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Mdulo 5 Aterramento Eltrico 71

LaPSEE - Laboratrio de Planejamento de Sistemas de Energia Eltrica

MDULO 5:

ATERRAMENTO ELTRICO

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MDULO 5 ATERRAMENTO ELTRICO

Introduo

O aterramento eltrico, certamente, trata-se de um assunto que gera um nmeroenorme de dvidas quanto s normas e procedimentos no que se refere ao ambiente eltricoindustrial. Muitas vezes, o desconhecimento das tcnicas para realizar um aterramentoeficiente, ocasiona a queima de equipamentos, ou pior, o choque eltrico nos operadoresdesses equipamentos.

Antes de iniciarmos o estudo sobre aterramento, devemos esclarecer a diferena entreos seguintes termos: terra, neutro e massa.

Terra um condutor constitudo atravs de uma haste metlica e que, emsituaes normais, no deve possuir corrente eltrica circulante.

Neutro um condutor fornecido pela concessionria de energia eltrica, pelaqual h o retorno da corrente eltrica. Massa a carcaa metlica de um equipamento.

O aterramento a ligao de um equipamento ou de um sistema terra, por motivode proteo ou por exigncia quanto ao funcionamento do mesmo.

Para funcionar com bom desempenho e segurana, toda instalao eltrica devepossuir um sistema de aterramento, que proporciona:

Atuao correta da proteo Proteo contra descargas atmosfricas

Proteo de pessoas e animais contra contatos com massas metlicas energizadas Uniformizao do potencial em toda rea de projeto

Aspectos do Projeto

1- segurana pessoal e descargas atmosfricas ditam o projeto2 - segurana dos equipamentos e da instalao ditam a rea dos condutores3- requisitos de compatibilidade eletromagntica ditam o Layout

Diviso dos Sistemas

Um sistema de aterramento dividido nos seguintes subsistemas:

Subsistema de aterramento de fora Subsistema de aterramento de para-raio. Subsistema de aterramento de equipamentos da tecnologia e informao



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Subsistema de aterramento para cargas estticas

Obs: todos os subsistemas devem estar conectados a um nico sistema deaterramento.

Tenso de Toque

Quando o corpo humano entra em contato acidentalmente com partes metlicas(massa) energizadas.

Tenso de Passo

Quando um individuo se encontra no interior de uma malha de terra que esta sendopercorrida por uma corrente, ele fica submetido a uma tenso sobre os dois ps.

As figuras abaixo mostram um indivduo sujeito a tenso de toque e passo e seusdiagramas eltricos equivalentes.A figura 5.1 mostra um individuo sujeito a tenso de toque. J a figura 5.2 ilustra o

diagrama eltrico equivalente referente a figura 5.1.

Fig. 5.1 Individuo sujeito a tenso de toque



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Fig. 5.2 Diagrama eltrico equivalente da figura 5.1

A figura 5.3 mostra um individuo sujeito a tenso de passo e a figura 5.4 ilustra seurespectivo diagrama eltrico.

Fig. 5.3 Individuo sujeito a tenso de passo



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Fig. 5.4 Diagrama eltrico equivalente

Cabe aqui salientar que quando a corrente eltrica injetada no solo atravs deeletrodos ou diretamente por descargas atmosfricas, ela se dispersa no solo em forma dearcos com o centro no local de penetrao, podendo deixar o local sujeito a tenso de passo,conforme ilustra a figura 5.5 para o caso de uma descarga atmosfrica.

Fig. 5.5 Individuo sujeito a tenso de passo provocada por raio



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Tipos de Aterramento

Os trs sistemas de aterramento da NBR 5410 mais utilizados na indstria so:

- Sistema TN-S

O neutro aterrado logo na entrada, e levado at a carga. Paralelamente, outrocondutor identificado como PE utilizado como fio terra, e conectado carcaa e massado equipamento. Notem pela figura 5.6 que o secundrio do transformador est ligado emY.

Fig. 5.6 Sistema TN-S

- Sistema TN-C

Esse sistema, embora normalizado, no aconselhvel, pois, o fio terra e o neutro soconstitudos pelo mesmo condutor. Neste caso, a identificao do fio terra PEN.

De acordo com a figura 5.7, notamos que aps o neutro ser aterrado na entrada, ele

prprio ligado ao neutro e massa do equipamento.

Fig. 5.7 Sistema TN-C

- Sistema TT

Esse sistema o mais eficiente de todos. Na figura 5.8 verificamos que o neutro aterrado logo na entrada e segue como neutro at a carga (equipamento). A massa do



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equipamento aterrada com uma haste prpria, independente da haste de aterramento doneutro.

Fig. 5.8 Sistema TT

Para se saber qual sistema devemos usar na prtica, temos uma regra geral:

a) Sempre que possvel, optar pelo sistema TT em 1 lugar;b) Caso, por razes operacionais e estruturais do local, no seja possvel o sistema

TT, optar pelo sistema TN-S;c) Somente optar pelo sistema TN-C em ltimo caso, isto , quando realmente for

impossvel estabelecer qualquer um dos dois sistemas anteriores.

Aterramento dos Equipamentos

malha de aterramento devem ser ligadas as seguintes partes do sistema eltrico: Neutro do transformador; Pra-raios instalados nas extremidades do ramal de ligao; Carcaa metlica dos equipamentos; Suporte metlico de chaves, chapas de passagem, portes; Estrutura dos quadros de medio e estruturas metlicas em geral.

Elementos de uma Malha de Terra

Eletrodos de terra; Condutores de aterramento; Conexes; Condutor de proteo; Caixas de inspeo.



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Fig. 5.9 Hastes de Terra

Cabo Cadinho

Conexo Exotrmica em T Conexo Exotrmica em X Conexo Aparafusada

Fig. 5.10 Acessrios para malha de terra



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Tipos De Elementos Para Aterramento

As caractersticas qumicas do solo influem diretamente sobre o modo comoescolhemos o eletrodo de aterramento. Os eletrodos mais utilizados na prtica so hastes deaterramento, malhas de aterramento e estruturas metlicas das fundaes de concreto.

Haste de Aterramento a haste pode ser encontrada em vrios tamanhos edimetros. O mais comum a haste de 2,5m por 0,5 polegada de dimetro. No raro,porm, encontrarmos hastes com 4,0m de comprimento por 1 polegada de dimetro. Cabelembrar que, quanto maior a haste, mais riscos corremos de atingir dutos subterrneos nahora de sua instalao. Normalmente, quando no conseguimos uma boa resistncia de terra(menor que 10), agrupamos mais de uma barra em paralelo. Quanto haste, podemosencontrar no mercado dois tipos bsicos: copperweld e cantoneira.

Malhas de Aterramento indicada para locais cujo solo seja extremamente seco.Esse tipo de eletrodo de aterramento, normalmente, instalado antes da montagem do

contra-piso do prdio, e se estende por quase toda a rea da construo. A malha deaterramento feita de cobre, e sua janela interna pode variar de tamanho dependendo daaplicao, porm, a mais comum est mostrada na figura 5.11.

Fig. 5.11 Exemplo de malha de aterramento

Estruturas Metlicas muitas instalaes utilizam as ferragens da estrutura daconstruo como eletrodo de aterramento eltrico.

Fig. 5.12 Estrutura metlica utilizada como aterramento



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Qualquer que seja o eletrodo de aterramento (haste, malha, ou ferragens daestrutura), ele deve ter as seguintes caractersticas gerais:

- ser bom condutor de eletricidade;

- ter resistncia mecnica adequada ao esforo a que est submetido;- no reagir (oxidar) quimicamente com o solo.

Resistncia de um Sistema de Aterramento

Num sistema de aterramento, considera-se como resistncia de terra o efeito de trsresistncias a saber:

A resistncia relativa s conexes existentes entre os eletrodos de terra(hastes e cabos);

A resistncia relativa ao contato entre os eletrodos de terra e a superfciedo terreno que os circunde; A resistncia relativa ao terreno nas imediaes dos eletrodos de terra,

denominado, tambm, de resistncia de disperso.

Cabe salientar, que a grande a densidade de corrente nas imediaes dos eletrodosde terra e notvel o valor da resistncia eltrica, conforme se observa na figura 5.13.

Fig. 5.13 Disperso de corrente por eletrodo



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Como a corrente se dispersa de maneira fantstica no solo, tomando-se a densidadepraticamente nula, a resistncia do solo no percurso da corrente eltrica consideradadesprezvel, conforme se observa na figura 5.14.

Fig. 5.14 Percurso da corrente de defeito fase-terra

Resistividade do Solo

Para o projeto de um sistema de aterramento, de primordial importncia oconhecimento prvio das caractersticas do solo, principalmente no que diz respeito

homogeneidade de sua constituio. A tabela 5.1 fornece a resistividade de diferentesnaturezas de solo compreendidas entre valores interiores e para uso na elaborao deprojeto de uma malha de terra, desde que no se disponha de medies adequadas.

Tabela 5.1 Resistividade de diferentes tipos de solo



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A figura 5.15 representa a resistncia de um sistema de terra de eletrodo verticaisem paralelo, cada qual com uma resistncia de terra de 100, em funo do nmero deeletrodos e de distncia entre estes.

Por este grfico pode-se determinar, para um nmero de 20 hastes de um sistema deaterramento, mantida a uma distncia de 3m entre si, a resistncia equivalente, que de

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. Mantendo-se, porm, o mesmo nmero de hastes e aproximando-as entre si para umadistncia de 1,5m, a resistncia equivalente obtida de 23, aproximadamente.

Fig. 5.15 Resistncia de terra dos eletrodos

A figura 5.16 expressa a eficincia de um sistema de eletrodos verticais em paralelo,em funo da quantidade de eletrodos utilizada e da distncia entre eles.

Fig. 5.16 Eficincia dos eletrodos



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Formas para diminuir a Resistncia do Solo

Quando no se tm uma boa resistncia do solo (menor que 10) para se fazer umbom aterramento, existem duas possibilidades para baixar esta resistncia: tratamentoqumico do solo (com bentonita ou gel), e o agrupamento de barras em paralelo.

Medio da Resistncia de Terra de dm Sistema de Aterramento

A medio da resistncia da malha de terra feita atravs de um instrumentochamado Megger de terra, utilizando-se os eletrodos conforme disposio mostrada nafigura 5.17.

Consiste em se aplicar uma tenso entre o sistema a ser medido e um terra auxiliar,e medir a resistncia de terra at o ponto desejado.

Fig. 5.17 Ligao do Megger de terra

Na verdade, o Megger injeta uma corrente pela terra que transformada em quedasde tenso pelos resistores formados pelas hastes de referencia, e pela prpria haste de terra.

Atravs do valor dessa queda de tenso, o mostrador calibrado para indicar o valor

hmico da resistncia.Considerando-se a curva da figura 5.18, pode-se concluir que o eletrodo P2,colocado a uma distncia P, de valor igual a 0,618xC2, fornece o valor de resistncia damalha de terra.



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Fig. 5.18 Curva que define o valor da resistncia de malha

Seo e Cores dos Condutores de Proteo

A seo mnima dos condutores de proteo pode ser determinada pela tabela 5.2.

Tabela 5.2 Seo mnima de condutores de proteo

Seo dos condutores fase (S) emmm2

Seo mnima dos condutores deproteo (S) em mm2

S 16 mm2 S16 mm2 35 mm2 S = S/2

A NBR 5410/97 recomenda a adoo das seguintes cores no encapamento isolantedos condutores:

- Condutor terra: Verde ou verde-amarelo.

De acordo com o sistema de aterramento:

- Condutor PE: Verde ou verde-amarelo;- Condutor PEN: Azul-claro.



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Implicaes de uma Malha de Aterramento

- Quebra de comunicao entre mquina e PC (CLP, CNC, etc...) em modo on-line.Principalmente se o protocolo de comunio for RS232;

- Excesso de EMI gerado (interferncias eletromagnticas);

- Aquecimento anormal das etapas de potncia (inversores, conversores, etc...), emotorizao.

- Em caso de computadores pessoais, funcionamento irregular com constantestravamentos.

- Falhas intermitentes, que no seguem um padro;- Queima de CIs ou placas eletrnicas sem razo aparente, mesmo sendo elas novas

e confiveis;- Para equipamentos com monitores de vdeo, podem ocorrer interferncias na

imagem e ondulaes.

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