O link entre o terminal de terra / chassi e o transformador da rede elétrica é estabelecido através de um fio dedicado ou do solo?

Eu estava seguindo um tutorial sobre transformadores de fonte de alimentação e, no começo, encontrei a seguinte ilustração:

Adicionei os nomes TG e HG para o aterramento do transformador de VE e o aterramento local próximo à casa.

Na ilustração, não está claro para mim se existe um fio real entre HG e TG ou se o solo estabelece a conexão.

Minha pergunta é: em um sistema de energia moderno, haveria um fio real entre TG e HG ou é o próprio solo que fornece o caminho?

Há mais de uma maneira de esfolar esse gato, até hoje

Embora exista um padrão global para sistemas de aterramento da rede elétrica, a IEC 60364 seja mais precisa, ela não estabelece um único meio de aterramento da rede elétrica. Em vez disso, define três maneiras básicas de executar a função de aterramento principal e divide uma em três subcategorias:

• Terra-Terra (TT)
• Isolamento-Terra (IT)
• Terra-rede (TN):
  • Combinado (TN-C)
  • Separado (TN-S)
  • Combinado / separado (TN-CS)

Além disso, em algumas aplicações é usada uma impedância de aterramento , em vez de um fio sólido do ponto de aterramento ao eletrodo de aterramento. Hardware especial para detecção e remoção de falhas (como detectores de falta à terra ou dispositivos de proteção contra corrente residual / falta à terra) também pode ser necessário, dependendo do sistema.

Agora, discutiremos esses sistemas, começando pelo sistema TT, pois é isso que sua ilustração mostra. Lembre-se de que não existe o One True Way - cada sistema tem suas vantagens e desvantagens, e os padrões locais variam.

Terra-Terra (TT) - todo mundo ganha sua própria terra

Sua ilustração, reproduzida acima, mostra o sistema de aterramento Terra-Terra (TT), onde todo consumidor (estrutura alimentada) no sistema tem seu próprio eletrodo de aterramento local, sem conexão metálica com o sistema de aterramento da concessionária. Devido ao fato de que a sujeira é um péssimo condutor de eletricidade em comparação ao cobre, o uso de um sistema TT exige que um dispositivo de corrente residual seja usado para a desconexão / proteção principal do consumidor (unidade consumidora ou painel principal), o que a tornou impraticável. até cerca de 50 anos atrás, quando os RCDs começaram a se tornar amplamente disponíveis.

No entanto, possui algumas vantagens quando se trata de controlar o ruído conduzido que entra na rede, o que o torna atraente para telecomunicações e plantas de computação em larga escala. Também pode ser encontrado em ambientes onde a integridade dos caminhos metálicos de ligação à terra não pode ser garantida, como onde os circuitos externos são frequentes, embora alguns padrões locais (como na América do Norte) proíbam esse sistema de aterramento, enquanto outros (como no Japão , Dinamarca e França) favorecem fortemente.

Terra isolada (IT) - olha ma, não terra!

Na verdade, não há nada na teoria elétrica que exijaum circuito elétrico a ser conectado à própria terra - caso contrário, você não seria capaz de conectar seu laptop a uma tomada de um avião para carregá-lo! Algumas instalações de rede fixa também omitem a conexão do eletrodo de aterramento ao ponto de aterramento da rede elétrica, como mostrado acima, e usam o que é chamado de sistema de aterramento de TI (ou "sistema não aterrado" na linguagem norte-americana) como resultado. Isso é comum em áreas de processo industrial contínuo, onde é necessária alta confiabilidade ou para fornecer proteção extra contra choques em locais como salas de operações, pois a primeira falha em um sistema de TI não resulta em corrente fluindo através da falha em uma situação ideal. (Em outras palavras, se você cutucasse um sistema aterrado em TI, você se tornaria o proverbial "pombo em uma linha de força", até que alguém o cutucasse ao mesmo tempo.)

Em vez de um RCD para detectar e desconectar falhas de aterramento, um sistema de TI usa um detector de aterramento (dispositivo de monitoramento de isolamento) que soa um alarme para os operadores se uma falha de aterramento for detectada na rede. Isso permite o desligamento ordenado do processo em um processo industrial contínuo ou a detecção de falhas enquanto o processo está "ativo". No entanto, requer procedimentos especiais para garantir que a primeira falha seja encontrada e eliminada antes que uma segunda falha seja introduzida, pois essa segunda falha fará com que as correntes de falha fluam pelas duas falhas, a primeira falha substituindo um eletrodo de aterramento. Além disso, as sobretensões transitórias mais altas nos sistemas de TI impõem mais tensões no isolamento, aumentando o risco de uma falha devido à quebra do isolamento.

Algumas configurações de menor escala (como em laboratórios e locais de trabalho) usam um transformador de isolamento para fornecer uma rede local aterrada em TI, sem um dispositivo de monitoramento de isolamento. Isso é feito para fornecer um grau adicional de proteção contra choques, mas, exceto nos laboratórios que trabalham com eletrônicos referenciados à rede elétrica, tornou-se amplamente obsoleto por dispositivos sensíveis de proteção de corrente residual / falta à terra. As regulamentações locais raramente, se é que alguma vez exigem , o aterramento de TI, exceto em determinadas aplicações sensíveis (como alimentação em salas de cirurgia); no entanto, pode ser permitido como um legado de instalações mais antigas (Noruega) ou sob supervisão treinada em ambientes industriais (América do Norte).

Terra-Network - todas as terras juntas agora, por favor

O sistema de aterramento final e mais comum em uso é o sistema de aterramento Terra-Network (TN), em seus vários sabores. Nesses sistemas, é fornecido um caminho metálico entre o eletrodo de aterramento da concessionária e o eletrodo de aterramento do consumidor, proporcionando fácil desconexão automática (através do dispositivo de proteção de sobrecorrente do circuito) de falhas nas estruturas de aterramento, mantendo as tensões de isolamento baixas. A natureza desse caminho metálico, no entanto, varia entre os subtipos de aterramento do TN:

• Em um sistema "combinado" ou TN-C, o eletrodo de aterramento do consumidor é conectado ao fio neutro e nenhuma terminação de aterramento separada é fornecida ao consumidor, como ilustrado acima. As terras do chassi estão conectadas ao ponto morto (ou não estão totalmente conectadas) em um sistema TN-C, e nenhum terminal de aterramento separado é fornecido nos receptáculos deste sistema. Os sistemas TN-C são bastante obsoletos universalmente, devido à incapacidade de fornecer proteção efetiva de corrente residual em uma rede TN-C para algumas classes de falhas, bem como os riscos que uma quebra nos condutores combinados terra / neutro representam. Como resultado, eles são vistos apenas como um legado de instalações mais antigas (principalmente na América do Norte, onde instalações feitas antes da década de 1960 podem não ter nenhuma ligação à terra de proteção eficaz).

• O oposto de um sistema TN-C é o sistema de aterramento "separado" ou TN-S, onde a ligação terra neutra é realizada na extremidade da concessionária de serviços, com terra de proteção separada e condutores neutros transportados até a concessionária ao consumidor e o eletrodo de aterramento do consumidor conectado ao terra de proteção de entrada, como visto acima. Isso incorre em custos extras para a concessionária em alguns casos, e também corre o risco de que o aterramento de proteção no serviço público possa falhar silenciosamente e deixar o usuário desprotegido contra choques, mas fornece uma conexão de ruído relativamente baixo à terra via rede elétrica. Como resultado dos custos e riscos incorridos, no entanto, o aterramento verdadeiro do TN-S também é amplamente obsoleto, e geralmente visto apenas em instalações mais antigas, embora alguns locais (Índia, aparentemente) ainda o usem para novos trabalhos.

• Também é possível combinar recursos dos sistemas acima para produzir um híbrido dos dois, chamado sistema de aterramento TN-CS. Nessa configuração, o terra de proteção e o neutro são conectados um ao outro e ao eletrodo de aterramento do consumidor em um ponto a jusante da concessionária, como mostrado acima (é também isso que a resposta de Dave Tweed também mostra). Normalmente, é nesse ponto que o consumidor aceita o serviço da concessionária, imediatamente adjacente ao hardware de medição da concessionária em uma unidade consumidora principal (painel elétrico) ou painel de distribuição principal. As dependências alimentadas a partir deste painel principal podem ter seus próprios sistemas de eletrodos de aterramento, mas nãotenha uma conexão de ligação neutra à terra (a menos que o anexo esteja sendo alimentado com TN-C em vez de TN-S, como em instalações mais antigas na América do Norte). Como resultado de seu baixo custo e propriedades de segurança relativamente boas (a desconexão automática e a detecção de corrente residual funcionam bem, e os danos à fiação da rede elétrica não representam um risco de choque nas instalações do consumidor), essa é a forma mais comum de aterramento de TN, e é usado (e obrigatório em novos trabalhos) na maioria dos lugares onde os sistemas TN são implantados (como América do Norte, Austrália, Nova Zelândia e Israel, bem como nas partes da Europa que não usam aterramento TT).

Aterramento de impedância - um ponto intermediário entre "terra" e "não terra"

Em alguns ambientes, é desejável controlar a magnitude das correntes de falta à terra por razões de segurança ou confiabilidade. Como resultado, o aterramento por impedânciaesquemas são vistos em algumas aplicações, nas quais um resistor ou bobina é conectado entre o ponto de aterramento da rede elétrica e o eletrodo de aterramento. Essa prática limita a magnitude da corrente de falta e da sobretensão transitória a valores mais razoáveis ​​para as aplicações nas quais é implantada, e também permite que a desconexão da corrente residual seja empregada razoavelmente; no entanto, requer alguns dos mesmos cuidados exigidos por uma rede aterrada em TI e também não pode ser usado para serviços de utilidade geral devido à incapacidade de ter vários pontos de aterramento em tal rede. Isso limita sua utilidade a aplicações industriais e institucionais em que o cliente provisiona seu próprio transformador, fornecendo uma seção de rede elétrica completa com ponto de aterramento, totalmente sob controle do cliente

A idéia de aterrar um condutor no transformador é "neutralizá-lo" para que sua tensão fique próxima de zero em relação à Terra. A vantagem é que agora apenas os fios energizados precisam de fusíveis para tornar os circuitos seguros. (Claro, existem cenários em que um fusível no neutro pode tornar o circuito ainda mais seguro.)

A idéia de fornecer uma conexão terra / terra na casa é amarrar os estojos de metal ou partes tocáveis ​​de equipamentos com alimentação elétrica à Terra. No caso de um condutor ativo tocar a caixa aterrada, uma grande corrente fluirá de volta para o terminal neutro do transformador, mas através do caminho de terra. Isso faz duas coisas:

• Ele mantém a tensão no gabinete baixa e, esperançosamente, baixa o suficiente para evitar choques letais.
• Se o contato de falha for suficientemente baixa, uma corrente de falha alta fluirá e queimará o fusível ou o disjuntor.

Minha pergunta é: em um sistema de energia moderno, haveria um fio real entre TG e HG ou é o próprio solo que fornece o caminho?

Geralmente, não, não há retorno do fio terra. Acrescenta custo com pouco benefício.

Ambos. Aqui está um diagrama melhor:

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

A conexão neutra (a torneira central do transformador) é aterrada nas duas extremidades do cabo que passa entre o poste e a entrada de serviço da casa. Estes são os ÚNICOS locais em que o neutro está ligado ao solo - em qualquer outro lugar, eles são mantidos estritamente separados.

Observe que isso ilustra o arranjo típico dos EUA com 240V dividido em dois fios ativos, L1 e L2. O arranjo típico europeu simplesmente eliminaria L2 (ou em uma conexão trifásica, acrescentaria um L3), mas tudo o resto permanece o mesmo.

Adicionado: o lado LV do transformador de pólo é aterrado para segurança. Sem ele, todo o circuito secundário poderia "flutuar" a uma tensão relativamente alta como resultado do acoplamento capacitivo através do transformador.

O lado LV é aterrado em dois lugares para redundância. A segurança não é comprometida se uma das conexões de aterramento for interrompida por algum motivo.

O método geral na fiação residencial em todo o mundo é conectar o sistema como um "sistema isolado" de quente (s) e / ou neutro, com uma exceção importante. E então o aterramento de segurança é fornecido com um fio extra. Em operação normal, quente e neutro são totalmente isolados da terra de segurança. Só entra em jogo quando algo dá errado.

Quando algo dá errado, o fio terra tem várias funções.

• ele fornece um caminho alternativo de volta à origem, para impedir que você seja o caminho alternativo.
• se a falha for curta demais para o aterramento, permitirá que uma grande quantidade de corrente seja baixa, o suficiente para disparar o dispositivo de sobrecorrente - fusível ou disjuntor.
• se o circuito estiver protegido pelo RCD, ele fornecerá um caminho alternativo de volta à fonte que ignora o RCD, garantindo um disparo do RCD.

Apenas um problema. A corrente flui em loops e deseja retornar à fonte, não à terra. O solo não é fonte, é neutro!

Insira a ligação equipotencial neutro-terra

Esse é outro recurso multifuncional que faz o trabalho acima, embora esse não seja o principal motivo de sua existência. Ele é cuidadosamente colocado em um local específico, o ponto de serviço elétrico basicamente no ponto de parada do serviço principal e antes do RCD . Você nunca teria dois títulos equipotenciais em um serviço, por um motivo muito bom.

Nas condições de falha acima, essa ligação terra neutra é como as correntes de falha retornam à fonte. Como está antes do RCD, essa corrente irá desviar e, assim, disparará o RCD.

Mas sua principal razão é "tornar seguro" o sistema isolado, dando a seus condutores um viés específico em relação à terra . Você não quer que seus dois condutores flutuem 5000V e 5230V da terra, porque isso seria bastante exigente no isolamento de todos os seus aparelhos. Você não deseja que nenhum condutor esteja a mais de 230V da terra, então escolha um condutor e o ligue à terra.

E você quer que isso seja a terra perto de você . É por isso que cada edifício precisa de sua própria haste de aterramento. A terra a 100 metros pode estar em um potencial diferente.

Esse "condutor aterrado" ainda é um condutor em funcionamento, apenas garantido que está bem próximo do solo. Por isso, recebe um nome especial: "Neutro". E geralmente é concebido como um retorno atual.

O neutro não é obrigatório, os aparelhos de 240V dos EUA não o utilizam, nem grande parte das Filipinas, nem as tomadas do canteiro de obras do Reino Unido. Todos têm um aterramento central, com o terra preso a meio caminho entre os condutores e não conectado a nenhum deles. Isso torna todos os condutores perigosos, mas apenas "metade do que são perigosos".

De qualquer forma, o aterramento no poste pode até não existir, se você tiver um transformador de suprimento no seu site. Mas os dois aterramentos são por diferentes razões, ou para ser mais preciso, diferentes clientes. O que está no polo é impedir o acoplamento capacitivo ou o vazamento no transformador de flutuar a tensão secundária até a tensão primária. Aplica-se à terra no poste. Sua haste de aterramento em sua casa é manter a tensão da rede elétrica a 230V do encanamento de água ou outras coisas com aterramento natural, para evitar desafiar o isolamento nesses dispositivos.