Noções de Eletrotécnica – (TE039)

Aula 17 - Proteção contra sobretensões e Aterramento

P R O F. D R . S E B A S T I Ã O R I B E I R O J Ú N I O R

introdução

NBR 5410 Item 4.1.5

As pessoas, os animais e os bens devem ser protegidos contra as consequênciasprejudiciais de ocorrências que possam resultar em sobretensões, como faltasentre partes vivas de circuitos sob diferentes tensões, fenômenos atmosféricose manobras.

Ressarcemento

Sobretensões

• Apresentam distorções harmônicas provocadas pela saturação de elementos não lineares do Sistema (transformadores).

Características

• Natureza oscilatória

• Frequência de oscilação igual ou próxima da frequência do Sistema

• Longa duração

• Fracamente amortecidas ou não amortecidas

• Comparadas com os surtos de manobra e sobretensõesatmosféricas

Perturbações na forma de onda de energia

Perturbações com fenómeno temporal > 200 ms

- Sobretensões permanentes: São sobretensões que atingem valores superiores a 110% da tensão nominal podem ocorrer na troca do condutor de neutro pelo condutor de fase.

- Harmónicas: São distorções na forma de onda, neste caso na forma de onda da tensão. Estas perturbações surgem devido ao tipo de cargas instaladas consideradas como cargas não lineares.

- Micro-cortes: São perturbações na forma de onda, que são conhecidas por interrupções momentâneas do fornecimento de energia

Sobretensões

Perturbações com fenómeno temporal < 100ms

Uma das perturbações transitórias mais comuns são as sobretensõestransitórias. Estas são caracterizadas por uma distorção da forma deonda de tensão em forma de impulso, que por vezes, alcança valoresmuito elevados na ordem de grandeza de alguns kV, mas com curtaduração de apenas alguns µs.

Sobretensões

Origens das sobretensões

Perturbações com fenómeno temporal < 100 ms

A principal causa das sobretensões transitórias, além decomutação de grandes cargas e de operações nas redes detransporte de energia são as descargas atmosféricas.

Tipos de sobretensões podem ser gerados:

• Sobretensão por aumento do potencial da terra;• Sobretensões por condução;• Sobretensões induzidas.

Origens das sobretensões

Sobretensão por aumento do potencial da terra (indireta)

Após uma descarga direta na terra o potencial aumenta.

Origens das sobretensões

Sobretensões por condução (direta)

Descarga na linha aérea de alimentação de energia.

Origens das sobretensões

Sobretensões induzidas (indireta)

Descarga na proximidade da instalação. Sobretensão por indução electromagnética.

Vídeo ilustrativo

https://www.youtube.com/watch?v=J042Ni0vogA

Sobretensões

Principios de ocorrencia

Sobretensões

Principios de proteção

Sobretensões

Seleção dos limitadores de sobretenção (DPS).

a) Tensão nominal da instalação;

b) Nível de isolamento da instalação;

c) Tipo de ligação do limitador de sobretensões;

d) Valor máximo da energia dissipada.

Sobretensões

Nível de protecção

Quadros 44B e 44C das Regras Técnicas de Instalações de Baixa Tensão (RTIEBT)

Sobretensões

Onda de impacto

Sobretensões

Onda de impacto

Para além de conhecer o nível Up (Tensão do transitório) énecessário saber que tipo de onda de impacto irá surgir na instalaçãoe consequentemente, no limitador, por forma a assegurar que aopção tomada garanta a segurança da instalação.

Sobretensões

Onda de impacto

Sobretensões

Onda de impacto

Sobretensões

Proteção contra Sobretensões

Os limitadores de sobretensão protegem contra as sobretensõestransitórias que podem provocar a deterioração dosequipamentos eléctricos e a destruição dos componenteselectrónicos dos receptores.

Tipos de Limitadores:

• Protecção geral;• Proteção fina.

Tipos de Limitadores: Proteção geral.

Limitadores com uma capacidade de escoamento elevada ou média,compatível com a corrente de descarga à terra previsível. O nível de protecçãotem que estar adequado à protecção de produtos da categoria I até IV.

Desta forma a escolha do limitador deverá ser do tipo 1 ou 2, o querepresenta a protecção para a onda de impacto 10/350 µs e/ou 8/20 µs.

Proteção contra Sobretensões

Tipos de Limitadores: Proteção fina.

Limitadores com nível de protecção reduzido (Up≤1000V), por forma a limitaras cristas das sobretensões e proteger os receptores mais sensíveis.

Desta forma a escolha do limitador deverá para um tipo de produto que tenhauma resposta adequada à protecção para a onda de impacto 8/20 µs e/ou1,2/50 µs.

Proteção contra Sobretensões

Dispositivos de proteção

Protetor contra surtos de tensão plugável, conforme tipo 2/classe II, para redes de fornecimento de energia trifásicas com N e PE separados (sistema de 5 condutores: L1, L2, L3, N, PE), com contato de sinalização remota.

Proteção contra Sobretensões

Dispositivos que não protegem

- Filtros de linha

Proteção contra Sobretensões

Dispositivos que não protegem

- Estabilizador

Corrige pequenas oscilações da rede

Proteção contra Sobretensões

Dispositivos que não protegem

- Disjuntor

Curto-circuito

Efeito térmico

Proteção contra Sobretensões

Dispositivos que não protegem

- Aterramento

Contato

Carcaça do equipamento

Proteção contra Sobretensões

Introdução

Em Física, um terra elétrico é um sistema idealizado, capaz defornecer ou absorver a quantidade de carga elétrica (partículascarregadas) que se fizer(em) necessária(s) à situação sem alterarquaisquer de suas propriedades elétricas, mostrando-se sempreeletricamente neutro ao ambiente que o cerca.

Em um contexto Ideal

Aterramento elétrico

Em instalações da rede elétrica, um aterramento elétrico descreveum fio ligado diretamente à terra. O fio de aterramento é geralmentecolocado no corpo dos equipamentos de metal interligado a umaterramento.

A finalidade do fio é desviar o excesso de corrente elétrica doequipamento, evitando sobrecargas.

Aterramento elétrico

O aterramento elétrico tem três funções principais:

• Proteger o usuário do equipamento das descargas atmosféricas, atravésda viabilização de um caminho alternativo para a terra, de descargasatmosféricas;

• “ Descarregar” cargas estáticas acumuladas nas carcaças das máquinasou equipamentos para a terra;

• Facilitar o funcionamento dos dispositivos de proteção (fusíveis,disjuntores, etc. ), através da corrente desviada para a terra.

Definições : Terra, Neutro, e Massa

TERRA - O solo terrestre é um semicondutor de eletricidade.

Em certas situações, qualquer corpo que esteja em conexão com a terra terá o potencial desta, ou seja, não haverá diferença de potencial entre eles (corpo e terra), de modo que, não haverá circulação de corrente de um para o outro.

Se um corpo estiver carregado ou sob um potencial diferente da terra, ao ser colocado em contato com ela, ele se descarrega.

Em outras palavras, adquire o mesmo potencial elétrico que a Terra que, por convenção é de 0 volts.

Definições : Terra, Neutro, e Massa

NEUTRO - Um dos condutores de energia da empresa distribuidoraé ligado à terra.

No local onde a energia elétrica é gerada, ao longo das torres dedistribuição, nas subestações e nos transformadores de rua há umaligação desse condutor até o solo. Esse condutor é denominado deneutro.

Definições : Terra, Neutro, e Massa

MASSA - Se o neutro ou o terra for ligado a um chassi de umaparelho de modo que esse chassi de metal sirva como umcondutor de corrente, esse chassi será chamado de massa.

Na maioria dos casos, a MASSA de um aparelho coincide com oterra e o neutro, o que significa que se for tocada nada aconteceem termos de choque.

Definições : Terra, Neutro, e Massa

Ligação de um computador (PC) a rede elétrica.

Tipos de Aterramento

Na NBR 5410 os itens 6.3.3.1.1, 6.3.3.1.2, e 6.3.3.1.3 referem-se aos possíveissistemas de aterramento que podem ser feitos.

• Esquema TN• Esquema TT• Esquema IT

Os três sistemas da NBR 5410 mais utilizados são:

• Sistema TN-S• Sistema TN-C• Sistema TT

Tipos de Aterramento

Símbolos

Tipos de Aterramento

Classificação dos esquemas de aterramento é utilizada a seguinte simbologia

- primeira letra – Situação da alimentação em relação à terra:• T = um ponto diretamente aterrado;• I = isolação de todas as partes vivas em relação à terra ou aterramento de um ponto através de

impedância;

- segunda letra – Situação das massas da instalação elétrica em relação à terra:• T = massas diretamente aterradas, independentemente do aterramento eventual de um ponto da

alimentação;• N = massas ligadas ao ponto da alimentação aterrado (em corrente alternada, o ponto aterrado é

normalmente o ponto neutro);

- outras letras (eventuais) – Disposição do condutor neutro e do condutor de proteção:

• S = funções de neutro e de proteção asseguradas por condutores distintos;

• C = funções de neutro e de proteção combinadas em um único condutor (condutor PEN).

Tipos de Aterramento

Sistema TT

Esse sistema é o mais eficiente de todos. Na figura observamos que o neutro é aterrado logo naentrada e segue (como neutro) até a carga (equipamento). A massa do equipamento é aterradacom uma haste pró-pria, independente da haste de aterramento do neutro.

Tipos de Aterramento

Sistema TN-S

Na figura temos o secundário de um transformador (cabine primária trifásica) ligado em Y. Oneutro é aterrado logo na entrada, e levado até a carga. Paralelamente, outro condutoridentificado como PE é utilizado como fio terra, e é conectado à carcaça (massa) doequipamento.

Tipos de Aterramento

Sistema TN-C

Tipos de Aterramento

Sistema TNC-S

Tipos de Aterramento

Sistema IT

- Continuidade (mantém o circuito em funcionamento quando submetido ao primeiro defeito);- Emprego de dispositivos e técnicas especiais para a sinalização e localização do primeiro defeito.

Procedimentos de Aterramento

• A resistividade do solo• tipo do solo• geometria• constituição da haste de aterramento• Modelos de distribuição das hastes

Fatores que influenciam o valor da resistência do aterramento:

Procedimentos de Aterramento

Devido a incerteza e a dificuldade na obtenção dos dados, é suficiente que odimensionamento do aterramento forneça, no minimo as seiguintes indicações:

• Os materiais a utilizar• A geomotria do eletrodo• A locação no terreno

Procedimentos de Aterramento

Eletrodos de Aterramento

• Dependendo da química do solo (quantidade de água, salinidade,alcalinidade, etc.), mais de uma haste pode se fazer necessária para nosaproximarmos desse valor.

Possibilidades de Tratamento: • tratamento químico do solo• agrupamento de barras em paralelo

Eletrodos de Aterramento

• A haste de aterramento normalmente são feitas de uma alma de açorevestida de cobre.

• Seu comprimento pode variar de 1,5 a 4,0m. As de 2,5m são as maisutilizadas, pois diminuem o risco de atingirem dutos subterrâneos em suainstalação.

• O valor ideal para um bom aterramento deve ser menor ou igual a 5Ω.

Eletrodos de Aterramento

Os materiais necessários para aterramento residencial são:

• Caixa de inspeção.• Haste de aterramento de aço cobreado com diâmetro mínimo de 5/8” (15 mm),revestida de cobre pelo processo de deposição eletrolítica com camada mínimade 0,254 mm (alta camada) e mínimo de 2,40 m de comprimento• Conectores do tipo cabo haste ou grampo.• Condutor na cor verde-amarelo ou verde.• terminal à pressão.

Eletrodos de Aterramento

Os fios de proteção nas cores verde ou verde-amarelo deve ser instalado de acordo com a NBR 5410.

REVISÃODPS

ATERRAMENTO