Instalação de sistemas fotovoltaicos em locais com aterramento precário

Toda edificação deve contar com um sistema de aterramento. Porém, dada a baixa qualidade média das instalações elétricas brasileiras, principalmente residenciais, não é difícil se deparar com uma construção onde não haja qualquer tipo de aterramento. 

O aterramento é essencial para a proteção contra choques elétricos, além de fazer parte do sistema de proteção contra descargas atmosféricas das instalações e dos equipamentos, principalmente o inversor, que é o componente mais sensível do sistema fotovoltaico.

Responsabilidade na instalação

Nem sempre as nossas cotações comerciais encontrarão instalações elétricas adequadas e que tenham um sistema de aterramento, em conformidade com as normas. 

Embora não haja legalmente um item que obrigue de forma direta que um novo trabalho em uma instalação existente seja obrigado a fazer o retrofit, como estaremos oferecendo um serviço de engenharia ao instalar um sistema fotovoltaico, devemos obrigatoriamente seguir as normas ABNT correspondentes.

As normas sozinhas não têm força de lei, porém serviços de engenharia e instalação de equipamentos devem responder ao código de defesa do consumidor, que caracteriza o instalador como fornecedor de serviços. 

O código de defesa do consumidor obriga o fiel cumprimento das normas ABNT neste tipo de serviço, cabendo punição legal para a não observância dessa obrigação e fazendo com que danos gerados pela instalação possam ser responsabilidade legal do instalador. Também a NR10, que traz quesitos de segurança em trabalhos elétricos, dá força de lei às normas ABNT.

Ao se deparar com a necessidade de instalar um sistema num local onde não há aterramento nenhum, não podemos simplesmente enxergar a falta de aterramento como um problema alheio ao nosso sistema e que não seria de nossa responsabilidade. 

Como o aterramento tem funções essenciais de segurança, não há como instalar um sistema solar nessa condição sem que o mesmo ofereça risco ao proprietário ou à própria instalação..

Conceitos básicos de aterramento

O sistema de aterramento tem 3 funções principais:

• Garantir a proteção das pessoas em situações de falhas elétricas (carcaça de dispositivos energizadas, faltas para a terra na rede de média tensão, prover caminhos para descargas atmosféricas etc);
• Escoamento de cargas eletrostáticas;
• Garantir o bom funcionamento de proteções contra curtos-circuitos e contra sobretensões.

Em um sistema fotovoltaico residencial de telhado, podemos exemplificar algumas situações em que o sistema de aterramento atuaria para garantir proteção:

• Caso haja algum condutor do lado CA exposto e em contato com a carcaça metálica do inversor e uma pessoa tocar aquele dispositivo, poderá ser eletrocutada ao fechar o circuito entre o condutor, a carcaça e a terra;
• Na queda de um raio no telhado, caso o sistema estivesse devidamente equipotencializado e aterrado, haveria um caminho de descida para o raio minimizando os impactos no restante da instalação;
• O DPS necessita estar conectado à terra para poder desviar surtos de tensão e proteger os equipamentos.

Nos exemplos acima a falta do sistema de aterramento traria risco de danos à instalação e às pessoas. Desta forma, não podemos instalar um sistema fotovoltaico em uma residência que não tenha aterramento ou tenha um aterramento precário. 

Nestas situações, devemos informar ao cliente a precariedade da instalação e devemos aguardar que o mesmo corrija a situação com outro profissional ou que o serviço seja feito pela própria empresa de instalação do sistema FV.

Sistemas de aterramento

Um sistema de aterramento é composto basicamente de um eletrodo de aterramento, que é o elemento que vai estar fisicamente na interface entre sistema elétrico e a terra, os condutores de aterramento, que ligam o eletrodo aos quadros, barramentos e os condutores de proteção e equipotencialização, que ligam os equipamentos e pinos de terra das tomadas de força às barras de equipotencialização dos quadros.

Toda instalação contém pelo menos um ponto de aterramento, que é incorporado ao padrão de entrada de energia da instalação, onde o neutro da concessionária está aterrado por uma haste. Isso é necessário para o bom funcionamento do sistema de distribuição de energia elétrica, porém não pode ser a única solução de aterramento.

Caso a instalação não possua sequer o neutro que vem da rede da concessionária, o cliente ou projetista deve entrar em contato com a distribuidora para a regularização do padrão de entrada.

Saindo deste ponto de aterramento do neutro, usualmente temos um condutor chamado PEN, que será conectado a um quadro de distribuição onde pode ser separado em uma barra de neutro e uma barra de aterramento principal (também chamado de BEP – barramento de equipotencialização principal). No BEP conectamos o eletrodo de aterramento.

A norma NBR 5410 define quais elementos podem ser utilizados como eletrodos de aterramento. São eles, em ordem preferencial de utilização:

1. uso das próprias armaduras de concreto das fundações;
2. uso de fitas, barras ou cabos metálicos imersos no concreto das fundações;
3. uso de malhas metálicas enterradas, no nível das fundações, cobrindo a área da edificação, podendo conter hastes para complementação;
4. no mínimo, uso de anel metálico enterrado, circundando o perímetro da edificação e complementado, quando necessário, por hastes verticais e/ou cabos dispostos radialmente (pés-de-galinhá).

Nota-se que nas 4 opções disponíveis, nenhuma admite  somente a haste de aterramento do neutro do padrão de entrada sem outros elementos para complementá-lo.

A norma NBR 5410 ainda classifica em quais maneiras podemos realizar as conexões de  proteção e equipotencialização, sendo as principais: o esquema TN, o esquema TN-S, o esquema TN-C-S, o esquema TT e o esquema IT. 

Em sistemas residenciais não é permitido o esquema de aterramento IT. Se optado pelo esquema TT, os circuitos devem ser protegidos por dispositivo DR (diferencial residual), já que o funcionamento da proteção por disjuntores fica prejudicado.

Exemplo de sistemas FV em instalações precárias

O que devemos fazer quando na obra só existe o aterramento do padrão de entrada? 

Nos parágrafos abaixo sugerimos uma maneira de adequação do sistema de aterramento baseado numa montagem com condutor PEN entre o padrão de entrada até o quadro geral, e do quadro geral em diante uma montagem do tipo TN-S. As montagens do tipo TN-C, TN-C-S e TT também podem ser implementadas numa residência.

Sistema de aterramento TN-S

Para compor um sistema de aterramento residencial mínimo devemos ter no quadro geral da instalação o condutor PEN vindo do ponto de aterramento do padrão de entrada. 

Este condutor segue até o quadro geral, onde é separado em duas barras: uma barra de neutro (isolada da carcaça do quadro) e uma barra de equipotencialização principal (BEP). 

Da barra de neutro sairão os condutores de neutro para todos os circuitos. Da barra BEP sairão os condutores de equipotencialização e o condutor que irá se conectar à malha de aterramento (conhecido como rabicho de aterramento).

Uma grande parte das instalações elétricas de pequeno porte não conta com uma malha de aterramento apropriada. Dentre essas, algumas sequer têm uma barra de equipotencialização principal que distribui o condutor de proteção pela instalação, como mostra a Figura 4.

Como visto anteriormente, somente a haste do padrão de entrada não é suficiente para o atendimento das normas ABNT aplicáveis. 

Quando possível, devemos compor nosso eletrodo de aterramento através das 4 alternativas apresentadas na NBR 5410 (armadura da fundação, condutores nus integrados à fundação, malha de aterramento no solo ou anel de aterramento circundando a instalação). 

Porém, nem sempre teremos possibilidade de adicionar esses elementos à instalação elétrica do cliente. Para estes casos onde a edificação já está construída,  não pode ser alterada ou não temos como ter acesso aos elementos, a norma apresenta uma flexibilização sobre o tipo de eletrodo de aterramento, permitindo (por exemplo) eletrodos mais simples, com a adição de hastes e trechos de cabo enterrado. No caso de adição destas hastes, devemos prover a ligação delas ao BEP.

Não podemos deixar de equipotencializar os módulos ao inversor e o inversor ao restante da instalação. Se o ponto de instalação do nosso inversor não tem acesso ao condutor de proteção, devemos prover essa ligação até o quadro onde se encontra o BEP ou BEL (barramento de equipotencialização local). 

Este condutor deve seguir junto com o circuito de saída do inversor (CA). O dimensionamento deste condutor de proteção pode ser simplificado pela tabela abaixo, extraída da norma NBR 5410:

Vale sempre ressaltar que não devemos ter sistemas de aterramento separados, isto é, um sistema de aterramento somente para o circuito do sistema fotovoltaico e outro aterramento para o restante da instalação. 

O circuito do inversor e os demais circuitos da instalação devem ter o aterramentos equipotencializados, sejam eles  ligados diretamente ao mesmo eletrodo de aterramento ou ligados a uma barra BEP ou BEL.