ABNT NBR NORMA BRASILEIRA. Sistemas de aterramento de subestações Requisitos. Substation earthing systems,requirements

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1 NORMA BRASILEIRA ABNT NBR Primeira edição Válida a partir de Sistemas de aterramento de subestações Requisitos Substation earthing systems,requirements ICS ; ISBN Número de referência ABNT NBR 15751: páginas

2 ABNT 2009 Todos os direitos reservados. A menos que especificado de outro modo, nenhuma parte desta publicação pode ser reproduzida ou utilizada por qualquer meio, eletrônico ou mecânico, incluindo fotocópia e microfilme, sem permissão por escrito da ABNT. ABNT Av.Treze de Maio, 13-28º andar Rio de Janeiro - RJ Tel.: Fax: ii ABNT Todos os direitos reservados

3 Sumário Página Prefácio...v 1 Escopo Referências normativas Termos e definições Modelagem do solo Estabelecimento de uma geometria básica de malha Cálculo preliminar da resistência de aterramento Dimensionamento do condutor da malha Dimensionamento mecânico Dimensionamento térmico Formulação Conexões Condutores Constantes do material Cálculo das tensões permissíveis Corrente de choque de longa duração (I chld ) Corrente de choque de curta duração (I chcd ) Tensão de passo Tensão de toque Cálculo da corrente de malha Cálculo da corrente de malha simétrica eficaz Corrente de falta I f Prescrições para o cálculo da corrente de malha Fator de decremento D f Fator de projeção C p Cálculo final da corrente de malha Fator de distribuição S f Relação entre corrente de malha e corrente de falta Condição de segurança em expansões do sistema elétrico Cálculo de potenciais no solo Recomendações gerais Aterramento Condutores da malha Aterramento de cercas metálicas Aterramento de equipamentos Aterramento de pára-raios sobre suportes e de disjuntores de corpo único Aterramento de pára-raios sobre vigas Aterramento de transformadores de potencial indutivo Aterramento de transformadores de potencial capacitivo Aterramento de transformadores de corrente Aterramento de isoladores de pedestal Aterramento de chaves seccionadoras Aterramento de disjuntores com pólos separados Aterramento de transformadores de potência monofásicos ou banco de monofásicos Aterramento de transformadores de potência trifásicos Aterramento de reatores de potência Aterramento de transformadores de serviços auxiliares Aterramento de bancos de capacitores...35 ABNT Todos os direitos reservados iii

4 Aterramento de postes de iluminação Aterramento de luminárias e projetores instalados em colunas de concreto ou metálicas Aterramento de tomadas de força e telefônicas do pátio da subestação Aterramento de torres de telecomunicação Aterramento de ferragens de cadeias de isoladores Aterramento de cabos e hastes pára-raios Aterramento de blindagens de cabos isolados Aterramento das canaletas e eletrodutos de pátio de subestação Aterramento de caixas de passagem Aterramento de circuitos segregados por função Anel de amortecimento ou eletrodo de terra de blindagem Aterramento dos equipamentos eletrônicos no interior da casa de comando Aterramento de painéis de serviços auxiliares c.a Aterramento de painéis de serviços auxiliares c.c Aterramento de retificadores Aterramento de banco de baterias Tomadas de força no interior das edificações, geradores, leitos de cabos, esquadrias, portas e janelas Transferência de potencial...39 Anexo A (informativo) Cálculo da resistividade aparente do solo...40 Anexo B (informativo) Metodologia para cálculo simplificado de potenciais no solo...42 B.1 Cálculo das tensões de toque (metodologia simplificada para malhas reticuladas retangulares)...42 B.1.1 Tensão de toque para correntes de curta duração...42 B.1.2 Tensão de toque para correntes de longa duração...43 B.2 Cálculo das tensões de passo (metodologia simplificada para malhas reticuladas retangulares)...44 B.2.1 Determinação da tensão de passo máxima...44 B.2.2 Determinação da diferença de potencial entre dois pontos quaisquer na superfície do solo...44 Anexo C (informativo) Outras metodologias para cálculo de potenciais...47 iv ABNT Todos os direitos reservados

5 Prefácio A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) é o Foro Nacional de Normalização. As Normas Brasileiras, cujo conteúdo é de responsabilidade dos Comitês Brasileiros (ABNT/CB), dos Organismos de Normalização Setorial (ABNT/ONS) e das Comissões de Estudo Especiais (ABNT/CEE), são elaboradas por Comissões de Estudo (CE), formadas por representantes dos setores envolvidos, delas fazendo parte: produtores, consumidores e neutros (universidade, laboratório e outros). Os Documentos Técnicos ABNT são elaborados conforme as regras das Diretivas ABNT, Parte 2. A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) chama atenção para a possibilidade de que alguns dos elementos deste documento podem ser objeto de direito de patente. A ABNT não deve ser considerada responsável pela identificação de quaisquer direitos de patentes. A ABNT NBR foi elaborada no Comitê Brasileiro de Eletricidade (ABNT/CB-03), pela Comissão de Estudo de Segurança no Aterramento de Subestações c.a (CE-03:102.01). O seu 1º Projeto circulou em Consulta Nacional conforme Edital nº 10, de a , com o número de Projeto 03: O seu 2º Projeto circulou em Consulta Nacional conforme Edital nº 04, de a , com o número de 2º Projeto 03: O Escopo desta Norma Brasileira em inglês é o seguinte: Scope This Standard specifies the requirements for the design and calculation of earthing systems for electrical substations over 1 kv, when such systems are subject to industrial frequency faults. This Standard also establishes the safety conditions for people and installations inside and outside the substation. Conformity to this standard does not exempt from compliance with other complementary standards applicable to specific installations and facilities. NOTE Examples of standards complementary to this standard are ABNT NBR 13534, ABNT NBR and ABNT NBR ABNT Todos os direitos reservados v

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7 NORMA BRASILEIRA ABNT NBR 15751:2009 Sistemas de aterramento de subestações Requisitos 1 Escopo Esta Norma especifica os requisitos para dimensionamento do sistema de aterramento de subestações de energia elétrica, acima de 1 kv, quando sujeitos a solicitações em freqüência industrial. Esta Norma estabelece também as condições de segurança para pessoas e instalações dentro e fora dos limites da subestação. A aplicação desta Norma não dispensa o atendimento a outras normas complementares, aplicáveis a instalações e locais específicos. NOTA São exemplos de normas complementares a esta Norma as ABNT NBR 13534, ABNT NBR e ABNT NBR Referências normativas Os documentos relacionados a seguir são indispensáveis à aplicação deste documento. Para referências datadas, aplicam-se somente as edições citadas. Para referências não datadas, aplicam-se as edições mais recentes do referido documento (incluindo emendas). ABNT NBR 5456, Eletricidade geral ABNT NBR 5460, Sistemas elétricos de potência ABNT NBR 7117, Medição da resistividade do solo pelo método dos quatro pontos (Wenner) ABNT NBR 15749, Medição de resistência de aterramento e de potenciais na superfície do solo em sistemas de aterramento IEC , Effects of current on human beings and livestock Part 1: General aspects 3 Termos e definições Para os efeitos deste documento, aplicam-se os termos e definições das ABNT NBR 5456 e ABNT NBR 5460, e os seguintes. 3.1 aterramento ligação intencional de parte eletricamente condutiva à terra, através de um condutor elétrico 3.2 circuito terra circuito elétrico formado pelos componentes responsáveis pelo escoamento da corrente de falta fase-terra (ou de uma fração dela) para o solo ABNT Todos os direitos reservados 1

8 3.3 condutor de aterramento condutor ou elemento metálico que faz a ligação elétrica entre uma parte de uma instalação que deve ser aterrada e o eletrodo de aterramento 3.4 corrente de falta corrente que flui de um condutor para outro e/ou para a terra, no caso de uma falta e no local desta. No texto, a corrente de falta é a corrente de curto-circuito assimétrica fase-terra 3.5 corrente de interferência (no processo de medição de resistência de aterramento e de resistividade do solo) qualquer corrente estranha ao processo de medição, capaz de influenciar seus resultados 3.6 corrente de malha de longa duração I mld corrente que percorre a malha de terra por um tempo superior a 3 s, podendo causar tensões de passo e toque perigosas aos seres vivos que circulem na região da malha e arredores. Esta corrente em geral é devida ao sistema MRT (monofásico com retorno pela terra), redes de distribuição trifásicas com cargas monofásicas entre fase e neutro, transformadores com primário em estrela aterrada e outras configurações 3.7 corrente de malha parcela da corrente de falta dissipada pela malha de aterramento para o solo 3.8 eletrodo de aterramento elemento ou conjunto de elementos do sistema de aterramento que assegura o contato elétrico com o solo e dispersa a corrente de defeito, de retorno ou de descarga atmosférica na terra 3.9 eletrodo natural de aterramento elemento condutor ligado diretamente à terra, cuja finalidade original não é de aterramento, mas que se comporta naturalmente como um eletrodo de aterramento 3.10 falta (elétrica) contato ou arco acidental entre partes sob potenciais diferentes e/ou de uma ou mais dessas partes para a terra, num sistema ou equipamento elétrico energizado 3.11 haste de aterramento eletrodo de aterramento constituído por uma haste rígida cravada no solo 3.12 malha de aterramento conjunto de condutores nus interligados e enterrados no solo 3.13 potenciais perigosos potenciais que podem provocar danos quando aplicados ao elemento tomado como referência 3.14 potencial transferido valor do potencial transferido para um ponto remoto de um dado sistema de aterramento 2 ABNT Todos os direitos reservados

9 3.15 resistência de aterramento (de um eletrodo) relação da tensão medida entre o eletrodo e o terra remoto e a corrente injetada no eletrodo 3.16 resistividade aparente do solo para um dado espaçamento valor da resistividade resultante da avaliação das condições locais e do tratamento estatístico dos resultados de diversas medições de resistividade do solo para aquele espaçamento, efetuadas numa determinada área ou local, e que possa ser considerado como representativo das características elétricas do solo 3.17 resistividade aparente do solo resistividade vista por um sistema de aterramento qualquer, em um solo com característica de resistividade homogênea ou estratificado em camadas, cujo valor é utilizado para o cálculo da resistência de aterramento desse sistema 3.18 resistividade elétrica do solo resistência entre faces opostas do volume de solo, consistindo em um cubo homogêneo e isótropo, cuja aresta mede uma unidade de comprimento 3.19 sistema aterrado sistema ou parte de um sistema elétrico cujo neutro é permanentemente ligado à terra 3.20 sistema de aterramento conjunto de todos os eletrodos e condutores de aterramento, interligados ou não, assim como partes metálicas que atuam direta ou indiretamente com a função de aterramento, tais como: cabos pára-raios, torres e pórticos; armaduras de edificações; capas metálicas de cabos, tubulações e outros 3.21 sistema diretamente aterrado sistema aterrado sem interposição intencional de uma impedância 3.22 subestação parte de um sistema de potência, concentrada em um dado local, com os respectivos dispositivos de manobra, controle e proteção, incluindo as obras civis e estruturas de montagem, podendo incluir também transformadores, equipamentos conversores e/ou outros equipamentos 3.23 tensão de passo diferença de potencial entre dois pontos da superfície do solo separados pela distância de um passo de uma pessoa, considerada igual a 1,0 m 3.24 tensão de toque diferença de potencial entre um objeto metálico aterrado ou não e um ponto da superfície do solo separado por uma distância horizontal equivalente ao alcance normal do braço de uma pessoa; essa distância é convencionada igual a 1,0 m 3.25 tensão máxima do sistema de aterramento tensão máxima que um sistema de aterramento pode atingir relativamente ao terra de referência, quando houver ocorrência de injeção de corrente de defeito, de retorno ou de descarga atmosférica para o solo ABNT Todos os direitos reservados 3

10 3.26 terra de referência região do solo suficientemente afastada da zona de influência de um eletrodo ou sistema de aterramento, tal que a diferença de potencial entre dois quaisquer de seus pontos, devido à corrente que circula pelo eletrodo para a terra, seja desprezível. É uma superfície praticamente eqüipotencial que se considera como zero para referência de tensões elétricas 3.27 terra massa condutora de terra; sistema de aterramento ao qual são ligadas as partes metálicas do equipamento ou da instalação que, normalmente, não ficam sob tensão 4 Modelagem do solo A determinação do modelo do solo de uma determinada região exige a realização de medições de curvas de resistividade aparente para diversos pontos. As medições devem ser feitas num período seco e, se possível, com o local já terraplenado e compactado. Os dados obtidos com estas medições devem ser convenientemente analisados, tendo em vista a eliminação de valores considerados atípicos, resultantes da influência de interferências locais, tais como rochas ou condutores enterrados no solo, não representativos, portanto, do solo local. 5 Estabelecimento de uma geometria básica de malha O projeto do sistema de aterramento de uma subestação é realizado para a condição de falta para a terra e envolve o dimensionamento do condutor da malha, para suportar os esforços térmicos decorrentes da circulação de correntes de curto-circuito, e o estabelecimento de uma geometria de malha adequada para o controle dos potenciais de passo e toque, causados pelo processo de dissipação da malha para o solo de parte ou de toda a corrente de falta. A etapa inicial do dimensionamento de uma malha de aterramento consiste na seleção de uma geometria básica, que deve considerar a delimitação da área da SE a ser abrangida pela malha e o arranjo inicial dos condutores. A área a ser abrangida pela malha deve incluir no mínimo o pátio da SE. Uma vez escolhida a área a ser abrangida pela malha, cumpre determinar uma configuração inicial para o lançamento dos eletrodos que a constituirão. O critério de definição da geometria inicial da malha deve levar em consideração a distribuição dos equipamentos e edificações existentes no interior da área em questão, bem como o modelo de solo (já previamente determinado). Entre as características de geometria básica de uma malha de aterramento de subestação cabe citar o seguinte: profundidade de enterramento mínima de 0,5 m, recomendado por razões mecânicas, sendo admitida uma profundidade mínima de 0,25 m em áreas de piso concretado ou devido a um substrato rochoso muito superficial; condutor periférico no entorno das edificações. NOTA No caso particular de instalações onde a SE é apenas um elemento em um conjunto bem mais amplo, que pode inclusive incluir outras subestações, áreas de processo etc., pode ser necessária a elaboração de algumas alternativas de sistemas de aterramento, integrados ou não, tendo em vista a minimização dos valores de elevação e de transferência de potencial entre as diversas instalações componentes do complexo. 4 ABNT Todos os direitos reservados

11 5.1 Cálculo preliminar da resistência de aterramento É recomendável calcular de forma aproximada a resistência de aterramento da malha, antes da geometria definitiva, o que é possível pela consideração inicial de que a resistência de aterramento é função da área ocupada pela malha de aterramento e da resistividade do solo. Esta relação é expressa pela equação: onde a R [1] 4 r R é a resistência de aterramento, expressa em ohms (); a é a resistividade aparente do solo, expressa em ohm x metro ( m). Para o cálculo da resistividade aparente, consultar o Anexo A; r é o raio do círculo equivalente à área do sistema de aterramento constituído pelos eletrodos horizontais, expresso em metros (m). A partir da geometria inicial da malha, o comprimento aproximado dos condutores a serem enterrados pode ser obtido pelo somatório das extensões dos eletrodos horizontais lançados, permitindo que a resistência de aterramento seja calculada pelas equações a seguir: a) para as malhas enterradas a uma profundidade de até 0,25 m: a R [2] 4r L a t b) para as malhas enterradas numa profundidade compreendida entre 0,25 m e 2,5 m: onde R a 1 [3] Lt 20 A 1 H 20 A L t H é o comprimento total de condutores enterrados, expresso em metros (m); é a profundidade da malha, expressa em metros (m); A é a área ocupada pela malha, expressa em metros quadrados (m 2 ). As equações [1], [2] e [3] são conservativas no caso de malhas contendo hastes verticais. ABNT Todos os direitos reservados 5

12 6 Dimensionamento do condutor da malha O condutor da malha de terra é dimensionado considerando as solicitações mecânicas e térmicas devidas às correntes elétricas que ele possa suportar. 6.1 Dimensionamento mecânico Considerando a necessidade de suportar esforços mecânicos e eletromagnéticos, tem-se as seguintes bitolas mínimas dos condutores: cobre 50 mm 2 ; aço (protegido contra corrosão de acordo com normas aplicáveis) 38 mm 2 (5/16 ). 6.2 Dimensionamento térmico Formulação O condutor deve ter uma seção (S) capaz de suportar a circulação de uma corrente máxima (I f ) durante um tempo (t) em que a temperatura se eleve acima de um valor-limite suportável (T m ), considerando uma temperatura ambiente (T a ) e que toda energia térmica fica retida no condutor devido a pequena duração da corrente de curto. A equação de Onderdonk, que permite o cálculo desta seção, é dada por: 0 4 t r t 10 S I f [4] k0 Tm TCAP ln k T a onde S é a seção, expressa em milímetros quadrados (mm 2 ); I f t é a corrente de falta fase-terra, expressa em quiloampères (ka); é o tempo, expresso em segundos (s); r é o coeficiente térmico de resistividade do condutor a t C ( C -1 ); t é a resistividade do condutor de aterramento a t C, expressa em ohm x centímetro ( cm); TCAP é o fator de capacidade térmica, em joule por centímetro cúbico vezes graus Celsius [J/(cm 3 C)]; T m é a temperatura máxima suportável, expressa em graus Celsius ( C), conforme Tabela 1; T a é a temperatura ambiente, expressa em graus Celsius ( C); k 0 0 ou 1/ r r 1/ T ; k 0 T r é o coeficiente térmico de resistividade do condutor a 0 C; é a temperatura de referência das constantes do material, em graus Celsius ( C). 6 ABNT Todos os direitos reservados

13 A Tabela 1 apresenta os valores dos parâmetros acima para os tipos de condutores mais utilizados em malhas de aterramento. Tabela 1 Valores dos parâmetros para os tipos de condutores mais utilizados em malhas de aterramentos Tipo do condutor Condutância % 0 (0 C) Coeficiente térmico de resistividade Temperatur a de fusão a Resistividade TCAP r (20 C) ( C) r (20 C) [J/(cm 3 C)] Cobre (macio) 100,0 0, , ,724 3,422 Cobre (duro) 97,0 0, , ,777 3,422 Aço cobreado 40% 40,0 0, , ,397 3,846 Aço cobreado 30% 30,0 0, , ,862 3,846 Haste de aço cobreado a 20,0 0, , ,62 3,846 Fio de alumínio 61,0 0, , ,862 2,556 Liga de alumínio ,5 0, , ,222 2,598 Liga de alumínio ,5 0, , ,284 2,598 Aço-alumínio 20,3 0, , ,480 2,670 Aço ,8 0, , ,90 3,28 Haste de aço b 9,8 0, , ,50 4,44 Aço zincado 8,5 0, , ,1 3,931 Aço inoxidável 304 2,4 0, , ,0 4,032 a Aço cobreado baseado em uma espessura de 254 µm de cobre. b Aço inoxidável baseado em 508 µm n o 304 de espessura sobre o aço Conexões O valor de T m é função do tipo de conexão a ser utilizada conforme Tabela 2. Os valores de Kf para as conexões de aterramento mais utilizadas estão listados na Tabela 3. Assim, a equação [4] pode ser simplificada para: onde S If K f t [5] K f é a constante para materiais considerando temperatura ambiente ( T a ) de 40 C ABNT Todos os direitos reservados 7

14 Tabela 2 Tipos de conexões e seus limites máximos de temperatura Conexão T m o C Mecânica (aparafusada ou por pressão) 250 Emenda tipo solda oxiacetilênica 450 Emenda com solda exotérmica Emenda à compressão 850 a 850 b a Solda exotérmica, conhecida como aluminotermia, cuja conexão é feita através da fusão obtida pela ignição e combustão de uma formulação em um molde Condutores b Obtida por meio de conectores com compressão por ferramenta hidráulica. A equação para o dimensionamento dos condutores contempla a corrente de curto-circuito plena (I f ). Esta corrente circulará pelo condutor de aterramento (rabicho) no ponto de ocorrência do curto e se subdividirá na malha proporcionalmente às resistências equivalentes no ponto de injeção da corrente. Isto leva à possibilidade de utilização de condutores de malha, dimensionados para correntes inferiores à corrente de curto plena Constantes do material Onde a temperatura de fusão da conexão for inferior à temperatura de fusão do condutor, deve-se utilizar a temperatura da conexão no cálculo da constante K f. A Tabela 3 exemplifica o K f para o cobre, considerando o limite de fusão da conexão. Caso a seção do condutor calculada pela equação [5] resulte em um valor inferior ao estabelecido em 6.1, deve ser utilizada a seção mínima estabelecida. Tabela 3 Constantes K f Conexão Mecânica (aparafusada ou por pressão) 11,5 Emenda tipo solda oxiacetilênica 9,2 Emenda com solda exotérmica 7,5 Emenda à compressão a 7,5 K f a Obtida por meio de conectores com compressão por ferramenta hidráulica. 7 Cálculo das tensões permissíveis Para um sistema de aterramento ser considerado seguro para qualquer condição de defeito, é necessário estabelecer os valores máximos permissíveis para as tensões de passo e toque. Os potenciais toleráveis de passo e de toque são estabelecidos em função do tempo de eliminação do defeito (t) e da resistividade da camada superficial do solo. 8 ABNT Todos os direitos reservados

15 Deve ser verificada a necessidade do estabelecimento de níveis de suportabilidade diferenciados para diversas áreas no interior e na periferia das instalações, face à existência de diferentes tipos de cobertura do solo (natural, brita, concreto, asfalto etc.). O tempo t deve ser escolhido de forma conservativa, de acordo com a filosofia de proteção adotada e com as características dos equipamentos de proteção utilizados. Devem ser considerados dois casos: a) defeitos com duração determinada pelo sistema de proteção; a corrente permissível pelo corpo humano (I chcd ) é dada pela equação [6] de 7.2; b) defeitos de longa duração que não sensibilizam os dispositivos de proteção; a corrente permissível pelo corpo humano (I chld ) é dada pela Tabela Corrente de choque de longa duração (I chld ) É a corrente de choque provocada por uma tensão de toque ou passo devido a uma corrente de defeito de longa duração. A corrente de choque de longa duração permissível é o máximo valor de corrente que circula pelo corpo sem provocar fibrilação. Os valores máximos de corrente de choque de longa duração são dados pela Tabela 4. Tabela 4 Limites de corrente elétrica suportados pelos seres humanos Corrente limite de largar de longa duração (I chld ) Porcentagem da população que suporta Homens Mulheres 7.2 Corrente de choque de curta duração (I chcd ) 99,5% 9 ma 6 ma 50% 16 ma 10,6 ma É a corrente máxima de não fibrilação (para 99,5 % das pessoas de 50 kg) no intervalo de tempo 0,03 s t 3 s: I chcd 0, 116 (A) [6] t O valor de t, que é a duração do choque, é estabelecido pelo tempo máximo de eliminação da falta baseado no dispositivo de proteção. Havendo religamento automático, com um intervalo de tempo menor ou igual a 0,5 s, o tempo a ser considerado deve ser igual à soma dos tempos da falta inicial e das faltas subseqüentes. ABNT Todos os direitos reservados 9

16 i i m i n t 1 t r t 2 t r t 3 t Figura 1 Defeito com religamento Efeito do religamento no tempo utilizado para cálculo das tensões de passo e toque: se t r 0,5 s, então t m t 1 t 2 t 3 se t r > 0,5 s, então t m máx (t 1, t 2, t 3 ) 7.3 Tensão de passo A Figura 2 apresenta a situação de uma pessoa sob tensão de passo, bem como um circuito equivalente correspondente aos parâmetros resistivos envolvidos. I chld ou I chcd R p E p R R ch mp I chld ou I chcd R p E p Figura 2 Conceito de tensão de passo 10 ABNT Todos os direitos reservados

17 A máxima tensão de passo permissível pelo corpo humano é dada pela equação: onde Rch Rp Rmp chcd Ep 2 I (V) [7] R ch é a resistência do corpo humano, adotada como sendo 1 000, expressa em ohms (); R p é a resistência própria de cada pé com relação ao terra remoto, expressa em ohms (); R mp é a resistência mútua entre dois pés, expressa em ohms (); I chcd é a máxima corrente de curta duração admissível pelo corpo humano, expressa em ampères (A). As resistências própria e mútua dos pés são dadas por: onde s Rp C () [8] 4 b s R mp () [9] 2 Rp R mp é a resistência mútua entre dois pés, expressa em ohms (); b é igual a 0,083 m (raio do disco metálico modelo estabelecido para o pé humano); d p é a distância entre os dois pés (1 m); s é a resistividade do recobrimento da superfície do solo (m), conforme Tabela 5; Caso não haja recobrimento, utilizar resistividade da camada superficial do solo. C é o fator de redução que depende da espessura da camada de recobrimento (equação 13). Considerando E Rmp desprezível quando comparada a R p, tem-se: p R ch 6 s CI chcd (V) [10] 7.4 Tensão de toque A Figura 3 apresenta a situação de uma pessoa sob tensão de toque, bem como o circuito equivalente correspondente às resistências envolvidas. ABNT Todos os direitos reservados 11

18 Componente Energizado I chld ou I chcd E t R ch I chld ou I chcd R p R mp R p Figura 3 Conceito de tensão de toque A máxima tensão de toque permissível pelo corpo humano é dada por: curta duração: E tcd R ch R p R 2 mp I chcd (V) E Rch 1 s C Ichcd, (V) [11] tcd 5 longa duração: E E tld R ch R p R 2 mp I chld (V) Rch 1 s C Ichld, (V) [12] tld 5 Tabela 5 Resistividade do material de recobrimento ( s ) Resistividade Material m seco molhado Brita nº 1, 2 ou Concreto a a 100 Asfalto a a ABNT Todos os direitos reservados

19 O fator de redução C é calculado pela equação: onde n 1 k C 1 2 [13] 0,96 2 n1 2 n h s 1 0,08 ou simplificada ρ1 1 ρ s C 1 a [14] 2 hs a a é igual a 0,106 m 1 s K [15] 1 s s 1 m m h s Legenda 1 é a resistividade da 1 a camada (m) s é a resistividade do recobrimento da camada superficial (em m), conforme Tabela 5 h s é a espessura da camada de revestimento superficial (m) Figura 4 Resistividade do recobrimento da camada superficial O fator C pode ser determinado graficamente a partir da Figura 5. ABNT Todos os direitos reservados 13

20 Figura 5 Determinação gráfica do fator de redução C 8 Cálculo da corrente de malha O sistema de aterramento de uma subestação é típicamente constituído pela sua malha de aterramento e por todos os elementos metálicos a ela conectados, tais como cabos pára-raios, aterramentos de torres e postes de linhas de transmissão e subtransmissão, blindagem de cabos de energia, neutro multiaterrado de linhas de distribuição e malhas de aterramento de subestações vizinhas (ver Figura 6). Acoplamento das fases com o neutro Poste de distribui ç ão Neutro Multiaterrado Alimentador de distribui ção Pórtico Torre ou poste de transmissão Acoplamento das fases com o p ára-raios P ára-raios Fases Fases Aterramento do neutro Contrapeso Blindagem dos cabos de potência e eventual condutor de acompanhamento Malha de terra Acoplamento das fases com a blindagem dos cabos Eventuais contrapesos contínuos Malha da SE remota Figura 6 Principais elementos físicos a serem considerados em cálculos e simulações para o dimensionamento de uma malha de terra 14 ABNT Todos os direitos reservados

21 Quando da ocorrência de uma falta de curta duração para a terra, a corrente de defeito (I f ) inicialmente injetada na malha de aterramento se divide por todo este sistema interligado, cabendo então a cada um dos seus componentes a função de escoar uma fração de corrente de falta. A chamada corrente de malha (I m ) é a parcela da corrente de falta que escoa para o solo através da malha de aterramento. Deve-se considerar também a presença de corrente de malha de longa duração (I mld ) que retorna ao sistema pela malha, proveniente de sistemas monofásicos com retorno por terra ou qualquer outra configuração capaz de gerar tal corrente, tais como rede de distribuição com transformadores monofásicos ligados entre fase e neutro, transformadores trifásicos com primário em estrela aterrada etc. O circuito a ser considerado no dimensionamento da malha de aterramento inclui os condutores de fase, de neutro e a terra, mutuamente acoplados. O condutor de fase é responsável pelas contribuições do sistema para a corrente de falta; e o condutor de neutro em conjunto com a malha escoa esta corrente (ou uma fração dela) para o solo. As Figuras 7a e 7b apresentam duas situações de distribuição da corrente de falta pelos vários caminhos existentes para retorno à fonte, sendo a corrente de malha representada por I m. Estão representados os esquemas de um sistema de potência de transmissão ou distribuição, radial, com alimentação por apenas um lado, com uma falta à terra em uma subestação cuja malha se pretende analisar. A Secundá rio do transformador Y B C I f solo I m Malha da SE Alimentadora I m Malha em An á lise Figura 7a Sem cabo pára-raios ou neutro ABNT Todos os direitos reservados 15

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