Condutividade

Condutividade elétrica em descargas e impacto das conexões na eficiência de uma malha de aterramento

1.Abertura

Um dos componentes mais importantes para a segurança dos sistemas elétricos é a malha de aterramento, que assegura que as correntes de falha e descargas atmosféricas sejam direcionadas de forma eficaz ao solo. A eficácia desse escoamento depende não só do desenho geométrico da malha e da resistividade do solo, mas também — e de maneira crucial — da condutividade e dos materiais empregados nas conexões.
Este artigo aborda a condutividade relacionada a descargas elétricas, os fenômenos ligados ao escoamento da corrente no aterramento e a comparação de desempenho entre conectores feitos de liga de cobre e conectores de cobre eletrolítico com 99,9% de IACS.

2. Condutividade e descargas elétricas

Uma descarga elétrica, como as correntes de uma falta ou de um raio, é definida por:
• altíssima corrente (pode atingir centenas de kA durante descargas atmosféricas);
• extremamente breve;
• onda de frente extremamente rápida, principalmente em descargas atmosféricas.

Nessas circunstâncias, a corrente tende a seguir o caminho de menor impedância, e não apenas o de menor resistência ôhmica.
Desse modo, materiais e conexões que possuam alta condutividade e baixa reatância são essenciais para prevenir aquecimento, fusão, quebra mecânica e sobretensões perigosas.

3. Malha de Aterramento e Comportamento do Escoamento de Corrente

A malha de aterramento tem como funções principais:

1. Conduzir correntes de falta ou descargas ao solo com segurança.

2. Manter tensões de toque e passo dentro de limites seguros.

3. Estabilizar o potencial elétrico da instalação.

4. Proteger seres humanos, equipamentos e estruturas.

O escoamento da corrente em uma malha depende diretamente da continuidade elétrica entre todos os componentes da rede enterrada.

As conexões — soldadas, mecânicas ou por compressão — são os pontos mais críticos do sistema. Seu desempenho varia de acordo com o material.

4. Condutividade: Liga de Cobre x Cobre Eletrolítico (99,9% IACS)

4.1 Definição de IACS

IACS significa International Annealed Copper Standard, o padrão internacional de condutividade para o cobre recozido.

• 100% IACS = 58 MS/m aproximadamente, valor de referência do cobre puro.

Conectores de cobre eletrolítico 99,9% IACS apresentam condutividade próxima ao padrão máximo.

4.2 Liga de cobre

Conectores feitos em liga de cobre apresentam condutividade menor, pois ligas contêm outros elementos metálicos (zinco, estanho, níquel, alumínio etc.) que reduzem a condutividade. Dependendo da liga, a condutividade pode variar de 20% a 80% IACS.

4.3 Consequências práticas da diferença de condutividade

Característica

Conector em liga de cobre

Conector em cobre eletrolítico (99,9% IACS)

Condutividade

Baixa a média

Muito alta (≈100% IACS)

Aquecimento sob corrente de falta/raio

Maior aquecimento, podendo causar fusão

Baixo aquecimento, maior estabilidade térmica

Perdas elétricas

Mais elevadas

Mínimas

Capacidade de conduzir altas correntes de curto prazo

Limitada

Excelente

Risco de ruptura

Alto

Baixo

Vida útil

Reduzida

Alta

Resumo técnico

Conectores com menor condutividade aumentam a impedância do percurso da corrente, criando pontos quentes e provocando quedas de potencial que podem comprometer toda a malha de aterramento.

5. Por que a Condutividade do Conector é Tão Crítica?

As conexões são geralmente o ponto mais frágil do sistema. Mesmo que o condutor seja de cobre eletrolítico de excelente qualidade, se o conector for de condutividade inferior, ocorrerá:

• aumento da impedância de conexão

• maior aquecimento local

• risco de carbonização e degradação mecânica

• alteração do caminho de escoamento da corrente

• risco de falhas catastróficas

Uma conexão inadequada pode transformar um sistema projetado para suportar 50 kA em algo que suporta apenas 5 a 10 kA antes de falhar.

6. Conexões por Compressão: Vantagens e Considerações

Conectores por compressão de cobre são amplamente utilizados em instalações de aterramento, desde que atendam:

• material: cobre eletrolítico

• pressão de compressão adequada (uso de ferramentas certificadas)

• conformidade com normas NBR e IEC aplicáveis

Quando se utiliza uma liga de cobre com menor condutividade, a área de contato se torna mais crítica, e a capacidade de dissipar calor diminui.

7. Consequências de Uma Malha de Aterramento Ineficiente

Uma malha com conexões de baixa condutividade pode apresentar:

7.1 Sobretensões perigosas

Tensões de toque e passo acima dos limites estabelecidos pela NBR 15751.

7.2 Risco à vida humana

Choques elétricos fatais são possíveis quando o valor de impedância do aterramento é elevado ou quando há pontos com alta resistência.

7.3 Danos a equipamentos

• queima de transformadores

• danos em eletroeletrônicos sensíveis

• falhas em sistemas de comunicação e automação

• perda de confiabilidade de DPS e SPDA

7.4 Falha total da malha em descargas de raio

A corrente pode encontrar “pontos de estrangulamento” e romper conexões, anulando completamente a proteção da instalação.

8. Conclusão

Para garantir o desempenho adequado de uma malha de aterramento — especialmente sob correntes elevadas e transitórias como descargas atmosféricas — é essencial que todas as conexões possuam condutividade igual ou superior à dos condutores.

Conectores fabricados em cobre eletrolítico 99,9% (≈100% IACS) oferecem a menor impedância, maior capacidade térmica e maior confiabilidade.

Já conectores feitos de ligas de cobre, com condutividade reduzida, representam riscos reais de superaquecimento, falhas mecânicas e degradação do sistema como um todo.

Uma malha de aterramento é tão forte quanto sua conexão mais fraca. Por isso, materiais de alta condutividade e instalação adequada são indispensáveis para a proteção de vidas, equipamentos e infraestrutura.

Influência Técnica e de Engenharia dos Tipos de Cabos em uma Malha de Aterramento (Cobre Eletrolítico × Aço Cobreado × Alumínio Cobreado × Aço)

A performance de uma malha de aterramento depende diretamente do material do cabo, sua condutividade, capacidade térmica, comportamento em descargas atmosféricas, durabilidade e resistência mecânica.

A seguir, a avaliação técnica completa de cada tipo de cabo.

1. Cabo de Cobre Eletrolítico (≈100% IACS)

✔ Condutividade

• Maior entre os materiais usados em aterramento.

• ~100% IACS → referência mundial.

• Garante rápida dissipação de correntes de falta e descargas atmosféricas.

✔ Comportamento térmico e em descargas

• Excelente capacidade térmica.

• Suporta correntes impulsivas (raios) sem deformações.

• Mantém baixa impedância → reduz tensões de passo e toque.

✔ Resistência e vida útil

• Ótima resistência à corrosão.

• Vida útil em solo normal: 30–40+ anos.

✔ Aplicações ideais

• Subestações

• Indústrias críticas

• Malha principal de SPDA

• Sistemas sensíveis

✔ Conclusão

Melhor desempenho elétrico e maior confiabilidade geral.

2. Cabo Bimetálico Aço Cobreado (AC – Steel Copper Clad)

✔ Condutividade

• Condutividade superficial garantida pelo cobre.

• Condutividade efetiva: 20–40% IACS, dependendo da espessura do cobre.

✔ Comportamento em corrente de raio

• Muito bom desempenho devido ao efeito pelicular (corrente majoritariamente na camada de cobre).

• Melhor que CCA para surtos devido à robustez estrutural.

✔ Resistência mecânica

• Muito alta.

• Ideal para malhas extensas e locais com esforços.

✔ Corrosão e vida útil

• Boa resistência devido ao revestimento de cobre.

• Vida útil: 20–30 anos.

✔ Aplicações

• Linhas longas

• Ferrovia, rodovias, redes de distribuição

• Malhas secundárias ou extensões

✔ Conclusão

Ótimo equilíbrio entre custo, desempenho elétrico superficial e resistência mecânica.

3. Cabo de Alumínio Cobreado (CCA – Copper Clad Aluminum)

✔ Condutividade

• Núcleo de alumínio (≈61% IACS)

• Camada externa de cobre (variável conforme espessura)

• Condutividade efetiva: 40–62% IACS

→ Melhor que aço, inferior ao cobre e ao CCA em densidade de corrente sustentada.

✔ Desempenho em descargas atmosféricas

• Muito bom para impulsos devido ao efeito pelicular no revestimento de cobre.

• Menor robustez térmica que o aço-cobreado em eventos extremos.

✔ Resistência mecânica

• Superior ao alumínio puro, inferior ao aço e ao cobre.

• Mais leve → vantagem logística.

✔ Corrosão e compatibilidade

Este é o ponto mais crítico:

• Se a camada de cobre for danificada → corrosão galvânica acelerada entre Cu–Al.

• Corrosão avança de dentro para fora e pode gerar falhas ocultas.

Vida útil:

• Em solo normal: 10–25 anos, dependendo do encapsulamento.

• Em solo agressivo: pode falhar rapidamente.

✔ Aplicações recomendadas

• Interligações longas onde peso é crítico

• Partes aéreas ou protegidas

• SPDA quando a camada de cobre é espessa e preservada

❗ Aplicações NÃO recomendadas

• Malha principal enterrada em solo agressivo

• Subestações, hospitais, data centers

• Locais onde corrosão galvânica é provável

✔ Conclusão

Bom para impulsos e leveza, porém limitado em durabilidade e capacidade térmica contínua.

4. Cabo de Aço (Steel Wire)

✔ Condutividade

• Muito baixa: 5–8% IACS

• Não adequado para circulação de correntes de falta ou de raio.

✔ Comportamento térmico

• Alta suscetibilidade a aquecimento excessivo.

• Pode sofrer fusão em descargas atmosféricas.

✔ Corrosão

• Aço puro corroi rapidamente em solo.

• Vida útil: 3–10 anos, dependendo da umidade.

✔ Aplicações

• Uso estrutural (estais, tirantes)

• Nunca recomendado como condutor principal de malha.

✔ Conclusão

Material estrutural, não material elétrico. Alto risco se usado na malha.

5. Comparação Técnica Geral

Característica

Cobre Eletrolítico

Aço Cobreado

Alumínio Cobreado

Aço

Condutividade (IACS)

≈100%

20–40%

40–62%

5–8%

Efeito pelicular (raios)

Excelente

Excelente

Muito bom

Ruim

Capacidade térmica

Muito alta

Alta

Média

Baixa

Resistência mecânica

Boa

Muito alta

Média

Muito alta

Corrosão em solo

Excelente

Boa

Moderada a crítica

Ruim

Vida útil típica

30–40+ anos

20–30 anos

10–25 anos

3–10 anos

Adequação como malha principal

Excelente

Boa

Moderada

Ruim

6. Influência Direta destes Materiais na Engenharia da Malha

6.1 Impedância total da malha

• Cobre: menor impedância → melhor dissipação

• Aço: maior impedância → piores tensões de toque e passo

• CCA: intermediário

• Aço cobreado: bom comportamento superficial

6.2 Distribuição de correntes

• Materiais de maior condutividade atraem mais corrente

• Misturar materiais pode causar:

  • sobrecarga em partes da malha

  • aquecimento localizado

  • falhas prematuras

  • “gargalos elétricos”

6.3 Capacidade térmica

• Em faltas prolongadas:

  • cobre → se mantém estável

  • CCA → risco moderado, devido ao alumínio

  • aço → risco alto de falha térmica

6.4 Durabilidade e corrosão

• Cobre é estável e neutro

• Aço cobreado depende da integridade da camada de cobre

• CCA sofre corrosão galvânica se a camada de cobre é rompida

• Aço puro é sempre crítico em solo

7. Conclusão Master

✔ 

Cobre eletrolítico

→ Melhor material geral. Alta condutividade. Alta durabilidade. Ideal para malhas críticas.

✔ 

Aço cobreado

→ Excelente custo-benefício, alta resistência mecânica e boa condução superficial.

→ Recomendado para extensões e SPDA.

✔ 

Alumínio cobreado (CCA)

→ Bom desempenho em correntes impulsivas e ótimo peso/custo.

→ Vulnerável à corrosão galvânica e menor robustez térmica.

→ Recomendado apenas em situações controladas.

❌ 

Aço

→ Material estrutural, não adequado como condutor de malha.