Aterramento e equipotencialização de um gabinete elétrico

Aterramento vs. conexão: o que cada um faz

Uma diretriz de fiação de automação de um grande fabricante de controles explica de forma simples: equipotencialização é a conexão entre as partes metálicas de chassis, conjuntos, estruturas, blindagens e gabinetes; o aterramento é a conexão ao sistema de eletrodos de aterramento, que coloca o equipamento no potencial de terra. Ambos são importantes, mas para a segurança eles desempenham funções diferentes.

Em instalações nos EUA, o Artigo 250 do NEC cobre ambos. Os requisitos de conexão do Artigo 250 estabelecem um caminho de corrente de falta de baixa impedância de volta à fonte de alimentação para que o dispositivo de sobrecorrente abra quando ocorrer uma falta à terra. O NEC 250.4(A)(5) chama isso de caminho eficaz de corrente de falta à terra, e a terra não é considerada parte dele. Um guia de treinamento para o 2020 NEC explica o porquê: a resistência de contato entre um eletrodo e a terra é tão alta que muito pouca corrente de falta retorna através dela, de modo que o disjuntor não abriria e as partes metálicas permaneceriam energizadas.

O resultado prático para um gabinete: o condutor de aterramento do equipamento que chega com o circuito de alimentação é o que elimina uma falta. Uma haste de aterramento cravada ao lado de um gabinete montado em poste é um eletrodo auxiliar sob o NEC 250.54; ela pode ser conectada ao condutor de aterramento do equipamento, mas nunca é um substituto para ele. Verifique a edição que sua autoridade competente aplica para cada referência de código neste guia.

O que deve ser aterrado

O NEC 250.96(A) (2020 edição, conforme explicado em um guia de treinamento do NEC) exige que as partes metálicas destinadas a servir como condutores de aterramento de equipamentos, incluindo eletrodutos, cabos, equipamentos e gabinetes, sejam interligadas para que possam conduzir com segurança qualquer corrente de falta que possa lhes ser imposta. Para um gabinete típico, isso significa:

• o corpo do gabinete, através do condutor de aterramento de entrada do equipamento;
• a placa de montagem e tudo o que estiver aterrado através dela;
• uma porta ou tampa que abriga dispositivos elétricos;
• eletrodutos metálicos e conexões que entram no gabinete;
• as estruturas metálicas de dispositivos que possuem seu próprio terminal de aterramento.

O condutor de aterramento de equipamento é dimensionado com base na classificação do dispositivo de sobrecorrente que o precede, utilizando a Tabela 250.122 do NEC. Algumas linhas da tabela 2020 para condutores de cobre:

O condutor não precisa ser maior que os condutores do circuito, e o NEC 250.122(B) exige que ele seja aumentado proporcionalmente se os condutores de fase forem redimensionados para maior, por exemplo, para queda de tensão. Condutores de aterramento de equipamento isolados de 6 AWG ou menores devem ser verdes ou verdes com uma ou mais listras amarelas (NEC 250.119).

Terminais de aterramento, o barramento de aterramento e como empilhar terminais

Conecte o condutor de aterramento de equipamento de entrada em um parafuso de aterramento no corpo do gabinete ou em uma barra de aterramento montada na placa de montagem, e então leve um condutor separado de cada dispositivo ou chassi para seu próprio terminal na barra. A diretriz de automação acima recomenda exatamente isso: uma barra de aterramento central no painel traseiro, com cada chassi conectado a um parafuso individual em vez de conectados em cascata.

A forma como o condutor é fixado também importa. O NEC 250.8(A) (2017 edição, conforme resumido pela EC&M) lista os métodos permitidos para condutores de aterramento de equipamentos e jumpers de conexão, incluindo conectores de pressão listados, barras de terminais, soldagem exotérmica, parafusos de máquina que engatam pelo menos duas roscas ou são fixados com uma porca, parafusos de máquina formadores de rosca que engatam pelo menos duas roscas e conexões que fazem parte de um conjunto listado. Sob 250.8(B), conexões que dependem exclusivamente de solda não são permitidas.

Onde dois terminais compartilham um prisioneiro, a mesma diretriz descreve o posicionamento do primeiro terminal entre uma arruela dentada e uma porca com uma arruela dentada cativa, e então o segundo terminal entre essa porca e uma segunda porca com arruela dentada cativa, para que cada terminal seja fixado de forma independente. Todo gabinete de sobrepor (montagem em parede) NEMA4 Enclosure possui prisioneiros de aterramento para essas conexões.

Conexão da placa de montagem

A placa de montagem suporta a maioria dos dispositivos, portanto, deve ser uma parte sólida do caminho de falta. A diretriz de automação solicita uma boa conexão elétrica entre cada chassi, a placa traseira e o gabinete por meio de cada parafuso de montagem ou prisioneiro, com a tinta ou outro acabamento não condutor removido ao redor dos prisioneiros e furos roscados. Além dessas conexões, ela recomenda 1 de trança de cobre ou pelo menos 8 AWG de fio de cobre multifilar de cada chassi, do gabinete e do barramento de aterramento central na placa traseira.

Nossos gabinetes de sobrepor possuem uma placa de montagem galvanizada removível em pinos soldados. Como a placa é removível, trate os pinos e porcas como uma fixação mecânica e adicione um condutor de equipotencialização da placa a um pino de aterramento, para que a equipotencialização não dependa do aperto das porcas após uma remontagem. Um caso prático sobre equipotencialização de placa de controle com vedação mostra por que um teste de continuidade através dos parafusos de montagem não comprova um caminho para corrente de falta.

Equipotencialização da porta

Uma dobradiça é um condutor ruim: é uma junta móvel e pode estar pintada. A diretriz de automação é direta quanto a isso: não confie na dobradiça para o contato elétrico entre a porta e o gabinete; instale um cabo de equipotencialização.

Para máquinas industriais, a NFPA 79 adiciona um requisito. A Seção 8.2.3.6.1 da edição 2007, conforme citado por profissionais (verifique a edição atual), diz: "Onde dispositivos elétricos são montados em portas ou tampas condutivas, um jumper de equipotencialização (protetivo) de equipamento deve ser instalado." O jumper conecta a porta ou tampa ao gabinete ou a um terminal de equipotencialização protetivo dentro dele. Os números das cláusulas mudam entre as edições, portanto, verifique a edição que se aplica à sua máquina.

Na prática: uma porta com botões de pressão, luzes piloto, um medidor ou um display recebe um jumper de aterramento flexível de um terminal na porta para um terminal no corpo, com folga suficiente para que a porta abra totalmente. Nossos gabinetes de sobrepor (montagem em parede) possuem uma dobradiça contínua, e a mesma regra se aplica: conecte a porta com um jumper quando ela contiver dispositivos. Se você precisar de um terminal extra na porta de um projeto personalizado, especifique-o em sua solicitação de orçamento.

Tinta, revestimentos e superfícies de contato

A equipotencialização só funciona através de metal nu. O NEC 250.12 exige que revestimentos não condutores, como tinta, laca e esmalte, em equipamentos que serão aterrados, sejam removidos de roscas e outras superfícies de contato, a menos que as conexões sejam projetadas para tornar a remoção desnecessária; 250.96(A) repete a regra para gabinetes e outras partes metálicas que servem como condutores de aterramento. O mesmo guia de treinamento observa que apertar uma contraporca firmemente com uma chave de fenda e alicates é considerado suficiente para romper a tinta e outros acabamentos não condutores em uma conexão de eletroduto. Isso se aplica apenas às contraporcas de eletrodutos: ainda assim, remova a tinta nos terminais de aterramento e em todos os outros pontos de equipotencialização.

• Aço carbono com pintura eletrostática: raspe ou mascare o revestimento em cada pino de aterramento, ponto de equipotencialização e entrada de conduíte, ou use conexões projetadas para perfurá-lo.
• Aço inoxidável: não há tinta para remover, mas as faces de contato devem estar limpas e livres de óleo ou selante.
• Placas de montagem galvanizadas: o revestimento de zinco é metálico; mantenha as áreas de contato livres de tinta, etiquetas e fita adesiva.

Observe vedações e arruelas de vedação sob hubs de conduíte e prensa-cabos: eles impedem a entrada de água, mas também podem interromper o contato metal-metal necessário para um caminho de equipotencialização. Use uma porca de travamento ou bucha de aterramento, ou uma conexão com seu próprio recurso de aterramento, onde o conduíte metálico faz parte do caminho de aterramento.

Trilhos DIN, blindagens e ruído

Um trilho DIN é um suporte mecânico. A IEC 60715:2017 estabelece que a função elétrica de um trilho para aterramento de proteção é coberta pela norma de produto relevante, portanto, um trilho aterra um dispositivo apenas quando a documentação desse dispositivo diz que ele o faz. Alguns produtos não possuem terminal de terra e são aterrados apenas através do trilho; para esses, a diretriz de automação recomenda passar um condutor de aterramento do equipamento do parafuso de montagem do trilho para seu próprio parafuso no barramento de terra.

Um bom aterramento também reduz ruídos elétricos. A mesma orientação recomenda um gabinete de aço para proteger contra interferências, observa que uma janela de visualização na porta deve ser uma tela laminada ou um substrato óptico condutivo para bloqueá-la, e pede que cada blindagem de cabo seja aterrada em apenas uma extremidade, na extremidade especificada nas instruções do produto, e nunca conectada ao lado comum de um circuito lógico. Terra protetora e a referência de 0 V de um circuito de controle são conexões separadas; avaliar uma conexão de 0 V-terra em um gabinete metálico explica por que uma leitura do medidor entre eles diz pouco sobre blindagem, e por que a terra protetora nunca é desconectada para corrigir ruídos. A separação de cabos de alimentação e sinal é abordada no guia de layout da placa traseira e da barra DIN.

Mantenha o neutro fora do gabinete

A jusante da desconexão de serviço, o neutro (condutor aterrado) e o condutor de aterramento do equipamento são mantidos separados. O NEC 250.6 exige que os sistemas sejam instalados de modo que a corrente do neutro ou do circuito não flua em partes metálicas; o guia de treinamento lista, como causa de corrente indesejada, a conexão do neutro à carcaça metálica de uma desconexão que não faz parte da desconexão de serviço, e alerta sobre choque, incêndio e mau funcionamento de dispositivos de proteção. Em um gabinete alimentado por um painel externo, conecte os neutros em um terminal de neutro isolado e os terras no barramento de terra, e nunca conecte os dois juntos ali. Sistemas derivados separadamente, como um transformador de controle com secundário aterrado, seguem suas próprias regras no Artigo 250; siga o manual do transformador e a edição do código em vigor.

Gabinetes não metálicos

Gabinetes de policarbonato e PRFV não conduzem eletricidade, portanto nada faz ligação por meio da parede. Cada parte metálica dentro ou na caixa (a placa de montagem, hubs de conduíte metálicos, ferragens da porta que sustentam dispositivos) deve ser conectada ao condutor de aterramento do equipamento por seu próprio condutor de ligação ou por um acessório com previsão de ligação. Compare os materiais em policarbonato vs gabinetes de PRFV e comparação de materiais de gabinete.

Se o gabinete acabado se tornar um painel de controle industrial, o listagem e a inspeção adicionam seus próprios requisitos; veja UL 50E, NEMA 250 e listagem.

Perguntas frequentes

Fontes

1. Mike Holt, Entendendo os Requisitos do NEC 2020 para Conexão e Aterramento: 250.96 e 250.12 (e introdução do Artigo 250)
2. Mike Holt, 2020 NEC: 250.54 eletrodos auxiliares, a terra não é o caminho eficaz de corrente de falta de aterramento de 250.4(A)(5)
3. Mike Holt, 2020 NEC: 250.122 e Tabela 250.122, dimensionamento de condutores de aterramento de equipamentos
4. Mike Holt, 2020 NEC: 250.119, identificação de condutores de aterramento de equipamentos
5. Mike Holt, 2020 NEC: 250.6, corrente objetável
6. EC&M, "Perguntas e Respostas sobre o Código: Conexão de equipamentos de aterramento e equipotencialização" (NEC 250.8, 2017)
7. Fórum de Mike Holt, "Aterramento da porta do painel de controle" (NFPA 79 8.2.3.6.1 citado)
8. Rockwell Automation, Diretrizes de Fiação e Aterramento para Automação Industrial, publicação 1770-4.1 (equipotencialização, barramento de terra, fio de aterramento da porta, aterramento de trilho DIN)
9. IEC 60715:2017 (função de aterramento protetor de trilhos deixada para os padrões do produto)
10. NFPA 70, National Electrical Code (acesso gratuito apenas para leitura): Artigo 250