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O aterramento deve estar presente no SPDA, nas instalações de energia e de sinal com o objetivo de escoar para a terra correntes elétricas indesejáveis que eventualmente surgem nestes locais, causando a menor perturbação possível nos arredores.

Aterramento é um componente fundamental dentro de uma instalação, para se proteger contra choque elétrico, descargas atmosféricas, sobretensões em sistemas de energia e de sinais, em linhas de telecomunicações, proteção contra descargas eletrostáticas, etc. É usual o estudo de cada uma destas áreas de forma distinta, o que em muitas situações leva a um entendimento equívoco do seu conceito: o de que devemos prever um sistema de aterramento para cada disciplina. Para efeito de estudo e compreensão dos fenômenos é conveniente a separação, porém para o sucesso real e efetividade das instalações, proteção das pessoas e equipamentos deve existir apenas um sistema de aterramento, o qual atenda todas as prescrições normativas de forma simultânea (PAULO FERNANDO COSTA, 2013, p. 138-139).

A obrigatoriedade do sistema de aterramento e a forma correta de se projetar e executar é conteúdo de diversas normas do setor elétrico. A NBR 5410 (2004) define que toda a instalação deve dispor de uma infraestrutura de aterramento, denominada “eletrodo de aterramento”. Preferencialmente que o eletrodo de aterramento seja a própria armadura de concreto das fundações, ou utiliza-se fitas, barras ou cabos metálicos imersos no concreto. Pode também ser malhas metálicas enterradas no nível da fundação, cobrindo a área da edificação e complementadas por hastes verticais e/ou cabos dispostos de forma radial. No mínimo deve ser previsto uso de um anel metálico enterrado, circulando o perímetro da edificação e complementado quando necessário por hastes ou cabos radiais.

Quando se tratar da dispersão de correntes de descargas atmosféricas, deve se buscar a menor resistência de aterramento possível, compatível com o arranjo do eletrodo, topologia e resistividade do solo no local. Uma única infraestrutura de aterramento é a solução mais recomendada, isto é, o eletrodo de aterramento deve ser comum para a proteção contra descargas atmosféricas, sistemas de energia elétrica e sinal (telecomunicação, TV, etc.) (ABNT NBR 5419-3, 2015).

São três os esquemas de aterramento principais (TN, TT e IT), e suas respectivas variações. Os esquemas de aterramento apresentados devem sempre ser interpretados como genéricos, são baseados em sistemas trifásicos e as massas indicadas representam um número qualquer de equipamentos elétricos. Uma instalação pode conter mais de uma edificação, e neste caso as massas de uma mesma edificação devem obrigatoriamente estar conectada ao

mesmo eletrodo de aterramento. Cada edificação pode ter seu respectivo eletrodo de aterramento (ABNT NBR 5410, 2004).

Figura 48 - Símbolos de aterramento conforme NBR 5410

Fonte: (ABNT NBR 5410, 2004, p. 14)

Os esquemas de aterramento são distinguidos por letras, por exemplo: TN-C, TN-S, TN-C-S e para sua correta compreensão, deve-se entender o que cada letra representa:

 Primeira letra T corresponde à um ponto diretamente aterrado;

 Primeira letra I corresponde à isolação de todas as partes vivas em relação à terra ou aterramento de um ponto através de impedância;

 Segunda letra T corresponde às massas diretamente aterradas (independente do aterramento de um ponto da instalação);

 Segunda letra N corresponde às massas ligadas ao ponto de alimentação aterrado (normalmente este o ponto neutro);

 As outras letras (C e S) tem relação a disposição do condutor neutro (N) com relação ao condutor de proteção (PE). Com S, a função de neutro e proteção é em condutores separados. Com C, função de neutro e proteção no mesmo condutor, formando o PEN. O esquema TN possui um ponto de alimentação diretamente aterrado e as massas ligadas a este ponto através dos condutores de proteção. Na Figura 49, o esquema é o TN-S, onde o condutor de proteção é distinto do condutor neutro ao longo de toda instalação.

Neste esquema o neutro está diretamente aterrado, as massas são ligadas diretamente ao condutor neutro, ou através do condutor de proteção. Se o condutor neutro também servir de condutor de proteção, levará o nome de PEN (FINDER, 2012, p. 35).

Figura 49 - Esquema TN-S

Fonte: (ABNT NBR 5410, 2004, p. 15)

A Figura 50 apresenta o esquema de aterramento TN-C-S, onde o condutor de proteção está combinado com o condutor neutro em um trecho da instalação, posteriormente tornam-se distintos.

Figura 50 - Esquema TN-C-S

Fonte: (ABNT NBR 5410, 2004, p. 15)

A Figura 51 apresente o esquema de aterramento TN-C, onde as funções de neutro e proteção estão combinadas no mesmo condutor ao longo de toda a instalação.

Figura 51 - Esquema TN-C

O esquema de aterramento TT possui um ponto da alimentação diretamente aterrado, geralmente o condutor neutro. As massas da instalação são aterradas de forma direta, isto é, com eletrodos de aterramento distintos. Ainda, o aterramento das massas pode ser feito de duas maneiras, a primeira tendo um ponto de aterramento e todas as massas sendo interligadas através deste ponto pelo condutor de proteção, conforme Figura 52, e a segunda opção, tendo um eletrodo de aterramento para cada massa, conforme a Figura 53.

Figura 52 - Esquema TT (forma 1)

Fonte: (ABNT NBR 5410, 2004, p. 16)

Figura 53 - Esquema TT (forma 2)

Fonte: (ABNT NBR 5410, 2004, p. 16)

O esquema de aterramento IT prevê que todas as partes vivas devam estar isoladas do terra, ou apenas um ponto da alimentação esteja aterrado através de uma impedância. As massas da instalação são aterradas em características semelhantes ao do esquema de aterramento TT.

As massas são ligadas à um terra local. É um sistema utilizado para instalações com requisitos específicos de continuidade de operação, por exemplo em industrias onde a operação não pode ser interrompida de forma alguma.

Na primeira falha, o sistema IT passa a ser um TN ou TT (dependendo da configuração) e o sistema continua funcionando corretamente. Em caso de falhas, o PE assume o potencial da fase defeituosa, o que não é um problema neste caso, uma vez que todas as partes possíveis de serem tocadas simultaneamente assumem o mesmo potencial (FINDER, 2012, p. 37).

Figura 54 - Esquema IT sem aterramento do neutro

Fonte: (ABNT NBR 5410, 2004, p. 16)

Figura 55 - Esquema IT com aterramento do neutro através de impedância

Figura 56 - Esquema IT com massas aterradas de forma distinta

Fonte: (ABNT NBR 5410, 2004, p. 17)

Figura 57 - Esquema IT com massas aterradas no mesmo eletrodo

Fonte: (ABNT NBR 5410, 2004, p. 17)

Figura 58 - Esquema IT com massas aterradas interligadas com a alimentação

Para subsistemas de aterramento, quando não se utilizar a própria estrutura metálica das fundações como eletrodo, a solução a se adotar consiste em um condutor em anel, externo a estrutura a ser protegida, mantendo contato com o solo em pelo menos 80% de seu comprimento. Estes eletrodos de aterramento podem também ser em forma de malha de aterramento. (ABNT NBR 5419-3, 2015)

Segundo a NBR 5419-4 (2015)aterramento e equipotencialização para serem adequados, devem estar em um sistema combinado, isto é, o subsistema aterramento e o subsistema malha de equipotencialização. Tanto o eletrodo em anel, em torno da estrutura, quanto eletrodos naturais devem ser interligados.

Figura 59 - Sistema de aterramento em forma de malha de uma planta

Fonte: (ABNT NBR 5419-4, 2015, p. 17)

Ocorrem situações especiais, onde há dois sistemas de aterramento em uma mesma planta. Para estas situações os sistemas devem ser equipotencializados igualmente, podendo a

equipotencialização ser feita através de vários condutores de equipotencialização, em paralelo, cabos instalados em duto de concreto, eletroduto metálico contínuo (aterrados nos dois sistemas de aterramento) e ainda através da malha de blindagem, quando se utilizar cabos blindados.

Nas situações onde a equipotencialização direta não for conveniente por uma razão técnica, pode ser utilizado um DPS no limite da ZPR para interligar as duas áreas.

Figura 60 - Interligação de partes condutoras para equipotencialização

Figura 61 - Métodos de ligação de partes construtivas para equipotencialização

Fonte: (ABNT NBR 5419-4, 2015, p. 20)

Na configuração S, apresentada na Figura 60, todos os componentes metálicos devem estar isolados do sistema de aterramento, havendo apenas um ponto de conexão à barra de equipotencialização. Nesta configuração todas as linhas entre equipamentos individuais devem correr de forma paralela até o ponto de referência do aterramento (ERP). A configuração S é recomendada em situações onde os sistemas internos estão localizados em zonas relativamente pequenas e as linhas em geral entram na ZPR por um mesmo ponto.

A configuração M, também é apresentada na Figura 60, e nesta os componentes metálicos não precisam estar isolados do sistema de aterramento, mas sim interligados em múltiplos pontos (ABNT NBR 5419-4, 2015).

4 EXEMPLOS COTIDIANOS PARA APLICAÇÃO DE DISPOSITIVOS

DE PROTEÇÃO CONTRA SURTOS

Este capitulo tem como objetivo abordar situações de aplicação de Dispositivos de Proteção contra Surtos - DPS na prática. Para isto será realizado uma análise técnica, tomando como base um projeto agroindustrial desenvolvido pela empresa Fockink, Sistemas Eletromecânicos num período compreendido entre os anos de 2014 e 2015, em uma unidade agroindustrial de recebimento e armazenagem de cereais, cliente Fockink.

A análise tem como premissa indicar os melhores pontos para a instalação de dispositivos de proteção contra surtos, o tipo de dispositivo de dispositivo à ser utilizado e as características técnicas que o modelo deve atender.

Figura 62 - Unidade de Recebimento de Grãos Agroindustrial

Fonte: (KAJIWARA ENGENHARIA)

O projeto analisado é de instalações elétricas em geral e rede de dados, composto pelas seguintes pranchas:

1. ANEXO I – INSTALAÇÃO DE ATERRAMENTO E SPDA; 2. ANEXO II – INSTALAÇÃO DE CABOS GERAIS;

3. ANEXO III – INSTALAÇÃO REDE DE DADOS.

As pranchas nos trazem informações importantes como a rota dos cabos, posições das malhas de aterramento e posicionamento dos quadros de distribuição e automação e controle.

Neste projeto há diversos quadros, segregados em quadro principal, quadros secundários e quadros terminais e quadros de automação e controle. Dentro dos quadros há equipamentos elétricos e eletrônicos instalados, bem como os sistemas de proteção para circuitos de

iluminação e tomadas em geral e sistema de acionamento de motores. A instalação dos dispositivos de proteção contra surtos também ocorre nestes quadros.

Ao todo este projeto possui treze quadros elétricos, sendo um quadro de transferência rede-gerador, um quadro de distribuição principal e acionamento de motores, nove quadros terminais, para proteção de circuitos de iluminação e tomadas de uso geral, dois quadros com instrumentação e sistema de automação da unidade de recebimento. Como objeto de estudo escolhemos cinco quadros com componentes elétricos, sendo:

1. Quadro de distribuição principal – QGBT/CCM-01; 2. Quadro de distribuição secundário – QDFL-A. 3. Quadro de distribuição secundário – QDFL-C 4. Quadro de instrumentação e automação – CLP-01; 5. Quadro de instrumentação e automação – REM-01;

Os quadros elétricos estão interligados uns aos outros conforme diagrama de instalações de cabos gerais (Anexo II), ou de forma resumida conforme Figura 63:

Figura 63 - Diagrama Unifilar Simplificado

Fonte: O autor.

Todos os sistemas de instalações elétricas, equipamentos elétricos e eletrônicos em geral, presentes neste projeto e que gostaríamos de proteger contra os surtos de tensão e as descargas atmosféricas estão instalados nos quadros elétricos, ou são alimentados através de circuitos com origem nestes quadros elétricos.

Como pressuposto para a análise da especificação dos dispositivos contra surtos, parte- se do princípio de que esta instalação já possui o sistema de proteção contra descargas atmosféricas, SPDA em pleno acordo com a NBR5419/2015, atendendo à um nível de proteção

NP = III. Esta condição se faz essencial neste caso, pois objetivo é a análise técnica para obter

proteção satisfatória contra surtos de tensão e descargas atmosféricas, indicando as características técnicas dos dispositivos, possibilitando sua escolha e os melhores pontos para a instalação destes.

Para especificar um dispositivo de proteção contra surtos começamos verificando a região geográfica da obra. Assim pode-se determinar a incidência de raios nesta região, e comparar este valor com os apresentados na Tabela 8. Com base na comparação destas duas informações definimos a necessidade de adotar medidas de proteção contra surtos. Em seguida, checamos o valor da tensão nominal de operação da rede, o sistema de aterramento adotado e como os dispositivos de proteção estarão conectados à rede de energia com relação ao neutro. As técnicas de ligação e a melhor opção em cada situação está definido no subcapitulo 3.3 na página 76. Definidas estas informações, devemos consultar a Tabela 2 e definir o valor da tensão de operação continua do DPS. O nível de proteção (Up) é definido na Tabela 3, com referência no valor da tensão nominal de operação e na categoria do produto. A categoria do produto é de simples definição, basta identificar onde o DPS será instalado, se é na entrada da instalação, em circuitos de distribuição, circuitos terminais, etc. Toma-se nota do valor da tensão de impulso suportável, requerida.

Deve-se determinar a máxima corrente que o dispositivo é capaz de suportar, está é definida através do valor de corrente de curto-circuito no ponto em que se deseja instalar o DPS. Escolher um dispositivo com capacidade igual ou superior que o valor da corrente de curto- circuito no ponto de instalação.

Em termos de corrente elétrica ainda devemos observar as grandezas corrente nominal de descarga e/ou corrente de impulso, dependendo do ponto em análise. Para o valor da corrente nominal de descarga podemos tomar como parâmetro os sugeridos na definição de In, conforme subcapitulo 2.4.4.1 na página 39. A corrente de impulso pode ser definida com base nos parâmetros sugeridos no subcapitulo 2.4.4.1 da página 39, mas o recomendável é que seu valor seja definido através de cálculos.

A classe do dispositivo de proteção é definida em função do local de instalação do dispositivo, dos elementos construtivos do quadro de distribuição, e características de instalação como: instalação do quadro abrigada ou ao tempo, rota do cabo geral (alimentador do quadro), existência de dispositivo protetor de surtos na fonte de alimentação deste quadro. No caso de

ser o quadro de distribuição principal, a definição da classe ficará atrelada a presença ou não de um sistema de proteção contra descargas atmosféricas - SPDA na planta.

Em linhas gerais, quando existir SPDA na edificação, será necessário instalar DPS Classe I e talvez o Classe II no quadro principal e DPS Classe II nos painéis secundários. Tratando-se de grandes instalações, o cabo geral que alimenta o quadro secundário pode eventualmente passar por um trecho desprotegido, ou ser relativamente extenso, nestes casos, a instalação de um dispositivo Classe I e um Classe II nos quadros secundários e terminais não pode ser descartada. Se existir equipamentos sensíveis instalados e/ou alimentados através do quadro terminal, poderá ser instalado um DPS Classe III o mais próximo possível ao equipamento a proteger.

Após definido o modelo do DPS adequado para cada ponto da instalação, é necessário escolher uma proteção (disjuntor ou fusível) para o dispositivo de proteção contra surtos. A capacidade de interrupção de corrente deve ser compatível com a capacidade de interrupção no ponto da instalação e também totalmente coordenado com o DPS. O fabricante deve garantir esta coordenação e fornecer uma lista de escolha para os quais os testes foram realizados.

Indicadores de fim de vida útil informam ao usuário que o DPS não está mais apto a proteger a instalação. A indicação de fim de vida útil é fornecida por um indicador (luminoso ou mecânico) no frontal do DPS. Esta função geralmente é exigida pelas normas de instalação.