Sumário. Instalações Elétricas III

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2 Sumário 1 Instalações de motores Potência de um motor Fator de potência (cos φ) Circuitos de motores Dimensionamento dos condutores com base na queda de tensão Cálculo do ajuste do relé térmico e fusível do ramal de um motor Relé térmico Fusíveis ou disjuntores Aterramento NBR OBJETIVOS DO ATERRAMENTO ESQUEMAS DE ATERRAMENTO APLICAÇÃO DOS ESQUEMAS TT,TN E IT CHOQUES ELÉTRICOS SISTEMAS DE ATERRAMENTO PROCEDIMENTOS PARA MEDIÇÃO DO TERRA PROCEDIMENTOS PARA CORREÇÃO DA RESISTÊNCIA DE ATERRAMENTO CARACTERÍSTICAS DO TRATAMENTO QUÍMICO DO SOLO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

3 1 Instalações de motores 1.1 Potência de um motor Podemos considerar para um motor as seguintes potências: Potência nominal (Pn) ou de saída É a potência mecânica no eixo do motor sendo expressa em CV (736 W), ou kw e eventualmente em HP (746 W); Potência de entrada (Pe) Corresponde à potência absorvida da rede elétrica para o seu desempenho. A relação entre a potência nominal (Pn) e a potência de entrada (Pe) é denominada de rendimento mecânico (η) do motor. η = Pn Pe Rendimento É a relação entre a potência ativa fornecida pelo motor e a potência ativa solicitada pelo motor a rede, determinado pela seguinte equação. Energia elétrica absorvida da rede por um motor elétrico é transformada em energia mecânica disponível no eixo. A potência ativa fornecida pela rede não será cedida na totalidade como sendo potência mecânica no eixo do motor. A potência cedida sofre uma diminuição relativa às perdas que ocorrem no motor. O rendimento define a eficiência desta transformação sendo expresso por um número (<1) ou em percentagem. Potência ativa fornecida pelo motor / potência solicitada pelo motor a rede Potência de saída / potência de entrada Exemplo: Qual é a potência fornecida por um motor trifásico, com rendimento de 80%, que recebe uma potência de 12,5 kw? P = 12,5 kw x 0,80 P = 10 kw FATOR DE SERVIÇO Fator de serviço é um multiplicador que, quando aplicado à potência nominal do motor elétrico, indica a carga que pode ser acionada continuamente sob tensão e frequência nominais e com limite de elevação de temperatura do enrolamento. O fator de serviço (FS) vem descrito na placa do motor da seguinte fora FS 1,15 ou FS 1,25, tais fatores dependem das características construtivas do motor. O fator de serviço esta diretamente relacionada ao tempo de vida útil do motor, este não deve ser confundido com sobrecarga momentânea que o motor pode suportar. Em outras palavras o fator de serviço (FS) aplicado a potencia nominal do motor indica a sobrecarga permitida que possa ser aplicada continuamente ao motor sob condições específicas. Caso o FS = 1,15, isto significa que suporta 15% de sobrecarga acima de sua potencia nominal. O FS é uma que serva de carga que dá ao motor condições de funcionamento em condições desfavoráveis. REGIME DE SERVIÇO De acordo com o tipo de máquina exige uma condição de carga diferente do motor. Exemplo: ventilador ou uma bomba centrífuga solicita carga contínua, enquanto uma prensa, um guindaste ou uma esteira rolante solicita carga alternada (intermitente). O regime de serviço define a regularidade da carga a que o motor é submetido. A escolha do tipo do motor deve ser feita pelo fabricante da máquina a ser acionada, comprando o motor mais adequado a seu caso Categoria De Motores Elétricos Os motores elétricos em gaiola têm três categorias conforme características de conjugado em relação a velocidade e a corrente de partida. Um motor elétrico não apresenta o mesmo conjugado para diferentes rotações. À medida que vai acelerando, o valor do conjugado altera, adquirindo valores que vão depender das características de construção do motor (normalmente do formato do rotor). A variação do conjugado não é linear e não existe relação de proporcionalidade com a rotação. Categoria N Conjugado de partida normal, corrente de partida normal e baixo escorregamento. A maior parte dos motores encontrados no mercado enquadra-se nesta categoria. Utilizado para o acionamento de cargas normais como; bombas máquinas operatrizes. 3

4 Categoria H Conjugado de partida alto, corrente de partida normal, baixo escorregamento. Empregado em máquinas que exigem maior conjugado na partida como peneiras, transportadores carregadores, cargas de alta inércia e outros. Categoria D Conjugado de partida alto, corrente de partida normal, alto escorregamento (superior a 5%). Usado em prensas concêntricas e máquinas semelhantes, onde a carga apresenta picos periódicos, em elevadores e cargas que necessitem de conjugados de partida muito altos e correntes de partida limitadas e outros. Classe de isolamento Todo condutor quando atravessado por uma corrente elétrica dissipa energia em forma de calor por meio do efeito joule Tanto as bobinas do enrolamento do estato (Enrolamento parte fixa do motor) como as do rotor, (núcleo de chapas de ferro silício parte girante do motor) ou suas barras, caso se trate de um rotor de gaiola, dissipam calor. O fluxo variável que atua no núcleo magnético estator-rotor também induz correntes indesejáveis nas chapas de aço, posto que ela também seja material condutor. Essas correntes são chamadas de parasitas, ou corretes de Foucault. Elas também são fonte de aquecimento por efeito joule. Os núcleos do estator e do rotor são laminados, isto é, feitos de chapas muito finas, justamente para minimizar essas correntes. Por isso, as lâminas são feitas na direção do fluxo para reduzir a área sujeita a indução e aumentar a resistência elétrica do circuito parasita. A histerese magnética, devido à alternância do fluxo, também é uma fonte de geração de calor interno no motor. Imagem do Estator de um motor parte Fixa da máquina O motor é utilizado para fornecer trabalho mecânico por meio da conversão de energia elétrica, assim, o calor é uma forma de energia que não é aproveitada para produzir trabalho mecânico, sendo considerada energia perdida. Quanto mais perdas, menor será o rendimento do motor. Então a determinação da temperatura máxima de trabalho que o motor pode suportar continuamente sem ter prejuízos em sua vida útil. A classe de cada motor é em função de suas características construtivas. As classes de isolamento padronizadas para máquinas elétricas são: CLASSE A C; CLASSE E C; CLASSE B C; CLASSE F C; CLASSE H C. ATENÇÃO! Os motores elétricos de aplicação normal trabalham em temperatura ambiente de 40 C. TEMPO DE ROTOR BLOQUEADO Tempo de rotor bloqueado é o tempo necessário para que o enrolamento da máquina, quando percorrido pela sua corrente de partida, atinja a sua temperatura limite, partindo da temperatura em condições nominais de serviço e considerando a temperatura ambiente no seu valor máximo. Este tempo é um parâmetro que depende do projeto da máquina. Encontra-se normalmente no catálogo ou na folha de dados do fabricante. 4

5 Rotor parte girante do motor Ventilação Os motores elétricos quando em funcionamento precisam dissipar o calor criado internamente, desta forma é utilizada uma ventoinha acoplada ao seu eixo, para que quando em movimento giratório proporcione a troca de calor entre o meio interior e exterior, reduzindo desta forma o aquecimento do motor. Motor com ventilação Acoplada em seu eixo GRAU DE PROTEÇÃO PARA MOTORES ELÉTRICOS (IP) É a indicação das características física dos equipamentos elétricos, referenciando-se a permissão da entrada de corpos estranhos para seu interior. O invóculo de proteção (Carcaça) do motor onde se encontra o estator-rotor, é onde existe a exigência do grau de proteção intrínseca. Isto depende do ambiente onde se encontra instalado o motor. Obs. Grau de Proteção Intrínseca Proteção própria do dispositivo. Segue as letras que representam o grau de proteção: 1º algarismo: indica o grau de proteção contra a penetração de corpos sólidos estranhos e contato acidental 0 - sem proteção 1 - corpos estranhos de dimensões acima de 50 mm 2 - corpos estranhos de dimensões acima de 12 mm 4 - corpos estranhos de dimensões acima de 1 mm 5 - proteção contra acúmulo de poeiras prejudicial ao equipamento 6 - proteção total contra a poeira 2º algarismo: indica o grau de proteção contra a penetração de água no interior do equipamento: 0 - sem proteção 1 - pingos de água na vertical 2- pingos de água até a inclinação de 15º com a vertical 3 - pingos de água até a inclinação de 15º com a vertical 4 - água de chuva até a inclinação de 60º com a vertical 5 - respingos de todas as direções 6 - jatos de água de todas as direções 7 - água de vagalhões 8 - imersões temporárias 9 - imersões permanentes 5

6 Exemplo: Grau de proteção IP54: proteção completa contra toques, acúmulo de poeiras nocivas e respingos de todas as direções. Grau de proteção IP55: Proteção completa contra toque e acúmulo de poeiras nocivas. Proteção contra jatos de água em todas as direções. São utilizados nos casos em que os equipamentos são lavados periodicamente com mangueiras Os motores de indução trifásicos do tipo abertos para aplicação normal são fabricados, normalmente com IP21. São protegidos contra toque com os dedos e contra corpos estranhos sólidos com dimensões acima de 12mm. Apresentam proteção contra pingos na vertical. Obs. NBR 5410 Considera que os motores de aplicações normais devem operar em temperatura ambiente de 40ºC e em altitudes de até 1000 metros IDENTIFICAÇÃO DOS MOTORES Os motores elétricos possuem uma placa identificadora, colocada pelo fabricante na carcaça do motor nela consta os dados necessários para instalação correta do motor. Segue: Marca comercial potencia nominal potencia nominal Modelo corrente nominal Número regime de trabalho Tensão nominal Aquecimento permissível Número de fases fator de serviço Tipo de corrente (contínua ou alternada) frequência Exemplos de placas de motores de indução 6

7 1.2 Fator de potência (cos φ) Quando num circuito existe intercalada uma ou mais bobinas, como é o caso dos motores, observa-se que a potência total fornecida, que é denominada pelo produto da corrente lida num amperímetro pela ddp lida num voltímetro (VA), não é igual à potência lida num wattímetro (W) A potência obtida pela multiplicação da tensão pela corrente, chama-se potência total ou potência aparente (S), é a sua unidade é o VA ou kva, quando passar de VA. Já, a potência lida pelo wattímetro, recebe o nome de potência real ou nominal, sendo expressa em W ou kw, quando superior a W. O fator de potência é o cosseno do ângulo de defasagem entre a potência aparente e a potência nominal, como já foi visto em Eletricidade II e em Sistema de Potência. cos φ = P (kw) S (kva) Exemplo 1 1-Um dispositivo possui uma potência aparente de 1000 KVA e potência ativa de 79 KW. Calcule seu fator de potência reativa. (A) Fp = 0,59 (B) Fp = 0,89 (C) Fp = 0,69 (D) Fp = 0,79 Exemplo 2 2- É a transformação de energia elétrica em qualquer forma de energia útil, como, luminosa, térmica entre outras. Assinale a alternativa correta: (A) Potência Aparente (B) Potência Reativa (C) Potência Ativa (D) Potência de Potência Atividades Complementares I 1- Assinale a alternativa correta: medida de esforço necessário para girar o eixo do motor chama-se? a- Fator de Serviço b- Regime de serviço c- Torque d- Rendimento 2-É a relação entre a potência ativa fornecida pelo motor e a potência ativa solicitada pelo motor a rede, Assinale a alternativa correta: a- Fator de Serviço b- Rendimento c- Reostato d- Corrente Nominal 3- De acordo com a categoria de Conjugado de partida normal, corrente de partida normal e baixo escorregamento, e considerando que a maior parte dos motores encontrados no mercado enquadra-se nesta categoria, sendo utilizado para o acionamento de cargas normais como; bombas máquinas operatrizes. Assinale a alternativa correta a- Categoria D b- Categoria F c- Categoria N d- Categoria G 7

8 4- Assinale a alternativa correta:os motores de indução podem trabalhar em que valor de temperatura ambiente? a- 30 C b- 40 C c- 10 C d- 25 C 5- O motor de indução que possui o grau de proteção IP 45, esta relacionado a qual alternativa abaixo? a - corpos estranhos de dimensões acima de 1 mm, respingos de todas as direções b- Proteção total contra poeira, Imersão permanente c- corpos estranhos de dimensões acima de 12 mm, pingos de água na vertical d- proteção contra acúmulo de poeiras prejudicial ao equipamento, respingos de todas as direções 6-De acordo com a placa do motor abaixo, assinale as alternativas correta: a- A placa esta representando o fechamento de um motor trifásico b- A placa esta representando o fechamento de um motor monofásico c- A placa esta representando o fechamento de um motor para 9 pontas d- A placa esta representando o fechamento de um motor para 12 pontas 7-Defina Grau de proteção para motores elétricos. 8-Defina fator de serviço 9-Qual o significado do Grau IP55, escrito na placa de identificação do motor elétrico? 10- NBR 5410 Consideram que motores de aplicações normais devem operar em temperatura ambiente de quantos graus Celsius? 1.3 Circuitos de motores Entende-se por circuito de motor o conjunto formado pelos condutores e dispositivos necessários ao comando, controle e proteção do motor, do ramal e da linha alimentadora. QDF fusível ou disjuntor alimentação geral contactora relé de sobrecarga ramal do motor M M 8

9 Para calcularmos as correntes dos alimentadores, utilizam-se as seguintes fórmulas: a) Para apenas um motor, neste caso o alimentador geral é o próprio ramal do motor: I = corrente do alimentador In = corrente nominal do motor I 1,25 x In b) Para vários motores que não partem simultaneamente: I 1,25 x In (maior motor) + In (motores restantes) I 1,25 x In (maior motor) +[ Fd x In (motores restantes)] Onde Fd é o fator de demanda. c) Para dois ou mais motores partindo simultaneamente: I 1,25 x In (motores que partem juntos) + In (motores restantes) I 1,25 x In (motores que partem juntos) + [Fd x In (motores restantes)] Obs.: Para calcular o ramal do motor deve-se levar em consideração o fator de serviço (Fs) que multiplicado pela intensidade nominal da corrente, fornece a corrente a considerar no ramal do motor para o dimensionamento dos condutores, isto é, a corrente que pode ser utilizada continuamente. Exemplos: 1 Calcule a corrente no ramal de um motor trifásico de 7,5 CV em 220 V, considerando cos φ = 0,85 e η = 0,9. In = 736 x 7,5 = 18,9 A 220 x 1,73 x 0,85 x 0,9 Corrente no alimentador = I = 1,25 x 18,9 = 23,6 A 2 Calcular a corrente no alimentador, 220 V, que alimenta os seguintes motores: A 15 Cv B 10 CV C 5 CV Os motores partem individualmente. In (A) = 736 x 15 = 37,92 A 220 x 1,73 x 0,85 x 0,9 In(B) = 736 x 10 = 25,28 A 220 x 1,73 x 0,85 x 0,9 In (C) = 736 x 5 = 12,65 A 220 x 1,73 x 0,85 x 0,9 I = (1,25 x 37,92) + 25, = 85,33 A 9

10 1.4 Dimensionamento dos condutores com base na queda de tensão Os ramais e alimentadores são dimensionados com base na queda de tensão máxima permitida pelas normas. 5% no circuito desde o quadro de distribuição até o motor mais afastado sendo: 4% no alimentador e 1% no ramal do motor. Podemos calcular a bitola dos condutores utilizando as expressões: - Monofásicos S = 2ρ [(I1 x l1 x cos φ1) + (I2 x l2 x cos φ2) +...] = 2 x 0,0179 x I x l x cos φ u u - Trifásicos S = 3 x 0,0179 x I x l x cos φ u Onde : S = bitola do condutor em mm² ρ = resistividade do condutor = 0,0179 Ω mm²/m (cobre) ou 0,031 Ω mm²/m (alumínio) I = corrente em ampère l = distância em metros cos φ = fator de potência u = queda de tensão absoluta em volts. Exemplo: Calcular a bitola mínima para alimentar um motor trifásico de 5 CV, 220 V, Fs = 1,15, a 30 m do quadro de distribuição considerando 2% de queda de tensão. In = 736 x 5 = 12,65 A 220 x 1,73 x 0,85 x 0,9 Ip = 1,25 x 12,65 x 1,15 = 18,18 A 2% de 220 V = 0,02 x 220 = 4,4 V S = 1,73 x 0,0179 x 18,18 x 30 = 3,8 mm², cujo valor comercial é 4 mm². 4,4 10

11 A fim de facilitar o nosso trabalho, transcrevemos a tabela para escolha dos condutores considerando o produto da corrente pela distancia (A x m) Tabela 5.1 Escolha dos condutores em função dos ampères x metros sistema trifásico. Tensões entre linhas Isolamento PVC (mm²) 220 V 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8% 380 V 0,57% 1,15% 1,73% 2,30% 2,90% 3,40% 4% 4,60% Ampères x metros condutores singelos de cobre - instalação em eletrodutos 1, , Exemplo: Um motor de indução trifásico, 220 V, 7,5 CV, acha-se a 28 metros do quadro de distribuição. Admitindo-se uma queda de tensão de 1% neste ramal, qual deverá ser a seção do condutor a empregar? cos φ = 0,85 e η = 0,90. In = 7,5 x 736 = 18,96 A 220 x 1,73 x 0,85 x 0,9 Corrente do ramal será: Ip = 1,25 x 18,96 = 23,70 A Produto I x l = 23,7 x 28 = 663,6 Am Verificamos pela tabela acima que devemos empregar o condutor # 10 mm². 1.5 Cálculo do ajuste do relé térmico e fusível do ramal de um motor Relé térmico Para calcularmos o ajuste do relé térmico devemos utilizar os seguintes fatores sobre as correntes nominais: 1,15 quando não há elevação de temperatura; 1,25 quando há elevação de temperatura. A finalidade do relé térmico é a proteção contra sobrecargas durante o regime de funcionamento. 11

12 1.5.1 Fusíveis ou disjuntores Serão calculados para suportar a corrente de partida do motor durante um curto intervalo de tempo. Quando, porém, o motor estiver em regime, se houver sobrecarga prolongada ou curto-circuito no ramal, deverão atuar, interrompendo a corrente. Na tabela abaixo vemos a porcentagem do valor da corrente em relação ao valor nominal e que deverá ser usada nos dispositivos de proteção. Tabela 5.2 Porcentagem da corrente a considerar na proteção dos ramais. Motor com Tipo de Método de Motor sem letra-código motor partida letra-código Letra % Mono, tri, de in- A plena A 150 dução em gaiolas tensão 300% B até E 250 e síncronos F até V 300 com tensão até 30A = 250% A 150 reduzida acima de 30 A B até E % F até V 250 tri em anéis X 150% X Vamos, agora, dar um exemplo de um projeto completo de alimentação e proteção de vários motores. Exemplo: Determinar todos os elementos do esquema abaixo, considerando todos os motores trifásicos, em gaiola, 220 V, cos φ = 0,85, η = 0,9, Fs = 1,15, 2% de queda de tensão, e com elevação de temperatura. GERAL 20m 10 m 10 m 3m Fs1 3m Fs2 3m Fs3 K1 K2 K3 RL1 RL2 RL3 5 CV 7,5 CV 10 CV 12

13 Correntes nominais: M1 = 736 x 5 = 12,65 A 220 x 1.73 x 0,85 x 0,9 M2 = 736 x 7,5 = 18,9 A 220 x 1,73 x 0,85 x 0,9 M3 = = 736 x 10 = 25,28 A 220 x 1,73 x 0,85 x 0,9 Correntes para determinação das bitolas dos cabos: M1 = 1,25 x 12,65 x 1,15 = 18,18 A x 23m = 418 A x m = # 4 mm² (ver tab. 5.1) Ajuste do relé = 18,7 A M2 = 1,25 x 18,9 x 1,15 = 27,17 A x 33 m = 897 am = # 10 mm² Ajuste do relé = 27,5 A M3 = 1,25 x 25,28 x 1,15 = 36,34 A x 43 m = Am = # 16 mm² Ajuste do relé = 36,3 A Correntes da proteção de cada ramal, considerando todas as letras-código = A: M1 = 12,65 x 1,5 (150%) = 18,97 A = 20 A (valor comercial) M2 = 27,17 x 1,5(150%) = 28,35 A = 30 A (valor comercial) M3 = 25,28 x 1,5 (150%) = 37,92 A = 40 A (valor comercial) Proteção e bitola do alimentador geral: I 1,25 x 25,28 + (12, ,17) = 71,42 A Por segurança a proteção geral será de 90 A. (valor comercial) Se a distância do PC ao QDF for de 80 m e considerando 2% de queda de tensão teremos: 71,42 A x 80 m = 5714 Am = # 50 mm² Atividades Complementares II 1- Calcular a corrente no alimentador, 220 V, que alimenta os seguintes motores trifásicos. Dados: Fp 0,92 e Rendimento 0,80. A-15 CV. B- 10 CV. C- 2 CV. D- 2,CV. 2- Um motor com potência de 35 KW tem um fator de potência (FP) de 0,85. Encontre a potência aparente. A) 42,18 KVA B) 47,20 KVA C) 40,17 KVA D) 41,17 KVA 3- Calcule o valor do relé de sobrecarga para trabalhar na proteção de um motor trifásico em 220 v/60hz, seis pólos, 0, 25 CV. Dados: Fp= 0,60, rendimento = 0,59, FS=1,15. Levando em consideração que sua partida é direta para 5 segundos, Qual a classe deste relé e qual a sua faixa de ajuste? 13

14 4- Calcule a corrente do ramal de um motor de 7,5 CV, 220 v, FS = 1,25 admitimos: Fp = 0,85 e Rendimento = 0, Um alimentador possui os seguintes motores Todos os motores são de indução trifásica, com rotor em gaiola e partida direta. Tensão 220 v - 60Hz. Calcule a capacidade de corrente deste alimentador pelo método da capacidade de corrente. a)26.60 A b)51.35 A c)74.23 A d)67.58 A 6- Calcular a bitola mínima para alimentar um motor trifásico de 2 CV, 220V e Fs 1,15 a 20m do quadro de distribuição; Considerando 2% de queda de tensão, Dados: Cos ᵩ 0,90, Rendimento 0,75. (utilizando fio de cobre). 7- Dimensionar o relé de sobrecarga para proteger um motor de 5 cv, 220/60Hz, com 4 pólos. Supondo que seu tempo de partida seja de 5 segundos. Dados: FS 1,25 In 14 A 8- Calcular a bitola mínima para alimentar um motor trifásico de 5 CV, 220 V, Fs = 1,15, a 60 m do quadro de distribuição considerando 2% de queda de tensão. 9-Qual a finalidade da ventoinha acoplada internamente ao eixo do motor elétrico? 10-Uma fábrica contém os seguintes motores: Uma serra circular com potencia de 3CV, Fs 1,15, cos φ 0,92 Rendimento 0,80 uma bomba auto-aspirante de 2CV, Fs 1,25 cos φ 0,85 rendimento 0,75 um motor de 5cv, Fs 1,15 cos φ 0,85 Rendimento 0,75 para partida de uma ponte rolante de médio porte. Calcule a corrente do alimentador para o acionamento destes motores. 2 - Aterramento NBR 5419 Aterramento significa acoplamento permanente de partes metálicas com o proteção simultaneamente. O aterramento elétrico tem três funções principais: a) Proteger o usuário do equipamento das Descargas Atmosféricas, através da viabilização de um caminho alternativo para o Terra, de Descarga Atmosférica. b) Descarregar cargas Estáticas acumuladas nas Carcaças das máquinas ou equipamentos para o Terra. Facilitar o funcionamento dos Dispositivos de Proteção (Fusíveis, Disjuntores, etc.), através da corrente desviada para a terra. 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. c) Há dois tipos básicos de aterramento: o aterramento funcional e o de proteção. O primeiro consiste do aterramento de um condutor do sistema, geralmente o neutro, e objetiva garantir a utilização correta e confiável da instalação. O segundo é constituído pelas medidas destinadas à proteção contra choques elétricos provocados por contatos indiretos. Podemos ainda ter o aterramento funcional e de proteção em um único condutor. As características e a eficácia dos aterramentos devem satisfazer às prescrições de segurança das pessoas e funcionais da instalação. O valor da resistência de aterramento deve satisfazer às condições de proteção e de 14

15 funcionamento da instalação elétrica. Qualquer que seja sua finalidade (proteção ou funcional) o aterramento deve ser único em cada local da instalação. NOTA: Para casos específicos de acordo com as prescrições da instalação, podem ser usados separadamente, desde que sejam tomadas as devidas precauções. A seleção e instalação dos componentes dos aterramentos devem ser tais que: a) o valor da resistência de aterramento obtida não se modifique consideravelmente ao longo do tempo; b) resistam às solicitações térmicas, termomecânicas e eletromecânicas; c) sejam adequadamente robustos ou possuam proteção mecânica apropriada para fazer face às condições de influências externas. Devem ser tomadas precauções para impedir danos aos eletrodos e a outras partes metálicas por efeitos de eletrólise. OBJETIVOS DO ATERRAMENTO Obter uma resistência de aterramento a mais baixa possível, para correntes de falta à terra; Manter os potenciais produzidos pelas correntes de falta dentro de limites de segurança de modo a não causar fibrilação do coração humano; Fazer que os equipamentos de proteção sejam mais sensibilizados e isolem rapidamente as falhas à terra; Proporcionar um caminho de escoamento para terra de descargas atmosféricas; Usar a terra como retorno de corrente do sistema MRT; Escoar as cargas estáticas geradas nas carcaças dos equipamentos. ELEMENTOS DE UM SISTEMA DE ATERRAMENTO Elemento condutor P E massa P E Condutor de eqüipotencialidade PE principal Condutor de eqüipotencialidade Terminal peincipal de aterramento elemento condutor (canalização de água) condutor de aterramanet o figura - Elementos de um sistema de aterramento 15

16 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 ); 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 5410/97) 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-S, o condutor neutro e o de proteção são combinados em um único condutor em uma parte da instalação; TN-C, o condutor neutro e o de proteção são combinados em um único condutor ao longo de toda a instalação. Figura Esquema TN-C 16

17 Figura Esquema TN-S 17

18 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. 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. Ligações à Terra Os aterramentos podem ser ligados em conjunto ou separadamente, para finalidades de proteção ou funcionais de acordo com as exigências da instalação, no Brasil a maioria das instalações são separadas apesar da terra ser sempre terra, as concessionárias de força e de telefonia sempre exigem seus terras independentes, sem falar das companhias de informática que também querem o seu. Aterramentos separados causam diferença de potencial entre eles o que pode causar problemas na instalação, a NB-3 recomenda que seja instalado um condutor principal de eqüipotencialidade que reúna: condutor de proteção principal condutor de aterramento principal condutor de aterramento dos sistemas APLICAÇÃO DOS ESQUEMAS TT,TN E IT 18

19 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 consultara concessionário 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 DR s e quando existirem equipamentos com elevada vibração mecânica, o uso de um esquema TN não é indicado, devido à possibilidade de rompimento dos condutores. 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. 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. SISTEMAS DE ATERRAMENTO A resistividade do solo varia com o tipo de solo, mistura de diversos tipos de solo, teor de umidade, temperatura, compactação e pressão, composição química dos sais dissolvidos na água retida e concentração dos sais dissolvidos na água retida. Os sistemas de aterramento devem ser realizados de modo a garantir a melhor ligação com a terra. Os principais são: 1. Uma haste simples cravada no solo; 2. Hastes alinhadas; 3. Hastes em triângulo; 4. Hastes em quadrado; 5. Hastes em círculos; 6. Placas de material condutor enterrado no solo (exceto o alumínio); 7. Fios ou cabos enterrados no solo. O sistema mais eficiente de aterramento é o sistema de malha de terra. 19

20 DEFINIÇÕES Terra massa condutora da terra, cujo potencial elétrico em qualquer ponto é considerado, por convenção, igual a zero; Eletrodo de aterramento condutor ou conjunto de condutores em contato íntimo com o solo e que garante(m) uma ligação elétrica com ele. O tipo e a profundidade de instalação dos eletrodos de aterramento devem ser de acordo com as condições do solo, a eficiência de qualquer eletrodo depende das condições do local, o projeto deve considerar o desgaste do eletrodo devido a corrosão, aqui no Brasil os eletrodos mais usados são os do tipo Copperwel. Na instalação dos eletrodos deve tomar o cuidado do tipo de fechamento da malha se em triangulo ou linear, todos sabem que para efeito de curto - circuito o fechamento linear é mais eficiente, para correntes de descarga atmosféricas o fechamento mais indicado é o triangulo. Mas como atender aos 2 casos se deve haver eqüipotencialidade entre os aterramentos? É simples o que interessa a corrente de fuga é como ela vê o aterramento antes de sua chegada a malha, ou seja, os cabos de descida dos sistemas de pára-raios devem ser interligados em eletrodos que inicialmente possam propiciar fácil escoamento, ou seja, as primeiras hastes devem estar interligadas na forma de triangulo, o restante da malha não interessa. Condutor de proteção (PE) - condutor prescrito em certas medidas de proteção contra choques elétricos e destinados a ligar diretamente: a) Massas, b) Elementos condutores estranhos à instalação, c) Terminal de aterramento principal, d) Eletrodos de aterramento, e/ou e) Pontos de alimentação ligados à terra ou ao ponto neutro artificial. Condutor PEN - condutor ligado à terra, garantindo ao mesmo tempo as funções de condutor de proteção e de condutor neutro; é uma combinação PE (condutor de proteção) + N (neutro) e não é considerado um condutor vivo. Condutor de aterramento condutor de proteção que liga o terminal (ou barra) de aterramento principal ao eletrodo de aterramento. Ligação equipotencial ligação elétrica destinada a colocar no mesmo potencial ou em potenciais vizinhos as massas e os elementos condutores estranhos à instalação; podendo ter uma instalação três tipos de ligação equipotencial: a) A ligação equipotencial principal; b) Ligações equipotenciais suplementares; c) Ligações eqüipotenciais locais não ligadas à terra. Condutor de equipotencialidade condutor de proteção que garante uma ligação equipotencial. Condutor de proteção principal condutor de proteção que liga os diversos condutores de proteção da instalação ao terminal de aterramento principal. Malhas de aterramento - A malha de aterramento é indicada para locais cujo solo seja extremamente seco. Esse tipo de eletrodo de aterramento, normalmente, é instalado antes da montagem do contra-piso do prédio, e se estende por quase toda a área da construção. A malha de aterramento é feita de cobre, e sua janela interna pode variar de tamanho dependendo da aplicação, porém a mais comum está mostrada na figura abaixo. Malha de aterramento 20

21 PROCEDIMENTOS PARA MEDIÇÃO DO TERRA Medida através do Medidor de Resistência de Terra tipo Megger ou similar: Este processo consiste, basicamente, em aplicarmos uma tensão entre terra a ser medido e o terra auxiliar (eletrodos fixos ou eletrodos de corrente) e medirmos a resistência do terreno até o ponto desejado (eletrodo móvel ou eletrodo de tensão). O esquema de ligações é mostrado na figura abaixo: PROCEDIMENTOS PARA CORREÇÃO DA RESISTÊNCIA DE ATERRAMENTO Todo sistema de aterramento depende da sua integração com o solo e da resistividade aparente. Se o sistema já está fisicamente definido e instalado, a única maneira de diminuir sua resistência elétrica é alterar as características do solo, usando um tratamento químico. O tratamento químico dever ser empregado somente quando: Existe o aterramento no solo, com uma resistência fora da desejada, e não se pretende altera-lo por algum motivo; Não existe outra alternativa possível, dentro das condições do sistema, por impossibilidade de trocar o local, e o terreno tem resistividade elevada. CARACTERÍSTICAS DO TRATAMENTO QUÍMICO DO SOLO Um aterramento elétrico é considerado satisfatório quando sua resistência encontra-se abaixo dos 10. Quando não conseguimos esse valor, podemos mudar o número ou o tipo de eletrodo de aterramento. No caso de haste, podemos mudá-la para canaleta (onde a área de contato com o solo é maior), ou ainda agruparmos mais de uma barra para o mesmo terra.caso isso não seja suficiente, podemos pensar em uma malha de aterramento. Mas imaginem um solo tão seco que, mesmo com todas essas técnicas, ainda não seja possível chegar-se aos 10. Nesse caso a única alternativa é o tratamento químico do solo. O tratamento do solo tem como objetivo alterar sua constituição química, aumentando o teor de água e sal e, conseqüentemente, melhorando sua condutividade. O tratamento químico deve ser o último recurso, visto que sua durabilidade não é indeterminada. O produto mais utilizado para esse tratamento é o Erico ge.l Os materiais a serem utilizados para um bom tratamento químico do solo devem ter as seguintes características: Boa higroscopia; Não ser corrosivo; Baixa resistividade elétrica; Quimicamente estável no solo; Não ser tóxico; Não causar danos a natureza. O tipo mais recomendado de tratamento químico, é o uso do Gel químico, que é constituído de uma mistura de diversos sais que, em presença da água, formam o agente ativo do tratamento. Suas propriedades são: Quimicamente estável; Não solúvel em água; Higroscópico; 21

22 Não é corrosivo; Não é atacado pelos ácidos contidos no solo; Seu efeito é de longa duração. EXERCÍCIOS 1. (Tec_Jud_Elet_Telec ) As instalações de baixa tensão, de acordo com a NBR 5410, devem obedecer a esquemas de aterramento básicos, os quais são classificados de acordo com o aterramento da fonte de alimentação da instalação o transformador sendo o caso mais comum e das massas. Tais esquemas são designados por uma simbologia em que são utilizadas algumas letras. No caso das duas letras iniciais, a primeira indica a situação da alimentação em relação à terra, enquanto a segunda fornece as características do aterramento das massas. Com relação a esse assunto, e considerando a figura acima, que mostra um esquema de aterramento, julgue os itens que se seguem. a) O esquema de aterramento apresentado na figura é do tipo IT.Errado b) Faltas diretas do tipo fase-massa em um mesmo equipamento normalmente resultam em correntes inferiores a uma corrente de curto-circuito fase-neutro. Certo c) Se o condutor PE, ao invés de ser ligado à terra, fosse ligado ao condutor N (neutro), o esquema resultante passaria a ser do tipo TN-C. Certo d) O esquema de aterramento mostrado é adequado somente em caso de redes subterrâneas de distribuição. Errado e) Se ocorrer uma falta entre um condutor fase e a massa, a corrente de falta circulará também pelo secundário do transformador. Certo 2. (Casa da Moeda-2005) Considere as afirmações a respeito de esquemas de aterramento. I - Os dispositivos de proteção diferencial residual (DR) podem ser empregados quando a instalação tem esquema de aterramento do tipo TN-C. II - Quando a instalação tem como esquema de aterramento o do tipo TN, é possível proteger o usuário somente com o uso do disjuntor. III - Quando a instalação tem como esquema de aterramento o do tipo TT, é impossível proteger o usuário somente com o uso do disjuntor. Está(ão) correta(s) a(s) afirmação(ões): (A) I, apenas. (B) I e II, apenas. (C) I e III, apenas. (D) II e III, apenas. (E) I, II e III. 22

23 3. (Casa da Moeda-2005) De acordo com a NBR 5410, no esquema TN-S de proteção contra contatos indiretos, deve ser previsto, nos quadros de distribuição parciais, um terminal (ou barra) de aterramento, onde NÃO devem ser ligados os condutores de: (A) aterramento. (B) aterramento funcional. (C) ligação equipotencial. (D) proteção. (E) neutro. 4. (Casa da Moeda-2005) As ligações dos condutores fase, neutro e de proteção, mostradas na figura acima, estão de acordo com as prescrições da norma brasileira NBR 5410 e caracterizam o esquema de aterramento de sistemas elétricos trifásicos do tipo: (A) TN-S (B) TN-C-S (C) TN-C (D) TT (E) IT 5. (Casa da Moeda-2005) Um técnico, ao realizar a manutenção de uma instalação elétrica de baixa tensão, não se preocupou em verificar se os circuitos dessa instalação estavam adequadamente distribuídos entre as fases. Após algum tempo de uso da instalação, ocorreu o rompimento do fio neutro do alimentador do quadro de onde saem os circuitos terminais, provocando a queima de um equipamento. Uma possível causa desta queima é o surgimento de: (A) impulso de corrente no equipamento danificado. (B) impulso de tensão no equipamento danificado. (C) variação na freqüência da instalação. (D) sobretensão na fase onde o circuito que alimenta o equipamento estava ligado. (E) harmônicos devido ao desequilíbrio e posterior rompimento do fio neutro. 6. (Casa da Moeda-2005) Após o dimensionamento dos circuitos de uma instalação elétrica no esquema de aterramento TN, o projetista verificou que, em um determinado circuito, a proteção contra contatos indiretos não se verificou. A medida que NÃO soluciona o problema apresentado é a(o): (A) troca do disjuntor de proteção por outro com desarme mais rápido. (B) diminuição das cargas neste circuito. (C) diminuição do comprimento do circuito. 23

24 (D) utilização de dispositivos de proteção diferencial residual - DR. (E) aumento da bitola do fio do circuito. 7. Qual é a diferença entre Terra e Neutro? R: NEUTRO é um condutor fornecido pela concessionária de energia elétrica, pelo qual há o retorno da corrente elétrica e TERRA é um condutor construído através de uma haste metálica e que, em situações normais, não deve possuir corrente elétrica circulante. ATENÇÃO: A grande diferença entre Terra e Neutro é que, pelo neutro há corrente circulando, e pelo terra não. Quando houver alguma corrente circulando pelo terra, normalmente ela deverá ser transitória, isto é, desviar uma descarga atmosférica para o Terra por exemplo. O Fio Terra, por norma, vem identificado pelas letras PE, e deve ser de cor VERDE e AMARELA. 8. (Petrobrás-2004) A respeito de aterramento elétrico, julgue os itens subseqüentes. A. A seleção, a instalação e a manutenção dos componentes do aterramento devem ser tais que o valor da resistência do aterramento varie bastante ao longo do tempo, para atender às necessidades da instalação elétrica e em função das condições externas. ERRADO B. Segundo as normas brasileiras, os possíveis eletrodos de aterramento incluem condutores nus, hastes, tubos e armações metálicas do concreto. CERTO C. Os eletrodos de aterramento embutidos nas fundações dos prédios devem, preferencialmente, ser constituídos por um anel no fundo da escavação, executado quando da construção das fundações. Além disso, as armações de concreto armado devem ser interconectadas a esse anel, na medida do possível, assegurando, assim, a eqüipotencialidade do conjunto. CERTO D. No caso de haver antena externa de televisão em uma edificação que não possua sistema de proteção contra descargas atmosféricas, o mastro metálico da antena não deverá ser aterrado. ERRADO E.A existência do condutor PEN é a característica principal do esquema de aterramento conhecido por TN-S, em que as funções de neutro e de proteção são exercidas por condutores diferentes. ERRADO F. Em algumas circunstâncias, o tratamento químico do solo pode ser um procedimento útil na manutenção do valor da resistência de um aterramento em patamar aceitável. CERTO 3 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CREADER Hélio Instalações Elétricas Recon Light S.A. NISKIER Júlio e A C Mancytrini Instalações Elétricas