Instalações Elétricas Prediais e Industriais – I (TE344)
Aula 24 - Aterramento
P R O F. D R . S E B A S T I Ã O R I B E I R O J Ú N I O R
Introdução
Em Física, um terra elétrico é um sistema idealizado, capaz de fornecer ou absorver a quantidade de carga elétrica (partículas carregadas) que se fizer(em) necessária(s) à situação sem alterar quaisquer de suas propriedades elétricas, mostrando-se “sempre“
eletricamente neutro ao ambiente que o cerca.
Em um contexto Ideal
Aterramento elétrico
Em instalações da rede elétrica, um aterramento elétrico descreve um fio ligado diretamente à terra. O fio de aterramento é geralmente colocado no corpo dos equipamentos de metal interligado a um aterramento.
A finalidade do fio é desviar o excesso de corrente elétrica do
equipamento, evitando sobrecargas.
Aterramento elétrico
O aterramento elétrico tem três funções principais:
• Proteger o usuário do equipamento das descargas atmosféricas, através da viabilização de um caminho alternativo para a terra, de descargas atmosféricas;
• “ Descarregar” cargas estáticas acumuladas nas carcaças das máquinas ou equipamentos para a terra;
• Facilitar o funcionamento dos dispositivos de proteção (fusíveis,
disjuntores, etc. ), através da corrente desviada para a terra.
Definições : Terra, Neutro, e Massa
TERRA - O solo terrestre é um semicondutor de eletricidade.
Em certas situações, qualquer corpo que esteja em conexão com a terra terá o potencial desta, ou seja, não haverá diferença de potencial entre eles (corpo e terra), de modo que, não haverá circulação de corrente de um para o outro.
Se um corpo estiver carregado ou sob um potencial diferente da terra, ao ser colocado em contato com ela, ele se descarrega.
Em outras palavras, adquire o mesmo potencial elétrico que a Terra que, por
convenção é de 0 volts.
Definições : Terra, Neutro, e Massa
NEUTRO - Um dos condutores de energia da empresa distribuidora é ligado à terra.
No local onde a energia elétrica é gerada, ao longo das torres de
distribuição, nas subestações e nos transformadores de rua há uma
ligação desse condutor até o solo. Esse condutor é denominado de
neutro.
Definições : Terra, Neutro, e Massa
MASSA - Se o neutro ou o terra for ligado a um chassi de um aparelho de modo que esse chassi de metal sirva como um condutor de corrente, esse chassi será chamado de massa.
Na maioria dos casos, a MASSA de um aparelho coincide com o
terra e o neutro, o que significa que se for tocada nada acontece
em termos de choque.
Definições : Terra, Neutro, e Massa
Ligação de um computador (PC) a rede elétrica.
Tipos de Aterramento
Na NBR 5410 os itens 6.3.3.1.1, 6.3.3.1.2, e 6.3.3.1.3 referem-se aos possíveis sistemas de aterramento que podem ser feitos.
• Esquema TN
• Esquema TT
• Esquema IT
Os três sistemas da NBR 5410 mais utilizados são:
• Sistema TN-S
• Sistema TN-C
• Sistema TT
Tipos de Aterramento
Símbolos
Tipos de Aterramento
Classificação dos esquemas de aterramento é utilizada a seguinte simbologia
- primeira letra – Situação da alimentação em relação à terra:
• T = um ponto diretamente aterrado;
• I = isolação de todas as partes vivas em relação à terra ou aterramento de um ponto através de 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 ao ponto da alimentação aterrado (em corrente alternada, o ponto aterrado é normalmente o ponto 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 (condutor PEN).
Tipos de Aterramento
Sistema TT
Esse sistema é o mais eficiente de todos. Na figura observamos que o neutro é aterrado logo na
entrada e segue (como neutro) até a carga (equipamento). A massa do equipamento é aterrada
com uma haste pró-pria, independente da haste de aterramento do neutro.
Tipos de Aterramento
Sistema TN-S
Na figura temos o secundário de um transformador (cabine primária trifásica) ligado em Y. O
neutro é aterrado logo na entrada, e levado até a carga. Paralelamente, outro condutor
identificado como PE é utilizado como fio terra, e é conectado à carcaça (massa) do
equipamento.
Tipos de Aterramento
Sistema TN-C
Tipos de Aterramento
Sistema TNC-S
Tipos de Aterramento
Sistema IT
- Continuidade (mantém o circuito em funcionamento quando submetido ao primeiro defeito);
- Emprego de dispositivos e técnicas especiais para a sinalização e localização do primeiro defeito.
Procedimentos de Aterramento
• A resistividade do solo
• tipo do solo
• geometria
• constituição da haste de aterramento
• Modelos de distribuição das hastes
Fatores que influenciam o valor da resistência do aterramento:
Procedimentos de Aterramento
Devido a incerteza e a dificuldade na obtenção dos dados, é suficiente que o dimensionamento do aterramento forneça, no minimo as seiguintes indicações:
• Os materiais a utilizar
• A geomotria do eletrodo
• A locação no terreno
Procedimentos de Aterramento
Procedimentos de Aterramento
Eletrodos de Aterramento
• Dependendo da química do solo (quantidade de água, salinidade, alcalinidade, etc.), mais de uma haste pode se fazer necessária para nos aproximarmos desse valor.
Possibilidades de Tratamento:
• tratamento químico do solo
• agrupamento de barras em paralelo
Eletrodos de Aterramento
• A haste de aterramento normalmente são feitas de uma alma de aço revestida de cobre.
• Seu comprimento pode variar de 1,5 a 4,0m. As de 2,5m são as mais utilizadas, pois diminuem o risco de atingirem dutos subterrâneos em sua instalação.
• O valor ideal para um bom aterramento deve ser menor ou igual a 5Ω.
Eletrodos de Aterramento
Os materiais necessários para aterramento residencial são:
• Caixa de inspeção.
• Haste de aterramento de aço cobreado com diâmetro mínimo de 5/8” (15 mm),
revestida de cobre pelo processo de deposição eletrolítica com camada mínima
de 0,254 mm (alta camada) e mínimo de 2,40 m de comprimento
• Conectores do tipo cabo haste ou grampo.
• Condutor na cor verde-amarelo ou verde.
• terminal à pressão.
Eletrodos de Aterramento
Os fios de proteção nas cores verdeou verde-amarelo deve ser instalado de acordo com a NBR 5410.
Eletrodos de Aterramento
Eletrodo em anel
Eletrodos de Aterramento
Malha de aterramento
Eletrodos elementares
Eletrodos elementares
Eletrodos elementares
Elevação de potencial de terra (EPT)
Eletrodos elementares
A superfície esférica
Quando indicamos o raio da esfera pela letra R e o centro da esfera pelo ponto (0,0,0), a equação da esfera é dada por:
x² + y² + z² = R²
A área total da Esfera é dada por:
S
esférico= 4 πR²
Logo em um Eletrodo hemisférico tem-se:
Shemisférico = 2 πR²
Conjunto eletrodo-solo
Variação das tensões geradas no solo pela passagem de corrente em um eletrodo de aterramento
𝑅 ≅ 𝜌 𝑑 2𝜋𝑟𝑙
R – Resistência do solo () 𝜌 - resistividade do solo (.m)
𝑑 – Distancia entre as superfícies A e B (m) 𝑟 – Raio da superfície (m)
𝑙 – Comprimento da haste (cilíndrica) (m)
Simplificação para
definição da resistência de aterramento do conjunto eletrodo-solo.
Esfera de influência de um Eletrodo Simples
Esfera de influência de um Eletrodo Simples
Queda de tensão no solo em função da circulação de corrente elétrica e sua resistividade
Campo elétrico gerado no solo em função da circulação de corrente elétrica no solo
Prof. Luís Nodari UTFPR
Resistência de aterramento em função da tensão
Condutor elétrico equivalente de seção variável.
Eletrodos independentes
Gradientes de Potencial
Gradientes de Potencial
Eletrodos de Aterramento
Haste de aterramento (Tabela 51 NBR 5410)
Materiais comumente utilizáveis em eletrodos de aterramento: Dimensões mínimas do ponto de vista da corrosão e da resistência mecânica, quando os eletrodos forem diretamente enterrados
Eletrodos de Aterramento
Haste de aterramento (Tabela 51 NBR 5410)
Eletrodos de Aterramento
Eletrodos de Aterramento
• Amostras de eletrodos de aterramento preparadas para ensaio de dureza
Eletrodos de Aterramento
• Amostra de supercondutores preparada para ensaio de metalografia
Eletrodos de Aterramento
• Preparação de amostra de barra estatórica com resfriamento interno para ensaio de metalografia.
Acessórios para malha de terra
Tratamento químico do solo
A resistência do terra depende da constituição química do solo, e muitos vezes o aumento de numero de barras de aterramento não consegue diminuir a resistência do aterramento, nisto pode ser aplicado o tratamento químico do solo.
Características dos produtos:
- Não ser tóxico
- Deve reter umidade
- Bom condutor de eletricidade - Ter pH alcalino (não corrosivo) - Não deve ser solúvel em água
Tratamento químico do solo
Tipo de Solo
Os tipos de solo não são claramente definidos.
Podem ser encontrados valores diferentes de resistividade para a mesma variedade de solo de localidades distintas.
Por tanto, não é possível atribuir-se um valor específico de resistividade a um tipo de solo e sim, caracterizar faixas de valores para os diferentes tipos de solo.
Tratamento químico do solo
Umidade do Solo
A resistividade do solo pode variar bastante de acordo com sua
umidade, sendo que o aumento da umidade do solo implica na
diminuição da sua resistividade.
Tratamento químico do solo
Concentração e tipos de sais dissolvidos na água
A resistividade da água é varia de acordo com a quantidade e magnitude dos pelos sais dissolvidos em sua composição. (condição eletrolítica). A resistividade do solo é influenciada pela quantidade e pelos tipos de sais dissolvidos na água retida no mesmo.
Relação entre a quantidade de sal adicionado à um solo arenoso, com umidade de 15% (percentual em peso) e temperatura de 17ºC.
Tratamento químico do solo
• Compacidade do Solo
Um solo mais compacto apresenta uma maior continuidade física, o que proporciona um menor valor de resistividade. O aumento de pressão sobre o solo ocasiona maior compacidade, com redução de sua resistividade.
• Granulometria do solo
Deve-se considerar essa influência da granulometria do solo em dois aspectos:
- capacidade de retenção de água nas camadas do solo;
- continuidade física do solo.
- granulometria maior tende aumentar a resistividade - menor capacidade de retenção de água no solo;
- menor contato entre os grãos resultando em menor continuidade elétrica.
Tratamento químico do solo
Temperatura do Solo
- Temperatura elevada: provoca maior evaporação, diminuindo a umidade do solo, tendendo a aumentar sua resistividade.
- Temperatura muito baixas: água possui alto coeficiente negativo de temperatura, a resistividade tende a crescer para uma diminuição da temperatura.
** Ensaio com variação de temperatura e umidade constante (resultados práticos)
