Tensão de Passo, Tensão de Toque e Proteção de Pessoas em Sistemas de Aterramento
O que acontece quando uma corrente de falta atinge o solo
Quando uma corrente de falta — por defeito de isolamento ou descarga atmosférica — é drenada para o solo através do eletrodo de aterramento, ela se distribui de forma não uniforme pelo terreno. O potencial elétrico do solo é máximo no ponto de injeção (eletrodo) e diminui com a distância.
Essa distribuição gera gradientes de potencial que podem expor pessoas a tensões perigosas, mesmo sem contato direto com partes energizadas. É esse gradiente que define os conceitos de tensão de passo e tensão de toque.
Distribuição de potencial no solo
A corrente que entra no solo pelo eletrodo se dispersa radialmente. A resistência do solo não é concentrada — ela se distribui ao longo do volume de terra ao redor do eletrodo. No entanto, essa distribuição é fortemente concentrada nos primeiros metros.
Dado quantitativo fundamental: cerca de 50% da resistência total do eletrodo se concentra nos primeiros 15 cm ao redor da haste. Nos primeiros 3 metros de raio, aproximadamente 90% da queda de potencial já ocorreu.
Se uma haste de aterramento drena uma corrente de falta, e o potencial na superfície do solo junto à haste é de 12.500 V, a queda de potencial é extremamente abrupta. A diferença de potencial entre dois pontos separados por apenas um passo (≈ 1 metro) pode ser de centenas ou milhares de volts.
Tensão de passo
Tensão de passo é a diferença de potencial entre dois pontos do solo separados pela distância de um passo humano (convencionalmente 1 metro), medida na direção radial a partir do eletrodo de aterramento.
Uma pessoa caminhando próxima ao ponto de injeção de corrente no solo fica sujeita a essa diferença de potencial entre seus pés. A corrente resultante percorre o caminho pé-pé, atravessando as pernas.
Características da tensão de passo:
- Máxima nas proximidades imediatas do eletrodo
- Diminui rapidamente com a distância
- Depende da resistividade do solo, da magnitude da corrente de falta e da geometria do eletrodo
- O caminho da corrente (pé-pé) passa pela região pélvica, não pelo tórax
A tensão de passo é particularmente perigosa durante descargas atmosféricas em campo aberto e em subestações de alta tensão durante faltas à terra.
Tensão de toque
Tensão de toque é a diferença de potencial entre uma massa metálica (equipamento, estrutura, cerca) acessível ao toque e o ponto do solo onde a pessoa está de pé.
Quando um equipamento com falha de isolamento transfere potencial para sua carcaça, a pessoa que toca essa carcaça fica sujeita à diferença entre o potencial da massa e o potencial do solo sob seus pés. A corrente resultante percorre o caminho mão-pé, atravessando o tórax.
Essa é a condição mais perigosa: corrente atravessando a região torácica atinge o coração, com risco direto de fibrilação ventricular.
Tensão de contato
Tensão de contato é o termo mais abrangente: a tensão que efetivamente aparece entre duas partes do corpo de uma pessoa ao tocar simultaneamente dois pontos com potenciais diferentes. Pode ser uma combinação de tensão de toque (mão-pé) ou outras configurações (mão-mão, por exemplo).
A NBR 5410 define tensão limite de contato (UL):
| Condição | UL |
|---|---|
| Condições normais (locais secos) | 50 V |
| Condições especiais (locais úmidos, canteiros) | 25 V |
Esses valores são os limites acima dos quais a proteção contra contatos indiretos deve atuar automaticamente.
Efeitos fisiológicos da corrente elétrica no corpo humano
A gravidade do choque depende da magnitude da corrente que atravessa o corpo, do caminho percorrido e do tempo de exposição. Os efeitos são progressivos:
| Corrente (mA) | Efeito fisiológico |
|---|---|
| ~1 | Percepção (formigamento) |
| ~5 | Eletrização (movimentos involuntários) |
| 10 | Tetanização (agarramento — a pessoa não consegue soltar) |
| 25 | Parada respiratória |
| ~30 | Asfixia (corrente pelo tórax) |
| 60–75 | Fibrilação ventricular (risco de morte) |
O limiar de fibrilação ventricular — 60 a 75 mA — é atingido com tensões relativamente baixas quando a resistência do corpo é reduzida por umidade, suor, ferimentos ou contato com grandes superfícies metálicas.
O caminho mão-pé (tensão de toque) é mais perigoso que pé-pé (tensão de passo) porque a corrente atravessa a região cardíaca. Por isso, a tensão de toque recebe mais atenção no dimensionamento de proteção.
Por que o aterramento reduz (mas não elimina) o risco
O sistema de aterramento cumpre duas funções para a proteção de pessoas:
Limitar a tensão de contato: ao conectar todas as massas ao sistema de aterramento (equipotencialização), a diferença de potencial entre partes acessíveis é minimizada. Quanto menor a resistência do eletrodo, menor a elevação de potencial da massa em relação ao solo remoto durante uma falta.
Viabilizar a atuação dos dispositivos de proteção: a corrente de falta, ao circular pelo sistema de aterramento, deve ser suficiente para sensibilizar o dispositivo de proteção (DR, disjuntor) no tempo exigido pela norma.
Porém, o aterramento sozinho não garante segurança. A proteção depende do conjunto: eletrodo + equipotencialização + dispositivo de proteção + dimensionamento correto.
Medidas práticas de proteção contra tensão de passo e toque
Equipotencialização: conectar todas as massas, tubulações metálicas, estruturas, ferragens e eletrodos ao BEP (Barramento de Equipotencialização Principal). A equipotencialização reduz a diferença de potencial entre pontos acessíveis simultaneamente.
Malha de aterramento com gradiente controlado: em subestações e instalações de grande porte, a malha de cabos enterrada equaliza o potencial da superfície do solo, reduzindo o gradiente de tensão de passo. O dimensionamento segue critérios do IEEE Std 80.
Camada superficial de alta resistividade: aplicação de brita ou material isolante sobre o solo na área de operação. A camada de brita (tipicamente 3.000 Ω·m) aumenta a resistência de contato entre os pés e o solo, reduzindo a corrente que atravessa o corpo.
Dispositivos de proteção adequados: DR com sensibilidade compatível com a tensão limite de contato. Em locais úmidos e canteiros de obras, a norma reduz UL para 25 V, exigindo DR de maior sensibilidade ou resistência de aterramento mais baixa.
Restrição de acesso: em subestações e áreas com gradientes de potencial significativos, cercas e barreiras evitam o acesso de pessoas não qualificadas durante faltas.
Caso prático: descarga atmosférica em haste isolada
Uma descarga atmosférica injeta uma corrente de pico da ordem de 30 kA no solo por uma haste de aterramento. Se a resistência do eletrodo é 20 Ω, o potencial da haste em relação ao solo remoto atinge 600 kV.
A tensão de passo a 1 metro da haste pode ultrapassar 100 kV. Uma pessoa caminhando nessa região sofre um choque pé-pé potencialmente fatal, mesmo sem tocar em nada.
Isso demonstra por que o SPDA exige eletrodo em anel (NBR 5419:2026), não apenas hastes isoladas: o anel distribui a corrente em um perímetro, reduzindo o gradiente de potencial na superfície.
Conclusão técnica
Tensão de passo e tensão de toque são consequências diretas da distribuição de potencial no solo durante uma falta. A gravidade depende da magnitude da corrente, da geometria do eletrodo, da resistividade do solo e do caminho percorrido pela corrente no corpo.
A proteção efetiva exige: equipotencialização completa, dispositivos de proteção corretamente dimensionados, geometria do eletrodo que controle o gradiente de potencial e, em subestações, camada superficial de alta resistividade.
Links relacionados
- Guia Completo de Aterramento — visão geral do sistema de proteção
- Haste de Aterramento — eletrodo e distribuição de potencial
- Dimensionamento do Condutor PE — proteção contra contatos indiretos
- O Mito dos 10Ω — valor de resistência e proteção de pessoas
Projeto de aterramento com análise de tensão de passo e toque? A equipe AEOMaps dimensiona o sistema com base na corrente de falta, resistividade do solo e geometria dos eletrodos.