CAPÍTULO IV SISTEMA DE PROTEÇÃO

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1 CAPÍTULO IV SISTEMA DE PROTEÇÃO PROFESSOR: SÉRGIO QUEIROZ DE ALMEIDA 1

2 CAPÍTULO IV SISTEMA DE PROTEÇÃO 4.2 ATERRAMENTO Para o bom funcionamento de um sistema elétrico, seja na área de potência ou na área de telecomunicação ou até mesmo em pequenos sistemas como uma sala com computadores em rede, é imprescindível um bom sistema de proteção contra descargas atmosférica e um bom sistema de aterramento. Embora aparentemente simples, os sistemas de proteção devem levar em consideração muitas variáveis, com o objetivo de garantir a continuidade do funcionamento dos sistemas onde 2 são empregados.

3 4.2 ATERRAMENTO Os terminais de aterramento são hastes, geralmente de cobre, enterradas no chão, a um nível que dependerá do tipo de solo e do tipo de construção que se deseja proteger. Os minerais que compõem o solo determinam melhores resultados no escoamento da descarga. Existem componentes não convencionais dos sistemas de proteção que desativam momentaneamente um aparelho, um instrumento ou transmissor elétrico nas proximidades do local de queda do relâmpago. A voltagem desses instrumentos pode aumentar e esse aumento é 3 denominado surto de tensão ou sobretensão.

4 4.2 ATERRAMENTO Os supressores de surto ou para-raios eletrônicos são componentes adicionados aos sistemas convencionais para proteger contra as sobretensões. Centelhadores, varistores, diodos zener, são exemplos comuns de supressores. Quanto à sistemas de aterramento pode se afirmar que segurança para o usuário e para o equipamento ligado a uma fonte elétrica é a finalidade básica e fundamental em qualquer sistema elétrico. Projetado para evitar correntes de modo incomum, assegurando tranquilidade para o usuário de uma instalação e 4 também a segurança de equipamentos energizados.

5 4.2 ATERRAMENTO Um aterramento elétrico consiste em uma ligação elétrica proposital de um sistema físico ao solo. Este se constitui basicamente dos eletrodos de aterramento, as conexões destes ao sistema a ser protegido e a terra que envolve os eletrodos. A norma NBR 5410/04 orienta os tipos de aterramento como veremos a seguir. 5

6 4.2 ATERRAMENTO Um aterramento elétrico consiste em uma ligação elétrica proposital de um sistema físico ao solo. Este se constitui basicamente dos eletrodos de aterramento, as conexões destes ao sistema a ser protegido e a terra que envolve os eletrodos. A norma NBR 5410/04 orienta os tipos de aterramento como veremos a seguir. 6

7 4.2 ATERRAMENTO CAMPO MAGNÉTICO Os equipamentos têm um certo grau de sensibilidade à perturbação de origem eletromagnética. Um simples raio que caia perto de uma instalação que tenha muitos sensores, transdutores associados a sinal, comandos, pode causar um mal funcionamento. De uma forma mais simples, não é danificar esse equipamento, é levar a ele uma informação que será codificada, não como um raio que caiu, mas uma informação de uma atitude que ele deve tomar e que vai ser errada. Isso é uma perturbação 7 eletromagnética.

8 4.2 ATERRAMENTO RESISTÊNCIA DE ATERRAMENTO A resistência de aterramento oferecida por aterramento simples, na maioria das vezes não é suficientemente baixa, a ponto de se encaixar nos valores máximos preceituados por normas, já que esta depende diretamente do valor da resistividade do solo na profundidade em que se acha enterrado o eletrodo. 8

9 4.2 ATERRAMENTO RESISTÊNCIA DE ATERRAMENTO Há várias maneiras para aterrar um sistema elétrico, desde a mais simples esfera, passando por placas de formas e tamanhos diversos, fitas metálicas que se prolongam por faixas de terrenos, chegando as mais complicadas configurações de cabos enterrados no solo. 9

10 4.2 ATERRAMENTO RESISTÊNCIA DE ATERRAMENTO Um aterramento é constituído basicamente de três componentes: As conexões elétricas que ligam um ponto do sistema aos eletrodos; Os eletrodos de aterramento E a terra que envolve os eletrodos. 10

11 4.2 ATERRAMENTO - RESISTIVIDADE DO SOLO A terra, isto é o solo, pode ser considerado como um condutor através do qual a corrente elétrica pode fluir, ou melhor, dissipar-se. A resistividade do solo pode variar muito através da profundidade, devido as diferenças na porcentagem de umidade, tipo do material que compõe o solo, temperatura, idade de formação geológica, entre outras. Os solos que apresentam resistividade mais baixa são os que contêm resíduos vegetais, os pantanosos e os situados no fundo de vales e nas margens de rios. 11

12 4.2 ATERRAMENTO - RESISTIVIDADE DO SOLO Os de maior resistividade são os arenosos, os rochosos e os situados em locais altos e desprovidos de vegetação. Na Tabela abaixo são encontrados alguns valores típicos de resistividade em função da composição do solo. 12

13 4.2 ATERRAMENTO - ESTRATIFICAÇÃO DO SOLO O solo é constituído, em geral, por várias camadas horizontais com formação geológica diferente, por esta razão o solo é modelado em camadas estratificadas, conforme mostrado abaixo. 13

14 4.2 ATERRAMENTO Determinação da resistividade do solo A primeira informação necessária para a elaboração de um projeto de aterramento é ter o conhecimento prévio das características do solo, principalmente no que diz respeito à sua constituição. Portanto, conhecer o valor da resistividade do solo é fundamental no início da realização de um projeto de aterramento. A resistividade do solo (r) varia bastante de um local para outro e, às vezes, em pontos bem próximos são verificadas alterações razoáveis nos valores medidos. 14

15 4.2 ATERRAMENTO Para a medição da resistividade do solo, basicamente há duas maneiras: Medição por amostragem esta é realizada em laboratório, ensaiando-se uma amostra de solo coletado no local cuja resistividade se deseja conhecer; entretanto, a medição por amostragem apresenta um grande inconveniente, pois não pode assegurar que a amostra apresente no laboratório exatamente as mesmas características que apresentava no local de origem, principalmente em relação a umidade e compactação. 15

16 4.2 ATERRAMENTO Resistência de aterramento Os caminhos de corrente no solo apresentam uma geometria complexa e, assim, ao analisar a terra como um condutor de corrente, não se tem a mesma simplicidade de tratamento existente no caso de condutores metálicos lineares. A corrente ao ser injetada no solo, tende a se dispersar em todas as direções, percorrendo caminhos determinados pelas características do solo. 16

17 4.2 ATERRAMENTO Resistência de aterramento Medição Método do Megger A base deste processo de medida consiste em medir a resistência do aterramento em função da queda de potencial usando um terra auxiliar, criando uma estrutura composta por uma haste de injeção de corrente e uma haste de medição de potencial. É utilizado em diversos aparelhos no mercado e é chamado de Megger. 17

18 Resistência de aterramento Método do Megger O esquema de ligação é composto pela disposição dos eletrodos de corrente (C1 e C2) e dos eletrodos internos de potencial (P1 e P2), onde temos (D) como a distância entre o terra auxiliar (eletrodo de corrente C2) e o terra a ser medido e (x) que é a distância entre o eletrodo de potencial (P2) e o terra a ser medido, como está indicado na figura a seguir. Para que se tenham resultados confiáveis é indicado que o aparelho utilizado seja de corrente alternada e que possua filtro para eliminação de correntes de interferência. 18

19 4.2 ATERRAMENTO Resistência de aterramento Medição Método do Megger 19

20 4.2 ATERRAMENTO - Esquema de aterramento Na NBR 5410/04 são considerados os esquemas de aterramento descritos: TN, TT e IT Nas figuras são utilizados os seguintes símbolos: 20

21 4.2 ATERRAMENTO - Esquema de aterramento Na 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); 21

22 4.2 ATERRAMENTO - Esquema de aterramento Na classificação dos esquemas de aterramento é utilizada a seguinte simbologia: 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). (Ponto de Equalização de Neutro) 22

23 4.2 ATERRAMENTO - Esquema de aterramento Esquema TN O esquema TN possui um ponto da alimentação diretamente aterrado, sendo as massas ligadas a esse ponto através de condutores de proteção. São consideradas três variantes de esquema TN, de acordo com a disposição do condutor neutro e do condutor de proteção, a saber: a) esquema TN-S, no qual o condutor neutro e o condutor de proteção são distintos (figura 1); b) esquema TN-C-S, em parte do qual as funções de neutro e de proteção são combinadas em um único condutor (figura 2); c) esquema TN-C, no qual as funções de neutro e de proteção são combinadas em um único condutor, na 23 totalidade do esquema (figura 3).

24 4.2 ATERRAMENTO - Esquema de aterramento Esquema TN 24

25 4.2 ATERRAMENTO - Esquema de aterramento Esquema TN 25

26 4.2 ATERRAMENTO - Esquema de aterramento Esquema TN 26

27 4.2 ATERRAMENTO - Esquema de aterramento Esquema TT O esquema TT possui um 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 (figura 4). 27

28 4.2 ATERRAMENTO - Esquema de aterramento Esquema TT 28

29 4.2 ATERRAMENTO - Esquema de aterramento Esquema IT No esquema IT todas as partes vivas são isoladas da terra ou um ponto da alimentação é aterrado através de impedância (figura 5). As massas da instalação são aterradas, verificando-se as seguintes possibilidades: massas aterradas no mesmo eletrodo de aterramento da alimentação, se existente; e massas aterradas em eletrodo(s) de aterramento próprio(s), seja porque não há eletrodo de aterramento da alimentação, seja porque o eletrodo de aterramento das massas é 29 independente do eletrodo de aterramento da alimentação.

30 4.2 ATERRAMENTO - Esquema de aterramento Esquema IT 30

31 4.2 ATERRAMENTO - Esquema de aterramento Esquema IT 31