Aterramento

(1)

Universidade Federal de Pernambuco

Tarefa 1

– –

Leonardo Cassimiro Carneiro da Cunha

11

11_–_– Quais são as funções do aterramento? Quais são as funções do aterramento?

Atenuar choques elétricos que podem ser submetidos a seres vivos proporcionando um Atenuar choques elétricos que podem ser submetidos a seres vivos proporcionando um caminho de baixa impedância para a corrente de f

caminho de baixa impedância para a corrente de falta;alta;

Drenar para a terra as correntes de devido a descarga atmosférica de forma segura para os Drenar para a terra as correntes de devido a descarga atmosférica de forma segura para os seres vivos e edificações;

seres vivos e edificações;

Proporcionar um caminho para a circulação das correntes de falta para terra de forma a Proporcionar um caminho para a circulação das correntes de falta para terra de forma a garantir à atuação correta da proteção;

garantir à atuação correta da proteção;

Porporcionar um referencial para a terra de baixa impedância para a operação adequada de Porporcionar um referencial para a terra de baixa impedância para a operação adequada de equipamentos eletrônicos;

equipamentos eletrônicos;

Drenar para a terra a eletricidade estática que pode vir a causar danos a equipamentos Drenar para a terra a eletricidade estática que pode vir a causar danos a equipamentos eletrônicos. Reduzir as sobretensões temporárias causad

eletrônicos. Reduzir as sobretensões temporárias causadas por faltas para as por faltas para a terra nas fases sadias;a terra nas fases sadias; Proporcionar o escoamento para a terra de sobretensões transitórias de manobra;

Proporcionar o escoamento para a terra de sobretensões transitórias de manobra;

Reduzir as inteferências produzidas pelos campos elétricos em circuitos de medição, Reduzir as inteferências produzidas pelos campos elétricos em circuitos de medição, proteção, com

proteção, comando e controle;ando e controle;

20

20_–_– Quais são as vantagens e desvantagens dos sitemas elétricos isolados? Quais são as vantagens e desvantagens dos sitemas elétricos isolados?

Vantagens: Um risco menor de choque elétrico por contato direto e indireto devido a Vantagens: Um risco menor de choque elétrico por contato direto e indireto devido a proteção

proteção extra extra do do sistema sistema isolado isolado (um (um retorno retorno de de alta alta impedância, impedância, diminuindo diminuindo a a corrente).corrente). Melhor garantia da continuidade do suprimento de energia. Redução e eliminação do ruído Melhor garantia da continuidade do suprimento de energia. Redução e eliminação do ruído (presente em sistemas aterrados).

(presente em sistemas aterrados).

Desvantagens: Não existe passagem na corrente de sequência zero. As sobretensões devido a Desvantagens: Não existe passagem na corrente de sequência zero. As sobretensões devido a carga estática não são descarregad

carga estática não são descarregadas na terra. No as na terra. No caso de uma falta de neutro as caso de uma falta de neutro as outras duas fasesoutras duas fases terão uma elevação de tensão de fase para tensão

terão uma elevação de tensão de fase para tensão de linha, podendo dafinicar os equipamentos.de linha, podendo dafinicar os equipamentos.

21

21_–_– Quais são as vantagens e desvantagens do sistema elétrico aterrado? Quais são as vantagens e desvantagens do sistema elétrico aterrado?

Vantagens: Bom controle da sobretensão transitória entre o neutro e o terra. Permite que o Vantagens: Bom controle da sobretensão transitória entre o neutro e o terra. Permite que o usuário localize faltas facilmente. Pode suprir cargas de linha-neutro.

usuário localize faltas facilmente. Pode suprir cargas de linha-neutro.

Desvantagens: Riscos consequentes da formação de arco. Requer a compra e a instalação de Desvantagens: Riscos consequentes da formação de arco. Requer a compra e a instalação de um caro disjuntor principal. Interrupção não planejada do processo de produção. Dano severo um caro disjuntor principal. Interrupção não planejada do processo de produção. Dano severo potencial

potencial a a equipamentos equipamentos durante durante uma uma falta. falta. Altos Altos valores valores de de corrente corrente de de falta. falta. Uma Uma faltafalta monofásica pode provavelmen

monofásica pode provavelmente tornar-se trifásica. Cria te tornar-se trifásica. Cria problemas com o sistema primário.problemas com o sistema primário.

3

3_–_– Explique como o aterramento é essencial para evitar grandes prejuízos nas instalações Explique como o aterramento é essencial para evitar grandes prejuízos nas instalações elétricas.

(2)

O aterramento serve para que um sistema opere adequadamente com um desempenho seguro da proteção. Nas instalações elétricas, ele pode drenar para a terra a eletricidade estática que pode vir a causar danos a dispositivos eletrônicos, pode reduzir as sobretensões temporárias produzidas por faltas para a terra.

29_– Explique como uma descarga atmosférica drenada para o solo pode causar riscos a população. O que trata a NBR 5419/2014? Porque ela trata do aterramento de uma edificação?

Altas correntes da descarga são drenadas para o solo, e resultam em sobretensões. Se essas correntes não forem drenadas corretamente, podem ocorrer tensões de toque (tensão entre a mão que toca o material metálico e o solo) e de passo (tensão entre os pés do indivíduo) bastante elevadas, que serão perigosas para os quem transitar na area. A NBR 5419/2014 fixa as condições exigíveis ao projeto, instalação e manutenção de sistemas de proteção contra descargas atmosféricas (SPDA) de estruturas comuns, utilizadas para fins comerciais, industriais, agrícolas, administrativos ou residenciais, bem como de pessoas e instalações no seu aspecto físico dentro do volume protegido. O aterramento de uma edificação é uma forma de proteção contra descargas atmosféricas que podem atingir a edificação trazendo riscos para pessoas em contato com esta, e esse aterramento também é tratado pela norma.

5_– Porque todo material condutor deve estar aterrado numa edificação? Dê exemplos de massa e elemento condutor estranho à instalação. Conceitue elemento condutor estranho a instalação.

Se uma das três fases de um sistema elétrico não aterrado entrar em contato com a terra, intencionalmente ou não, nada ocorre. Nenhum disjuntor desliga o circuito, nenhum equipamento para de funcionar porque a ausência de um aterramento intencional do sistema não fecha o circuito com o curto para que a proteção possa identificar a existência da falta. Dessa forma, caso um indivíduo ou um animal encoste em um material condutor da instalação que esteja energizado indevidamente por uma falta, fechará o circuito e, portanto, sofrerá a corrente de curto-circuito. Assim, principalmente para criar esse referencial visando a proteção dos seres vivos, todo material condutor deve estar aterrado.

Exemplos de massa são a carcaça de um motor, o tanque de um transformador. Exemplos de um elemento condutor estranho à instalação são tubulação metálica de gás, grade de proteção, tubulação metálica de ar condicionado.

Elemento condutor estranho à instalação é toda parte condutora que não faz parte da instalação elétrica, porém que pode vir a ser eventualmente energizada.

16_– Por que o aterramento é fundamental para a atuação correta e seletiva da proteção dos sistemas elétricos?

Porque o aterramento funciona como uma vazão da corrente de curto circuito (sobrecarga) de um sistema elétrico, fundamental para o funcionamento de dispositivos de proteção que trabalham com a diferença entre a corrente de ida e volta. Se um circuito apresentar um defeito

(3)

quanto a isso o dispositivo de proteção irá atuar imediatamente, sem por a vida de ninguém em risco.

17_– Como o aterramento pode reduzir as sobretensões temporárias produzidas por faltas para a terra nas fases sadias? Explique.

Para sistemas de potência de alta tensão (SEP), a prática mais comum é a de aterrar o neutro solidamente, o que é vantajoso para a isolação bem como para a aplicação de para-raios nestes sistemas. A isolação dos SEP é um dos itens de maior peso no seu custo e geralmente é definida pelas sobretensões que podem ocorrer nos mesmos, entre as quais são importantes aquelas que

ocorrem durante períodos de falta à terra, que são classificadas como “sobretensões transitórias” e “sobretensões temporárias”. Ambos os tipos são controlados pelo aterramento do neutro.

Outro motivo para se adotar sistema solidamente aterrado nos SEP, se prende à facilidade de detecção da falta fase-terra, uma vez que, com o sistema solidamente aterrado, obtemos baixo valor da impedância de sequência zero, que é importante fator de controle do valor do curto fase-terra. A presença de impedância proposital no neutro dos SEP, somada com as impedâncias naturais de retorno do curto fase-terra, principalmente das resistências de pé de torre das linhas de transmissão, pode reduzir significativamente o valor do curto em questão, e comprometer a operação de proteções 61 Apoio importantes, como a dos relés de distância de falta fase-terra.

1 _– O que é aterramento? Se os primeiros sistemas foram isolados porque os sistemas elétricos hoje são aterrados?

O aterramento insuficiente não só contribui para um tempo de inatividade desnecessário, mas a falta de aterramento é também perigosa e aumenta o risco de falhas de equipamentos. Sem um sistema de aterramento eficaz, estaríamos expostos ao risco de choque elétrico, sem falar nos erros de instrumentação, problemas de distorção harmônica, problemas no fator de energia e diversos outros possíveis dilemas intermitentes. Se as correntes de fuga não tiverem um caminho para o solo com um sistema de aterramento corretamente projetado e mantido, elas passarão por caminhos não planejados, que podem incluir pessoas. No entanto, um bom aterramento não é só seguro, ele também é usado para evitar danos às plantas e equipamentos industriais. Um bom sistema de aterramento aumentará a confiabilidade do equipamento e reduzirá a probabilidade de danos causados por raios ou correntes de fuga. Bilhões são perdidos todos os anos devido a incêndios elétricos no local de trabalho. Esse valor não abrange os custos de litígios relacionados e a perda de funcionários e da produtividade corporativa.

27_– Explique como uma descarga atmosférica drenada para o solo pode causar riscos a população.

Uma descarga atmosférica drenada para o solo significa que as altas correntes da descarga são drenadas no solo, as quais resultam em sobretensões. Se uma malha de terra não for bem dimensionada para drenar essa corrente, essas sobretensões resultarão em tensões de toque (tensão entre a mão do individuo que está tocando em um material metálico e o solo) e de passo (tensão entre os pés de um indivíduo) elevadas, as quais são perigosas para uma pessoa que possa transitar pela área.

(4)

24 _– Como se evita os problemas de eletricidade estática no manuseio de circuitos eletrônicos?

A eletricidade estática é uma carga elétrica causada por um desbalanceamento dos elétrons na superfície de um material. Essa carga produz um campo elétrico que pode afetar outros objetos a distância. Esse campo elétrico pode ser sentido por quem manuseia circuitos eletrônicos. Para se evitar esses problemas, o material condutor pode ser aterrado por conexão direta a terra (aterramento) ou por ligação com outro condutor que já está conectado a terra (equalização).

13_– Por que o aterramento é essencial num SPDA? Quais são as preocupações relevantes do aterramento de um SPDA?

O aterramento em um sistema de proteção contra descargas elétricas serve para drenar para a terra as correntes devidas a descargas atmosféricas, de forma segura para os seres vivos e para as edificações.

28 - Para a situação apresentada na figura 2 explique como o aterramento poderia ter salvo a vida dessa pessoa. Como ela poderia ter evitado o ocorrido?

Houve um acúmulo de carga na geladeira, ficando esta energizada. Quando Ednalva tocou a geladeira, recebeu a descarga. Um aterramento adequado teria drenado esse excesso de carga para a terra. O choque provavelmente foi agravado devido ao ambiente molhado em que Ednalva

se encontrava, já que estava lavando a geladeira, o que diminuiu a resistência e provocou um aumento da corrente que passou pela moça. O uso de um sapato aumentaria a resistência e diminuiria a corrente que ela receberia.

31 - Resumo do artigo.

Sistema de aterramento e proteção contra raios utilizando ferragens do concreto armado

A primeira utilização das armaduras do concreto como aterramento data de 1941, em um sistema idealizado pelo engenheiro Herb Ufer em Tucson, no Arizona, EUA, e tinha como objetivo proteger contra descargas atmosféricas e eletricidade estática. Após uma inspeção, anos mais tarde, Ufer concluiu que as armaduras promoviam uma menor e mais consistente resistência de aterramento que as próprias hastes.

Desde então, os aterramentos utilizando as armaduras das fundações como eletrodos de aterramento, e a proteção contra descargas atmosféricas pelo método gaiola de Faraday utilizando as estruturas metálicas e as armaduras de concreto, são práticas mundialmente consagradas há 65 anos. Isso foi inclusive reconhecido por importantes normas e recomendações publicadas ao longo desse período, como as normas brasileiras NBR 5419 e NBR 5410 e a

norma internacional IEC 61024-1-2.

(5)

Fundações: Uma vez que o concreto sob o nível do solo mantém sempre um certo grau de

umidade, tem resistividade baixa, muitas vezes menor que a do solo no qual será construída a edificação. O uso das ferragens da fundação também diminui as variações de tensão durante a dissipação das correntes associadas às descargas atmosféricas para o solo, isso diminui as diferenças de potencial de passo e de toque.

Pilares, vigas e lajes: Com o uso das armações do concreto destes elementos, diminuem-se

campos eletromagnéticos internos à edificação, reduzindo forças eletromotrizes induzidas e interferências prejudiciais a pessoas e equipamentos eletrônicos.

Cuidados e restrições

Para se utilizarem as armaduras de concreto, deve-se garantir continuidade elétrica entre os extremos da armadura, de modo que por meio de medições com o instrumento adequado, se obtenha um valor de resistência de contato elétrico de no máximo 1Ω. Para isso deve-se utilizar

um miliohmímetro ou microohmímetro de quatro terminais (configuração Kelvin), que faz circular uma corrente com valor de no mínomo 1A entre os pontos extremos da armadura sob ensaio. O processo de medição está descrito no anexo E2 da NBR 5419/05.

Para garantir a continuidade pode se utilizar solda entre as armaduras; o recobrimento das armaduras eventualmente expostas durante a instalação pode ser feito com concreto; as armaduras não devem entrar em contato com o solo para evitar corrosão; a interligação das armaduras aos sistemas de aterramento compostos por cabos de cobre deve ser executada com o uso de solda exotérmica ou solda elétrica com eletrodos específicos. Quando utilizadas para fins de equalização e/ou aterramento em instalações de baixa tensão, as armaduras de concreto não podem substituir os condutores de proteção (PE) em hipótese alguma.

Não se pode também permitir a circulação de correntes de curto com duração elevada pelas armaduras, pois isso pode causar danos às próprias ferragens e ao concreto. Por fim, cabe ressaltar que não é permitida a utilização das armaduras componentes de estruturas pré-moldadas protendidas como componentes de sistemas de proteção contra descargas atmosféricas.

Execução do sistema

Devem-se prever durante o projeto, pontos acessíveis, interligados com as demais armaduras constituintes dessas estruturas. Esses pontos devem ser disponibilizados externamente aos diversos componentes pré-moldados, possibilitando que estes sejam interligados após sua montagem final, de modo a formar uma gaiola de Faraday.

Estudos de caso Abrigo (house) ferroviário

É possível aplicar a técnica de utilização das ferragens das colunas e lajes para formar uma gaiola de Faraday e as armaduras das fundações como aterramento em abrigos ferroviários, onde geralmente se necessita de uma dissipação eficiente das correntes associadas às descargas atmosféricas. No caso citado no artigo, uma malha de referência de sinal (MRS) foi devidamente projetada e instalada com o objetivo de obter um plano de referência de terra o mais constante possível para os equipamentos sensíveis.

Uso de condutores em forma de fita

A configuração dos sistemas de aterramento, seu comprimento e o formato dos condutores utilizados são de suma importância para a obtenção de ma baixa impedância. Para os tipos de

(6)

aterramento da figura 15 do artigo, deve-se procurar obter valores baixos de indutância e resistência, e valores elevados de condutância e capacitância. Isso é conseguido modificando-se o formato, o comprimento e a configuração dos condutores de aterramento – por exemplo com a

utilização de fita de cobre nu de comprimento convenientemente dimensionado.

O uso de condutores em forma de fita aumenta a capacitância, reduzindo a indutância e a impedância final do condutor. Quando as fitas estiverem enterradas, como é o caso dos aterramentos de um SPDA, a condutância pode ser aumentada efetuando-se o tratamento do solo com produtos não-lixiviáveis, normalmente à base de bentonita.