Instalações Elétricas

Instalações Elétricas
Choque Elétrico. As pessoas e os animais devem ser protegidos contra choques elétricos, seja o risco associado ao contato acidental com parte viva perigosa, seja falhas de isolação que possam colocar uma massa acidentalmente sob tensão. Choque Elétrico pode ser definido como uma perturbação, de natureza e efeitos diversos que se manifesta no corpo humano, quando este é percorrido por uma corrente elétrica. O corpo humano é um condutor de eletricidade.

As tensões elétricas mais elevadas costumam inspirar as pessoas maior temor e cuidado, porém as tensões elétricas residenciais são as que mais ocasionam acidentes fatais. Estatísticas: 43% dos acidentes ocorrem na residência; 30% nas empresas; 27% em outros locais. Em termos de riscos fatais: Correntes de baixa intensidade, tem como efeito de maior gravidade a fibrilação ventricular; Correntes de alta intensidade, provenientes de acidentes de alta tensão, tem o efeito térmico de maior gravidade. Choque elétrico em alta tensão é normalmente fulminante, causando a morte por queimaduras.

Efeito do choque elétrico no corpo depende de: Intensidade da corrente elétrica; Tempo de exposição ao choque elétrico; Tensão; Freqüência; Percurso da corrente elétrica pelo corpo; O caminho no corpo humano percorrido pela corrente elétrica é um dos fatores que determina a gravidade do acidente. Quando este percorre órgãos vitais (coração, aparelho respiratório,etc.), o risco de vida se torna real. Condições orgânicas do individuo; Condições da pele do individuo: Pele seca, úmida, molhada, imersa em água.

Percepção do Choque Elétrico: Formigamento; Contração muscular; Lesão muscular; Queimaduras internas e externas; Queimaduras profundas produzindo necrose do tecido, ossos, músculos, órgãos, etc. Parada respiratória; Inibição dos centros nervosos, inclusive dos que comandam a respiração produzindo parada respiratória. Fibrilação cardíaca (músculo cardíaco em ritmo desordenado); Alteração do ritmo cardíaco podendo produzir fibrilação ventricular e uma conseqüente parada cardíaca. Parada cardíaca e morte.

Zonas tempo-corrente de efeito da corrente CA sobre as pessoas, fonte: Manual de Aterramento Elétrico do Procobre.

No gráfico temos: efeito do choque elétrico no corpo humano: Zona 1 – Nenhum efeito perceptível; Zona 2 – Efeitos fisiológicos geralmente não danosos; Zona 3 – Efeitos fisiológicos notáveis: contrações musculares; Zona 4 – Elevada probabilidade de efeitos fisiológicos graves e irreversíveis: fibrilação cardíaca, parada respiratória, desmaio,morte. De maneira resumida os efeitos gerais da corrente elétrica no corpo humano: 0,7 a 1,0 mA – Limiar da percepção, choque é percebido; 1,0 a 3,0mA – Sensação de choque pequena e não dolorosa; 3,0 a 9,0mA – Limite da zona de segurança, choque desagradável; 9,0 a 15 mA – Choque dolorosa, limite da ação voluntária; 15 a 20 mA – Choque doloroso e grave, contrações musculares; Acima de 20mA – Zona perigosa, individuo não consegue soltar-se devido a contração muscular, fibrilação cardíaca (músculo cardíaco em ritmo desordenado), parada cardíaca e morte.

Proteção contra choques elétricos: Limitar ou eliminar a corrente elétrica que atravessa o corpo humano; Limitar o tempo que a corrente elétrica percorre o corpo humano; Metodologia de proteção contra choques elétricos: Piso e paredes isolantes. NBR5410 considera piso e paredes isolantes com resistência superior a 50kΩ; Instalações elétricas mantidas em boas condições; Utilização de dispositivos DR; Dimensionamento adequado de sistemas de aterramento; Utilização de botas e luvas; Trabalhos na área executadas por pessoas qualificadas; Não deve-se ligar equipamentos elétricos com o corpo molhado; Não aproximar-se de condutores caídos no solo.

Observação: A resistência elétrica do corpo humano pode variar da condição seco a úmido; De uma mão até um pé varia entre 1000 a Ω; Exemplo: Qual a corrente que atravessa uma pessoa em choque direto, considerando uma tensão residencial de 127V, e uma resistência do corpo humano de 1000Ω e 5000Ω? Calcular a corrente que atravessa o corpo de uma pessoa, na condição de resistência de 1000Ω, em contato direto com um circuito energizado, tensão de 127V, em um local de piso de resistência de 50KΩ. Referencias: COELBA – campanha Coelba de Segurança 087; PROCOBRE – aterramento Elétrico; NBR 5410.

Esquemas de Distribuição. (Fonte: NBR5410) Esquema de condutores vivos; Esquema de aterramento.

Esquemas de condutores vivos: Monofásico a dois condutores; Monofásico a três condutores; Bifásico a três condutores; Trifásicos a três condutores; Trifásico a quatro condutores.

Esquemas de Aterramento (NBR5410) Na classificação dos esquemas de aterramento é utilizada a seguinte simbologia: Primeira Letra representa a situação da alimentação em relação a terra. “T”- representa um ponto diretamente aterrado; “I” - representa isolação das partes vivas em relação à terra ou aterramento através de impedância. Segunda Letra representa a situação das massas da instalação elétrica em relação à terra. “T” - massas diretamente aterradas independente da fonte; “N” - massas ligadas ao ponto de alimentação aterrado.

Esquemas de Aterramento Outras Letras representam a disposição do condutor neutro e proteção: “S”- funções neutro e proteção distintos (PE); “C” – funções neutro e proteção combinados em um único condutor (condutor PEN). Simbologia: Condutor neutro – N Condutor Proteção – PE Condutor combinando as funções de proteção e neutro - PEN

Esquemas TN (o mais utilizado). Ponto de alimentação diretamente aterrado (neutro da fonte aterrado) sendo as massas ligadas a este ponto. TN-S TN-C TN-C-S Esquemas TT. Ponto da alimentação diretamente aterrado, estando as massas da instalação ligadas a eletrodo(s) de aterramento eletricamente distinto(s) do eletrodo de aterramento da alimentação. Esquemas IT. Todas as partes vivas isoladas da terra ou um ponto da alimentação aterrado através de impedância. As massas da instalação são aterradas.

Esquemas TN-S Neutro da fonte aterrado e massas ligadas a este ponto; Condutores distintos para o neutro e proteção. Fa Fb Fc N PE PE Massa Terra

Esquemas TN-C. Neutro da fonte aterrado e massas ligadas a este ponto; Mesmo condutor para proteção e neutro. Fa Fb Fc N PEN Massa Terra Carga

Esquemas TN-C-S Neutro da fonte aterrado e massas ligadas a este ponto; Funções neutro e proteção combinados em um único condutor em parte do esquema. Fa Fb Fc N PEN PE Massa Terra

ESQUEMA TN Fonte: Aterramento Elétrico - PROCOBRE

Esquemas TT Neutro do ponto de alimentação diretamente aterrado e massas ligados a terra separadamente. Fa Fb Fc N PE Terra Carga

ESQUEMA TT Fonte: Aterramento Elétrico - PROCOBRE

Esquemas IT Todas as partes vivas são isoladas da terra ou um ponto da alimentação é aterrado através de impedância. Fa Fb Fc N PE Massa

Esquemas IT Todas as partes vivas são isoladas da terra ou um ponto da alimentação é aterrado através de impedância. Fa Fb Fc N PE Terra Massa

Esquemas IT. Corrente de falta é de pequena intensidade Não é imperativo o seccionamento imediato do circuito em caso da ocorrência de uma falta para a terra se: Ra x If ≤ Vl Onde: Ra – resistência de aterramento das massas (ohms) If – corrente de falta (amperes) Vl – tensão limite Deve ser previsto Dispositivo supervisor de isolamento (DSI) para indicar a ocorrência de uma primeira falta a massa ou à terra., (sinal visual ou sonoro). Evitar o risco de tensões de contato perigosas no caso da ocorrência de segunda falta.

Esquemas de Aterramento (NBR14.039) Na classificação dos esquemas de aterramento é utilizada a seguinte simbologia: Primeira Letra representa a situação da alimentação em relação a terra. “T”- representa um ponto diretamente aterrado; “I” - representa isolação das partes vivas em relação à terra ou aterramento através de impedância. Segunda Letra representa a situação das massas da instalação elétrica em relação à terra. “T” - massas diretamente aterradas independente da fonte; “N” - massas ligadas ao ponto de alimentação aterrado.

esquemas de aterramento, simbologia: Terceira Letra representa a situação das ligações eventuais com as massas da subestação. R – as massas da subestação estão ligadas simultaneamente ao aterramento do neutro e as massas da instalação; N – as massas da subestação estão ligadas diretamente ao aterramento do neutro da instalação, mas não estão ligadas às massas da instalação; S – as massas da subestação estão ligadas a um aterramento eletricamente separado daquele do neutro e daquele das massas da instalação.

Esquemas de Aterramento (NBR14.039) TN TNR – possui um ponto da alimentação diretamente aterrado, sendo as massas da instalação e da subestação ligadas a esse ponto através de condutores de proteção (PE) ou proteção combinado com neutro (PEN). Toda acorrente de falta direta fase-massa é uma corrente de curto-circuito

Esquemas TNR Possui ponto de alimentação diretamente aterrado, sendo as massas da instalação e da subestação ligadas a esse ponto através de condutor de proteção (PE) ou proteção/neutro (PEN). Nesse esquema toda corrente de falta fase-massa é uma corrente de curto-circuito. Esquema TT Possui um ponto da alimentação diretamente aterrado, estando as massas da instalação ligadas a eletrodos de aterramento eletricamente distintos do eletrodo de aterramento da subestação. As correntes de falta fase-massa devem ser inferiores a uma corrente de curto-circuito. TTN O condutor neutro e o condutor de proteção das massas da subestação são ligados a um único eletrodo de aterramento; TTS O condutor neutro e o condutor de proteção das massas da subestação são ligados a eletrodos de aterramento distintos.

Esquemas de Aterramento (NBR14.039) TT TTN – condutor neutro e o condutor de proteção das massas da subestação são ligados a um único eletrodo de aterramento. TTS – condutor neutro e o condutor de proteção das massas da subestação são ligados a eletrodos de aterramento distintos.

Esquemas IT (NBR14039) Ponto de alimentação não esta diretamente aterrado ou esta aterrado através de uma impedância, estando as massas da instalação ligadas a seus próprios eletrodos de aterramento. Corrente resultante de uma falta fase-massa não deve ter intensidade para provocar tensões de contato perigosas. Esquema ITN Condutor neutro e o condutor de proteção das massas da subestação são ligadas a um único eletrodo de aterramento e as massas da instalação ligadas a um eletrodo distinto. Esquema ITS Condutor neutro, os condutores de proteção das massas da subestação e da instalação são ligados a eletrodos de aterramento distintos. Esquema ITR Condutor neutro, condutores de proteção das massas da subestação e da instalação são ligados a um único eletrodo de aterramento.

Aterramento do condutor neutro. Quando a instalação for alimentada por concessionário, o condutor neutro, se existir e o concessionário permitir, deve ser aterrado na origem da instalação. O aterramento do neutro na origem proporciona uma melhoria na equalização de potenciais essencial a segurança.

SISTEMAS DE ATERRAMENTO Aterrar é ligar intencionalmente uma estrutura condutora de uma instalação a terra, através de um condutor elétrico. Os sistemas elétricos não precisam estar ligados a terra para funcionarem, porém a terra pode ser utilizada como um ponto de referencia ou de potencial zero disponível em qualquer lugar.

SISTEMAS DE ATERRAMENTO Objetivo: Controlar a tensão em relação a terra dentro de limites previsíveis; Fornecer um caminho seguro e de baixa impedância para as correntes de falta; Possibilitar o funcionamento adequado das proteções; Fornecer um caminho seguro e de baixa impedância para as correntes induzidas por descargas atmosféricas; Permitir escoar as cargas estáticas acumuladas em estruturas, suportes e carcaças dos equipamentos em geral; Proteger as pessoas contra choque elétrico; Em sistemas eletrônicos, o aterramento deve fornecer um plano de referencia, sem perturbações de tal modo que possam operar satisfatoriamente tanto em altas como em baixas freqüências.

Conceitos Básicos: Sistema de Aterramento: É o conjunto de condutores, cabos, hastes e conectores interligados e circundados por um elemento que dissipe para a terra as correntes que sejam impostas ao sistema.

Conceitos Básicos: Resistência de Aterramento: É a resistência oferecida à passagem da corrente elétrica, quando é aplicada uma tensão a esse sistema. Essa resistência é composta dos seguintes elementos: Resistência dos eletrodos, cabos, conexões e fiação; Resistência de contato entre os eletrodos e o elemento circundante (normalmente a própria terra); Resistência do elemento que circunda o eletrodo ou cabo (normalmente a própria terra).

Resistividade do Solo: Resistência entre faces opostas do volume de solo, consistindo em um cubo homogêneo e isótropo cuja aresta mede uma unidade de comprimento (NBR15749/2009) É uma característica especifica de cada tipo de solo e depende de: Tipo do solo; Umidade; Temperatura; Capacidade de retenção de água; Salinidade.

Resistividade do Solo: Solo distribuído em camadas: Normalmente distribuídas de forma horizontal Camadas com características diferentes (espessura, resistividade) Exemplos: Limo de 20 a 100 Ωxm; Lama de 5 a 100 Ωxm; Argila c/ 40% de umidade 80 Ωxm; Argila c/ 20% de umidade 330 Ωxm; Areia comum 3000 a 8000 Ωxm; Granito e arenito de 500 a Ωxm.

SISTEMAS DE ATERRAMENTO Quando da ocorrência de uma falta para a terra numa instalação, as corrente dispersas pelo sistema de aterramento provocam o surgimento de diferenças de potencial entre: Pontos na superfície do solo (tensão de passo); Partes metálicas aterradas da instalação e o solo (tensão de toque) – caso de estruturas-suporte, carcaças de equipamentos e outros; Circuitos que de alguma forma estejam ligados ao sistema de aterramento e pontos distantes da superfície do solo ou outros sistemas de aterramento afastados (por potencial transferido), de modo geral. É o caso de circuitos de controle e comunicação, cabos para raios, blindagem de cabos de potência e outros.

Curvas Equipotenciais: É o lugar geométrico, no solo, com relação ao sistema de aterramento, no qual se verificam o mesmo potencial.

Tensão de contato: É a tensão que pode aparecer acidentalmente, quando falha a isolação, entre duas partes simultaneamente acessíveis.

Potencial (Tensão) de Toque: É a diferença de potencial entre um ponto de uma estrutura metálica aterrada situada ao alcance da mão de uma pessoa e um ponto da superfície do solo separado por uma distância horizontal equivalente ao alcance normal do braço de uma pessoa. Por definição considera-se esta distancia igual a um metro.

Potencial (Tensão) de Passo: É a diferença de potencial que aparece entre dois pontos situados na superfície do solo separados pela distância de um passo de uma pessoa, considerado igual a um metro.

Potencial de Transferência: Valor de potencial transferido para um ponto remoto de um dado sistema de aterramento;

SISTEMAS DE ATERRAMENTO Requisitos: Baixa resistência de aterramento; Alta capacidade de condução de corrente; Proporcionar segurança as pessoas; Valor de resistência de aterramento invariável com as condições climáticas e ao longo do tempo.

SISTEMAS DE ATERRAMENTO Tipos: Funcional – Ligação a terra de neutro; Proteção – Ligação a terra de massas e de elementos condutores.

SISTEMAS DE ATERRAMENTO Eletrodos de Aterramento: Eletrodos fabricados: Hastes: aço cobreado, cantoneiras de aço galvanizadas. Condutores. Eletrodos naturais.

Configurações dos Aterramentos com eletrodos fabricados: Uma haste; Hastes alinhadas; Hastes arrumadas em triângulo; Hastes arrumadas em quadrado vazio ou cheio; Hastes profundas; Fitas metálicas ou cabos enterrados; Malha de Terra.

Componentes do aterramento: Eletrodo de aterramento – haste de aço cobreado, cantoneira de ferro galvanizado, cabos de cobre; Condutor de aterramento – condutores de cobre ou aço-cobreado; Conexões - conectores de aterramento ou solda exotérmica; Caixa de inspeção; Dutos em de proteção mecânica.

Hastes de Aterramento: Aço cobreado;

Hastes de Aterramento: Resistência de aterramento de uma haste: R = ( ρ / 2 π L) x Ln (4L/d) Onde: L – Comprimento da haste cravada no solo em metros; d – Diâmetro da haste em metros; ρ – Resistividade a parente do solo. Resistência de aterramento de um conjunto de eletrodos verticais interligadas através de um único condutor é maior que a resistência de aterramento de um eletrodo dividido pelo número de eletrodos; Rne > Re/Nh Coeficiente de redução da resistência: K = Rne / Re

Exemplo: 1. Calcular a resistência de aterramento de um sistema de aterramento de uma subestação de 225kVA, composto por cinco hastes de aço cobreado alinhadas espaçadas de 3m. As hastes tem diâmetro de 16mm e comprimento de 2,4m estão cravadas a 0,5m de profundidade. A resistividade aparente do solo é de 300Ω.m e coeficiente de redução calculado para estas 5 hastes é de k = 0,278. Resistência de aterramento de uma haste: Re = ( ρ / 2 π L) x Ln (4L/d) Re = Resistência de aterramento das n hastes Rne = k Re Rne = 0,278 x (Fonte Livro Instalações Elétricas Industriais de João Mamede)

Eletrodos existentes (naturais): Prédios com estruturas metálicas, fixados por meio de cantoneiras nas fundações de concreto. Cantoneiras engastados no concreto servem de eletrodos de terra/estrutura metálica funciona como condutor.

Eletrodos encapsulados em concreto: Ferros da armadura da edificação, colocadas no interior do concreto. Devem ser interligados os ferros das diversas sapatas (com o próprio ferro ou cabo de cobre), formando um anel.

Medição da Resistividade do Solo Método de Wenner ou dos quatro pontos; Aparelho de Medição é o Terrômetro (Megger de Terra) com 2 terminais de corrente (C1 e C2) e dois de potencial (P1 e P2). Procedimento: Eletrodos cravados a 20cm no solo, alinhados, espaçados igualmente; Espaçamento entre eletrodos (a) padronizado de 2,4,8,16 e 32m; A profundidade pesquisada corresponde ao espaçamento entre os eletrodos; Valor da resistividade será igual a ρ = 2π a R, onde “a” em metros e “R” em Ω. O número de pontos medidos será de acordo com a dimensão prevista para o aterramento e sua importância. A medição deverá ser afastado de áreas sujeitas a interferências, pontos de aterramento, torres metálicas, tubulações, etc.

Resistividade aparente do solo: Resistividade aparente do solo é a resistividade vista por um particular sistema de aterramento; Para determinar-se a resistividade aparente do solo é necessário que se adote uma das técnicas de modelagem; Modelagem de estratificação do solo em duas camadas; Solo de n camadas é estratificado em duas camadas.

Cálculo da Malha de Terra O cálculo da malha de terra de uma subestação requer o conhecimento dos seguintes parâmetros: Resistividade aparente do solo ( ρa); Resistividade da camada superior do solo (ρ1); Resistividade do material de acabamento da superfície da área da subestação (ρs); Corrente máxima de curto-circuito fase-terra (Iccft); Tempo de duração da corrente de curto-circuito fase-terra (Tccft).

Cálculo da Malha de Terra O projeto de uma malha de uma subestação contempla os seguintes parâmetros: Seção mínima do condutor; Número de condutores principais e de junção; Comprimento do condutor; Tensão de passo; Tensão de passo na periferia da malha; Tensão máxima de toque; Corrente máxima de choque; Potenciais da região externa à malha; Resistência da malha de terra: Rmc = (ρa/ 4R) + (ρa/Lcm) Onde R é o raio equivalente a área destinada a malha de terra em m. Resistência de aterramento do conjunto de eletrodos verticais; Resistência mútua dos cabos e eletrodos verticais; Resistência total da malha.

Medição de Resistência de Aterramento (ABNT NBR15749, de ) Aparelho de Medição é o Terrômetro (Megger de Terra) com 2 terminais de corrente (C1 e C2) e dois de potencial (P1 e P2); Ponto na terra onde se injeta uma corrente C1 (Terra que se deseja medir) e um ponto onde retorna essa corrente C2 (Terra auxiliar); A corrente injetada circulará pelas camadas da terra e provocará, na superfície, o aparecimento de tensões (Resistência de terra até o ponto de medição x corrente injetada)

Medição de Resistência de Aterramento Precauções: Desconectar da rede o sistema de aterramento a ser medido; Evitar medições durante tempestades; Utilizar botas e luvas isoladas.

Coelba Toda a unidade consumidora de Baixa Tensão tem o condutor neutro do ramal de distribuição aterrado na origem da instalação. No caso o neutro no padrão de entrada (cx medição) é ligado a terra através de haste de aço cobreado de 16mm x 2400mm (SM ); O quadro de Distribuição Geral (QG) e os quadros de Distribuição e Medição em edificações sem subestação, devem ser conectados a um malha de terra formada pelo menos por 3 hastes de aço cobreado (SM ); O valor da resistência de BT é de no máximo 20Ω (SM ); O valor da resistência do sistema de aterramento para as subestações do consumidor não deve ser maior que 10Ω (SM ); Unidades com potência instalada acima de 1 MVA tem de apresentar projeto e cálculo da malha de terra (SM ).

Sistemas de Aterramento para Equipamentos Eletrônicos sensíveis. Malha de potencial fixo, inalterável. Aterramento de Ponto Único: Barras de terra dos equipamentos (isoladas do painel de sustentação) são ligadas através de condutores isolados a uma barra de terra geral isolada no QD e desta através de cabo isolado a um único ponto do sistema de aterramento de força. As carcaças dos painéis de sustentação são ligados ao sistema de aterramento de força. Malha de terra de referencia (MTR) Equaliza as barras de terra dos diversos equipamentos eletrônicos para alta freqüência. Função básica de equalizar potenciais. Ligada deve ser conectada ao sistema de aterramento de força.

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