Aterramento em Instalações Elétricas

INSTALAÇÕES ELÉTRICAS PROF OZENIR DIAS DEFINIÇÕES O aterramento figura entre os pontos mais importantes do projeto e montagem de uma instalação elétrica para que seja garantidas a sua segurança e bom funcionamento Aterramento Aterramento é a ligação elétrica intencional com a terra Esta ligação visa propiciar um meio favorável e seguro de baixíssima resistência elétrica e robustez mecânica conveniente ao percurso de correntes elétricas perigosas e indesejáveis É o caso das descargas elétricas produzidas por fenômenos atmosféricos raios ou ainda por ocasião das faltas elétricas Falta elétrica Falta elétrica é o contato ou arco acidental entre partes sob potenciais diferentes eou de uma ou mais dessas partes para a terra num sistema ou equipamento elétrico energizado Nesta ocasião e neste percurso flui a Corrente de falta função da Tensão para a terra e da Resistência de falta Resistência de falta A resistência de falta é a resistência elétrica da parte do circuito percorrido pela corrente de falta compreendida entre os condutores considerados ou entre estes e a terra no local da falta Prof Ozenir Dias 2 ATERRAMENTO Tipos de Aterramento Em uma instalação elétrica poderemos ter dois tipos de aterramento aterramento funcional e o aterramento de proteção Aterramento Funcional O aterramento por razões funcionais deve ser utilizado para garantir o funcionamento correto dos equipamentos ou para permitir o funcionamento adequado da instalação Consiste na ligação à terra de um dos condutores da instalação o condutor neutro Ponto neutro dos transformadores trifásicos ligados em estrela Neutro da rede de distribuição de energia elétrica Retorno dos circuitos elétricos Condutor neutro é representado pela letra N e recomendase a utilização da cor AZUL para a isolação deste condutor Prof Ozenir Dias 3 ATERRAMENTO Tipos de Aterramento Aterramento de Proteção Com o objetivo de limitar o potencial elétrico entre massas Entre massas e elementos condutores estranhos à instalação Proporcionar às correntes de falta para terra um caminho de Retorno de baixa impedância Ligação das massas carcaças metálicas de quadros de distribuição de transformadores de motores eletrodutos metálicos etc e de elementos condutores estranhos à instalação à terra O condutor de Proteção é representado pela letra PE e em condutores isolados devese usar a cor verde ou verdeamarela conforme recomendação da NBR 5410 Conforme a NBR 5410 todo e qualquer tipo de instalação elétrica deve possuir um sistema de aterramento Prof Ozenir Dias 4 ATERRAMENTO Componentes de um sistema de Aterramento Terra Referência Superfície equipotencial que se considera como o potencial zero para referência de tensões elétricas Eletrodos de Aterramento Condutor ou conjunto de condutores enterrados no solo e eletricamente ligados à terra Os tipos de eletrodo mais usados em instalações são as hastes de aterramento que são hastes rígidas de cantoneiras de aço galvanizado ou circulares de aço revestidas em cobre cravadas no solo Terminal de Aterramento Principal Terminal ou barra que tem a função de interligar o condutor de aterramento aos condutores de proteção inclusive aos condutores de equipotencialidade e condutores de aterramento funcional se existirem Condutor de Aterramento Condutor que interliga o terminal de aterramento principal ao eletrodo de aterramento Ligação Equipotencial Ligação elétrica entre massas e ou elementos condutores à instalação para evitar diferenças de potencial as mesmas Prof Ozenir Dias 5 ATERRAMENTO Componentes de um sistema de Aterramento Condutores de Equipotencialidade Interligam as tubulações metálicas não pertencentes à instalação elétrica sistemas de canalização de água gás e etc os elementos metálicos e as estruturas de construção ao terminal de aterramento principal Condutores de equipotencialidade suplementares Interligam ao terminal de aterramento principal os eletrodos de aterramento da antena externa de TV e do sistema de proteção contra descargas atmosféricas quando os mesmos possuírem sistemas de aterramento separados Condutor de Proteção PE Condutor que liga as massas e os elementos condutores estranhos à instalação entre si e ou a um terminal de aterramento Condutor PEN Condutor que cumpre simultaneamente as funções de condutor de proteção PE e de condutor neutro N Dispositivo de verificação do sistema de aterramento Dispositivo situado em local acessível combinado ao terminal de aterramento principal desmontável com a utilização de ferramenta mecânica que tem por finalidade desligar o condutor de aterramento e permitir a medição da resistência de aterramento do eletrodo Prof Ozenir Dias 6 ATERRAMENTO Componentes de um sistema de Aterramento Prof Ozenir Dias 7 ATERRAMENTO Objetivo do sistema de aterramento Assegurar a proteção dos equipamentos melhoria dos serviços elétricos e a segurança pessoal Obter uma resistência de aterramento a mais baixa possível para correntes de falta a terra Manter os potenciais produzidos pelas correntes da falta dentro de limites de segurança de modo a não causar fibrilação Fazer que equipamentos de proteção sejam mais sensibilizados e isolem rapidamente as falhas à terra Proporcionar um caminho de escoamento para terra de descargas atmosféricas Escoar as cargas estáticas geradas nas carcaças dos equipamentos Prof Ozenir Dias 8 ATERRAMENTO Tipos de Aterramentos Os diversos tipos de sistemas de aterramento devem ser realizados de modo a garantir uma menor resistência de aterramento Uma simples haste cravada no solo Hastes alinhadas Hastes em triângulo Hastes em quadrado Hastes em círculos Placas de material condutor enterradas no solo Fios ou cabos enterrados no solo formando diversas configurações tais como Estendido em vala comum Em cruz Em estrela Quadriculados formando uma malha de terra Prof Ozenir Dias 9 ATERRAMENTO Tipos de Aterramentos Prof Ozenir Dias 10 ATERRAMENTO Formas de Aterramentos Motores e Equipamentos pesados Prof Ozenir Dias 11 ATERRAMENTO Formas de Aterramentos Prof Ozenir Dias ESTEEL003 Instalações Elétricas 1 12 ATERRAMENTO Projeto do Sistema de Aterramento Para projetar adequadamente o sistema de aterramento devemse seguir as seguintes etapas Definir o local de aterramento Providenciar várias medições no local por exemplo umidade e resistividade do solo Fazer a estratificação do solo nas suas respectivas camadas Definir o tipo de sistema de aterramento desejado Calcular a resistividade aparente do solo para o respectivo sistema de aterramento Dimensionar o sistema de aterramento levando em conta a sensibilidade e os limites de segurança pessoal isto é da fibrilação ventricular do coração Prof Ozenir Dias 13 ATERRAMENTO Projeto do Sistema de Aterramento Medições no local É preciso fazer a medição da resistividade do solo Através de um Terrômetro Método de Wenner Prof Ozenir Dias ESTEEL003 Instalações Elétricas 1 14 ATERRAMENTO Projeto do Sistema de Aterramento Valor da resistência para um bom desempenho Resistência deve ser menor possível Depende do tipo da importância e do desempenho Norma NBR 5419 10 Atualização de 2015 não há mais um valor de referência Especialistas resistência de aterramento tendo em vista a corrente máxima de curtocircuito Outros autores Excelentes Inferior a 5 Bom entre 5 a 15 Razoáveis entre 15 a 30 Condenáveis superior a 30 Instalações de grande porte 5 Redes de distribuição até 10 e aceitável até 25 Prof Ozenir Dias 15 ATERRAMENTO Projeto do Sistema de Aterramento Sistema projetado e calculado utilizam parâmetros constantes mas podem sofrer alterações Resistividade do solo Profundidade dos eletrodos de aterramento Dimensões dos eletrodos Qualidade do material dos eletrodos Primeira medição deve ser feita logo após a execução da obra Medição com valor elevado podem ser realizadas modificações Aprofundamento dos eletrodos de aterramento Aumento da quantidade de eletrodos em paralelo Tratamento do solo Aumento da área própria dos eletrodos Prof Ozenir Dias 16 ATERRAMENTO Esquemas de Aterramento De acordo com a norma NBR 5410 os sistemas de distribuição de baixa tensão devem possuir um sistema de aterramento que deverá obedecer a um dos esquemas indicados a seguir Em cada um dos esquemas a simbologia utilizada representa PRIMEIRA LETRA situação da alimentação em relação à terra T um ponto DIRETAMENTE ATERRADO Neutro I Isolação de todas as partes vivas em relação à terra ou aterramento de um ponto através de uma 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 diretamente ao ponto de alimentação aterrado em CA normalmente o neutro 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 PEN Devese observar que as massas indicadas não simbolizam um único mas sim qualquer número de equipamentos elétricos Podese observar também que uma mesma instalação pode eventualmente abranger mais de uma edificação As massas deve necessariamente compartilhar o mesmo eletrodo de aterramento se pertencentes a uma mesma edificação mas podem em princípio estar ligadas a eletrodos de aterramento distintos Prof Ozenir Dias 17 ATERRAMENTO Esquemas TN Tem como característica possuir um ponto da alimentação diretamente aterrado sendo as massas ligadas a esse ponto através de condutores de proteção São consideradas três variantes de esquemas TN de acordo com a disposição do condutor neutro e do condutor de proteção Esquema TNS O condutor neutro e o condutor de proteção são condutores distintos Esquema TNC As funções de neutro e de proteção são combinas em um único condutor ao longo de toda a instalação Esquema TNCS As funções de neutro e de proteção são combinadas em um único condutor em uma parte da instalação Prof Ozenir Dias 18 ATERRAMENTO Esquema TT O esquema possui um ponto de alimentação diretamente aterrado estando as massas da instalação ligadas a eletrodos de aterramento eletricamente distintos do eletrodo de aterramento da alimentação Prof Ozenir Dias 19 ATERRAMENTO Esquema IT É o esquema em que todas as partes vivas são isoladas da terra ou um ponto da alimentação é aterrado através de impedância As massas da instalação são aterradas verificandose as seguinte possibilidades Massas aterradas no mesmo eletrodo de aterramento da alimentação se existente Massas aterradas em eletrodos de aterramento próprios seja porque não há eletrodo de aterramento da alimentação seja porque o eletrodo de aterramento das massas é independente do eletrodo de aterramento da alimentação O neutro pode ou não ser distribuído Sem Aterramento 1 Aterrado via Impedância Massas aterradas independentes 2 Apenas um eletrodo para ambas 3 Junto com a impedância da alimentação 4 Prof Ozenir Dias 20 ATERRAMENTO A escolha de um destes esquemas de aterramento deve ser feita em função da natureza e funcionamento das instalações e em atendimento às normas técnicas sobretudo às prescrições da NBR 5410 Qualquer um dos esquemas oferece o mesmo grau de proteção às pessoas no entanto algumas precauções devem ser observadas visando à adequada seleção de um deles e a sua correta aplicação Em particular citamos as seguintes Quando a alimentação do consumidor provier de uma rede pública de baixa tensão o condutor neutro deve ser sempre aterrado na origem da instalação Neste caso o esquema IT não poderá ser utilizado A utilização do esquema TN devido ao elevado valor das correntes de falta não é recomendável para locais com riscos de incêndio ou explosões petroquímicas depósitos de materiais inflamáveis etc Prof Ozenir Dias 21 ATERRAMENTO Em locais onde a continuidade do serviço seja fundamental hospitais e instalações específicas de segurança devese optar pelo esquema IT quando possível pois neste a interrupção só acontece na segunda falta enquanto nos esquemas TN e TT ocorre na primeira falta Devese evitar o uso do esquema TT em instalações com equipamentos que apresentem correntes de fuga consideráveis devido à possibilidade de disparos frequentes e intempestivos dos dispositivos de proteção contra correntes diferenciais residuais Do ponto de vista da qualificação da equipe de manutenção o esquema TT apresenta exigências mínimas enquanto os demais requerem pessoal especializado devido entre outros à limitação do comprimento dos circuitos em função das condições de seccionamento Prof Ozenir Dias 22 ATERRAMENTO Concessionária Local NDEE02 Prof Ozenir Dias 23 ATERRAMENTO Esquema TNC As funções de neutro e de proteção são combinas em um único condutor ao longo de toda a instalação Esquema TNCS As funções de neutro e de proteção são combinadas em um único condutor em uma parte da instalação Esquema TNS O condutor neutro e o condutor de proteção são condutores distintos Prof Ozenir Dias 24 CHOQUES ELÉTRICOS Numa instalação elétrica de baixa tensão o aterramento e a equipotencialização são ações fundamentais para garantir o funcionamento adequado dos sistemas de proteção contra choques elétricos que veremos a seguir Definição de Choque Elétrico É a perturbação de natureza e efeitos diversos que se manifesta no organismo humano ou animal quando este é percorrido por uma corrente elétrica G Kindermann Choque Elétrico Ed do Autor Fpolis2005 A proteção contra choques elétricos é regulamentada nas normas NBR 54102004 da ABNT Normas regulamentadoras 10 e 18 do Ministério do Trabalho Prof Ozenir Dias 25 CHOQUES ELÉTRICOS Choque Elétrico Os choques elétricos podem ocorrer basicamente de duas maneiras Contato Direto Contato de pessoas ou de animais domésticos com partes vivas da instalação Contato Indireto Contato de pessoas ou de animais domésticos com massas que ficaram acidentalmente sob tensão Prof Ozenir Dias 26 CHOQUES ELÉTRICOS Quais as consequências de um choque elétrico Os efeitos da circulação da corrente elétrica pelo corpo humano A IEC Internacional Eletrical Code reuniu os estudos e experiências realizados por especialistas de diversos países na publicação nº 4791 Effects of Current Passing Trough The Human Body de 1984 Este documento é a base de referência das principais normas internacionais e de muitos países inclusive do Brasil Norma NBR 5410 No estudo dos choques elétricos devemos considerar que na sua ocorrência estão envolvidos três elementos a Parte Viva a Massa e o Elemento Condutor Estranho à Instalação Elétrica PARTE VIVA parte condutora pertencente à instalação elétrica que em condições normais apresenta ou pode apresentar diferencial de potencial elétrico em relação à terra MASSA conjunto de partes metálicas não destinadas a conduzir corrente eletricamente interligadas e isoladas das partes vivas ELEMENTO CONDUTOR ESTRANHO À INSTALAÇÃO elemento que não faz parte da instalação mas que nela pode introduzir um potencial elétrico normalmente o potencial da terra Prof Ozenir Dias 27 CHOQUES ELÉTRICOS Quais as consequências de um choque elétrico Os efeitos da circulação da corrente elétrica pelo corpo humano depende Intensidade da corrente Tempo de exposição Percurso através do corpo humano Condições orgânicas do indivíduo Prof Ozenir Dias 28 CHOQUES ELÉTRICOS Quais as consequências de um choque elétrico Efeitos da passagem de corrente Prof Ozenir Dias 29 CHOQUES ELÉTRICOS Quais as consequências de um choque elétrico Tabela da IEC apresenta zonas dos efeitos fisiológicos da corrente elétrica alternada de frequência 15 a 100 Hz trajeto mão esquerda pés em pessoas de no mínimo 50 kgf de peso Prof Ozenir Dias 30 CHOQUES ELÉTRICOS Quais as consequências de um choque elétrico Correntes elétricas Admissíveis Estudos demonstram que a resistência do corpo humano varia com a tensão de contato e com outras condições como por exemplo a umidade da pele A relação entre a corrente de choque e a tensão de contato não é linear São estabelecidas quatro condições referentes à situação da umidade da pele conforme apresentado na tabela a seguir A partir dessas condições é possível relacionar a resistência de contato com as tensões de contato e as respectivas correntes de choque admissíveis Prof Ozenir Dias 32 CHOQUES ELÉTRICOS Medidas de Proteção As medidas de proteção contra os choques elétricos podem ser classificadas como Medidas de Proteção Ativas Ocorrerá o seccionamento automático da alimentação visando impedir que uma tensão de contato se mantenha por um tempo que possa resultar em risco de efeito fisiológico perigoso para as pessoas ou animais domésticos Medidas de Proteção Passivas Visam limitar o valor da corrente elétrica que possa atravessar o corpo humano através de um eficiente aterramento das massas bem como impedir através da isolação das partes vivas de colocação de barreiras de obstáculos e de distanciamento o contato com as partes energizadas Prof Ozenir Dias 33 CHOQUES ELÉTRICOS Proteção contra Contatos Diretos ou Proteção Básica As prescrições da NBR 5410 para a proteção contra contatos diretos estão resumidas na Tabela abaixo Prof Ozenir Dias 34 CHOQUES ELÉTRICOS Proteção contra Contatos Diretos Tipos Proteção por Isolação Deve impedir o contato com as partes vivas da instalação através de uma isolação que somente possa ser removida com a sua destruição Proteção por meio de barreiras ou invólucros Visa impedir todo contato com as partes vivas da instalação elétrica Prof Ozenir Dias 35 CHOQUES ELÉTRICOS Proteção contra Contatos Diretos Tipos Proteção por Obstáculos Partes vivas são confinadas em compartimentos onde só permitido acesso a pessoas autorizadas Proteção por colocação fora de alcance Consiste em instalar os condutores energizados a uma alturadistância fora de alcance das pessoas e animais Prof Ozenir Dias 36 CHOQUES ELÉTRICOS Proteção contra Contatos Diretos Tipos Proteção adicional por dispositivo de proteção à corrente diferencial residual dispositivo DR É recomendada a utilização de dispositivos DR de alta sensibilidade com corrente diferencial residual nominal igual ou inferior a 30 mA A utilização do dispositivo DR não dispensa de forma algum o emprego de uma das medidas de proteção anteriormente citadas Os dispositivos à corrente diferencialresidual DR constituemse no meio mais eficaz de proteção das pessoas e animais contra choques elétricos Prof Ozenir Dias 37 CHOQUES ELÉTRICOS Proteção contra Contatos Indiretos ou Proteção Supletiva As prescrições da NBR 5410 para a proteção contra contatos indiretos estão resumidas na Tabela abaixo Prof Ozenir Dias 38 CHOQUES ELÉTRICOS Proteção contra Contatos Indiretos ou Proteção Supletiva Proteção por seccionamento automático da alimentação Para aterramento TN podese utilizar os seguintes equipamentos de seccionamento dispositivos de proteção a sobrecorrente dispositivos de proteção a corrente diferencialresidual dispositivos DR Não se admite na variante TNC do esquema TN que a função de seccionamento automático visando proteção contra choques elétricos seja atribuída aos dispositivos DR Para aterramento TT O seccionamento automático visando proteção contra choques elétricos devem ser usados dispositivos a corrente diferencialresidual dispositivos DR Para aterramento IT O seccionamento automático visando proteção contra choques elétricos na ocorrência de uma segunda falta podem ser usados os seguintes dispositivos de proteção Dispositivos de proteção a sobrecorrente dispositivos de proteção a corrente diferencialresidual dispositivos DR Prof Ozenir Dias 41 CHOQUES ELÉTRICOS Proteção por empregos de equipamentos da classe II dupla isolação ou isolação equivalente Equipamentos que possuam isolação dupla de fábrica ou que possuam apenas a isolação básica recebem por ocasião de sua instalação uma isolação suplementar Estes equipamentos deverão ser marcados com os símbolos e não devem ter suas massas conectadas a condutores de proteção pois a sua isolação já constitui a própria segurança Ex furadeiras esmerilhadeiras etc Prof Ozenir Dias CHOQUES ELÉTRICOS Proteção contra Contatos Indiretos ou Proteção Supletiva Proteção em locais não condutores As paredes e pisos consideradas isolantes devem apresentar em qualquer ponto a seguinte resistência mínima 50 kΩ se a tensão nominal da instalação não for superior a 500 V ou 100 kΩ se a tensão nominal da instalação for superior a 500 V Exemplos pisos de madeira ou préfabricados revestidos de materiais isolantes não removíveis divisórias constituídas de painéis e elementos de fixação de materiais isolantes e etc Proteção por ligações equipotenciais não aterradas Nestes locais devem ser atendidas simultaneamente as seguintes condições Todas as massas e elementos condutores simultaneamente acessíveis devem ser interligados por condutores de equipotencialidade A ligação equipotencial não deve ter qualquer ligação com a terra seja diretamente seja por intermédio de massas ou de elementos condutores Prof Ozenir Dias 44