Aterramentos Elétricos Industriais

Prévia do material em texto

UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ 
DAMEC - DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ENGENHARIA MECÂNICA 
CURSO DE ENGENHARIA MECÂNICA 
 
 
 
 
 
MARCELO MIGUEL TIBES PELUSO 
 
 
 
 
 
ATERRAMENTOS ELÉTRICOS INDUSTRIAIS 
ELETROTÉCNICA A 
 
 
 
 
 
 
Pato Branco 
2015 
Aterramentos Elétricos Industriais 
 
Introdução 
 
É sabido que a eletricidade sempre segue o caminho de menor resistência, 
e esse caminho pode ser o ser humano, quando temos um componente elétrico 
aterrado erradamente. No presente relatório vamos analisar as técnicas para realizar 
um aterramento eficiente. Nesse assunto tão vasto e complexo vamos ver também o 
que é o “terra”, quais as normas para garantir um bom aterramento, e esclarecer 
algumas regras básicas sobre instalação elétrica, os tipos de aterramento, formas de 
medições e matérias utilizados. 
 
Aterramento 
 
Aterrar um dispositivo ou equipamento está relacionado a interliga-lo com a 
terra propriamente dita ou a uma grande massa que possa a substituir. Então quando 
nos referenciamos a um dispositivo aterrado estamos afirmando que pelo menos um 
de seus terminais estão propositalmente ligados a terra. A finalidade de um 
aterramento é permitir que quaisquer picos de eletricidade sejam diretamente 
encaminhados para o chão, bem longe de instalações elétricas, de modo que sejam 
absorvidos sem maiores danos, evitando sobrecargas. 
O terra é um condutor construído através de uma haste metálica e que, em 
situações normais, não deve possuir corrente elétrica circundante. O instrumento 
clássico para medir-se a resistência do terra é o termômetro. 
 
Testadores de aterramento 
 
 
Finalidades do terra: 
 Visa a segurança de atuação da proteção; 
 Visa a proteção das instalações contra descargas atmosféricas 
 Visa a proteção do indivíduo contra contatos com partes metálicas da 
instalação energizadas; 
 Quando houver alguma corrente circulando pelo terra, normalmente ela deverá 
ser transitória, isto é, desviar uma descarga atmosférica para a terra, por exemplo. O 
fio terra, por norma, vem identificado pelas letras PE, e deve ser de cor verde e 
amarela. 
 
Tipos de aterramento 
A ABNT(Associação Brasileira de Normas Técnicas) possui uma norma que 
rege o campo de instalações em baixa tensão. Segundo a ABNT, aterrar significa 
colocar instalações e equipamentos no mesmo potencial de modo que a diferença de 
potencial entre a terra e o equipamento seja zero. Essa norma é a NBR 5410. Ao 
instalarmos uma máquina segundo a norma, temos a certeza de que três itens básicos 
estão assegurados: 
 
1º. O usuário do equipamento está protegido contra descargas atmosféricas, através 
da viabilização de um caminho alternativo para a terra. 
2º. Não haverá cargas estáticas acumuladas na carcaça da máquina. 
3º. Os dispositivos de proteção contra surtos terão seu funcionamento facilitado, 
através da corrente desviada para o terra. 
Os três sistemas da NBR 5410 mais utilizados na indústria são: 
 
a) Sistema TN-S: 
É comumente conhecido como sistema a cinco condutores. Neste caso, o condutor 
de proteção conectado à malha de terra na origem do sistema interliga todas as 
massas da instalação que são compostas, principalmente, pela carcaça dos 
equipamentos (massa). O condutor de proteção é responsável pela condução das 
correntes de defeito entre fase e massa. As massas solidárias ao condutor de proteção 
(PE) podem sofrer sobretensões, devido à elevação de potencial no ponto de ligação 
com o neutro de sistema. A utilização de condutores separados N e PE é obrigatória 
para circuitos com seção inferior a 10 mm² para cobre e 16 mm² para alumínio e em 
equipamentos móveis. 
 
b) Sistema TN-C: 
O condutor neutro é utilizado também como condutor de proteção e 
designado como PEN (condutor de proteção + neutro). Nesse caso, diferentemente 
do esquema TN-S, as massas das cargas elétricas ficam submetidas a potenciais 
diferentes causadas pelas tensões geradas devido ao desequilíbrio das cargas e das 
harmônicas geradas pelas cargas não lineares. Esse tipo de esquema não é permitido 
para condutores de seção inferior a 10 mm² e para equipamentos móveis.
 
c) Sistema TT: 
Nesse sistema, um ponto (geralmente o centro da estrela em um sistema de 
baixa tensão ligado em estrela) da fonte é conectado diretamente à terra. Todas as 
partes metálicas expostas e todas as partes metálicas estranhas à instalação são 
ligadas a um eletrodo de terra separado na instalação. Nesse caso, o percurso de uma 
corrente fase massa inclui o terra, o que limita em muito o valor da corrente devido ao 
elevado valor da resistência de terra. Essa corrente é insuficiente para acionar 
dispositivos de proteção (disjuntores ou fusíveis), mas suficiente para colocar uma 
pessoa em perigo. Portanto, ela deve ser detectada e eliminada por dispositivos mais 
sensíveis, geralmente chamados de interruptores diferenciais residuais (DRs). 
Todas as massas de uma instalação devem ser ligadas ao condutor de 
proteção. No entanto, a norma dispensa o uso do condutor de proteção nos circuitos 
de iluminação e tomadas em unidades residenciais. 
 
 
Existem outros tipos de aterramentos, menos utilizados, como esquema TN-C-S e 
esquema IT. 
Esquema TN-C-S: A fonte de alimentação é aterrada, o equipamento tem o seu 
aterramento que usa um fio separado que, após certa distância, é conectado ao fio 
neutro 
Esquema IT. É um esquema TT com neutro da fonte aterrado por impedância. 
Normalmente utiliza-se uma impedância na ordem de 1000 a 2000 Ohms entre o 
neutro do enrolamento de baixa tensão do transformador e a terra. Com isso, limita-
se a corrente de falta a um valor desejado, de forma a não permitir que uma primeira 
falha desligue o sistema. 
As principais vantagens são: 
 Continuidade (mantém o circuito em funcionamento quando submetido ao 
primeiro defeito); 
 Limitar a corrente de curto-circuito de acordo a capacidade de suportabilidade 
dos componentes da instalação; 
 Reduzir as harmônicas de maneira acentuada na operação do sistema elétrico 
utilizado; 
 Segurança pessoal (protege o operador contra choques elétricos). 
 
 
Projeto do sistema de aterramento 
No projeto de um sistema de aterramento é preciso levar em consideração 
diversos fatores para que se obtenha um bom resultado final. Resultado no qual seja 
possível conectar as massas dos equipamentos junto às estruturas de apoio e 
proteção ao sistema de aterramento que se pretende dimensionar e realmente prover 
um caminho seguro para a corrente de falta. Para projetar adequadamente o sistema 
de aterramento devem-se seguir as seguintes etapas: 
a. Definir o local de aterramento; 
b. Providenciar várias medições no local (por exemplo, umidade e 
resistividade do solo); 
c. Fazer a estratificação do solo nas suas respectivas camadas; 
d. Definir o tipo de sistema de aterramento desejado; 
e. Calcular a resistividade aparente do solo para o respectivo sistema de 
aterramento; 
f. Dimensionar o sistema de aterramento, levando em conta a sensibilidade 
e os limites de segurança pessoal. 
O dimensionamento correto do sistema de aterramento resulta em algumas 
consequências, tais como: 
 Fornecimento do ponto de referência (neutro) de transformadores trifásicos e de 
redes de distribuição; 
 Auxílio na proteção contra interferência eletromagnética; 
 Viabilidade de um caminho alternativo e seguro das descargas atmosféricas para 
a terra. 
 
 
Resistencia de um sistema de aterramento 
 
Há vários métodos para medir a resistência de um aterramento, temos que 
analisaros fatores envolvidos e o sistema de medição que existem para usar no 
projeto determinado. Num sistema de aterramento, considera-se como resistência de 
terra o efeito de três resistências: a resistência ás conexões, entre os eletrodos de 
terra e a superfície do terreno, a resistência relativa ao terreno nas imediações dos 
eletrodos de terra, dispersão. 
Para o projeto de um sistema de aterramento, é de primordial importância o 
conhecimento prévio das características e a constituição química do solo. Em algumas 
situações é necessário o tratamento químico do solo, para diminuir a resistividade do 
solo, há produtos que podem ser colocados como a Bentonita e Gel e devem ter as 
seguintes características: 
 Não ser toxico, 
 Deve reter umidade 
 Bom condutor de eletricidade 
 Ter pH alcalino 
 Não deve ser solúvel em agua 
 
A resistividade do solo é função de vários fatores que podem variar, dependendo 
das condições a que este está submetido no instante da medição: 
 Composição química 
 Umidade 
 Temperatura 
A resistência deve satisfazer as condições previstas em normas comprovando a 
idoneidade do solo para a segurança dos equipamentos. A resistência da malha de 
terra que é um dos fatores predominantes na segurança de um sistema elétrico 
industrial é feita através do termômetro utilizando-se os eletrodos. Segue algumas 
maneiras práticas de medir a resistência do solo, cada método dependerá da 
aplicação e do tipo de processo que facilita o cálculo. 
O método de Wenner é uma forma de medição de resistividade de solo, no qual 
consiste em colocar quatro eletrodos de teste em linha separados em uma distância 
e enterrados no solo com uma profundidade de 20 cm. Para uma medição coerente 
deve-se seguir alguns princípios como: Eletrodos devem estar alinhados com o 
mesmo espaçamento, cravados a 20 cm no solo; os espaçamentos são tabelas para 
cada tipo de solo; fatores como umidade, temperatura devem ser anotados. 
 
Método de Wenner 
 
 
Formas de medição da resistência de aterramento 
 
A modelagem de estratificação do solo em duas camadas é feita após a 
terraplanagem e depois de decorrido algum tempo para a estabilização físico-químico 
do solo. Seus resultados são de precisão razoável e é aplicável somente quando o 
solo puder ser estratificado em duas camadas. O resultado é visto em gráficos de 
resistividade por profundidade da malha. O valor de K é obtido através de tabelas que 
possuem uma relação entre as resistividades das duas camadas de solo. 
 
Curvas de resistividade do solo 
 
Medidor de resistividade do solo 
É um equipamento destinado a medição da resistividade do solo. Pode ser 
do tipo eletromecânico ou eletrônico. Para medir a resistência de uma malha de terra, 
basta montar os eletrodos e acionar o gerador do aparelho. Seu funcionamento é bem 
simples, com um termômetro registrando a queda de tensão entre os eletrodos. 
Medidor de resistividade do solo 
 Quando é necessário medir a resistência de aterramento de um sistema 
contendo apenas eletrodos verticais independente de sua disposição, usa-se o 
método de eletrodos verticais. 
Através da fórmula podemos calcular a resistividade do solo: 
 
 
Tipos de aterramentos 
 
 
 
 
Materiais usados para aterramento elétrico: 
 Caixa de inspeção; 
 Caixa de inspeção suspensa; 
 Conector cabo-haste; 
 Conector para haste terra; 
 Conector split bolt com furo; 
 Conector split bolt com rabicho; 
 Conector split bolt; 
 Conectores de medição 
 Haste terra prolongável e simples; 
 Luva de emenda para haste; 
 Solda exotérmica; 
 Tampa caixa inspeção; 
 Terminal compressão 1 furo; 
 Terminal de pressão. 
 
 
Conector cabo-haste. Haste de aterramento 
 
 
Matérias em geral 
 
 
Elementos de uma malha de terra 
a) Eletrodos de terra: Aço cobreado e aço cobreado 
b) Condutor de aterramento; 
c) Conexões: aparafusados e exotérmica (cadinho); 
d) Condutor de proteção; 
 
Detalhes do sistema de aterramento 
O aterramento deverá ser executado com hastes de 5/8” x 2,4 m com núcleo 
de aço carbono SAE 1010/1020 com revestimento de cobre eletrolítico com espessura 
mínima de 0,254mm. A malha de aterramento poderá ser executada em forma 
triangular ou em linha, mantendo uma distância entre elas de aproximadamente o 
comprimento da haste. 
 
 
Conclusão 
 
Nota-se a importância de saber e aplicar as técnicas de aterramento, de 
como projetar o sistema, conhecendo as finalidades desse sistema, os tipos de 
sistemas e os equipamentos necessários que dão suporte para um bom aterramento. 
Portanto, para fazer um bom aterramento, é fundamental seguir as normas da NBR 
5410. 
 
 
 
 
 
 
Referências 
 
MAMEDE FILHO, João. Instalações elétricas industriais. 6.ed. Rio de Janeiro: LTC, 
2001. 
KINDERMANN, G., CAMPAGNOLO, J.M., 2011, Aterramento Elétrico. 6 ed. 
Florianópolis – EEL/UFSC. 
Manual de Instalações Elétricas Residenciais (CEMIG-2003). Disponível em: . Acesso 
em: 24 fev. 2013. 
NBR 5410/1997 – Instalações elétricas de baixa tensão. Rio de Janeiro, ABNT – 
Associação Brasileira de Normas Técnicas. 
CREDER, H., 2007, Instalações Elétricos. 15 ed. Rio de Janeiro – LTC