A efetividade do eletrodo de aterramento para as correntes dos raios. Antônio R. Panicali PROELCO

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2 A efetividade do eletrodo de aterramento para as correntes dos raios Antônio R. Panicali PROELCO

3 ...ou: VOCÊ AINDA ACREDITA EM EQUALIZAÇÃO DE POTENCIAL??? Se acredita, vai levar um baita susto! Antônio R. Panicali PROELCO

4 Conteúdo: - Tipos de aterramento de SPDA - Características das correntes dos raios x 60 Hz - Comportamento dos aterramentos para as correntes dos raios - Equalização de potencial? Como assim??? - Alguns conselhos úteis

5 ELEMENTOS DE UM SPDA CAPTORES DESCIDAS ATERRAMENTO

6 SPDA ESTRUTURAL O mais recomendável quando a continuidade elétrica das ferragens puder ser garantida!

7 SPDA ESTRUTURAL O mais recomendável quando a continuidade elétrica das ferragens puder ser garantida!

8 Aproveitamento parcial das ferragens.

9 Aproveitamento parcial das ferragens.

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11 ABNT NBR (2015) aterramento SPDA ELETRODO DE ATERRAMENTO DE SPDA (proteção contra raios) Opção 1: ferragens das fundações desde que com continuidade galvânica Opção 2: anel de aterramento com comprimento L=perímetro=2.p.re, re=raio equivalente médio; se re<l1, adicionar eletrodos próximos aos pontos de conexão com descidas 100 Pelo menos, 80% enterrado Class I 70 Instalar a 1m das paredes externas e 60 profundidade>0,5m l1 m Class II PS: se impossível anel externo, Instalar anel internamente mas proteger contra choques!!!! Class III-IV m IEC 2097/05

12 Exemplo de cálculo de raio equivalente : Área A1 a ser considerada área circular A2 raio médio r Exemplo: prédio residencial SPDA nível III, l1=5m Não necessita eletrodo adicional!

13 UMA DAS PRINCIPAIS FUNÇÃO DE UM ATERRAMENTO É PERMITIR O ESCOAMENTO DA CORRENTE DO RAIO PARA O SOLO, DE FORMA CONTROLADA, REDUZINDO A PROBABILIDADE DE CENTELHAMENTOS ESPÚRIOS E O SURGIMENTO DE TENSÕES PERIGOSAS. MAS, COMO FICA SE COMPORTA A EQUALIZAÇÃO UM ELETRODO A MESMA DE DE POTENCIAL? COISA ATERRAMENTO QUE EM 60 Hz? PARA CORRENTES DOS RAIOS?

14 De Säntis northeastern Switzerland CONHECENDO CARACTERISTICAS MELHOR DOS OS RAIOS RAIOS Vários laboratórios no mundo medem as correntes injetadas pelos raios nas estruturas!

15 Tp~3,5us / (5 a 250 ka) Tp~2us / (4 a 90 ka) Ts~0,2 us /(5 a 29 ka) RAIOS SÃO IMPULSOS DE CORRENTE ELÉTRICA

16 CORRENTE [A] VARIAÇÃO RÁPIDA ALTAS FREQUÊNCIAS EFEITOS INDUTIVOS VARIAÇÃO LENTA FREQUÊNCIA MAIS BAIXAS DISSIPAÇÃO DE ENERGIA T1 T2 DURAÇÃO CARACTERÍSTICAS TÍPICAS DE IMPULSOS DE CORRENTE DE UM RAIO

17 FREQUÊNCIA EQUIVALENTE DA FRENTE DE ONDA T1 T2 fe(frequência equivalente inicial)= 1/(2.T1) Exemplo: T1=0,5ms fe=1 MHz CARACTERÍSTICAS TÍPICAS DE IMPULSOS DE CORRENTE DE UM RAIO

18 FREQUÊNCIA EQUIVALENTE DA CAUDA DE ONDA T1 T2 fe(frequência equivalente final)~1/(2.t2) Exemplo: T2=0,5 ms* fe=1 khz * Ordem de grandeza CARACTERÍSTICAS TÍPICAS DE IMPULSOS DE CORRENTE DE UM RAIO

19 RESUMINDO: RAIOS COMEÇAM COM ALTAS FREQUÊNCIAS E... T1 T2

20 ...E TERMINAM EM BAIXAS FREQUÊNCIAS! T1 T2

21 ESPECTRO DE FREQUÊNCIA DOS RAIOS 60 Hz 16,6 ms

22 COMO UM ATERRAMENTO SE COMPORTA PARA AS DIFERENTES FREQUÊNCIAS

23 COMO UM ATERRAMENTO SE COMPORTA PARA AS DIFERENTES FREQUÊNCIAS 200m 0,5m SOLO: =100 Ohm.m er= 10

24 CIRCUITO EQUIVALENTE DE UM ATERRAMENTO: SOLO BOM (POUCO RESISTIVO) <1000 Ohm.m 200m dx DZ~2.p.f.L.dx [Ohm] 0,5m L~1,5 mh/m SOLO: G~dx*s/2 =100 Ohm.m [S] s:condutividade er= 10 [S/m]

25 COMO UM ATERRAMENTO SE COMPORTA PARA FREQUÊNCIAS ALTAS (PARTE INICIAL DOS RAIOS) 200m dx Alta frequência: DZ=2.p.f.L.dx 0,5m SOLO: =100 e/ou Ohm.m er= 10 L~1,5 mh/m alta condutividade

26 COMO UM ATERRAMENTO SE COMPORTA PARA FREQUÊNCIAS ALTAS (PARTE INICIAL DOS RAIOS) DISTRIBUIÇÃO NÃO UNIFORME DE CORRENTE E DE POTENCIAL Lef << Lfísico 200m dx Alta frequência: XL=2.p.f.L.dx 0,5m SOLO: =100 e/ou Ohm.m er= 10 L~1,5 mh/m alta condutividade

27 COMO UM ATERRAMENTO SE COMPORTA PARA AS BAIXAS FREQUÊNCIAS (CAUDA DAS DESCARGAS) EQUALISAÇÃO DE POTENCIAL Lefetivo=Lfísico 200m Baixa frequência: f~ 0,5m 0Hz Xtot= 0 Ohm SOLO: =100 Distribuição Ohm.m er= 10 uniforme de corrente

28 CIRCUITO EQUIVALENTE DE UM ATERRAMENTO: SOLO MUITO RESISTIVO e ALTAS FREQUÊNCIAS EFEITO CAPACITIVO SE TORNA IMPORTANTE 200m dx DZ~2.p.f.L.dx [Ohm] 0,5m L~1,5 mh/m SOLO: G~dx*s/2 =100 Ohm.m [S] s:condutividade er= 10 [S/m]

29 -EXEMPLO- 200m 0,5m SOLO: =100 s=0,01 Ohm.m [S/m] er= 10

30 h z 2a x Tipo de solo [Ohm.m] m Lef [m] ICLP khz Hz 100 Hz 1000Hz 10kHz 100kHz 1MHz 10MHz Frequ ency [Hz] positivo primeira negativa subsequente

31 POTENCIAL AO LONGO DO CONDUTOR DE TERRA s=0,01 [S/m] er= Hz

32 POTENCIAL AO LONGO DO CONDUTOR DE TERRA s=0,01 [S/m] er= Hz

33 POTENCIAL AO LONGO DO CONDUTOR DE TERRA s=0,01 [S/m] er= khz

34 POTENCIAL AO LONGO DO CONDUTOR DE TERRA s=0,01 [S/m] er= 10 1 MHz

35 POTENCIAL AO LONGO DO CONDUTOR DE TERRA s=0,01 [S/m] er= 10 5 MHz

36 CAMPO ÉLÉTRICO NA SUPERFÍCIE DO SOLO s=0,01 [S/m] er= Hz / T1~1000 [ms]

37 CAMPO ÉLÉTRICO NA SUPERFÍCIE DO SOLO s=0,01 [S/m] er= Hz / T1~10ms

38 CAMPO ÉLÉTRICO NA SUPERFÍCIE DO SOLO s=0,01 [S/m] er= khz / T1~40ms

39 CAMPO ÉLÉTRICO NA SUPERFÍCIE DO SOLO s=0,01 [S/m] er= 10 1 MHz / T1~0,5ms

40 CAMPO ÉLÉTRICO NA SUPERFÍCIE DO SOLO s=0,01 [S/m] er= 10 5 MHz / T1~0,1ms

41 FÓRMULA APROXIMADA DA RESISTÊNCIA DE TERRA PARA BAIXA FREQUÊNCIA: R=2. /L =100 ohm.m L=200m R~1 Ohm

42 FÓRMULA APROXIMADA DA RESISTÊNCIA DE TERRA PARA BAIXA FREQUÊNCIA: R=2. /L SIMULAÇÃO TRAGSYS =100 ohm.m L=200m R~1 Ohm 18% de erro 700% de erro!!! COM RELAÇÃO AO VALOR DC

43 INTERFACE TERRA/SOLO VELOCIDADE DA LUZ NO VÁCUO:c= km/s NO SOLO: c/50 < V < c/2

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45 BEP neutro Potencial do aterramento DDP entre carcaça e solo!

46 BEP neutro DV=Lat.(dI/dt) carcaça/eletrônica Potencial do aterramento DDP entre carcaça e solo!

47 BEP neutro DV BEL DV=Lat.(dI/dt) carcaça/eletrônica Potencial do aterramento DDP entre carcaça e solo!

48 BEP neutro Potencial do aterramento Na cauda da descarga DDP=0! Mas agora já é tarde demais!!

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52 COMPORTAMENTO IMPULSIVO DE ANEL DE ATERRAMENTO I=50kA/1 ms BEP ANEL 20m X 20m Solo de =500 Ohm.m Profundidade = 50 cm Rbf=2. /Ltotal=2*500/80=12,5 Ohm Rbf x Ipico=625 kv

53 COMPORTAMENTO IMPULSIVO DE ANEL DE ATERRAMENTO Lef [m] 10 I=50kA/1 ms Frequency [Hz] e r [Ohm.m] BEP AFASTAR ATERRAMENTO DO BEP DAS CONEXÕES COM DECIDAS DO SPDA ANEL 20m X 20m Solo de =500 Ohm.m Profundidade = 50 cm Rimpulsivo=2 /Lefetivo(8m+8m)=63 Ohm Vimpulsivo= 3,1 MV!!!

54 SOLUÇÕES: BLINDAR BEP Reduzir área de indução Chapa metálica BEP

55 I=50kA/1 ms Vpainel/eletrônica Icentelha Chapa metálica ÁREA DE INDUÇÃO BEP Vpainel/piso* ~ 10 kv Centelhamento painel/piso ANEL 20m X 20m Solo de 500 Ohm.m Profundidade = 50 cm Depende do di/dt, das dimensões e posição do loop

56 Ipico 50%.Ipico 2%.Ipico 3%.Ipico A CORRENTE SE CONCENTRA NA DECIDA PRÓXIMA AO PONTO DE INCIDÊNCIA!

57 Usar malhas mais densas em locais mais críticos. 0,6m x 0,6m Bonding network 1,5m x 1,5m 5m x 5m Earth termination system IEC 2200/05 ABNT-NBR (2015)

58 ANEL 50m X 25m, PROFUNDIDADE=50cm SOLO HOMOGÊNEO: 100 Ohm.m 60 Hz POTENCIAL DO ELETRODO ENTERRADO POTENCIAL NA SUPERFÍCIE DO SOLO

59 MALHA 50m X 25m, PROFUNDIDADE=50cm SOLO HOMOGÊNEO: 100 Ohm.m 60 Hz POTENCIAL DO ELETRODO ENTERRADO POTENCIAL NA SUPERFÍCIE DO SOLO

60 CONCLUSÕES: 1- Eletrodos de aterramento são fundamentais para dispersar as correntes espúrias (raios, falhas da instalação, etc.) nos solos. 2- Também têm papel fundamental na atuação de sistemas de proteção contra falhas de isolação. 3- Se projetados adequadamente, levando-se em conta seu comportamento eletromagnético para surtos e frequências altas, podem reduzir significativamente as diferenças de potenciais nas superfícies do solo. Lembrando sempre que eletrodos de aterramento se comportam de maneiras totalmente diferentes, dependendo de sua geometria, características do solo modo de instalação e forma de onda dos sinais neles injetados.

61 OBRIGADO PELA ATENÇÃO! ANTÔNIO R. PANICALI (019)

62 Aviso na porta do inferno: Deixe aqui todas suas esperanças, Vós que entrai!