Eletricidade e Instalações Elétricas: Aterramento e ParaRaios

Eletricidade e Instalações Elétricas Material Teórico Aterramento e ParaRaios Responsável pelo Conteúdo Prof Me Vinicius Azevedo Borges Revisão Textual Profa Esp Kelciane da Rocha Campos UNIDADE Aterramento e ParaRaios Sistemas de Aterramento em Baixa Tensão Eletrodos de Aterramento Tensões Associadas ao Aterramento Generalidades Sobre Descargas Atmosféricas Sistemas de Proteção Contra Descargas Atmosféricas OBJETIVO DE APRENDIZADO Conhecer sistemas de aterramento e proteção de descargas atmosféricas utilizados em instalações elétricas de baixa tensão Sistemas de Aterramento em Baixa Tensão Para que um sistema elétrico opere corretamente com a continuidade de serviço adequada e desempenho seguro do sistema de proteção o aterramento deve ser realizado com um cuidado especial isto é elaboração de projetos específicos com base nos parâmetros corretos Um aterramento correto deve garantir a mais baixa resistência possível para correntes residuais à terra a ausência de fibrilações na rede mantendo os potenciais produzidos pelas correntes residuais dentro dos limites de segurança maior sensibilização dos dispositivos de proteção permitindo que estes atuem rapidamente e isolem possíveis falhas um caminho de escoamento de descargas atmosféricas para a terra o escoamento de cargas estáticas produzidas nas carcaças de equipamentos Para a elaboração de um projeto de aterramento é necessário entre outros parâmetros conhecer a resistividade elétrica do solo O sistema de aterramento consiste basicamente de três componentes as conexões elétricas que fazem a ligação de algum ponto da instalação elétrica aos eletrodos de aterramento os próprios eletrodos de aterramento e a porção de terra que envolve os eletrodos Sistema de aterramento e aterramento de sistemas são coisas distintas O primeiro se refere ao sistema físico requerido pela instalação elétrica O segundo se refere à maneira como a instalação elétrica é conectada à terra Existem três tipos de sistemas de aterramento Sistema isolado aquele que não possui nenhuma conexão proposital com a terra A conexão entre a instalação elétrica e a terra se dá de forma fraca e tipicamente capacitiva As correntes residuais que podem surgir nesse tipo de instalação não escoam com facilidade gerando altos níveis de sobretensões Sistema solidamente aterrado neste sistema alguns pontos da instalação elétrica são conectados diretamente ao solo buscando a menor resistência possível para o escoamento de correntes residuais para a terra Essas correntes residuais atuam nos sistemas de proteção que seccionam a parte instável da instalação Sistema aterrado por impedância este caso faz uso de uma impedância seja resistiva ou reativa entre a instalação elétrica e o aterramento a fim de reduzir a intensidade das correntes residuais que chegam ao solo mas sem eliminar completamente essa conexão Os sistemas de aterramento possuem como principais funções fornecer uma referência para o sistema elétrico colocando a terra como essa referência drenar sobrecargas ou correntes residuais do sistema elétrico para a terra e neutralizar descargas atmosféricas drenadas por sistemas de pararaios neste caso o sistema de aterramento recebe também o nome de sistema de neutralização de cargas O tipo de sistema de aterramento deve ser escolhido de maneira a proporcionar o melhor contato com a terra Os tipos mais comuns de agrupamentos de sistemas de aterramentos são mostrados na Figura 1 e vão desde uma única haste cravada ao solo a um conjunto de hastes ou placas metálicas ou ainda cabos enterrados em configurações mais complexas Perceba que a distância ideal entre as hastes de aterramento é a mais próxima possível do comprimento da haste O tipo mais eficiente de aterramento é aquele composto por uma malha metálica enterrada A escolha do tipo de agrupamento deve ser feita levandose em conta o local o custo e a importância da instalação elétrica A Associação Brasileira de Normas Técnicas ABNT em sua norma NBR 5410 especifica os possíveis esquemas de aterramento que são permitidos O item 4222 da norma exemplifica os cinco esquemas mais comuns utilizados para instalações trifásicas É importante notar na norma que as massas de que ela trata se referem não apenas ao consumo de um equipamento mas de qualquer quantidade de equipamentos elétricos ligados à rede A NBR5410 também diz que uma mesma instalação pode abranger mais de uma edificação Neste caso as massas de uma mesma edificação deverão compartilhar o mesmo eletrodos de aterramento enquanto é possível utilizar eletrodos de aterramento distintos para diferentes edificações Para denominar os diferentes esquemas de aterramento é utilizado um código de letras combinadas da seguinte forma Primeira letra representa a situação da alimentação com referência à terra T indica que um ponto da instalação é ligado diretamente à terra I indica que toda parte viva da instalação é isolada em relação a terra ou o aterramento se dá através de uma impedância Orienteções de estudo Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem aproveitado e haja maior aplicabilidade na sua formação acadêmica e atuação profissional siga algumas recomendações básicas Procure manter contato com seus colegas e tutores para trocar ideias Isso amplia a aprendizagem Aproveite as indicações de Material Complementar Conserve seu material e local de estudos sempre organizados Determine um horário fixo para estudar Mantenha o foco Evite se distrair com as redes sociais Seja original Nunca plagie trabalhos Assim Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte da sua rotina Por exemplo você poderá determinar um dia e horário fixos como seu momento de estudo Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar lembrese de que uma alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo No material de cada Unidade há leituras indicadas e entre elas artigos científicos livros vídeos e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade Além disso você também encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar que ampliará sua interpretação e auxiliará no pleno entendimento dos temas abordados Após o contato com o conteúdo proposto participe dos debates mediados em fóruns de discussão pois isso irá auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento além de propiciar o aprendizado entre colegas e se apresenta como rico espaço de troca de ideias e de aprendizado Segunda letra representa a situação da ligação das massas em relação ao aterramento T indica que as massas estão diretamente aterradas independentemente de qualquer outra parte da instalação N indica que as massas são ligadas diretamente a um ponto aterrado da instalação Outras letras representam a disposição dos condutores neutro e de proteção S indica que as funções de neutro e de proteção são providas por condutores distintos C indica que as funções de neutro e de proteção são providas por um mesmo condutor Esquema TN De acordo com a norma este esquema tem a característica de possuir um ponto de alimentação diretamente aterrado sendo as massas ligadas a este ponto através de condutores de proteção Dependendo da disposição do condutor neutro e de proteção este esquema possui três variantes Sistema TNS Sistema TNC e Sistema TNCS Esquema TNS O condutor neutro é distinto do condutor de proteção sendo que o condutor neutro é aterrado juntamente com o condutor de proteção logo na entrada da instalação A Figura 2 mostra o esquema desse sistema de aterramento Esquema TNC Neste sistema apenas um condutor realiza as funções de neutro e proteção em toda a instalação Dependendo da situação mesmo que normalizado esse esquema pode não ser indicado uma vez que o mesmo condutor fornece a conexão com o neutro e com o aterramento Esquema TNCS Neste caso as funções dos condutores neutro e de proteção são combinadas em partes da instalação como mostra a Figura 4 Esquema TT Neste esquema um ponto da alimentação é diretamente aterrado mas as massas são ligadas a um aterramento distinto do aterramento da fonte conforme indicado na Figura 5 No caso de uma corrente residual percorrendo este esquema ela será escoada para a terra que limita o valor da corrente por conta da alta resistência do solo Esquema IT O esquema IT é parecido com o esquema TT com a diferença de que o aterramento da fonte é realizado através de uma alta impedância Dessa maneira as correntes residuais são limitadas e isso garante que toda a instalação não seja desligada nesses casos A alta impedância do aterramento da fonte pode ocorrer de duas maneiras indicadas na Figura 6 Dentre esses cinco esquemas referenciados pela norma NBR 5410 o esquema TT é considerado o mais eficiente com um aterramento realizado diretamente na entrada da instalação e o aterramento das massas realizado por outro eletrodo independente Em geral os fabricantes de equipamentos elétricos fornecem nas especificações qual é o esquema ideal de aterramento para seus produtos A NBR 5410 no item 64111 determina que o aterramento da instalação elétrica é uma infraestrutura sendo chamado pela norma de eletrodo de aterramento e é parte da integridade da edificação Aterramento httpsyoutubeiDng1tX9VJw Eletrodos de Aterramento A norma ainda admite outras soluções em situações de instalações temporárias áreas descobertas como pátios e jardins em acampamentos marinas e instalações similares ou ainda em reformas quando não houver a possibilidade de se executar uma das opções citadas Tensões Associadas ao Aterramento Generalidades Sobre Descargas Atmosféricas Descargas atmosféricas ou raios são descargas elétricas entre regiões eletricamente carregadas que ocorrem na atmosfera gerando clareões e estrondos comumente conhecidos como relâmpagos e trovões Essas descargas podem acontecer no interior de uma nuvem ou entre nuvens diferentes ou ainda entre alguma nuvem e a terra Os raios consistem em uma gigantesca faísca que proporciona um caminho condutor para a transferência das cargas elétricas de uma região a outra Para que ocorra um raio uma nuvem deve possuir um grande campo elétrico em seu interior proveniente da alteração da distribuição das cargas elétricas conforme a Figura 11 O ar atmosférico é normalmente um bom isolante elétrico O campo elétrico no interior da nuvem porém pode aumentar a níveis em que consiga vencer esta resistência dielétrica do ar permitindo um fluxo de cargas e o consequente aparecimento dos raios Um dos componentes mais vulnerável à ação de raios é a rede de transmissão de energia elétrica Uma descarga elétrica na rede de transmissão propaga picos de tensão por vários quilômetros oferecendo riscos ao ser humano e danificando equipamentos elétricos conectados à rede Uma descarga atmosférica é um fenômeno natural imprevisível e aleatório tão espacialmente quanto temporalmente quanto em magnitude podendo provocar consequências catastróficas Ainda não possuímos dispositivos ou métodos que alterem fenômenos atmosféricos naturais capazes de eliminar a ocorrência de descargas atmosféricas Uma vez que não há como resolver o problema dos raios na origem do problema a solução é proteger as instalações elétricas contra essas descargas A maneira mais eficaz de proteger uma instalação elétrica contra descargas atmosféricas é facilitar um caminho para o fluxo elétrico entre nuvens e o solo Nisso consiste um Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas SPDA A norma que regulamenta a instalação de SPDA é a NBR 5419 e tem como objetivo evitar e minimizar explosões incêndios danos materiais e riscos de morte de pessoas e animais por conta dos efeitos das descargas atmosféricas São utilizados três métodos para dimensionamento de um SPDA O primeiro deles é o método gaiola de Faraday que consiste na instalação de um sistema de captores em forma de malha É bastante utilizado para a proteção de galpões e edifícios O mecanismo de funcionamento é baseado na teoria de Faraday que define o campo elétrico no interior de uma gaiola como nulo desde que a corrente passando pelos condutores da malha seja distribuída uniformemente Quanto mais fechada for a malha ou menor a distância entre os seus condutores melhor será a proteção Outro método utilizado é o de Franklin que utiliza captores de tipo Franklin Figura 13 Este método fornece uma proteção espacial em formato de cone com o captor no vértice do cone Cada vez menos este método é utilizado em edificações devido às suas limitações protegendo uma altura máxima de 45 m O terceiro método é chamado de método da esfera rolante ou esfera fictícia e consiste em rolar uma esfera por toda a edificação com raio definido de acordo com o nível de proteção Ao rolar a esfera pela edificação os locais onde a esfera tocar são os mais expostos e exigem maior atenção Estes locais podem ser protegidos por captores de tipo Franklin ou condutores metálicos A norma ainda permite a utilização de mais de um método combinado Para os três tipos de SPDA é necessária uma malha de aterramento com hastes conectadas para melhor dissipação da corrente elétrica para o solo Quanto mais alta a edificação e maior sua área construída maior deverá ser o número de hastes de aterramento Material Complementar Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade Livros Instalações elétricas COTRIM Ademar AMB Instalações elétricas Revisão e adaptação técnica de José Aquiles Baesso Gromoni e Hilton Moreno 5ª ed São Paulo Pearson Prentice Hall 2009 Instalações elétricas CREDER Hélio Instalações elétricas Atualização e revisão de Luiz Sebastião Costa Rio de Janeiro LTC 2016 NBR 54102004 Instalações elétricas de baixa tensão ABNT NBR 54102004 Instalações elétricas de baixa tensão 2004 IEC 60417 Graphical Symbols for use on equipment IEC 60617 Graphical Symbols for Diagrams Referências ABNT NBR 54102004 Instalações elétricas de baixa tensão 2004 COTRIM A A M B Instalações elétricas Revisão e adaptação técnica de José Aquiles Baesso Gromoni e Hilton Moreno 5ª ed São Paulo Pearson Prentice Hall 2009 CREDER H Instalações elétricas Atualização e revisão de Luiz Sebastião Costa Rio de Janeiro LTC 2016 HALLIDAY D RESNICK R WALKER J Fundamentos de física Vol 3 8ª ed Rio de Janeiro LTC 2009 Cruzeiro do Sul Educacional