ATERRAMENTO E QEE

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LISTA DE ILUSTRAÇÕES
FIGURA 1 -	Aterramento parcial sem fio de retorno..................................................08
FIGURA 2 -	Aterramento pleno sem fio de retorno....................................................09
FIGURA 3 -	Aterramento com fio de retorno.............................................................09
FIGURA 4 -	Esquema TN-S......................................................................................10
FIGURA 5 -	Esquema TN-C-S..................................................................................11
FIGURA 6 -	Esquema TN-C......................................................................................11
FIGURA 7 -	Esquema TT..........................................................................................11
FIGURA 8 -	Esquema IT sem aterramento da alimentação.......................................12
FIGURA 9 -	Esquema IT com alimentação aterrada através de impedância.............12
FIGURA 10 -	Massas aterradas em eletrodos separados e independentes do eletrodo de aterramento da alimentação..................................................................................13
FIGURA 11 -	Massas coletivamente aterradas em eletrodo independente do eletrodo de aterramento da alimentação..................................................................................13
FIGURA 12 -	Massas coletivamente aterradas no mesmo eletrodo da alimentação...13
FIGURA 13 -	Conexão delta aterrada.........................................................................14
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO........................................................................................................03
2 DESENVOLVIMENTO.............................................................................................03
 2.1 Qualidade de energia elétrica..........................................................................03
 2.1.1 Cintilação ou Flicker........................................................................................05
 2.1.2 Cunha de Tensão ou Voltage Notch................................................................05
 2.1.3 Desequilíbrio de Tensão ou Voltage Imbalance..............................................05
 2.1.4 Elevação de Tensão: Voltage Swell, Spikes e Overvoltage.............................05
 2.1.5 Afundamento de Tensão: Voltage Sag e Undervoltage...................................06
 2.1.6 Ruído ou Noise...............................................................................................06
 2.1.7 Interferência Eletromagnética – EMI e EMC....................................................06
 2.1.8 Harmônicos e Interharmônicos.......................................................................07
 2.2 Aterramento e Qualidade de Energia Elétrica................................................07
 2.2.1 Aterramento com ou sem fio de retorno...........................................................07
 2.2.1.1 Aterramento parcial sem fio de retorno.........................................................07
 2.2.1.2 Aterramento dos neutros sem fio de retorno.................................................08
 2.2.1.3 Aterramento do neutro com condutor de retorno..........................................09
 2.2.2 Aterramento segundo a NBR 5410 e a IEC 60364...........................................09
 2.2.2.1 Esquema TN................................................................................................10
 2.2.2.2 Esquema TT................................................................................................11
 2.2.2.3 Esquema IT..................................................................................................12
 2.2.2.4 Esquema delta aterrado...............................................................................14
3 CONCLUSÃO..........................................................................................................14
4 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS.......................................................................15
 
1. 
2. INTRODUÇÃO
Conforme os benefícios da energia elétrica passam a fazer parte do dia-a-dia das pessoas, é normal que se discute quanto à qualidade deste produto. A disponibilidade da energia elétrica representa um crescimento na qualidade de vida da população. 
Quando é implementado um sistema de distribuição de energia elétrica, a população local passa a ter inúmeros benefícios, tanto do ponto de vista de maior conforto doméstico como de melhores possibilidades de emprego e produção. Incialmente preocupa-se com a continuidade do serviço, pois fica evidente que qualquer interrupção do fornecimento implicará em transtornos de toda ordem. Porém não é tão evidente a questão da qualidade da energia elétrica como um produto comercial, mesmo sem interrupções, geralmente só é percebida de forma um pouco difusa, através de falhas de funcionamento em alguns equipamentos.
O estudo da qualidade da energia elétrica aparece a partir do momento em que os consumidores evidenciam interrupções no fornecimento, más a medida que esses consumidores tornam-se mais sofisticados no ponto de vista tecnológico, começam a ser considerados outros fatores.
As agências reguladoras (ANEEL) e o próprio mercado estimulam as operadoras de sistemas elétricos a prestar informações sobre as condições de operação ou fornecer detalhes acerca de eventos ocorridos e que afetaram os consumidores. Esse é um dos papéis do monitoramento e da análise da qualidade de energia elétrica.
3. DESENVOLVIMENTO
2.1 Qualidade de Energia Elétrica
O termo Qualidade de Energia elétrica (QEE) conforme Deckmann e Pomilio (2017), pode ser definido como sendo uma medida de quão bem a energia elétrica pode ser utilizada pelos consumidores. Características de continuidade de suprimento e de conformidade com certos parâmetros considerados desejáveis para operação segura, tanto do sistema supridor como das descargas elétricas, estão incluídas nessa medida. Têm-se distorções, flutuações de tensão, variações de tensão de curta duração, desequilíbrio de sistemas trifásicos e transitórios rápidos como parâmetros a se considerar.
Como o setor elétrico vem sofrendo reformulação, faz-se necessário uma maior preocupação quanto a Qualidade de Energia Elétrica, para assegurar a implantação de um mercado consumidor, onde o produto comercializado passa a ser a própria energia elétrica. (Deckmann e Pomilio, 2017)
A preocupação com a qualidade de energia elétrica é um tema que deve ser estudado de forma agregada entre gerador e fornecedor de energia, fabricante de equipamentos, projetista das instalações e o usuário da energia elétrica. É necessário também, estudar os distúrbios de forma correlata e não mais isolados. (Martinho, 2009).
A qualidade de energia elétrica trata-se diretamente de vários problemas que afetem os consumidores da energia elétrica e seus usuários indiretos. Esses problemas abrangem desde os incômodos visuais decorrente pela variação luminosa devido à má regulação da tensão até a interferência em equipamentos eletrônicos sensíveis, causada por interrupções no fornecimento de energia ou por fenômenos de mais alta frequência. (Deckmann e Pomilio, 2017)
Os consumidores e seus equipamentos estão cada vez mais sensíveis e dependentes das condições de operação do sistema de energia elétrica, podendo ser verificado tanto no nível de cargas domésticas, comerciais como em aplicações industriais. Isso ocorre devido ao aumento da complexidade das funções que as cargas elétricas devem desempenhar através de controle de processos, mesmo em equipamentos domésticos como fornos de microondas, máquinas de lavar, relógios digitais, dentre outros. (Deckmann e Pomilio, 2017)
Diversos aspectos possibilitam a avaliação da qualidade do fornecimento de energia elétrica, dentre eles podemos citar a continuidade do fornecimento, nível de tensão, oscilações de tensão, desequilíbrios, distorções harmônicas de tensão e interferência em sistemasde comunicações. (Mehl, 2012)
Abaixo serão apresentadas algumas definições clássicas dos distúrbios mais frequentes.
3.1.1 Cintilação ou Flicker
O fenômeno de cintilação luminosa, ou efeito flicker é basicamente constatado através da impressão visual resultante das variações do fluxo luminoso de lâmpadas, principalmente as do tipo incandescentes. Entre as causas do fenômeno tem-se cargas com ciclo variável, cuja frequência de operação produz uma modulação da magnitude da tensão da rede na faixa de 0 a 30 Hz. (Mehl, 2012)
3.1.2 Cunha de Tensão ou Voltage Notch
Cunha de Tensão ou Notching representa o afundamento abrupto da tensão que ocorre em cada alternância, podendo ou não cair a zero ou mudar de sinal. É basicamente causada por conversores de energia trifásicos que proporcionam curto-circuito momentâneo entre fases. (Mehl, 2012)
3.1.3 Desequilíbrio de Tensão ou Voltage Imbalance
Desequilíbrio de tensão por definição é a diferença entre a magnitude das tensões de fase de circuitos polifásicos. Na rede de distribuição podem ocorrer desequilíbrios de naturezas distintas: (Mehl, 2012)
· A assimetria da rede, gerada pelos tipos de transformadores de distribuição utilizados. Assim, mesmo que a carga seja perfeitamente equilibrada (desequilíbrio de corrente nulo), serão detectados níveis de desequilíbrio de tensão. 
· A natureza da carga, da forma como os consumidores estão conectados nas fases e neutro da rede de distribuição e com os diferentes níveis de corrente que absorvem em cada instante de tempo da curva de carga diária.
3.1.4 Elevação de Tensão: Voltage Swell, Spikes e Overvoltage
Este tipo de distúrbio é caracterizado pelo aumento da tensão de alimentação acima do limite normal (conforme normas técnicas pertinentes), cuja duração não ultrapasse 2 (dois) segundos. Este fenômeno é conhecido como Voltage Swell ou Swel. Para casos em que a duração do tempo ultrapasse a dois segundos, é definido o distúrbio como sobretensão ou overvoltage. Existem também os casos em que a elevação do valor da tensão acima do limite ocorre em um período extremamente curto, da ordem de micro ou milisegundos. Este fenômeno é conhecido como Surtos ou Spikes. (Mehl, 2012)
3.1.5 Afundamento de Tensão: Voltage Sag e Undervoltage 
Este tipo de distúrbio é caracterizado pela diminuição da tensão de alimentação abaixo do limite mínimo normal (conforme normas técnicas pertinentes), cuja duração não ultrapasse 2 (dois) segundos. Este fenômeno é conhecido como Voltage Sag ou simplesmente Sag. Para casos em que a duração do tempo ultrapasse a 2 (dois) segundos, é definido o distúrbio como subtensão ou undervoltage. (Mehl, 2012)
3.1.6 Ruído ou Noise
O ruído é a distorção da tensão senoidal, através da superposição de um sinal de alta frequência (da ordem de MHz). Podemos classificar em dois tipos de ruídos, o de modo comum e o de modo normal: (Mehl, 2012)
· Ruído de Modo Comum: Common Mode Noise: Diferença da tensão que ocorre entre o condutor neutro e a terra. 
· Ruído de Modo Normal: Normal Mode Noise: Diferença da tensão que ocorre entre o condutor fase e neutro.
3.1.7 Interferência Eletromagnética – EMI e EMC
A interferência eletromagnética é um fenômeno presente no ambiente (ar) e nos cabos existentes em uma instalação. Trata-se de um sinal (ruído) de alta frequência que quando é irradiado através do meio (ar) é chamado de EMI e que quando propagado através dos cabos elétricos e de RF é chamado de EMC.
Estes ruídos (EMI e EMC) são devidos também à circulação dos componentes harmônicos, gerados pelos conversores de potência chaveados que operam em alta frequência, e que interferem na operação adequada de outros equipamentos conectados a mesma rede. (Mehl, 2012)
2.1.8 Harmônicos e Interharmônicos
Os interharmônicos (harmônicos não múltiplos de 60 Hz) costumam originar-se em cargas com formas de corrente não periódicas em 60 Hz (por exemplo, cicloconversores e fornos a arco). Os harmônicos são originados por cargas eletrônicas que consomem correntes periódicas de 60 Hz não senoidais (por exemplo, um retificador trifásico de onda completa a diodos). 
As distorções harmônicas são um tipo específico de energia “suja” (poluída ou contaminada) que, diferentemente dos transientes de corrente e tensão, estão presentes de forma contínua, associadas ao crescente número de acionamentos estáticos (inversores de frequência, variadores de velocidade, etc.), fontes chaveadas, e outros dispositivos eletrônicos de acionamento (lâmpadas eletrônicas, por exemplo). (Mehl, 2012)
3.2 Aterramento e Qualidade de Energia Elétrica
A função do aterramento é proporcionar uma referência comum para as tensões do sistema e não para servir de retorno as correntes de desequilíbrio entre fases. Por apresentar o mesmo potencial em todos os pontos sob condições normais, a terra pode ser considerada o potencial neutro, em relação ao qual se medem as outras tensões. 
O potencial da terra se mantém uniforme porque existe certa condutividade do solo, que tende a uniformizar a distribuição das cargas na sua superfície, impedindo que as cargas elétricas se acumulem em determinadas regiões. Pelo fato da terra ser um mau condutor, se um sistema elétrico desequilibrado for aterrado, pode haver corrente de retorno. Porém, essa função de caminho de retorno deve ser a atribuição do condutor neutro que conecta os pontos comuns na ligação trifásica a quatro fios (Y-Y). (Deckmann e Pomilio, 2017)
3.2.1 Aterramento com ou sem fio de retorno
Os principais casos a analisar com relação ao aterramento de um sistema trifásico são do tipo parcial sem fio de retorno, pleno sem fio de retorno e com fio de retorno. 
3.2.1.1 Aterramento parcial sem fio de retorno
Para este tipo de aterramento, um dos neutros está “flutuante” e um desequilíbrio das tensões poderá provocar o surgimento de uma tensão ΔVn entre o ponto comum não aterrado e a terra. Com isso, as tensões das fases podem sofrer uma sobretensão em relação ao potencial da terra. (Deckmann e Pomilio, 2017)
Neste caso, a vantagem a ser pontuada dessa conexão é sobre a economia do fio de retorno, associada à possibilidade de usar a medida da tensão de neutro para acionar a proteção contra desequilíbrio. Porém isso só seria razoável quando não ocorresse cargas monofásicas e o desligamento sob desequilíbrio fosse necessário, como no caso de falta de fase em motor de indução, quando é preciso desligar também as outras fases. (Deckmann e Pomilio, 2017)
FIGURA 01 – Aterramento parcial sem fio de retorno
Fonte: Deckmann e Pomilio, 2017
3.2.1.2 Aterramento dos neutros sem fio de retorno
Em caso de desequilíbrio, uma forma de reduzir a tensão de neutro é aterrar todos os neutros das conexões em Y, sem usar o fio de retorno. Entretanto, essa solução não evita que ocorram flutuações da tensão de neutro em caso de desequilíbrio com a presença da sequência zero, isso ocorre por causa da resistividade variável do solo. Com isso, a presença de cargas monofásicas ou a falta de fase, podem fazer surgir tensões de neutro significativas, ocasionando sobretensões nas demais fases e colocando em risco as outras cargas do sistema, além de criar o perigoso gradiente (potencial de passo) em torno do ponto de aterramento.
A presença de harmônicas múltiplas de 3, podem provocar também esse tipo de problema, visto que, apresentam características de sequência zero. Sendo assim, sua presença na rede sem condutor de retorno provoca a flutuação da tensão de neutro. (Deckmann e Pomilio, 2017)
FIGURA 02 – Aterramento pleno sem fio de retorno
Fonte: Deckmann e Pomilio, 2017
3.2.1.3 Aterramento do neutro com condutor de retorno
É mais razoável usar o condutor de retorno quando a carga a ser alimentada é do tipo mista (monofásica e trifásica). Pois assim fica garantido o potencial mínimo entre a terra e qualquer ponto neutro do sistema e as correntes de desequilíbrio poderão circular pelo fio de retorno. Dessa forma aumenta a segurança contra descarga por toque nos equipamentos e se pode usar a corrente de retorno como sinal de proteção contra o desequilíbrioou a presença de harmônicas de sequência zero. A detecção de anormalidades torna-se mais confiável pois a impedância de retorno é fixa e conhecida. (Deckmann e Pomilio, 2017)
FIGURA 03 – Aterramento com fio de retorno
Fonte: Deckmann e Pomilio, 2017
3.2.2 Aterramento segundo a NBR 5410 e a IEC 60364
Os métodos de aterramento são definidos pela norma brasileira NBR5410, abaixo alguns esquemas de aterramento.
São utilizadas as seguintes identificações na classificação dos esquemas de aterramento. (NBR 5410, 2004)
· 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 (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).
3.2.2.1 Esquema TN
Este esquema possui um ponto de alimentação diretamente aterrado, sendo as massas ligadas a esse ponto através de condutores de proteção. São consideradas três variantes de esquema TN, de acordo com a disposição do condutor neutro e do condutor de proteção: (NBR 5410, 2004)
a) Esquema TN-S, no qual o condutor neutro e o condutor de proteção são distintos.
FIGURA 04 – Esquema TN-S
Fonte: Deckmann e Pomilio, 2017
b) Esquema TN-C-S, em parte do qual as funções de neutro e de proteção são combinadas em um único condutor.
FIGURA 05 – Esquema TN-C-S
Fonte: Deckmann e Pomilio, 2017
c) Esquema TN-C, no qual as funções de neutro e de proteção são combinadas em um único condutor, na totalidade do esquema.
FIGURA 06 – Esquema TN-C
Fonte: Deckmann e Pomilio, 2017
3.2.2.2 Esquema TT
Neste esquema, há um ponto da alimentação diretamente aterrado, estando as massas da instalação ligadas a eletrodo(s) de aterramento eletricamente distinto(s) do eletrodo de aterramento da alimentação. (NBR 5410, 2004)
FIGURA 07 – Esquema TT
Fonte: Deckmann e Pomilio, 2017
3.2.2.3 Esquema IT
Neste esquema, todas as partes vivas são isoladas da terra ou um ponto da alimentação é aterrado através de impedância. As massas da instalação são aterradas, havendo duas possibilidades, massas aterradas no mesmo eletrodo de aterramento da alimentação, se existente e massas aterradas em eletrodo(s) de aterramento próprio(s). (NBR 5410, 2004)
O neutro pode ser ou não distribuído, tendo as seguintes situações:
15
a) 
FIGURA 08 – Esquema IT sem aterramento da alimentação
Fonte: Deckmann e Pomilio, 2017
FIGURA 09 – Esquema IT com alimentação aterrada através de impedância
Fonte: Deckmann e Pomilio, 2017
FIGURA 10 - Massas aterradas em eletrodos separados e independentes do eletrodo de aterramento da alimentação
Fonte: Deckmann e Pomilio, 2017
FIGURA 11 - Massas coletivamente aterradas em eletrodo independente do eletrodo de aterramento da alimentação
Fonte: Deckmann e Pomilio, 2017
FIGURA 12 - Massas coletivamente aterradas no mesmo eletrodo da alimentação
Fonte: Deckmann e Pomilio, 2017
3.2.2.4 Delta aterrado
Essa conexão possibilita alimentar as cargas monofásicas e bifásicas até um certo nível de carregamento, desde que não desequilibre o sistema acima do aceitável que por norma é 2% de componentes de sequência zero e negativa.
É normal aterrar o centro de um dos ramos da tensão secundaria quando usado esse tipo de conexão.
Uma das vantagens desse sistema em Δ sobre Y com retorno, é que evita a circulação de correntes de sequência zero pelas linhas de transmissão. (NBR 5410, 2004)
FIGURA 13 – Conexão delta aterrada
Fonte: Deckmann e Pomilio, 2017
4. CONCLUSÃO
A ênfase no aumento da eficiência energética levou a uma maior necessidade do uso da eletrônica de potência, e com isso o aumento da quantidade harmônicos inseridos na rede elétrica. Um aspecto importante da qualidade de energia elétrica é quanto o seu efeito na eficiência energética. Possibilitar que o sistema elétrico tenha um alto conteúdo harmônico, significa baixa qualidade da energia e acarreta a perdas adicionais na distribuição dessa energia. Os harmônicos injetados na rede, provoca perdas por efeito Joule nos condutores, transformadores e outros equipamentos.
Para a qualidade da energia elétrica, é de extrema importância o aterramento do neutro e do fio de retorno, pois com isso faz com que o risco de sobretensões nas fases sejam reduzidos, a segurança contra descargas ao torque aumenta, e aumenta também a confiabilidade da proteção. Também diminui o risco de falta sustentada de fase e o risco de mau funcionamento de equipamentos, além de viabilizar o atendimento de cargas monofásicas sem desequilibrar as tensões e detectar a presença de harmônicos múltipla de três.
5. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ABNT NORMA BRASILEIRA NBR 5410 Instalações elétricas de baixa tensão, Segunda edição, 30.09.2004
DECKMANN, Sigmar Maurer; POMILIO, José Antenor. AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DA ENERGIA ELÉTRICA. São Paulo, 2017. Acesso em: 3 de maio de 2019. Disponível em: <http://www.dsce.fee.unicamp.br/~antenor/pdffiles/qualidade/a1.pdf>.
MARTINHO, Edson. DISTÚRBIOS DA ENERGIA ELÉTRICA. 2009. 3º Ed. Érica. 144p.	
MEHL, Ewaldo L.M. QUALIDADE DA ENERGIA ELÉTRICA. Paraná, 2012. Acesso em: 05 de maio de 2019. Disponível em: <https://s3.amazonaws.com/academia.edu.documents/36984290/qualidade-energia_1_.pdf?AWSAccessKeyId=AKIAIWOWYYGZ2Y53UL3A&Expires=1557197624&Signature=b24wLnBQCeR2eO6S7gF3FyWrtdI%3D&response-content-disposition=inline%3B%20filename%3DQuality.pdf>.