Os conceitos do aterramento elétrico

Vídeos das palestras

topo_emkt_abqeventos_082016

Assista aos vídeos do Seminário ABQ Qualidade Século XXI – Qualidade no Brasil: Lições a aprender, promovido pela Academia Brasileira de Qualidade (ABQ): http://www.abqualidade.org.br/Eventos/home.php?videos-abq

Pode-se definir um aterramento elétrico como um ponto de referência integrado no circuito elétrico, usado na medição de outras correntes elétricas, servindo também como via de retorno para um circuito elétrico. A finalidade de um aterramento é permitir que quaisquer picos de energia elétrica sejam diretamente encaminhados para o chão, bem longe de instalações elétricas, de modo que sejam absorvidos sem maiores danos.

Um circuito elétrico é projetado para transportar energia elétrica, independentemente da forma como ela se encontra. A estática pode acumular-se em um circuito através do isolamento deficiente e criar uma situação perigosa, onde o circuito acaba ficando extremamente sobrecarregado com a eletricidade. O aterramento elétrico é a rota de escape para a energia adicional e está incorporado na maioria dos aparelhos elétricos.

A NBR 16527 de 10/2016 – Aterramento para sistemas de distribuição fornece diretrizes para a elaboração de projetos de aterramento de sistemas elétricos de distribuição, em tensões até 34,5 kV. A origem dos sistemas de distribuição de energia elétrica está associada a redes isoladas de terra, cujos índices de disponibilidade eram otimizados pela redução do envolvimento de eventuais falhas, por meio da desenergização manual do menor trecho necessário à execução dos reparos.

Contudo, a necessidade de provimento de condições adequadas de segurança, associada à progressiva elevação das tensões primárias utilizadas nesses sistemas (consequência da evolução das densidades de carga), passaram a exigir a utilização de sistemas primários aterrados, como forma de viabilizar soluções técnico-econômicas para proteção contra sobrecorrentes e sobretensões.

Na instalação 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. A finalidade do fio é desviar o excesso de corrente elétrica do equipamento, evitando sobrecargas.

Caso haja uma passagem de corrente elétrica através do aterramento elétrico, o circuito é interrompido e o aparelho não receberá mais energia. No entanto, se o aterramento não estiver devidamente instalado no próprio solo, a energia elétrica continua fluindo no circuito e pode causar um incêndio e explosão. Os equipamentos que funcionam com energia elétrica geralmente são fabricados com um condutor de aterramento conectado permanentemente.

Tendo em vista o provimento das condições adequadas de segurança, o aterramento de um sistema de distribuição deve atingir, cumulativamente, os seguintes objetivos: viabilizar adequado escoamento de sobretensões, limitando as tensões transferidas ao longo da rede, em consequência das descargas de surtos diretas ou indiretas; garantir a segurança dos usuários do sistema por meio da limitação das diferenças de potencial entre o condutor neutro e a terra, resultantes da circulação das correntes de desequilíbrio; garantir a efetividade do aterramento do sistema, limitando os deslocamentos do neutro por ocasião da ocorrência de faltas à terra; assegurar a operação rápida e efetiva dos dispositivos de proteção de sobrecorrente, na ocorrência de faltas à terra, limitando as tensões resultantes da passagem das correntes de curto-circuito; outras condições, como: continuidade do fornecimento no caso específico dos sistemas MRT; tensões de transferência compatíveis; minimização de falhas de equipamentos por deficiência de aterramento; qualidade do fornecimento (por exemplo, valor e configuração do aterramento dos para-raios).

Clique nas figuras para uma melhor visualização

Valores dos parâmetros para os tipos de condutores mais utilizados em malhas de aterramento

aterramento1

A forma de se alcançar os objetivos depende do tipo de sistema que se venha construir. Portanto, a elaboração do projeto específico para aterramento de um sistema de distribuição deve ser sempre precedida da definição do tipo de sistema que se pretende implantar.

Face às múltiplas consequências desta escolha, ela deve ser baseada em análise técnico-econômica global em que sejam avaliadas as vantagens e desvantagens de cada tipo de sistema de acordo com as características específicas da instalação. Nesta análise, devem ser contemplados todos os aspectos técnicos envolvidos, desde a definição de tensão suportável de impulso até a especificação e escolha de todos os materiais, equipamentos e estruturas necessários, que são sensivelmente afetados pela definição da distância de escoamento dos isoladores e pela limitação dos níveis máximos de curto-circuito.

Os aterramentos dos dispositivos de proteção contra sobretensão objetivam viabilizar o adequado escoamento de eventuais surtos, garantindo a manutenção da confiabilidade do sistema e a segurança dos usuários de seus serviços. No que concerne à proteção específica do equipamento, o valor da resistência dos aterramentos não tem maior influência.

Tipos de conexões e seus limites máximos de temperatura

aterramento2

Desde que especificados os dispositivos de proteção adequados e utilizado condutor de aterramento único, a limitação do comprimento das interligações destes dispositivos com o tanque do equipamento é suficiente à obtenção de adequado grau de proteção. Entretanto, o valor de resistência oferecido pelo aterramento dos dispositivos de proteção contra sobretensão é fundamental para a determinação da diferença de potencial que deve se estabelecer entre os componentes do sistema elétrico e a terra, em função da passagem da corrente de impulso nesta resistência.

A elevação de potencial até o ponto de conexão do condutor de aterramento com o condutor neutro (afetada também pela queda de tensão no condutor de descida) é transmitida para os pontos de utilização, enquanto que a diferença de potencial entre os condutores fase no topo da estrutura e a terra (afetada também pela tensão residual dos dispositivos de proteção), deve se propagar ao longo do circuito primário. Destes potenciais, os transmitidos pelo condutor neutro devem garantir condições de segurança para os usuários; os transmitidos pelos condutores fase da rede primária devem ser inferiores ao valor da tensão suportável de impulso das estruturas, de forma a evitar disrupção nos isoladores, que, não raro, são inclusive danificados pela corrente de curto-circuito subsequente.

Para o cálculo das elevações de potenciais resultantes das descargas de surtos, devem ser estimados valores de resistência de aterramento (R), de forma a permitir a definição do seu valor-limite. O valor máximo de resistência de aterramento deve corresponder ao maior dos valores que vier a resultar em tensões no condutor neutro e nos condutores fase, inferiores a limites previamente estabelecidos, em função dos critérios adotados para proteção contra sobretensões. A metodologia para determinação do valor máximo da resistência de aterramento está descrita no Anexo D.

Nos sistemas trifásicos a quatro fios, multiaterrados, os aterramentos do neutro efetivados ao longo da rede (multiaterramento), além de propiciarem adequado escoamento dos surtos, devem satisfazer os seguintes requisitos básicos: garantir a efetividade do aterramento do sistema; condição, na prática, satisfeita quando a resistência do aterramento equivalente se situa na faixa de 0,1 Ω a 0,3 Ω; garantir a manutenção do neutro, em condições normais de operação, a um potencial inferior a 10 V em relação à terra; condição que assegura não ser alcançado o limite de 10 mA, quando de um eventual toque no condutor neutro; garantir a manutenção dos potenciais de passo dentro de limites toleráveis, em condições de defeito; condição restrita aos potenciais de passo, por não ser sempre viável a manutenção dos potenciais de toque e de transferência, em condições de defeito, dentro dos limites toleráveis, tendo em vista os tempos de operação dos dispositivos de proteção usuais.

A proteção parcial para os potenciais de toque é obtida, ou por meio da colocação do condutor de aterramento interno ao poste (casos de instalações novas de postes de concreto), ou por proteção eletromecânica (canaleta) até a altura de 3 m no solo quando o condutor de aterramento for externo ao poste (caso de postes de madeira e postes de concreto já instalados). Esta proteção é totalmente inviável nos casos de postes metálicos onde a própria estrutura é utilizada como condutor de aterramento.

Para elaboração de projeto, recomenda-se que os valores de R9 e x, definidos pela rotina apresentada, representem as condições mínimas requeridas para cada quilômetro de rede. Quando da elaboração do projeto em si, devem ser também consideradas as seguintes recomendações: todos os equipamentos devem ser conectados ao neutro e aterrados com resistência igual ou inferior a R9 (aterramento-padrão); o neutro deve ser aterrado em todo fim de rede primária com o aterramento-padrão R9; após a localização dos aterramentos recomendados, devem ser alocados, se necessário, os demais aterramentos essenciais à obtenção de x aterramentos em qualquer quilômetro de rede; o neutro deve ser também aterrado em todo fim de rede secundária e neste caso, é dispensável a exigência de R9, bastando a utilização de uma haste ou um anel padronizado; a validade dos valores de R9 e x deve ser ainda ratificada por análise comparativa das tensões passíveis de serem transferidas pelo neutro para as entradas consumidoras supridas em BT, com os limites de suportabilidade.

Caso seja inviável a obtenção de condições adequadas de segurança, devem ser avaliadas as seguintes alternativas: aumento da seção do condutor neutro nos primeiros quilômetros de rede, a partir da subestação; aumento do valor de x e/ou redução do valor de R9 nestes primeiros quilômetros; adoção do esquema TT para aterramento das entradas consumidoras supridas em BT, adicionando todas as proteções necessárias contra choque elétrico recomendadas pela NBR 5410.

Nos casos de redes excessivamente curtas em que o dimensionamento do aterramento pela metodologia indicada se torna inviável, mesmo que considerado o comprimento total do neutro (rede primária e rede secundária), o projeto deve ser desenvolvido conforme critérios recomendados para os sistemas a três fios com o neutro secundário descontínuo.

Nos sistemas trifásicos a três fios com neutro secundário descontínuo, devido ao fato de ser inviável a limitação das tensões passíveis de serem transferidas pelo neutro para as entradas consumidoras supridas em baixa tensão a valores adequados, resta como alternativa o provimento de aterramentos independentes para os equipamentos de alta tensão (inclusive transformadores) e para o neutro da rede secundária.

Para aterramento primário, os aterramentos de equipamentos de alta-tensão devem ser projetados conforme rotina apresentada em 5.5.4, para aterramentos de equipamentos. Para aterramento secundário – quanto à rede de baixa tensão, devem ser providos aterramentos compostos de hastes alinhadas: nos pontos de instalação de transformadores de distribuição (mínimo de três hastes distribuídas em relação ao condutor de descida de aterramento), com afastamento em relação ao aterramento de alta tensão, que limite a valores adequados às tensões nele induzíveis por curtos na rede primária; a intervalos de até 150 m (três hastes distribuídas); em todo fim de rede secundária (mínimo uma haste).

Para a rede primária, somente devem ser projetados aterramentos nos pontos de instalação das subestações de isolamento e distribuição, salvo a necessidade de instalação de dispositivos de proteção contra sobretensão em outros pontos da rede. O condutor neutro deve ser contínuo entre o transformador e as instalações consumidoras. Deve-se, entretanto, tomar o cuidado de não vinculá-lo ao aterramento do poste do transformador, e sim ao do poste de medição.

Por questões de segurança, o poste de medição deve situar-se a uma distância mínima de 30 m do aterramento do poste do transformador. Nos sistemas MRT, as correntes de carga dos transformadores de distribuição passam necessária e continuamente pelos aterramentos destes.

Desta forma, pela função essencial que cumprem para o desempenho do sistema e para a segurança de pessoas e animais, os aterramentos devem ser executados de forma criteriosa, envolvendo a medição da resistividade do solo, o projeto, a construção e o acompanhamento periódico. As características necessárias ao sistema de aterramento dos transformadores nas redes MRT, sejam eles de distribuição ou de isolamento, são determinadas em função de segurança, levando-se em consideração a corrente de carga e a máxima corrente de falta prevista para o ponto.

Enfim, o aterramento elétrico significa colocar as instalações e os equipamentos no mesmo potencial, de modo que a diferença de potencial entre a terra e o equipamento seja o menor possível. O terra é o conector com diferença de potencial igual a zero, a diferença entre ele e o neutro é que ele não altera o seu valor por meio de problemas, pelo contrario, por meio do terra estes problemas são eliminados, o que não permite que as fugas de energia fiquem na superfície dos aparelhos elétricos. Esses problemas são eliminados para terra, daí o nome.

Deixe uma Resposta

Preencha os seus detalhes abaixo ou clique num ícone para iniciar sessão:

Logótipo da WordPress.com

Está a comentar usando a sua conta WordPress.com Terminar Sessão / Alterar )

Imagem do Twitter

Está a comentar usando a sua conta Twitter Terminar Sessão / Alterar )

Facebook photo

Está a comentar usando a sua conta Facebook Terminar Sessão / Alterar )

Google+ photo

Está a comentar usando a sua conta Google+ Terminar Sessão / Alterar )

Connecting to %s

%d bloggers like this: