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ATERRAMENTO ELÉTRICO Por que os sistemas elétricos devem ser aterrados? fonte principal: Procobre Adaptação: Profª Margareth.

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1 ATERRAMENTO ELÉTRICO Por que os sistemas elétricos devem ser aterrados? fonte principal: Procobre Adaptação: Profª Margareth

2 A palavra aterramento refere-se à terra propriamente dita. O aterramento é o fio ou a barra de cobre enterrado que tem o propósito de formar um caminho condutor de eletricidade, tanto quanto assegurar continuidade elétrica e capacitar uma condução segura qualquer que seja o tipo de corrente. Os sistemas elétricos em geral não precisam estar ligados a terra para seu funcionamento de fato. Porém, nos sistemas elétricos quando indicamos as tensões, geralmente elas são referidas a terra que, neste caso, representa um ponto de referência (ponto de potencial zero) ao qual todas as outras tensões são referidas. Aterrar significa controlar a tensão em relação a terra dentro de limites previsíveis. Quando alguém está em contato com a terra, seu corpo está aproximadamente no potencial da terra. Se a estrutura metálica de uma edificação está aterrada, então todos os seus componentes metálicos estão aproximadamente no potencial de terra.

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4 Quando se diz que algum aparelho está aterrado(ou eletricamente aterrado) significa que um dos fios de seu cabo de ligação está propositalmente ligado à terra. Ao fio que faz essa ligação denominamos "FIO TERRA". O aterramento dos sistemas elétricos visa à proteção das pessoas e do patrimônio contra uma falta (curto-circuito) na instalação e oferece um caminho seguro, controlado e de baixa impedância em direção à terra para as correntes induzidas por descargas atmosféricas. Quando uma das três fases de um sistema não aterrado entra em contato com a terra, acidentalmente ou não, a proteção não atua e nenhum equipamento para de funcionar. Nesse sistema é possível energizar a carcaça metálica de um equipamento com um potencial mais alto que o da terra, colocando as pessoas que tocarem o equipamento e um componente aterrado da estrutura simultaneamente, em condições de choque.

5 Qualquer que seja a finalidade do aterramento, proteção (constituído pelas medidas destinadas à proteção contra choques elétricos provocados por contato indiretos) ou funcional (aterramento de um condutor do sistema, geralmente o neutro, objetivando garantir a utilização correta e confiável da instalação) o aterramento deve ser único em cada local da instalação. Conforme orientação da ABNT a resistência deve atingir no máximo 10 Ohms, quando equalizado com o sistema de pára-raios ou no máximo 25 Ohms quando o sistema de pára-raios não existir na instalação. É obrigatório que todas as tomadas tenham o seu fio terra. Normalmente elas já vêm com o fio terra instalado, seja no próprio cabo de ligação do aparelho à tomada, seja separado dele. No primeiro caso é preciso utilizar uma tomada com três polos onde será ligado o cabo do aparelho.

6 O aterramento é obrigatório e a baixa qualidade ou a falta do mesmo invariavelmente provoca queima de equipamentos. Suas características e eficácia devem satisfazer às prescrições: de segurança das pessoas,

7 desligamento automático,

8 cargas estáticas

9 equipamentos eletrônicos

10 controle de tensões

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12 E ainda: transitórios O TERRA DE REFERÊNCIA SEMPRE SERÁ A TERRA? Nem sempre. O terra de referência pode ser, às vezes, um condutor metálico de aterramento. Em certas ocasiões, o potencial de terra pode ser muito diferente daquele do condutor de aterramento.É muito importante que as tensões de toque e de passo sejam expressas em relação ao terra de referência mais apropriado. Se assim não fosse, como um avião em vôo possui um terminal de aterramento, sem que haja terra no espaço?

13 ATERRAMENTO ÚNICO O aterramento está presente em diversos sistemas de proteção dentro de uma instalação elétrica: proteção contra choques, contra descargas atmosféricas, contra sobretensões, proteção de linhas de sinais e de equipamentos eletrônicos e proteções contra descargas eletrostáticas. Normalmente, estuda-se cada proteção mencionada separadamente, o que leva, em alguns casos, a imaginar que tratam-se de sistemas completamente separados de proteção. Isso não é verdade. Para efeito de compreensão, é conveniente separar os casos, porém, na execução dos sistemas, o que existe é um único sistema de aterramento. Dessa forma, veremos a seguir os principais aspectos de cada item e, no final, iremos reuní-los em um só aterramento.

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15 ESQUEMAS DE ATERRAMENTO A NBR-5410 classifica os sistemas de distribuição em baixa tensão Em função das ligações à terra da fonte de alimentação (geralmente um transformador) e das massas, de acordo com a seguinte simbologia, constituída de 2 ou 3 ou, eventualmente, 4 letras: A primeira letra representa a 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 uma impedância; A segunda letra representa a situação das massas da instalação elétrica em relação à terra: T = massas diretamente aterradas, independente do aterramento eventual de um ponto da alimentação. N = massas ligadas diretamente ao ponto da alimentação aterrado ( em CA o ponto aterrada é normalmente o neutro );

16 outras letras indicam a 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). As instalações elétricas de baixa tensão devem ser executadas de acordo com os esquemas TT, TN (podendo ser TN-S, TN-C ou TN-C- S) e IT. OBS: NUNCA UTILIZE O NEUTRO DA REDE ELÉTRICA COMO TERRA, A NÃO SER EM CASOS ESPECÍFICOS – CONDUTOR PEN ( ver 5410)

17 ESQUEMA TN Este esquema possui um ponto de alimentação diretamente aterrado, sendo as massas ligadas a esse ponto através de condutor de proteção: TN-S, o condutor neutro e o de proteção são distintos; TN-C, o condutor neutro e o de proteção são combinados em um único condutor ao longo de toda a instalação. TN-C-S, o condutor neutro e o de proteção são combinados em um único condutor em uma parte da instalação;

18 a) Esquema TN-S PE T N ( as massa são ligadas à terra através do neutro) massas ligadas ao neutro ponto neutro ligado à terra

19 b) Esquema TN-C

20 c) Esquema TN-C-S

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22 ESQUEMA TT (neutro aterrado) Este esquema possui um ponto de alimentação diretamente aterrado, estando as massas da instalação ligado à eletrodos de aterramento eletricamente distintos do eletrodo de aterramento da alimentação. massas à terra neutro ligado à terra T T ( neutro à terra)

23 Esquema IT (neutro isolado ou aterrado por impedância) Este esquema não possui nenhum ponto de alimentação diretamente aterrado, somente as massas da instalação são aterradas. I T (neutro isolado) massas à terra neutro isolado ou aterrado através de uma resistência de valor elevado

24 APLICAÇÃO DOS ESQUEMAS TT,TN E IT Quando a instalação possui um transformador ou gerador próprio, como é o caso das indústrias e de certos prédios institucionais e comerciais de porte, via de regra, a opção é pelo esquema TN. Mas, quando o prédio é alimentado por transformador exclusivo de propriedade da concessionária, tem-se que consultar a concessionária a respeito da utilização de seu neutro como condutor PEN. Para instalações alimentadas por rede pública de baixa tensão, caso das residências e pequenos prédios de todos os tipos, devido ao aterramento recomendado para o neutro, o esquema IT fica eliminado e o TT é o mais indicado. Quando existirem equipamentos com elevado nível de correntes de fuga, o esquema TT não é recomendado, em virtude da possibilidade de disparos intempestivos dos dispositivos DRs e quando existirem equipamentos com elevada vibração mecânica, o uso de um esquema TN não é indicado, devido à possibilidade de rompimento dos condutores.

25 CHOQUES ELÉTRICOS Chamamos de choque elétrico a sensação desagradável provocada pela circulação de corrente no corpo humano. As conseqüências de um choque elétrico podem variar de um simples susto até a morte, dependendo da intensidade de corrente e da duração desta. Os choques podem ser por contatos: Diretos: quando a pessoa toca diretamente um condutor energizado. Indiretos: quando a pessoa toca a massa de um equipamento que normalmente não está energizada, mas que, por falha da isolação principal, ficou energizada.

26 Causas dos contatos diretos: ignorância, imprudência ou negligência. Características dos contatos indiretos: imprevisíveis e freqüentes, representam maior perigo e recebem uma importância maior na Norma.

27 Dispositivo DR São dispositivos que detectam a soma fasorial das correntes que São dispositivos que detectam a soma fasorial das correntes que percorrem os condutores VIVOS de um circuito num determinado percorrem os condutores VIVOS de um circuito num determinado ponto. O módulo dessa soma fasorial é a chamada Corrente ponto. O módulo dessa soma fasorial é a chamada Corrente Diferencial-Residual(DR). Diferencial-Residual(DR).

28 MESMO QUE O CIRCUITO TRIFÁSICO SEJA DESEQUILIBRADO, NA AUSÊNCIA DE FUGAS: MESMO QUE O CIRCUITO TRIFÁSICO SEJA DESEQUILIBRADO, NA AUSÊNCIA DE FUGAS: COM FUGA DE CORRENTE (CORRENTE DE FUGA = IDR):COM FUGA DE CORRENTE (CORRENTE DE FUGA = IDR): ATUAÇÃO IDR = I n (CORRENTE DIFERENCIAL- RESIDUAL NOMINAL ATUAÇÃO IDR = I n (CORRENTE DIFERENCIAL- RESIDUAL NOMINAL DE ATUAÇÃO) DE ATUAÇÃO) IDEAL IDR = 0 IDEAL IDR = 0 REAL IDR 0 (CORRENTES DE FUGA - NATURAIS) REAL IDR 0 (CORRENTES DE FUGA - NATURAIS) I DR 0,5. I n I DR 0,5. I n

29 ZONAS TEMPO-CORRENTE DOS EFEITOS DE CORRENTE ALTERNADA ( 15 A 100 Hz ) SOBRE PESSOA IEC 479 Nenhum efeito perceptível Efeitos fisiológicos geralmente não danosos Efeitos fisiológicos notáveis (parada cardíaca, parada respiratória, contrações musculares) geralmente irreversíveis. Elevada probabilidade de efeitos fisiológicos graves e irreversíveis: - fibrilação cardíaca, - parada respiratória. C1: C1: não há fibrilação do coração. C2: C2: 5% de probabilidade de fibrilação C3: C3: 50% de probabilidade de fibrilação.

30 DISJUNTOR DR OU INTERRUPTOR DR ALTA SENSIBILIDADE ( 30mA) BAIXA SENSIBILIDADE ( > 30mA)

31 ATENÇÃO: dispositivos DR não limitam a corrente do choque elétrico a valores inferiores a I n, mas apenas o tempo que a corrente circula nas pessoas. Sua ação é a de interromper o circuito tão mais rapidamente quanto maior for a corrente diferencial-residual.

32 Especificação: In (A) In (A) I n (mA ou A) I n (mA ou A) Un (V) Un (V) Iint (A ou kA) Iint (A ou kA) f (Hz) f (Hz) Nº pólos Nº pólos Dispositivo DR (IDR)

33 Dispositivo DR (DDR) Especificação: Especificação: Interruptor DRInterruptor DR + DisjuntorDisjuntor

34 Disjuntor+ Bloco Diferencial

35 Dispositivo DR: recomendações quando utilizado apenas os IDRs, a proteção contra sobrecorrentes tem que ser assegurada por dispositivo específico, atendendo às prescrições da NBR 5410, e o IDR terá que suportar as solicitações térmicas e mecânicas provocadas por correntes de falta depois (a jusante) de sua posição no circuito; quando utilizado apenas os IDRs, a proteção contra sobrecorrentes tem que ser assegurada por dispositivo específico, atendendo às prescrições da NBR 5410, e o IDR terá que suportar as solicitações térmicas e mecânicas provocadas por correntes de falta depois (a jusante) de sua posição no circuito; ao serem instalados DRs na proteção geral e dos circuitos terminais, a seletividade de atuação tem que ser bem coordenada. Para isto, obedecidos os limites fixados na norma, o DR de menor sensibilidade (menor ID N ) deve ser instalado no circuito terminal e, consequentemente, o de maior sensibilidade no circuito de distribuição; ao serem instalados DRs na proteção geral e dos circuitos terminais, a seletividade de atuação tem que ser bem coordenada. Para isto, obedecidos os limites fixados na norma, o DR de menor sensibilidade (menor ID N ) deve ser instalado no circuito terminal e, consequentemente, o de maior sensibilidade no circuito de distribuição; dependendo dos níveis das correntes de fuga do sistema para a instalação, a escolha da sensibilidade dos DRs tem que ser cuidadosa, pois, principalmente quando instalados na proteção geral, poderão seccionar intempestivamente a alimentação de toda a instalação. dependendo dos níveis das correntes de fuga do sistema para a instalação, a escolha da sensibilidade dos DRs tem que ser cuidadosa, pois, principalmente quando instalados na proteção geral, poderão seccionar intempestivamente a alimentação de toda a instalação.

36 Detalhes de Ligação de DR

37 Detalhes de Ligação DR Notas: 1) Cada setor / DR possui o seu próprio neutro não devendo misturá-los. 2) O condutor de proteção é comum 3) Os interruptores diferenciais, têm que ser protegidos contra curtos- circuitos.

38 Detalhes de Ligação DR

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40 Resumo das prescrições-choque elétrico (NBR 5410) Proteção contra contatos diretos Proteção contra contatos indiretos Proteção complementar (contra contato direto) por dispositivo "DR"de alta sensibilidade (I n 30mA) Deve ser objeto da proteção complementar: a) circuitos em locais contendo banheira ou chuveiro b) tomadas em áreas externas c) tomadas em áreas internas equip.externos d)tomadas em cozinhas, copas-cozinhas, lavanderias, áreas de serviços, garagem (local interno molhado ou sujeito a lavagens). Exclusões: luminárias em altura > 2,5m tomadas para refrigeradores e congeladores;

41 Seccionamento automático Esquema TN: dispositivo de proteção a sobrecorrente dispositivo "DR Seccionamento automático Esquema TT dispositivo "DR A garantia total de proteção contra choques não se confere apenas com o aterramento das massas, porém ele é extremamente necessário para a boa proteção em grande parte das aplicações, quando associado a dispositivos de proteção adequados.

42 ESQUEMAS TIPO DE OPERAÇÃOPRINCÍPIO BÁSICO DE PROTEÇÃO DAS PESSOAS EXIGÊNCIAS COMPLEMENTARES VANTAGENSDESVANTAGENS TT Seccionamento à 1ª falta Ligação do neutro ao terra da alimentação e das massas a terra(s) independente(s) em associação com dispositivos automáticos de seccionamento. Seletividade com DRs, se necessário. Facilidade de projeto. Exigência de pessoal de manutenção com preparação mínima. Custos dos DRs (custo adicional). Possibilidade de disparos intepestivos, qualidade de serviço diminuída. TN Seccionamento à 1ª falta Ligação do neutro e das massas ao terra da alimentação em associação com dispositivos automáticos de seccionamento. Definições de comprimentos máximos de circuitos em função das condições de seccionamento. Complementação de segurança por ligações eqüipotenciais ou outras medidas. Possibilidade de economia de material (TN-C). Possibilidade de utilização dos dispositivos de proteção contra as sobrecorrentes na proteção contra os contatos indiretos. Maior dificuldade no projeto. Maior investimento a nível de projeto. Exigência de pessoal especializado de manutenção. Massas sujeitas a sobretensões do neutro da alimentação. IT Seccionamento à 2ª falta Neutro isolado ou impedante; massas ligadas a terra(s) independente(s) em associação com dispositivos automáticos de seccionamento e com dispositivos de controle. Necessidade de vigilância permanente do isolamento. Necessidade de limitação de sobretensões. Necessidade de complementação de segurança(ligação eqüipotencial). Definição de comprimentos máximos de circuitos em função das condições de seccionamento (à 2ª falta). Possibilidade de utilização dos dispositivos de proteção contra as sobretensões na proteção contra os contatos indiretos (seccionamento à 2ª falta) Maior dificuldade no projeto. Maior investimento Exigência de pessoal especializado de manutenção Exigência de equipamentos suplementares de segurança e controle Limitação do comprimento dos circuitos

43 EXEMPLO

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48 Fig. 7 – Detalhe de ligação no quadro

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51 PROCEDIMENTOS PARA MEDIÇÃO DO TERRA(MÉTODO DA QUEDA DE TENSÃO)

52 Este método consiste na aplicação de uma determinada corrente no sistema de aterramento em teste (T) fazendo-a circular através do eletrodo de corrente (C). A corrente I provocará a aparição de potenciais na superfície do solo. Esses potenciais são medidos através do eletrodo P. Os potenciais ao longo do trecho TC terão o aspecto da figura 2, assumindo, por conveniência, que o potencial em T é zero.

53 As resistências aparentes R = V/I ao longo do trecho TC terão a mesma configuração. A resistência do sistema de aterramento em teste é o valor em ohms do trecho da curva que tem valores constantes, constituindo um patamar. Para se obter o valor real da resistência é preciso se instalar o eletrodo de potencial P fora das áreas de influência do sistema em teste (trecho A da curva) e do eletrodo de corrente (trecho B). Comprova-se que o patamar é atingido quando : X = 0,618. d A distância d deverá ser a maior possível para que o patamar seja formado com clareza. Os valores práticos dos espaçamentos a serem utilizados estão indicados no item seguinte.

54 ESPAÇAMENTO ENTRE ELETRODOS Os espaçamentos entre os eletrodos T, P e C da montagem indicada na figura 1, dependem da dimensão do sistema de aterramento a ser medido. A tabela I, a seguir, fornece os espaçamentos sugeridos para as configurações dos sistemas de aterramento mais usuais. Quando o espaço disponível no local não permitir tais distâncias, utilizar os espaçamentos mínimos da tabela II. Nos casos especiais nos quais as configurações dos sistemas de aterramento não se assemelham a nenhuma das constantes dessas tabelas, pode ser utilizada a regra geral de que o eletrodo de corrente poderá ser instalado à uma distância igual a cinco vezes a maior dimensão ou diagonal do eletrodo, ou da malha.

55 Os valores indicados nas tabelas I e II foram montados com os seguintes dados : - comprimento das hastes : 3 m - diâmetro da haste : 0,016 m - espaçamento entre hastes : 3 m

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58 PROCEDIMENTOS DE CAMPO 1 - A montagem no campo deverá seguir o esquema de medição semelhante ao da figura 1, com as seguintes observações : A - os espaçamentos entre eletrodos estão indicados nas tabelas I e II. Sugere-se, entretanto, usar sempre que possível os cabos de 50 m e 80 m, que servem para qualquer configuração de aterramento. Os cabos adquiridos com o aparelho são: 2 cabos de 18 m, 2 cabos de 50 m e 1 cabo de 80 m; B - as hastes de prova devem ser fincadas o mais profundo possível (aproximadamente 30 cm já que as hastes padronizadas medem 40cm); C - o alinhamento dos eletrodos (em teste, de tensão e de corrente) é desejável, porém, não rigorosamente necessário.

59 2 - Após realizar a medição adotando os espaçamentos estabelecidos em tabelas, realizar mais duas medições deslocando o eletrodo de tensão de uma distância 0,1d em relação ao ponto da primeira, pois devem estar no patamar, de acordo com o explicado em item 3. Se ocorrem diferenças sensíveis, será necessário aumentar as distâncias d e x.

60 Exemplo: Quando estiver sendo usado d = 80 m e x = 50 m, as novas medições deverão ser feitas aproximadamente em x = 42 m e x = 58 m. 3 - Se não se conseguir medições, tentando-se as várias escalas do equipamento, (considerando que o aparelho e a bateria estão em bom estado), será preciso verificar a resistência dos eletrodos de prova. Para testar a resistência do eletrodo de tensão basta trocar entre si, no aparelho, as conexões dos cabos que ligam o eletrodo em teste e o eletrodo de tensão (figura 4). A resistência do eletrodo de tensão não poderá suplantar 1kΩ, qualquer que seja o equipamento usado.

61 4 - Se forem notadas medições discrepantes ou a existência de interferências, outra medição deverá ser feita na direção perpendicular em relação a anterior. 5 - Nem sempre a existência de muros, pequenas edificações e outros obstáculos impedem a realização das medições. Muitas vezes esses obstáculos podem ser contornados ou suplantados pelos cabos permitindo fincar-se as hastes em locais aparentemente escondidos, montando-se assim o esquema da figura 1.

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