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Sistemas de Aterramento e SPDA

Sistema de Aterramento.

Fonte: Wikipédia, a enciclopédia livre.
Postado: Eng. Elet. Vanderlei Felisberti

  

Um sistema de aterramento é um conjunto de condutores enterrados, cujo objetivo é realizar o contato entre o circuito e o solo com a menor impedância possível. Os sistemas mais comuns são hastes cravadas verticalmente, condutores horizontais ou um conjunto de ambos.

A forma de aterramento mais completa é a malha de terra, composta de condutores horizontais formando um quadriculado, com hastes cravadas em pontos estratégicos. As malhas são amplamente usadas em subestações. Além das funções descritas anteriormente, as malhas de terra devem assegurar que os níveis de tensão de toque e de passo sejam inferiores ao risco de morte por choque.

O copperweld é um material típico em sistemas de aterramento, consistindo em uma alma de aço revestida por uma camada de cobre. Como formas de conexão são usadas conexões mecânicas e soldas de campo, estas sendo as mais recomendadas.

Um aterramento bem projetado possui uma impedância típica entre um e dez ómios (ou ohms), encontrando-se em grandes subestações valores bem abaixo de um ómio. Em certas locações, como em solos muito secos ou rochosos, é praticamente impossível alcançar estes valores, no qual o projetista deve conviver e traçar alternativas.

A resistência de aterramento é muito dependente da constituição do solo, sua umidade e temperatura, portanto pode apresentar grandes variações ao longo do ano. Ainda, pressões devido a equipamentos pesados e até abalos sísmicos podem romper os cabos do sistema de aterramento, sendo necessário inspeções regulares.

A resistência de aterramento também pode apresentar variações de acordo com a frequência e intensidade das correntes injetadas, como por exemplo, para correntes de corrente contínua, a frequência industrial ou a alta frequência, comunente presentes em descargas atmosféricas. Níveis elevados de energia em um aterramento pode provocar fenômenos de ionização do solo (havendo similaridade ao efeito corona), além do aquecimento natural dos cabos e das juntas.

Esquemas de aterramento.

Segundo a norma brasileira NBR 5410, que trata de instalações elétricas de baixa tensão, existem os seguintes esquemas de aterramento:

  • TN-S – Esquema em que os condutores de proteção elétrica (terra) e neutro encontram-se conectados em um mesmo ponto na alimentação do circuito, porém distribuídos de forma independente por toda a instalação. Este é o esquema amplamente recomendado pelas principais normas internacionais para residências, escritórios e instalações prediais em geral.

  • TN-C-S – Esquema em que os condutores de proteção elétrica (terra) e neutro encontram-se conectados em um mesmo ponto na alimentação do circuito e distribuídos em parte da instalação por um único condutor (que combina as funções de neutro e terra) e em outra parte desta mesma instalação através de dois condutores distintos.

  • TN-C – Esquema em que os condutores de proteção elétrica (terra) e neutro encontram-se conectados em um mesmo ponto na alimentação do circuito e distribuídos por um único condutor, combinando as funções de neutro e terra por toda a instalação.

  • TT – Esquema em que o condutor neutro é aterrado em um eletrodo distinto do eletrodo destinado ao condutor de proteção elétrica. Desta forma as massas do sistema elétrico estão aterradas em um eletrodo de aterramento eletricamente distinto do eletrodo de aterramento da alimentação. Neste esquema é imprescindível a utilização de DPSs e DRs na instalação elétrica. Não recomendado para residências, escritórios ou locais semelhantes.

  • IT – Esquema em que as partes vivas são isoladas da terra ou o ponto de alimentação é aterrado através de uma impedância. As massas são aterradas ou em eletrodos distintos para cada uma delas, ou em um eletrodo comum para todas elas ou ainda partilhar do mesmo eletrodo de aterramento da alimentação, porém não passando pela impedância.

Cargas elétricas.

As cargas elétricas podem ser negativas ou positivas e sempre procuram um caminho para encontrar cargas contrárias. A circulação dessas cargas elétricas, através de uma conexão à terra, evita que a corrente elétrica circule pelas pessoas, evitando que elas sofram choques elétricos. A existência de um adequado sistema de aterramento também pode minimizar os danos em equipamentos, em casos de curto-circuitos.

Todo circuito elétrico bem projetado e executado deve ter um sistema de aterramento. Um sistema de aterramento adequadamente projetado e instalado minimiza os efeitos destrutivos de descargas elétricas (e eletrostáticas) em equipamentos elétricos, além de proteger os usuários de choques elétricos.

Para isto, as tomadas são dotadas de três pinos, dois dos quais são fases ou fase e neutro, e o terceiro, isolado dos primeiros, é o terra. O aspecto físico varia conforme o padrão. Nos Estados Unidos, o padrão é dois pinos chatos e paralelos (fase e neutro) e um pino redondo (terra). Em Portugal, usa-se o padrão alemão em que dois pinos são redondos (fase e neutro) e nos topos há o contacto com a metalização terra. No Brasil, é utilizado um padrão baseado na norma IEC 60906-1, também com todos os pinos redondos, embora diferente do padrão europeu.

Análise comparativa de funcionalidades

Atualmente se verificam diversos equívocos no uso do aterramento elétrico, por exemplo, o uso de aterramento elétrico isolado (esquema TT), que representa um claro perigo de vida para os usuários da instalação e que também coloca em risco os equipamentos. Este esquema de aterramento deve ser utilizado apenas em situações particulares, tais como em locais onde há uma atmosfera inflamável, potencialmente explosiva, e ainda assim com várias restrições e ressalvas.

A ABNT NBR 5410 prevê o uso de diversos tipos de aterramento, gerando possibilidade de confusão por parte dos projetistas. Como um aspecto interessante, o esquema TT, previsto pela norma brasileira, é, por exemplo, proibido nos Estados Unidos.

Para que um sistema TT se transforme no esquema TN-S, basta que um condutor de proteção (ou fio terra), conectado ao neutro somente na entrada da alimentação, interligue todos os aterramentos que antes estavam isolados.

Quanto à incidência de descargas atmosféricas, é relativamente fácil verificar que o esquema TT tem fraco desempenho, pois inerentemente faz surgir perigosas diferenças de potencial. O esquema TT é consideravelmente vulnerável diante da presença de potenciais de surtos atmosféricos que se propagam por ação direta ou induzida de descargas.

Uma eventual diferença de potencial entre neutro e aterramento isolado é subitamente trazida para o interior das fontes de alimentação dos equipamentos eletro-eletrônicos representando considerável possibilidade de queima desse. Vê-se, então, porque é bastante comum a queima de equipamentos em instalações que fazem uso de aterramento elétrico isolado, em dias de trovoadas.

A solução está em inicialmente unir os aterramentos formando um único sistema desses, caracterizando o esquema TN-S.

Lembrando que este procedimento não equivale à conectar o condutor neutro ao condutor de proteção (fio terra) diretamente na tomada, erro muito comum que também agrava os riscos decorrentes da utilização das instalações elétricas.

O aterramento e o seccionamento automático da alimentação são importante para garantir a segurança das pessoas e para evitar danos às instalações elétricas. Há muitos métodos e equipamentos para realizar a medição de resistência de aterramento, dependendo do tipo de sistema de neutro, da instalação residencial ou industrial, ambiente urbano, rural, etc

A função do Sistema de Aterramento não é somente proteger equipamentos, ele tem a função de proteger pessoas e instalações.

Quando uma fase entra em contato com a carcaça de um equipamento que não esta aterrada, a mesma fica energizada, gerando assim grande risco para quem tocar nesta superfície. Por outro lado, estando à superfície aterrada, haverá um curto-circuito fase-massa, fazendo atuar a proteção elétrica, evitando acidentes. O parâmetro que avalia esta qualidade chama-se “Resistência de Aterramento”.

Para “Equipamentos Eletrônicos Sensíveis – EES”, a elaboração de um sistema de aterramento deve fornecer um plano de referência homogêneo, sem perturbações, de modo que estes possam operar tanto em baixa como em altas freqüências, aspectos como flutuação de aterramento, ruídos e transitórios, serão reduzidos drasticamente, protegendo assim os referidos equipamentos.

Verifique e comprove periodicamente através de inspeções e laudo emitido por um Engenheiro Eletricista as condições das suas instalações. Estaremos à disposição para qualquer comentário, dúvida ou elaboração de um orçamento sem compromisso.

Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas – SPDA.


O Brasil é um dos países que mais recebem raios (cerca de 100 milhões, a cada ano), com a característica de carregarem cargas elétricas positivas, mais duradouras e com maior intensidade de corrente elétrica, ao contrário do usual.

Os pára-raios protegem exclusivamente a construção. Para a segurança de equipamentos eletroeletrônicos, são necessários os supressores de surto de tensão (DSP), evitando que as descargas elétricas vindas pelos cabos de força e de telefone atinjam e queimem os equipamentos.

É possível ter um para cada aparelho, porém, o mais importante é instalar um supressor mais potente no quadro de entrada de força da casa e outro na entrada de telefone.

Verifique e comprove periodicamente através de inspeções e laudo emitido por um Engenheiro Eletricista das condições atuais das suas instalações. O seu patrimonio esta seguro???

Pára-raios Franklin

Um Pára-raios é uma peça de metal, comumentemente de cobre ou outro metal condutor, destinado a dar proteção as edificações, das descargas elétricas atmosféricas. A fim de provar que os raios são descargas elétricas da natureza, o americano Benjamin Franklin procedeu a uma experiência famosa, com base na qual inventou o pára-raios. Durante uma tempestade, empinou uma pipa e constatou o poder das pontas de atrair raios ao observar as faíscas que se produziam na chave atada à ponta do cordel em suas mãos.

Pára-raios é um sistema de condutores metálicos que capta as descargas elétricas atmosféricas e as desvia para o solo a fim de evitar danos a edifícios. Como o raio tende a atingir o ponto mais alto de uma área, o pára-raios é instalado no topo do prédio.

Liga-se ao chão por cabos de pequena resistência. Chama-se também pára-raios o aparelho destinado a proteger instalações elétricas contra o efeito de cargas excessivas (sobretensões) e descarregá-las na terra.

Emprega-se em geral o pára-raios inventado por Benjamin Franklin, ou pára-raios de antena, para as descargas atmosféricas. O aparelho consiste numa haste de ferro com ponta de cobre ou de platina ligada por um condutor a uma chapa de terra, nome dado à chapa (ou tubo) metálica que, para ter bom contato com a terra, é enterrada no solo e rodeada de pó de carvão.

Admite-se que a zona de proteção desse tipo de pára-raios é igual a um cone com vértice na ponta da antena, no alto do edifício, e raio, no solo, equivalente à altura do chão à ponta da antena. Na proteção de instalações elétricas, o pára-raios ou descarregador é colocado num ponto da instalação em que se forme um máximo da onda de tensão.

Pára-raios de Melsens.

Empregado para o mesmo fim que o pára-raios de Franklin, o Pára-raios de Melsens adota o princípio da gaiola de Faraday. Consiste em envolver o edifício numa armadura metálica, aproveitando as linhas arquitetônicas para a passagem dos elementos da trama, barras de ferro verticais e horizontais. No alto da construção, as barras verticais juntam-se em feixes, os quais se ligam ao solo, no outro extremo, por uma série de chapas de terra.

Captores aéreos.

É a parte do sistema que tem por finalidade receber (ou captar) os impactos dos raios.

Condutores de descidas não naturais.

Têm por finalidade levar para a terra a energia recebida pelo sistema de captores. Os condutores de descida devem ser retilíneos e verticais, de modo a prover o trajeto mais curto e direto para a terra. Não são admitidas emendas nos cabos utilizados como condutores de descidas, exceto na interligação entre o condutor de descida e o condutor de aterramento, onde deve ser utilizado um conector de medição.

Os cabos de descidas devem ser protegidos contra dano mecânicos até, no mínimo, 2,5m acima do nível do solo. A proteção deve ser por eletroduto de PVC ou metálico sendo que, neste ultimo caso, o cabo de descida deve ser conectado as extremidades superior e inferior do eletroduto.

Condutores horizontais.

Anel de superior (cobertura) No topo das estruturas, em especial naquelas com altura superior a 10m, recomenda-se instalar um captor em forma de anel, disposto ao longo de todo perímetro. Este captor não deve estar situado a mais de 0,5m da borda do perímetro superior da edificação. Esta recomendação é suplementar e não exclui a necessidade de outros captores, quando determinada pelo projeto.

Anel inferior (anel de aterramento) Os condutores de descida não naturais devem ser interligados por meio de condutores horizontais, formando anéis. O primeiro deve ser o anel de aterramento e na impossibilidade deste, um anel até no máximo 4m acima do nível do solo e os outros a cada 20m de altura.

Haste de aterramento. 

Haste de aterramento tem a função de dissipar no solo a energia captada pelo condutor terra. Esta conexão com o solo se faz por meio dos chamados eletrodos de aterramento, que podem ser em hastes metálicas cravadas verticalmente e/ou cabos enterrados horizontalmente, ou as ferragens das fundações das edificações Um subsistema de aterramento deve possuir uma qualidade mínima aceitável para que tenha um desempenho satisfatório.

Caixa de inspeção. 

A Caixa de inspeção faz a conexão do pára-raio com a terra (através do condutor de descida). Tem a função de dissipar no solo a energia captada pelo captor (ou pelos captores). Esta conexão com o solo se faz por meio dos chamados eletrodos de aterramento, que podem ser em hastes metálicas cravadas verticalmente e/ou cabos enterrados horizontalmente, ou as ferragens das fundações das edificações.

Caixa de Inspeção Metálica Caixa de Inspeção (vista interna) Solda Exotérmica (haste-topo-cabo)

Medição da resistencia de aterramento.

Para assegurar a dispersão da corrente de descarga atmosférica na terra sem causar sobretensões perigosas, o arranjo e as dimensões do subsistema de aterramento são mais importantes que o próprio valor da resistência de aterramento. Entretanto recomenda-se, para caso de eletrodos não naturais, como forma de reduzir os gradientes de potencial no solo e a probabilidade de centelhamento perigoso.

 Equipamento de Medição (TERRÔHMETRO) Eletrodo de Medição (verde) Eletrodo de Medição (amarelo) Eletrodo de Medição (vermelho)

 

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