características e propriedades da eletricidade de corrente alternada utilizada nos sistemas de instrumentação e controle, é comum o uso do formato TNS. Nesse sistema, existe um fio de aterramento separado, chamado PE (protecting earthing), o que torna esse método de fornecimento de energia mais seguro. O formato de alimentação TNS é mostrado na Figura 1. A terra de proteção dos instrumentos é a mesma que o fio PE proveniente da área elétrica; trata-se, portanto, de uma terra redundante. Figura 1: Diagrama de conexão TN-S. A terra de funcionamento ou terra de referência dos instrumentos e sistemas de controle, aqui denominada terra de funcionamento, é a terra do sistema de alimentação em corrente contínua ou o ponto comum de terra. Trata-se de uma conexão com um ponto de referência comum de tensão; não é necessário que haja conexão real com o solo. Diferentes documentos utilizam termos, definições e classificações distintas para a terra de funcionamento dos instrumentos, mas, na essência, é a mesma coisa. Função da terra: 1. A função de proteção da terra é ter três objetivos: ① Criar um potencial próximo ao do solo nos equipamentos elétricos. Dessa forma, quando o isolamento dos equipamentos se danifica e ocorre vazamento de eletricidade, não há risco de que as pessoas que estão no chão e entram em contato com as partes metálicas dos equipamentos sejam feridas por voltagem de contato ； ②Forma uma corrente no circuito de vazamento, fazendo com que o dispositivo de proteção contra vazamentos funcione, exercendo assim sua função de proteção ； ③Usado para a descarga de correntes de surto, que podem vir da fonte de alimentação ou de raios. 2. A função da terra de funcionamento é ter três propósitos: ① Fornecer um ponto de referência para os circuitos elétricos utilizados por equipamentos que operam com corrente contínua. O uso de barramentos comuns nos circuitos elétricos permite reduzir a necessidade de fiações adicionais. ②Fornecer um ponto de referência para os circuitos eletrônicos, formando um circuito de funcionamento ou eliminando ruídos. ③Para aterrar a camada de blindagem, forma-se uma “gaiola de Faraday”, que serve para proteger contra eletricidade estática, campos elétricos ou campos eletromagnéticos em determinadas áreas. Princípio de aterramento: No campo da física e da eletricidade, o termo “tensão” se refere à diferença de potencial entre dois pontos, ou entre um ponto em relação a um ponto de referência. Dependendo do ponto de referência utilizado, o valor da tensão pode variar. A corrente elétrica flui de um ponto, através do caminho da corrente, até outro ponto. Nos circuitos de alimentação e consumo de energia, ela volta para a fonte de corrente; portanto, sempre se forma um circuito fechado de corrente. Porém, na eletrostática e nos campos elétricos, a situação é diferente. A corrente elétrica é o resultado do fluxo súbito de carga elétrica acumulada quando o isolante é rompido. Não existe um circuito para a corrente elétrica fluir. Exemplos disso são a descarga elétrica gerada pelo atrito, a descarga elétrica em objetos durante as estações secas e as descargas elétricas causadas por relâmpagos. De acordo com os princípios e funções dos circuitos de tensão e corrente mencionados acima, geralmente se utiliza a terra como ponto de referência, que possui um potencial relativamente estável. Como é a terra que fornece o ponto de referência para os circuitos, ou que forma os circuitos elétricos, ou ainda que serve para a dissipação de correntes anormais, em princípio é possível utilizar tanto um sistema de aterramento distribuído quanto um sistema de aterramento comum. No entanto, para reduzir a tensão ou a corrente entre os pontos de aterramento dispersos ou entre os sistemas de aterramento dispersos, utilizar um aterramento comum é uma maneira mais segura e confiável. Isso reduz o número de pontos de referência diferentes, além de criar um caminho de corrente de baixa impedância, o que permite a dissipação das correntes anormais. Dessa forma, é possível garantir o funcionamento seguro dos equipamentos elétricos, bem como reduzir e eliminar as interferências nos dispositivos eletrônicos. Em algumas condições específicas, não é conveniente usar o solo como ponto de referência. Por exemplo, dispositivos móveis podem utilizar os pontos de conexão elétrica comuns do dispositivo ou sistema como ponto de terra, permitindo que o sistema elétrico do dispositivo móvel funcione de forma independente, com resultados semelhantes. E esse tipo de conexão que não está diretamente ligada ao solo é chamado de “conexão de aterramento”. Em alguns textos, é também denominado “ligação de aterramento”. Há divergências entre as diferentes denominações, mas o significado básico é o mesmo: conectar, por meio de condutores, os equipamentos e instrumentos que precisam ser aterrados, bem como os corpos metálicos que podem estar carregados elétricamente, e os grandes corpos metálicos isolados. Dessa forma, o potencial elétrico desses objetos fica aproximadamente igual. Por isso, essa conexão também é chamada de conexão de potencial igual ou ligação de potencial igual. Claro, esse “conexão com o solo” pode ser feita sem conectar-se ao solo, ou também pode ser feita através da conexão com o solo. Classificação de aterramento: O aterramento de instrumentos e sistemas de controle pode ser classificado de acordo com sua função ou com seu papel, não existindo uma definição estrita para isso. Algumas classificações de aterramento podem pertencer tanto a este tipo quanto a outro, sendo que as diferentes publicações utilizam classificações distintas. A versão revisada da norma SH/T 3081, “Padrões de Projeto para Aterramento de Instrumentos em Indústrias Petroquímicas”, classifica o aterramento em: aterramento de proteção, aterramento de funcionamento, aterramento de sistemas intrinsecamente seguros, aterramento de blindagem, aterramento antiestático e aterramento contra raios. 1. Aterramento de proteção: O aterramento de proteção é um sistema de aterramento criado para garantir a segurança das pessoas e dos equipamentos elétricos. As partes condutoras expostas dos instrumentos e sistemas de controle, em condições normais, não estão carregadas electricamente. No entanto, em caso de falhas, danos ou condições anormais, podem gerar tensões perigosas. Nesses casos, é necessário realizar o aterramento de proteção nesses equipamentos. Instrumentos alimentados por uma tensão inferior à tensão de segurança não precisam ter terra de proteção, exceto nos casos em que possam entrar em contato com equipamentos elétricos que operam a uma tensão superior à tensão de segurança. A tensão segura refere-se ao valor de tensão que não representa perigo para o corpo humano. Os valores de tensão segura estabelecidos pelas normas variam dependendo do ** e do período em questão. Além disso, condições ambientais diferentes, condições corporais distintas, ambientes de trabalho variados e frequências diferentes podem fazer com que a tensão e a corrente de contato sejam capazes de causar danos. A China já estabeleceu uma tensão de segurança de 36V, e posteriormente definiu diferentes tensões de segurança para diferentes ambientes de trabalho. A norma GB/T3805-2008 “Limites de tensão extremamente baixa (ELV)” estabelece os valores de tensão que não causam danos ao corpo humano, em diferentes condições ambientais e em situações de falha. Quando os equipamentos elétricos já estão conectados à terra de forma natural, não é necessário realizar um aterramento adicional. Por exemplo: instrumentos instalados em painéis, caixas, armários ou estruturas metálicas que estejam aterrados, e que tenham bom contato elétrico com eles, não precisam de aterramento de proteção. 2. Aterramento de funcionamento: No contexto deste texto, o termo “aterramento de funcionamento” refere-se ao aterramento dos instrumentos e dos sistemas de controle, incluindo o aterramento dos circuitos de sinal dos instrumentos e o aterramento do ponto de referência da alimentação em corrente contínua. Os sinais dos sistemas de instrumentação e controle são sinais em corrente contínua ou sinais de comunicação de baixa frequência ； Os sinais de comunicação de rede e os sinais portadores são casos à parte. Sinais não isolados geralmente utilizam o polo negativo da fonte de alimentação DC como ponto de referência e são aterrados, sendo este o ponto de referência para a distribuição de sinais em instrumentos analógicos convencionais. O circuito que isola o sinal é isolado dos outros circuitos, e também é isolado em relação ao terra; portanto, não é necessário conectá-lo ao terra. A natureza do sinal de isolamento: ① O sistema elétrico está “flutuante”, sem qualquer conexão elétrica com um ponto de referência de terra; portanto, a tensão do circuito em relação à terra é incerta ； ②O sistema de alimentação é outro sistema de aterramento ； A diferença de potencial entre os dois sistemas de aterramento nos extremos do circuito de isolamento é incerta; ela varia de acordo com as condições dos sistemas de aterramento e com as condições ambientais. 3. Aterramento do sistema intrinsecamente seguro: utiliza um sistema intrinsecamente seguro com barreira de segurança isolada; as entradas e saídas estão isoladas, não havendo caminho para a passagem de corrente. Portanto, não é necessário um aterramento especial ； Um sistema de segurança intrínseca que utiliza barreiras de segurança do tipo Zener tem suas entradas e saídas conectadas entre si. Para limitar a tensão de falha no lado de campo, é necessário estabelecer um sistema de conexão à terra em relação ao ponto de referência. No sistema de segurança de tipo Zener, a terra do sistema intrinsecamente seguro e a terra dos circuitos de sinalização dos instrumentos não devem ser separadas; na prática, elas também não podem ser separadas. 4. Aterramento de blindagem: De acordo com o princípio da gaiola de Faraday, o corpo metálico de blindagem precisa ser aterrado para funcionar de maneira eficaz. A blindagem de aterramento existe em duas formas: blindagem dos cabos e blindagem dos equipamentos. A essência da blindagem é proteger os cabos ou equipamentos contra influências do ambiente externo, portanto, tem caráter protetor. A função da blindagem é reduzir as interferências causadas pela eletricidade estática, por campos elétricos externos ou por certos campos eletromagnéticos no alvo a ser protegido. Portanto, ela não serve como terra de proteção para garantir a segurança elétrica, nem como terra necessária para o funcionamento dos circuitos internos dos instrumentos. Em geral, devido à liberação de eletricidade estática pelo revestimento de blindagem e às correntes induzidas pelos campos elétricos, essas correntes são pequenas. Portanto, a terração da blindagem pode ser conectada tanto à terra de proteção quanto à terra de funcionamento. A camada de blindagem do cabo de blindagem de sinais é aterrada em uma única extremidade, a fim de evitar que as diferenças de potencial elétrico em locais diferentes gerem correntes na camada de blindagem, causando interferências nos fios de sinal. Para facilitar a implementação da instalação, sem comprometer o efeito de blindagem, a camada de blindagem do cabo de blindagem de sinais geralmente é conectada à terra no lado dos instrumentos na sala de controle. Na aplicação de proteção contra raios, a aterramento de blindagem tem a função de dissipar a corrente elétrica dos raios; portanto, é mais adequado conectá-la ao aterramento de proteção. Em algumas situações, utiliza-se também a corrente de blindagem gerada pelos campos eletromagnéticos externos para reduzir as interferências. Esse método, que envolve o uso de correntes de terra em locais diferentes, exige que as duas extremidades da camada de blindagem sejam conectadas à terra. Existem duas maneiras de resolver esse conflito: uma delas é usar um revestimento de blindagem de camada única, sendo que uma das extremidades desse revestimento é conectada diretamente à terra, enquanto a outra extremidade é conectada à terra por meio de um capacitor ； Em segundo lugar, utiliza-se uma blindagem dupla: a camada de blindagem interna é conectada a terra em uma das extremidades, enquanto a camada de blindagem externa é conectada a terra em ambas as extremidades. A blindagem externa pode ser feita com tubos de proteção metálicos, canais para cabos metálicos, etc.; não precisa necessariamente ser a própria camada de blindagem do cabo. Portanto, o tubo de proteção metálico dos cabos de instrumentação, bem como os canais de cabos metálicos, devem ser conectados à terra de proteção em ambas as extremidades. Nos tubos ou canais de proteção mais longos, a conexão à terra deve ser repetida a intervalos regulares ； Da mesma forma, a camada de proteção metálica do cabo blindado utilizado para sinais de instrumentação também deve ser conectada à terra de proteção em ambas as extremidades. Como a corrente do revestimento de blindagem não é uma corrente que afeta as propriedades de segurança elétrica, e devido a algumas práticas técnicas habituais, ela costuma ser conectada ao terra de funcionamento dos instrumentos. Isso gera incertezas na implementação da instalação de terra de blindagem. A função da terra nos instrumentos de medição no local é, principalmente, proporcionar uma blindagem simples por meio da carcaça metálica. Já os circuitos internos dos instrumentos não são conectados à terra. As afirmações em alguns documentos que consideram a terra dos circuitos internos como um pré-requisito para a análise não têm fundamento algum. 5. Aterramento antiestático: O principal método para evitar que a eletricidade estática cause danos aos equipamentos eletrônicos é impedir a acumulação de eletricidade estática e garantir conexões condutoras que permitam sua dissipação. Geralmente, nas salas de controle e nas salas de gabinetes onde são instalados equipamentos como DCS, PLC, SIS, PC, além das salas onde ficam os computadores de controle de processos, é necessário levar em consideração medidas de proteção contra eletricidade estática. Os pisos condutores de eletricidade, os pisos metálicos móveis, as mesas de trabalho e os gabinetes presentes nessas salas devem ser conectados à terra. A acumulação e a descarga de eletricidade estática estão intimamente relacionadas à umidade do ar. A descarga de eletricidade estática é relativamente fácil; um valor de resistência de descarga em relação ao solo inferior a 100Ω já é suficiente para obter bons resultados. Portanto, nos instrumentos e equipamentos que já possuem sistema de aterramento de proteção e de funcionamento, não é necessário adicionar um sistema de aterramento antiestático adicional. Nos últimos anos, os dispositivos de controle como DCS, PLC, SIS e PC já possuem designes que previnem a eletricidade estática, além de conectores que protegem contra picos de tensão ou corrente. Isso permite evitar efetivamente os danos causados pela eletricidade estática. Além disso, não é mais necessário um nível tão alto de proteção contra a eletricidade estática no ambiente externo. 6. Aterramento para proteção contra raios: A função do aterramento para proteção contra raios é direcionar a corrente elétrica gerada pelos raios para o solo. A corrente causada por um raio pode ser dividida em corrente de raio direto e corrente de surto gerada pela indução eletromagnética dos raios. Devido à alta intensidade da corrente causada por um raio, até mesmo a corrente de surto induzida pode atingir valores de dezenas a centenas de amperes. No entanto, a duração da corrente causada pelo raio é muito curta; portanto, trata-se, essencialmente, de pulsos de corrente de alta frequência e alta intensidade. Para dissipar a corrente de surto causada por um raio, é necessário um caminho de descarga o mais curto possível e uma impedância do caminho o menor possível. Como a grande maioria dos circuitos dos instrumentos não está exposta diretamente em áreas abertas ou em locais suscetíveis a raios, a maior parte da corrente elétrica causada por raios que pode danificar esses instrumentos é uma corrente de surto, e não uma corrente de raio direto. Na proteção contra raios, é necessário prestar atenção à diferença de potencial que surge no caminho de descarga da corrente de surto dos raios, bem como à tensão de contragolpe do potencial do solo. Existem algumas considerações e métodos relacionados à proteção contra descargas atmosféricas nos sistemas de instrumentação e controle, e esses sistemas devem compartilhar o mesmo dispositivo de aterramento com o sistema de aterramento utilizado na área elétrica. A norma de aterramento SH/T3081-2019, “Normas de Projeto de Aterramento para Instrumentos em Indústrias Petroquímicas”, estabelece os métodos e detalhes específicos para o aterramento de proteção, aterramento de funcionamento, aterramento de sistemas intrinsecamente seguros, aterramento de blindagem e aterramento antiestático. A norma SH/T3164-2012 “Padrões de Projeto para Proteção Contra Raios em Sistemas de Instrumentação na Indústria Petroquímica” estabelece os métodos de aterramento a serem utilizados na proteção contra raios nos sistemas de instrumentação. As normas relativas ao projeto de aterramento dos sistemas de instrumentação contidas nesse documento visam à proteção contra raios nos equipamentos de medição. Elas representam um complemento e uma expansão das “Normas de Projeto de Aterramento para Instrumentação em Indústrias Petroquímicas”. O sistema de aterramento implementado de acordo com as “Normas de Projeto para Proteção Contra Raios em Sistemas de Instrumentação na Indústria Petroquímica” permite que sejam atendidas as funções de aterramento estabelecidas nessas normas. Os métodos de aterramento especificados podem substituir completamente os métodos previstos nas “Normas de Projeto para Aterramento de Instrumentação na Indústria Petroquímica”. Efeito de proteção contra interferências por aterramento 1. Fontes de interferência nos sinais As interferências nos sinais dos instrumentos podem ser de tipo diferencial ou comum, e causam distorção no sinal e erros. A interferência em modo diferencial é a tensão ou corrente que atua diretamente entre os fios de sinal, enquanto a interferência em modo comum é a tensão ou corrente entre os fios de sinal e um ponto de referência comum, ou entre os fios de sinal e a terra. As características da tensão ou corrente de interferência podem ser de tipo contínuo, alternado, pulsante ou irregular. As principais fontes de interferência nos sinais são os campos elétricos (eletrostáticos) e os campos eletromagnéticos. Os campos eletromagnéticos podem ser de alta ou baixa frequência. O princípio de interferência é a indução eletromagnética e a indução de campo elétrico. As principais medidas para evitar ou reduzir as interferências nos instrumentos são a blindagem e a neutralização/attenuação dos campos eletromagnéticos indesejados pelos campos eletromagnéticos de contraponto. Por exemplo: par trançado, aterramento múltiplo com blindagem externa, etc. As causas de acidentes e interferências anormais são geralmente erros de sinal decorrentes de curtos-circuitos ou interrupções nas linhas, o que pode até causar danos aos instrumentos. 2. Efeito de proteção contra interferências por meio da terra: A blindagem é um dos meios eficazes para combater interferências. De acordo com a origem das interferências, pode-se distinguir entre blindagem contra campos elétricos, blindagem contra campos magnéticos e blindagem contra campos eletromagnéticos. Como as três situações existem no ambiente de operação dos instrumentos, a blindagem deve ser considerada de forma abrangente. O princípio da blindagem de campos elétricos consiste no uso de materiais condutores para formar uma barreira de proteção. Sob condições de aterramento, é possível alcançar um equilíbrio eletrostático, eliminando assim as interferências causadas por campos elétricos e campos eletromagnéticos de baixa frequência, graças ao acoplamento capacitivo. Dessa forma, consegue-se a blindagem do campo elétrico. A blindagem magnética serve para impedir que os campos magnéticos estáticos externos e os campos magnéticos gerados por correntes de baixa frequência entrem na área que precisa ser protegida. Para isso, é necessário utilizar um material magnético como revestimento. Quanto mais espessa for a camada de revestimento, maior será a permeabilidade magnética, e melhor será o efeito de blindagem. Os materiais de ferro têm uma permeabilidade magnética muito alta, e por isso seu efeito de blindagem é muito melhor em comparação com outros materiais que possuem menor permeabilidade magnética. A blindagem de campos eletromagnéticos também utiliza corpos de blindagem feitos de materiais condutores. O fenômeno da indução eletromagnética é utilizado para gerar correntes eletromagnéticas na superfície do corpo de blindagem, criando um campo magnético oposto que anula ou atenua o campo magnético perturbador original, alcançando assim o objetivo de blindagem. O aço carbono comum e os materiais de ferro possuem alta condutividade elétrica e magnética, portanto, oferecem um bom desempenho na proteção contra campos elétricos, campos magnéticos e campos eletromagnéticos. A conexão do blindagem à terra é uma das condições importantes para que a blindagem funcione corretamente. 3. Função de direcionamento: A conexão do corpo de blindagem ao solo permite que as cargas eletrostáticas sejam direcionadas para o chão, fazendo com que o campo elétrico se estabeleça na superfície metálica do corpo de blindagem. Dessa forma, é alcançado o equilíbrio eletrostático, ou seja, a blindagem do campo elétrico. Quando a corrente de surto flui ao longo dos fios de sinal, devido ao efeito de pele da corrente alternada, parte dessa corrente é dissipada através do terraamento da camada de blindagem. O restante da corrente de surto é dissipado no solo graças à ação do dispositivo de proteção contra surtos. Esse é o papel de condução do sistema de terraamento. Métodos de aterramento 1. Visão geral Os métodos de aterramento incluem aterramento em ponto único e aterramento múltiplo em vários pontos. Em termos de princípio, ambos os métodos permitem atender às necessidades de aterramento. No entanto, na prática, o desempenho do aterramento varia de acordo com o tamanho da área, o comprimento dos cabos de aterramento e as características das correntes anormais ou de interferência. Sinais de corrente contínua, sinais de baixa frequência, alimentação por corrente contínua, fornecimento e distribuição de energia em edifícios industriais e residenciais, fornecimento e distribuição de energia para equipamentos industriais, acidentes relacionados ao fornecimento e distribuição de energia, raios, entre outros, podem gerar correntes nos fios de aterramento ou nos pontos de aterramento. No entanto, as frequências de operação dos componentes eletrônicos, dos barramentos e das comunicações não correspondem às frequências das correntes de terra em condições normais ou anormais. Por exemplo, a frequência de operação dos computadores é de vários GHz, mas os chips e placas de circuito não precisam estar conectados ao terra; eles servem apenas como pontos de referência de potencial elétrico para os circuitos locais. O aterramento real é o aterramento de fornecimento e distribuição de energia, ou seja, o aterramento de proteção, ou ainda o aterramento necessário para sinais de corrente contínua e baixa frequência. 2. Aterramento em ponto único: Os sinais dos instrumentos e sistemas de controle são sinais de corrente contínua ou sinais de baixa frequência, com valor inferior a 10 kHz. Para evitar que as diferenças de potencial elétrico entre os diferentes pontos de aterramento interfiram nos sinais, e também para eliminar o efeito da capacitância distribuída nas linhas, o aterramento dos instrumentos é geralmente feito em um único ponto. Nos circuitos de sinal, deve-se evitar a formação de circuitos de aterramento. A conexão de aterramento para o instrumento é mostrada na Figura 2, enquanto o modo de aterramento da fonte de sinal e do instrumento receptor é apresentado na Figura 3. Figura 2: Esquema de aterramento em um único ponto do instrumento (Nota: U = US) ； U é o sinal recebido pelo instrumento ； Sinal de saída da fonte USμ) http://yunrun.com.cn/upload/202009/16/202009160006151804.png Figura 3: Representação esquemática da conexão à terra da fonte de sinal e do instrumento de recepção (Nota: U = US + Ug) ； Diferença de potencial elétrico entre os diferentes pontos de aterramento de Ugwei) Como pode ser visto nas Figuras 2 e 3, a fonte de sinal e o instrumento de recepção são aterrados separadamente, o que gera uma diferença de potencial elétrico Ug entre esses diferentes pontos de aterramento. Para evitar que o potencial geelétrico afete o sinal, este não deve formar um circuito através do solo. Se tanto a fonte de sinal quanto o instrumento de recepção em uma determinada linha precisarem ser conectados ao terra, então deve-se utilizar um isolador para separar esses dois pontos, a fim de eliminar o efeito da diferença de potencial entre os terras, Ug. A conexão dos dois pontos pelo isolador é mostrada na Figura 4. http://yunrun.com.cn/upload/202009/16/202009160021071447.png Figura 4: Ilustração da isolação de dois pontos por meio de um isolador. Em um sistema com aterramento em um único ponto, normalmente todas as linhas de aterramento são conectadas a uma placa de conexão – o ponto de aterramento – e esse ponto de aterramento é então conectado à rede de aterramento. A conexão da placa de conexão ao sistema de aterramento é mostrada na Figura 5; as linhas pontilhadas na figura representam as linhas de aterramento. http://yunrun.com.cn/upload/202009/16/202009160025450354.png Figura 5: Esquema de aterramento do painel de controle. 3. Aterramento em vários pontos: O aterramento em vários pontos também é conhecido como aterramento repetido. Ele é utilizado para dissipar grandes correntes elétricas em caso de anomalias no mesmo equipamento ou linha. Além disso, é usado para criar conexões eletroequivalentes em equipamentos condutores de grande área, com o objetivo de garantir segurança. É utilizado principalmente para fins de aterramento em sistemas de fornecimento de energia e proteção contra raios. Para dispositivos pequenos individuais, a área condutiva exposta é pequena, e os caminhos de corrente anômala ou as conexões de aterramento são curtos; portanto, não se gera diferença de potencial, sendo assim, uma única linha de aterramento é suficiente. Mas, para equipamentos grandes ou longos, é necessário realizar a conexão à terra a intervalos regulares, ou seja, uma conexão à terra repetida, como no caso da conexão à terra dos canais de cabos. 4. Rede de aterramento: Para uma rede de aterramento com boa condutividade, se não houver equipamentos elétricos de alta potência na área onde se encontram os instrumentos, que possam causar problemas de aterramento, ela pode ser considerada como um plano de aterramento. Todos os tipos de conexões de aterramento naquela área podem ser feitas conectando-se a essa rede de aterramento. Dessa forma, obtém-se um bom efeito de aterramento, além de um método simples e prático. Esse é o método de aterramento em rede. Esquema de aterramento 1: Aterramento em estrela. O esquema de aterramento em estrela é frequentemente utilizado em áreas de pequeno porte. Trata-se de um método típico de aterramento em um único ponto, sendo usado, por exemplo, para o aterramento de salas de controle e salas de equipamentos. O esquema de aterramento em formato estrela é mostrado na Figura 6. http://yunrun.com.cn/upload/202009/15/202009151740504771.png Figura 6: Esquema de aterramento em formato estrela. A implementação do sistema de aterramento em formato estrela envolve dois pontos de conexão: ① Os aterramentos do mesmo tipo são conectados entre si. Os fios de aterramento de proteção dos instrumentos são conectados à placa de aterramento de proteção central ； Os fios de aterramento dos instrumentos são reunidos na placa de aterramento geral. Em situações em que há muitos fios de aterramento dos instrumentos, pode-se adotar um método de reunir os fios separadamente antes de realizarmos a conexão centralizada. ②Reunir diferentes barramentos juntos. Por exemplo: as placas de aterramento de trabalho e as placas de aterramento de proteção são conectadas à placa de aterramento principal, que por sua vez é conectada ao sistema de aterramento. Na parte em formato estrela, que utiliza um sistema de aterramento em estrela ou um sistema híbrido de aterramento em estrela e malha, o aterramento de funcionamento não deve ser misturado com o aterramento de proteção antes de ser conectado à placa de concentração do aterramento de funcionamento. Os cabos de aterramento, incluindo os fios de aterramento individuais, as linhas principais de aterramento e as barras de conexão para aterramento, devem ser isolados, exceto nos pontos de conexão normais, antes de serem conectados ao terra geral. Embora não haja evidências e motivos suficientes para essa regulamentação, ela foi criada principalmente com o objetivo de evitar os efeitos negativos causados por circuitos elétricos anormais, resultantes de erros durante a execução das obras. 2. Aterramento em rede: O sistema de aterramento em rede é semelhante a uma rede de aterramento local, oferecendo boa eficiência no aterramento. É adequado para diversos tipos de locais e diferentes necessidades de aterramento. Pode ser utilizado em sistemas de aterramento em ponto único ou em vários pontos. A desvantagem é que seu custo é um pouco maior. O esquema de aterramento em rede é mostrado na Figura 7. http://yunrun.com.cn/upload/202009/15/202009151815316806.png Figura 7: Esquema de aterramento em rede. O sistema de aterramento em rede utiliza vários circuitos de aterramento conectados ao dispositivo de aterramento, com o objetivo de fornecer mais caminhos para a dissipação da corrente, melhorando assim a eficiência do aterramento. Isso é especialmente importante em situações em que a corrente de aterramento é alta. Além disso, esse sistema também permite a dissipação adequada das correntes induzidas por relâmpagos nos instrumentos. As “Normas de Projeto para Proteção Contra Raios em Sistemas de Instrumentação na Indústria Petrolífera” adotam esse método de conexão à terra. O sistema de instrumentos da sala de controle deve ter um sistema de aterramento contra raios do tipo em rede, com barras de aterramento em formato de rede dispostas abaixo dos gabinetes. As diversas barras de conexão dentro do gabinete podem ser conectadas diretamente à barra de aterramento em formato de rede localizada abaixo do gabinete, o que permite um caminho de aterramento mais curto. Ao mesmo tempo, o fio de aterramento deve ser o mais curto possível, e deve-se evitar que ele seja dobrado durante a instalação. As barras de aterramento em formato de rede podem ser feitas de chapas de cobre com espessura e largura de 4 mm × 40 mm, de aço chato galvanizado ou de aço inoxidável, sendo adequadas para todos os casos de conexão equipotencial. 3. Aterramento composto em formato estrela-rede. O formato de aterramento composto em estilo estrela-rede é mostrado na Figura 8. http://yunrun.com.cn/upload/202009/15/202009152345102050.png Figura 8: Esquema de aterramento composto em formato estrela-rede. Princípios de aterramento: 1. Uso de um único dispositivo de aterramento. As “Normas de Projeto de Aterramento para Sistemas de Instrumentação em Indústrias Petrolíferas e Químicas” estipulam que o aterramento dos sistemas de instrumentação e controle deve ser integrado ao sistema de fornecimento e distribuição de energia de baixa tensão. Além disso, são definidos os dispositivos de aterramento para proteção, funcionamento, sistemas de segurança intrínseca, blindagem, proteção contra eletricidade estática e proteção contra raios, todos utilizando o mesmo dispositivo de aterramento. A utilização de um sistema de aterramento comum é um consenso nos sistemas de aterramento elétrico, bem como nos sistemas de aterramento de instrumentos e controladores. A maioria das normas e regulamentos atuais, tanto no país quanto no exterior, estabelece os princípios para o uso de um sistema de aterramento comum. Em particular, a norma GB 50057-210 “Normas para Projeto de Proteção contra Raios em Edifícios” determina que o sistema de aterramento utilizado para proteção contra indução por raios deve ser compartilhado com o sistema de aterramento dos equipamentos elétricos. De acordo com o princípio de funcionamento dos instrumentos e com o projeto dos circuitos eletrônicos, não existem requisitos especiais em relação à resistência de aterramento dos circuitos dos instrumentos. Seja para o aterramento de proteção dos instrumentos, para o aterramento necessário ao seu funcionamento, para o aterramento de segurança intrínseca, para o aterramento de blindagem, para a proteção contra eletricidade estática ou para a proteção contra raios, todos esses casos devem seguir as normas de aterramento estabelecidas pela área elétrica. Portanto, não há motivo para se estabelecerem requisitos especiais em relação à resistência de aterramento. Após uma revisão da literatura relevante, não foi encontrado nenhum princípio ou base que explique as exigências especiais relativas à resistência de aterramento para instrumentos, equipamentos de comunicação, produtos eletrônicos e outros dispositivos eletrônicos. 2. Conexão de potencial elétrico igual: As causas que afetam o funcionamento normal dos instrumentos ou que causam danos devido a sobretensão são, basicamente, curtos-circuitos nas linhas, influências do potencial terra e correntes de surto. Uma boa condutividade das linhas de terra, conexões de potencial elétrico igual e dispositivos de terra compartilhados podem resolver efetivamente esses problemas. As funções da terra de proteção dos instrumentos e da terra de funcionamento dos instrumentos podem ser resumidas da seguinte forma: primeiro, reduzir a diferença de potencial gerada pela corrente de terra nas linhas ； O segundo é estabelecer um potencial de referência público. A conexão eletropotencial cumpre bem esses dois objetivos. Pode-se utilizar um sistema de aterramento em estrela, ou então um sistema de aterramento em rede. O sistema de aterramento em rede oferece melhores resultados e é mais simples de implementar ； Mas atente: não se deve usar o método de conexão em série dos gabinetes ou dos instrumentos para aterramento. 3. Resistência de aterramento: Devido ao uso de conexões em potencial igual e de um sistema de aterramento comum, a resistência de aterramento dos instrumentos e sistemas de controle é, na verdade, a mesma que a resistência de aterramento do sistema de distribuição de energia elétrica de baixa tensão. A resistência de aterramento dos sistemas de fornecimento e distribuição de energia em baixa tensão é calculada com base em fatores como situações de choque elétrico e segurança das pessoas, sendo estabelecida conforme as normas técnicas chinesas. De acordo com essas normas, a resistência de aterramento em condições normais não deve exceder 4Ω. O valor definido para a resistência de aterramento de um dispositivo de aterramento é igual à razão entre a tensão do dispositivo em relação ao solo e a corrente que flui para o solo através dos eletrodos de aterramento. Como a frequência da eletricidade alternada utilizada na indústria e em aplicações civis na China é de 50Hz, a medição da resistência de aterramento também deve ser feita com eletricidade alternada de 50Hz. Portanto, a resistência calculada com base na corrente alternada de frequência de operação que passa pelo eletrodo de aterramento é chamada de resistência de aterramento de frequência de operação. De acordo com o princípio de aterramento dos instrumentos e sua função, uma boa conexão equipotencial é mais importante do que o valor da resistência de aterramento. A norma ISARP12.6 “Implementação da aterramento de instrumentos em locais perigosos – Parte 1: Segurança intrínseca” estipula que a resistência de conexão do circuito de aterramento deve ser menor que 1Ω. Não se trata da especificação de um valor exato para a resistência de aterramento; são dois conceitos diferentes, que não devem ser confundidos. Nos métodos de aterramento especificados no ISARP12.6, é proposto o uso de 2 fios de aterramento para fazer conexões repetidas, com o objetivo de utilizar o método de interromper um dos fios para medir a resistência do circuito, e assim determinar a resistência do caminho de aterramento, em vez de medir a resistência do próprio aterramento. Em resumo, seja para a proteção dos instrumentos ou para o funcionamento deles, não existem requisitos especiais em relação à resistência de aterramento. Não há artigos, discussões ou materiais que estabeleçam regras específicas para a resistência de aterramento dos circuitos de sinal dos instrumentos; portanto, não há fundamento para tais exigências. De acordo com o propósito e os princípios de funcionamento da ligação à terra dos sistemas de medição e controle, tanto a ligação à terra para proteção dos instrumentos quanto a ligação à terra para operação devem compartilhar o mesmo dispositivo de ligação à terra do sistema de fornecimento e distribuição de energia de baixa tensão. Isso é um consenso entre os profissionais técnicos, e foi amplamente comprovado ao longo de anos de prática em projetos. A função da terra de proteção dos instrumentos e da terra de funcionamento é estabelecer um potencial de referência comum e reduzir a diferença de potencial gerada pelas correntes de terra nas linhas. A conexão em potencial igual permite alcançar bem esses dois objetivos. De acordo com os princípios básicos de aterramento, geralmente se utiliza a Terra como ponto de referência, que possui um potencial relativamente estável. Em algumas condições específicas, quando não é conveniente usar o solo como ponto de referência, pode-se utilizar os pontos de conexão elétrica comuns de um equipamento ou sistema como ponto de terra, com resultados semelhantes. Os circuitos eletrônicos não precisam estar conectados à terra. Não existem fundamentos teóricos ou evidências experimentais que comprovem a necessidade de conectar os circuitos eletrônicos à terra. Além disso, não há teorias ou evidências que indiquem o valor da resistência quando um circuito eletrônico está conectado à terra. As especificações para o sistema de aterramento dos instrumentos e sistemas de controle devem atender não apenas aos objetivos e funções do aterramento, mas também à viabilidade, conveniência e práticas habituais na implementação da obra. Autor: Ye Xiangdong, homem, vice-engenheiro-chefe do Beijing Design Institute da Sinopec Group e da Sinopec Engineering Construction Company. É engenheiro sênior de nível professoral e foi o responsável pela elaboração da norma SH/T3081-2019