aula 09 - aterramento i

8/15/2019 Aula 09 - Aterramento I

1/54

1/54 ENG 4466 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS V5.0 – Março 2014

ENG 04466 - INSTALAÇÕES ELÉTRICAS

Aula 9

Aterramento I

Prof. Igor Pasa


2/54

2/54 ENG 4466 INSTALAÇÕES ELÉTRICAS V5.0 – Março 2014

• Noções de Choque Elétrico

• Introdução ao Aterramento

• Sistemas de Aterramento • Questões

• Referências

Estrutura da Aula


3/54

AterramentoIntrodução

• Os principais objetivos de um sistema deaterramento são:

– manter a segurança de pessoas e animais;

– manter a segurança do sistema e seus equipamentos;

– manter os potenciais produzidos pelas correntes defalta dentro dos limites de segurança de modo a nãocausar fibrilação do coração humano;

– permitir o aumento da sensibilidade e coordenação dedispositivos de proteção para isolar mais rápido eseletivamente seções sob falta;

– proporcionar um caminho de escoamento para a terra

para as descargas atmosféricas;

– usar a terra como retorno para sistemas tipo MRT;

– escoar as cargas estáticas geradas nas carcaças deequipamentos.


4/54

Choque Elétrico

• Antes de seguir com o estudo de aterramento iremosestudar o choque elétrico e seu efeito no corpo humano.

• Isto é importante para ter uma referência dos efeitos edos limiares de corrente perigosas ao ser humano.


5/54

• Choque elétrico

– É a perturbação de natureza e efeitos diversos que se manifestano organismo humano quando este é percorrido por umacorrente elétrica.

– Os efeitos das perturbações variam e dependem :

• do percurso da corrente elétrica no corpo;

• da intensidade da corrente elétrica circulante;

• do tempo de duração da exposição a corrente (choque elétrico)

• da espécie da corrente elétrica (CA ou CC);• da frequência e tensão da corrente elétrica;

• da umidade e espessura da pele;

• das condições orgânicas da pessoa.

Choque Elétrico Efeito da corrente no corpo humano


6/54

O ser humano pode apresentar os seguintes efeitos manifestados pelo corpo humanoquando da presença de eletricidade:

– PARADA RESPIRATÓRIA, por inibição dos centros nervosos que comandam arespiração;

– FIBRILAÇÃO VENTRICULAR, por alteração do ritmo cardíaco e uma

consequente PARADA CARDIACA; – NECROSE do tecido, devido a queimaduras profundas;

– ALTERAÇÕES NO SANGUE provocadas por efeitos térmicos e eletrolíticos dacorrente elétrica;

– ALTERAÇÃO RENAL devido ao desequilíbrio eletrolítico.

• No caso de contato do ser humano com uma rede elétrica de alta tensão podem ocorrertodas as manifestações.

• As tensões de toque e passo impostas por aterramentos durante um defeitoconduzem a fibrilação ventricular .



7/54

Quando submetido a um choque elétrico, a corrente elétrica danifica os tecidos e lesa ostecidos nervosos e cerebral, provoca coágulos nos vasos sanguíneos e pode paralisar arespiração e os músculos cardíacos.

Figuras retiradas do site: engenhariaexpress.blogspot.com/2009/01/choque...

A corrente elétrica faz os músculos se contraírem a 60 ciclos por segundo, que é afrequência da corrente alternada e pode:

• matar imediatamente • colocar a pessoa inconsciente

A sensibilidade do organismo a passagem de corrente elétrica inicia em um ponto conhecidocomo Limiar de Sensação e que ocorre com uma intensidade de corrente de 1mA paracorrente alternada e 5mA para corrente contínua.



8/54

8


Ichoque =0,116

t

0,03s ≤ t ≤ 3,0s

• Limite da Corrente para não Causar Fibrilação – Charles Danziel (1956)

• Effects of electric shock on man. IRE Transactions on Medical Electronics, pp.44-62.

– 99,5 % das pessoas com peso de 50kg ou mais suportam


9/54

Intensidade da corrente Consequência

1 mA a 5 mA Formigamento

5mA a 10 mA Sensação desagradável

10 mA Agarra a mão

16 mA Máximo tolerável 20 mA Parada respiratória

50 mA a 100 mA Fibrilação ventricular

100 mA e superiores Queimadura severas e parada cardíaca

A máxima corrente que uma pessoa pode tolerar ao segurar um eletrodo, podendo ainda largá-lo usandoos músculos diretamente estimulados pela corrente, segundo determinações experimentais em correntesão:

• 6 a 14 mA , em mulheres (10 mA de média) para 50/60 Hz CA.

• 9 a 23 mA em homens (16 mA de média) para 50/60 Hz CA.

Choque ElétricoEfeito da corrente no corpo humano


10/54

Choque elétricoCálculo simplificado

• O corpo humano comporta-se como um condutor complexo, mas, numasimplificação podemos assemelhá-lo a um condutor simples homogêneo.

• Suponha, portanto, que, interposto a um circuito energizado sob uma tensãoU , o corpo seja percorrido por uma corrente elétrica i, determinada por:

i =U

Rcontato1 + Rcontato2 + Rcorpo

– Rcontato1 e Rcontato2 são resistências de contato do corpo com os condutores ou entre condutor eterra. São da ordem de 15.000 ohms/cm2 de pele

– Rcorpo é a resistência do corpo a passagem de corrente. Depende do percurso, isto é, dospontos de ligação do corpo com as partes energizadas dos circuitos.

– A tabela da próxima página indica valores de resistência total para o caso da frequência de60Hz e diversas hipóteses de contato do corpo com elementos energizados.


11/54

Choque elétrico Cálculo simplificado


12/54

Exemplo

Suponhamos que haja uma passagem de corrente para a estruturaexterna de uma máquina de lavar roupa, repousando em pés isolados ealimentada de água, por meio de tubo de borracha sintética, Uma pessoaapoia uma das mãos na máquina e com outra toca a torneira paraabastecer a máquina. A pessoa tem calçados de borracha.

• Qual o efeito da corrente sobre ela, sendo a tensão de alimentaçãoda residência de 120 V?

• Qual o valor da corrente se a pessoa segurar (envolvendo com amão) a torneira?


13/54

Exercício

Um chuveiro elétrico (220V – 5.500W), ligado a uma tubulação deplástico, apresenta um defeito de isolamento. Ao tomar banho, apessoa toca com o dedo (1 cm2) a caixa do chuveiro e está com os pésna água ( 2 pés x 100cm2 = 200 cm2). O choque terá gravidade? Se a

pessoa segurar o chuveiro com a mão, o que poderá acontecer?Comente.


14/54

• Tensão de Contato – É a tensão que pode aparecer acidentalmente, quando da falha de isolação, entre

duas partes simultaneamente acessíveis.

• Tensão de Toque – Se uma pessoa toca um equipamento sujeito a uma tensão de contato, pode ser

estabelecida uma tensão entre mãos é pés, chamada de tensão de toque.

– Em consequência, poderemos ter a passagem de uma corrente elétrica pelo braço,tronco e pernas, cuja duração e intensidade poderão provocar fibrilação cardíaca,queimaduras ou outras lesões graves ao organismo.

Choque Elétrico Tensão de Contato e Tensão de Toque

Figuras retiradas do catálogo pró-cobre


15/54

15

É a diferença de potencial entre o ponto da estrutura metálica, situado ao alcance da mão de umapessoa, e um ponto no chão situado a 1,0m da base da estrutura

Choque Elétrico Tensão de Toque


16/54

• Tensão de Passo – A definição clássica do potencial de passo para análise de segurança é a diferença de potencial

que aparece entre dois pontos situados no chão e distanciados de 1,0 m (para pessoas),devido à passagem de corrente de curto-circuito para a terra.

– Quando uma corrente elétrica é descarregada para o solo, ocorre uma elevação do potencial emtorno do eletrodo de aterramento, formando-se um gradiente (distribuição) de queda de tensão,

cujo ponto máximo está junto ao eletrodo e o ponto mínimo muito afastado dele.

Choque Elétrico Tensão de Passo

Figuras retiradas do catálogo pró-cobre


17/54

Choque Elétrico Tensão de Passo


18/54

Choque Elétrico Correção do Potencial de Passo e Toque

A camada de brita confere melhor

grau de isolamento entre os pés eo solo.


19/54

• Os critérios de aterramento de instalações de baixa tensão encontram-seestabelecidos na norma

– NBR 5410/2004 – Instalações elétricas de baixa tensão (seção 6.4), podendo ser complementadascom as recomendações constantes na norma

– NBR 5419/2005 – Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas, elaborada com base naIEC – 1024.

• As seguintes condições devem ser observadas em relação ao aterramento ecompatibilidade eletromagnética:

– aterramento único para toda a instalação integrado a estrutura;

– entrada de energia e sinas (TV, etc) localizados próximos e com aterramento comum;

– o aterramento do neutro deve ser feito somente na entrada da instalação;

– o condutor de aterramento deve ser conduzido desde a entrada a toda a instalação.

• O sistema de aterramento de instalações de BT inclui os seguintes elementos:

– condutores de proteção;

– eletrodos de aterramento;

– condutores de ligação equipotencial.

Sistemas de AterramentoIntrodução


20/54

Sistemas de AterramentoEletrodos

• Basicamente um eletrodo é constituído de qualquer corpometálico enterrado no solo

• O eletrodo de aterramento pode ser constituído: – Por um único elemento

– Por vários elementos

• Um eletrodo oferece um percurso de baixa impedância para osdiversos tipos de corrente – Curto-circuito, descarga atmosférica, eletrostática, etc

• A eficiência de um aterramento depende de vários fatores (aula deprojeto de aterramento), dentre os quais destaca-se a resistividade do

solo.• O projeto de um aterramento deve fornecer um indicativo mínimo :

– Dos materiais que devem ser utilizados

– Da geometria do eletrodo

– Da locação no terreno


21/54


• Existem várias maneiras para executar o aterramento de um sistemaelétrico, as quais podem ser:

– eletrodo (haste ou cantoneira);

– eletrodos (hastes) em formas geométricas

– placas de formas e tamanhos diversos; – configurações de hastes e condutores enterrados no solo, formando uma malha de aterramento.

• A disposição geométrica dos eletrodos no solo são as mais variadas, deacordo com a aplicação, porém duas se destacam:

– Hastes verticais: usada quando as camadas mais profundas do solo tem menor resistividade e

devido a facilidade de “cravação”. – Eletrodos horizontais: enterrados usualmente a profundidade de 0,5 m, sendo recomendados

principalmente quando a maior preocupação é o controle do gradiente de potencial na superfíciedo solo.


22/54


• A resistência de aterramento de instalações de BT deve ser, na medida do possível,inferior a 10Ω, o que pode ser obtido através da ligação de eletrodos em diferentesformas geométricas.

• O item 6.4.1.1.1 da NBR5410 estabelece que, quando o aterramento pelas fundaçõesnão for praticável, o eletrodo de aterramento deve ser no mínimo constituído por um anel,complementado por hastes verticais, circundando o perímetro da instalação. A chamada

malha de terra é composta por hastes verticais interligadas por condutores.

• O item 6.4.1.1.4 da NBR5410 estabelece que não deve ser usadas como eletrodode aterramento canalizações metálicas de fornecimento de água e outrosserviços, o que não exclui a ligação equipotencial das mesmas à barra de BEP(barra de equalização (aterramento) principal.


23/54

Sistemas de Aterramento Eletrodos


24/54


25/54


26/54


27/54

Sistemas de Aterramento Dimensões mínima de eletrodo – NBR5410


28/54

Sistemas de AterramentoLigação de aterramento

• O item 6.4.2.1.3 da NBR 5410 estabelece que, em qualquer instalação, deveser previsto um terminal ou “barramento de equipotencialização principal(BEP) que deve estar localizado na edificação, podendo a ele ser ligado (diretaou indiretamente) os seguintes condutores:

– Condutor de aterramento (interliga o eletrodo de aterramento ao BEP)

– Condutores de proteção principal (PE)

– Condutores de equipotencialização principais

– Condutores terra paralelos (PEC)

– Condutor neutro, se o aterramento deste for previsto neste ponto

– Barramento de equipotencialização funcional, se necessário

– Condutores de equipotencialização ligados a eletrodos de aterramento de outros sistemas(SPDA, p. ex)

– Elementos condutivos da edificação.

• As ligações de condutores de SPDA serão estudas em outra aula.


29/54

Sistemas de Aterramento Ligação de aterramento


30/54


Em edifícios de uso coletivo um possível (sugerido) tipo de ligação de BEP e DPS éo da figura ao lado.


31/54

Sistemas de Aterramento Ligação de aterramento


32/54


• As conexões para o aterramento de tubulações metálicas deve utilizarcintas/braçadeiras do mesmo material, para evitar corrosão galvânica.

• Os condutores utilizados para as ligações equipotencias ao terminalprincipal devem possuir seção mínima igual a metade do condutor deproteção de maior bitola da instalação, com um mínimo de 6mm2.

• Os condutores destinados à conexão de massas metálicas aoseletrodos enterrados deverão possuir as bitolas mínimas constantesda Tabela.


33/54

Sistemas de AterramentoCondutor de Proteção - *Relembrando

Seção dos condutores fase (S) mm2 Seção do condutor de proteção mm2

S


34/54

No estudo de aterramento surgem algumas questões:

• O que é o “terra” ?

• Qual a diferença entre terra, neutro e massa?

• Quais são as normas que devo seguir?

• O que garante um bom aterramento?

• Qual o valor considerado satisfatório de um

aterramento elétrico?



35/54

Pergunta: Se o neutro e o terra estão conectados ao mesmo ponto (hastede aterramento), porque um é chamado de terra e o outro de neutro?

– neutro é o “condutor” concessionária de energia

fornecidoelétrica,

pelapelo

qual há o “retorno” da corrente elétrica parafechar o circuito.

– O terra faz parte de um circuito conectadoatravés de uma haste metálica e que, emsituações normais, não deve possuircorrente elétrica circulante.

– A massa é a parte de um equipamento,carcaça por exemplo, que deve ser aterrada

através do fio terra para evitar flutuações depotenciais, sendo que qualquer corrente defuga será escoada para a terra.

Um aterramento elétrico é considerado satisfatório quando sua resistênciaencontra-se abaixo dos 10 Ω. Quando não conseguimos esse valor,podemos mudar o número ou o tipo de eletrodo de aterramento.



36/54

A NBR 5410/2004 classifica os diversos esquemas de aterramento, que diferem emfunção da situação da alimentação e das massas com relação a terra.

A classificação é feita por um conjunto de 2 ou 3 letras:

Primeira Letra: identifica a situação da alimentação em relação a terra.

T : a alimentação (fonte) tem um ponto diretamente aterrado.

I : sistema isolado ou aterrado através de impedância. Segunda Letra: identifica a situação das massas da instalação com relação à terra.

T : massa aterrada com terra próprio, isto é, independente da fonte.

N : massa ligada ao ponto aterrado da fonte.

I : massa isolada, isto é, não aterrada.

Outras Letras – forma de ligação do aterramento da massa do equipamento,usando o sistema aterrado da fonte.

S – Separado: o aterramento da massa é feito com um fio (PE) separado(distinto) do neutro.

C - Comum: isto é, o aterramento da massa do equipamento é feito usando ofio neutro (PEN).



37/54

Sistemas de AterramentoSistema TN

• O sistema TN tem um ponto diretamente aterrado, no qual as massas sãoligadas a este ponto através de um condutor de proteção.

• De acordo com adisposição do condutorneutro e do condutor de

proteção, considera-se trêstipos de sistema:

• TN-S

• TN-C

• TN-C-S


38/54

Sistemas de AterramentoSistema TN-S

• Neutro (N) e o condutor de proteção (PE – Protection Earth ) distintos.

• Conhecido como sistema a 5 fios (condutores).

• Todas as massas de uma instalação devem ser ligadas ao PE.

• Todas as massas do sistema TN-S devem ser equalizadas por um condutor PE, que deve serinterligado ao ponto de alimentação aterrado

• O condutor PE pode ser aterrado em tantos pontos quanto possível.

• Usa dispositivo de proteção de sobrecorrente e DR.


39/54

36

Tensão Nominal (V)

Tempo de Seccionamento (s)

Situação 1 Situação 2

115, 120, 127 0,80 0,35

220 0,40 0,20

254 0,40 0,20

277 0,40 0,20

400 0,20 0,05

Uma pessoa pode ser submetida a 3 situações de choque elétrico:

• Situação 1- Quando sujeita à passagem de uma corrente elétrica conduzida de umamão a outra ou de uma mão para um pé, com pele úmida. Para tensões entre fase eneutro os tempos máximos de contato são dados pela Tabela abaixo

• Situação 2 – Quando sujeita a passagem de uma corrente elétrica conduzida entreduas mãos e os dois pés, estando com os pés molhados (desprezar resistência de

contato). Para tensões entre fase e neutro os tempos máximos de conato são dadospela Tabela abaixo.

• Situação 3 – Quando uma pessoa está sujeita a passagem de uma corrente elétrica,estando a pessoa imersa em água, tais como em piscinas e banheiras.

Tempo de seccionamento máximo do sistema TN



40/54

• Para que uma pessoa esteja protegida para as condições apresentadasanteriormente, as máximas tensões de contato são dadas pela tabela abaixo.

Natureza da Corrente Situação 1 Situação 2 Situação 3

Alternada 15 a 100 Hz 50 V 25 V 12 V

Contínua sem

ondulação 120 V 60 V 30 V



41/54

• O aterramento ideal é aquele em que a diferença entre a medida dofase/neutro subtraída da medida encontrada entre fase/terra é menor ouigual a dois. Se a medida não chegar a esse valor pode-se utilizar osseguintes procedimentos:

– Aumentar a condutibilidade do solo com materiais condutores, como por exemplo, carvãoativado, limalha de ferro, sal grosso (lembre que o sal é corrosivo !!!),etc..

– Enterrar outra barra para aterramento e ligar as duas em paralelo, respeitando a distânciamínima de 3 m entre elas.

– Se for necessário utilizar mais barras, pode-se formar um triângulo,ou quadrado com asbarras.



42/54

• É aquele no qual as funções de neutro e proteção são combinadas em um únicocondutor ao longo de todo o sistema.

• Conhecido como sistema a 4 fios.

• Para a utilização do sistema TN-C a NBR5410 estabelece que a seção mínima docondutor em cobre é de 10mm2.

• Só usa proteção de sobrecorrente, incompatível com DR.

Sistemas de AterramentoSistema TN-C


43/54

Sistemas de AterramentoSistema TN-C-S

• É aquele no qual as funções de Neutro (N) e proteção (PE) são combinados em um únicocondutor em uma parte do sistema.


44/54

Sistemas de AterramentoSistema TT

• É aquele que tem o ponto de alimentação da instalação diretamente aterrado, sendoas massas ligadas a eletrodos de aterramento independentes do eletrodo da alimentação.

• Nesta situação, a proteção contra contatos indiretos deve ser garantida, obrigatoriamente,por dispositivos de proteção à corrente diferencial residual (dispositivo DR)


45/54

Sistemas de AterramentoSistema TT

Nesta situação, a tensão de contato presumida não deve ser superior a tensão de contato limite,dada pela seguinte condição:

R am x I DR ≤ V t

R am

I DR V

t

– resistência de aterramento das massas, isto é, a soma das resistências do eletrodo deaterramento e dos condutores de proteção. – corrente diferencial residual nominal. – tensão de contato no limite.

50

No caso de ser utilizada uma proteção diferencial-residual de 30 mA, a resistência de aterramentoR am terá valor máximo de

Ram = 0,003 =1.666 Ω

Vc =Vf n

1 +RteRa m

Tensão de contato limite para uma pessoa tocando uma carcaça energizada será dada por

V c é a tensão de contato, R te é a resistência de terra da subestação (ou início da instalação),podendo compreender a resistência da malha de terra R m e do resistor de aterramentoR at.


46/54

Sistemas de AterramentoSistema IT

• É aquele em que o ponto de alimentação não está diretamente aterrado, sistema isolado ouaterrado por impedância. As massas estão aterradas diretamente.

• As tensões de falta fase-massa não são tão elevadas para dar origem a tensões de contato perigosas.

• Neutro pode ser ou não distribuído pela instalação.

• É obrigatório a utilização de dispositivo supervisor de isolamento (DSI) com alerta sonoro e/ouvisual.

• As massas podem ser aterradas:

– Individualmente (ou por grupos) – proteção igual à sistemas TT – Coletivamente aterradas – valem as regras do sistema TN.


47/54



48/54

Deve ser restrito às seguintes aplicações:

• Suprimento de instalações industriais de processo contínuo (alimentaçãoessencial), com tensão igual ou superior a 380 V com as seguintescondições obrigatórias:

• O neutro não é distribuído;

• Existe detecção permanente de falta a terra;• Manutenção e supervisão a cargo de pessoal habilitado.

– Suprimento de circuitos de comando (continuidade essencial) alimentadopor transformador isolador, com tensão primária inferior a 1 kV, comobrigatoriedade das seguintes condições:

• Existe detecção permanente de falta a terra;

• Manutenção e supervisão a cargo de pessoal habilitado;

• Circuito isolado de reduzida extensão;

• Alimentação exclusiva de fornos industriais;

• Alimentação de retificadores dedicados a acionamentos de velocidade controlada.



49/54

Sistema de Aterramento Recomendação do RIC-BT


50/54

Sistema de Aterramento Recomendação do RIC-BT


51/54

Sistema de Aterramento Exemplo Residencial Simples - RIC-BT


52/54

Exemplos de Sistema de Aterramento deEntrada de Energia - Baixa Tensão


53/54

Referências Adicionais

• Maiores detalhes sobre aterramento podem serobtidas nas referências:

Silverio Visacro Filho

ATERRAMENTOS ELETRICOS.1ª Edição. 2002. ARTLIBER

Geraldo Kindermann, Jorge M. Campagnolo

ATERRAMENTO ELETRICO.3ª Edição. 1995. SAGRA-LUZZATTO


54/54

Perguntas:

1. Cite os 4 principais objetivos de termos um bom aterramento em uma instalação elétrica2. Defina choque elétrico. Porque ele é perigoso?3. Qual a intensidade de corrente que é considerada como limiar e que pode causar problemas no

ser humano, para homes e mulheres, respectivamente?

4. Do que depende a gravidade de um choque elétrico no ser humano?5. Tensões de toque e passo elevadas podem levar a que tipo de manifestação no corpo humano?6. Qual o valor de resistência que costuma ser utilizado para representar o corpo humano, de forma

simplificada?7. Defina tensão de toque e tensão de passo.8. Qual o objetivo de colocar brita em cima de uma malha de aterramento?9. Porque é recomendado ter um aterramento único interligado para toda a instalação elétrica?10. Qual o valor da resistência de aterramento que é recomendada?11. Você pode utilizar o encanamento de água como eletrodo de aterramento?12. Qual a função do barramento de equipotencialização? Qual a sua importância?

13. Qual o significado das letras utilizadas para representar os sistemas de aterramento?14. Qual o sistema de aterramento que é recomendado pela NBR5410 para instalações elétricas

residenciais e comerciais?

15. O que diferencia um sistema de aterramento TN-S de um TN-C.16. Sistemas de aterramento IT devem ser restritos a que tipo de aplicação? Quais os cuidados que

devem ser adotados.

aula 09 - aterramento i

Documents