Generalidades sobre Aterramento de Sistemas Elétricos

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2 3 J U L G E N E RA L I DA D ES S O B R E
AT E R RA M E N TO D E S I S T E M AS E L É T R I CO S
Posted at 19:48h in Uncategorized by Victor Luiz Merlin  0 Comentários  0 Likes 
Um sistema de aterramento projetado e montado corretamente é um dos requisitos
fundamentais para o bom funcionamento de um sistema elétrico, principalmente no que
diz respeito a conÚabilidade e segurança.
ES S E S I S T E M A T E M A F U N Ç ÃO P R I N C I PA L
D E :
fazer com que a resistência de terra tenha valores os mínimos possíveis, para escoar
as correntes de falta a terra;
fazer com que os potenciais produzidos pela passagem da corrente de falta, Úquem
dentro dos limites de segurança, evitando danos a pessoas e animais;
tornar os equipamentos de proteção mais sensíveis, fazendo com que as correntes
de fuga a terra sejam isoladas rapidamente;
permitir um escoamento seguro das correntes de descarga atmosférica;
eliminar as cargas estáticas geradas nas carcaças dos equipamentos.
Para iniciarmos o estudo de elaboração do projeto de um sistema de aterramento
necessitamos conhecer a resistividade do solo, bem como suas características principais
no que diz respeito ao tipo ou tipos de solo, sua estratiÚcação em camadas, teor de
umidade, temperatura etc.
A resistividade do solo varia signiÚcativamente com a elevação da umidade. A
quantidade maior de água faz com que os sais presentes no solo, se dissolvam,
formando um meio eletrolítico favorável à passagem de corrente iônica.
A partir destas considerações já podemos concluir que os aterramentos melhoram suas
características nos períodos de chuva e pioram nos períodos de seca.
A temperatura também inÛuencia na variação de resistividade do solo. VeriÚca-se no
que se refere somente a temperatura que o valor da resistividade não varia muito entre
as temperaturas de 10 a 60°C, porém aumenta seu valor signiÚcativamente quando esta
temperatura chega próximo a 100°C, onde o estado de vaporização deixa o solo mais
seco, com formação de bolhas internas, diÚcultando a condução de corrente. Essa
resistividade aumenta também bruscamente e de maneira signiÚcativa quando a
temperatura Úca abaixo de zero, tendo em vista que com o gelo ocorre uma mudança
brusca no estado de ligação entre os grânulos que formam a concentração eletrolítica
Share
brusca no estado de ligação entre os grânulos que formam a concentração eletrolítica,
tornado o solo mais seco.
No que diz respeito ao tipo de solo e à sua estratiÚcação, sabemos que na sua grande
maioria os solos não são homogêneos, mas sim formados por diversas camadas de
resistividade e profundidade diferentes. Essas camadas, devido à formação geológica,
são normalmente horizontais e paralelas à superfície do solo. Esta variação da
resistividade nas diversas camadas do solo provoca variação na dispersão da corrente
de defeito ou de descarga, e deve ser levada em consideração no projeto do sistema de
aterramento.
L I G AÇ ÃO À T E R R A D E E Q U I PA M E N TO S E
PA R T E S M E TÁ L I C A S
Ao ocorrer um curto circuito ou fuga de corrente para a terra, espera-se que a corrente
seja elevada o suÚciente para que a proteção atue, eliminando o defeito o mais rápido
possível. Enquanto a proteção não atua, a corrente de defeito escoa para o solo, e gera
potenciais distintos nas massas metálicas e superfícies do solo.Para termos um sistema
seguro e eÚciente, devemos aterrar todas as partes metálicas sujeitas a um eventual
contato com as partes energizadas, para que em caso de algum defeito, o sistema
estabeleça um curto circuito fase terra, elevando a corrente a valores tais que
provocarão a atuação da proteção, desenergizando o sistema.
Devemos portanto efetuar a ligação dos equipamentos elétricos a um aterramento o
melhor possível, dentro das condições do solo, de modo que a proteção seja
sensibilizada o mais rápido possível, e os potenciais de toque e passo Úquem abaixo dos
limites críticos de Úbrilação ventricular do coração humano. O sistema de aterramento
basicamente pode ser feito através de uma simples haste, de diversas hastes
interligadas (alinhadas, em triângulo, em círculo etc.), com placas de material condutor,
Úos ou cabos estendidos ou de outras formas previstas em norma. A escolha do sistema
de aterramento depende do tamanho, tensão, importância e características do sistema.
O sistema mais eÚciente é quando o aterramento é realizado através de uma malha de
terra.
 
O projeto de um sistema de aterramento deve seguir basicamente as seguintes
etapas:a) DeÚnir o local de aterramento;
b) Realizar varias medições da resistividade do solo no local previsto;
c) A partir dessas medições realizar a estratiÚcação do solo com suas respectivas
camadas;
d) DeÚnir o tipo de sistema de aterramento necessário;
e) Calcular a resistividade aparente do solo;
f) Dimensionar o sistema de aterramento, levando em consideração a sensibilidade dos
relés, e os limites de segurança pessoal, isto é, da Úbrilação ventricular do coração.
 
M E D I Ç ÃO DA R E S I S T I V I DA D E D O S O LO
O ponto inicial do nosso processo é a deÚnição do local onde será feito o sistema de
aterramento. Esta deÚnição deve ser analisada cuidadosamente caso a caso, levando-se
em consideração as características do sistema elétrico que será aterrado, a
disponibilidade de local, as características econômicas do projeto, a segurança das
pessoas, a possibilidade de inundação do terreno e as medidas preliminares realizadas
no local.O solo apresenta resistividade que depende do tamanho do sistema de
aterramento. A dispersão da corrente elétrica atinge camadas profundas com o aumento
da área envolvida pelo aterramento.
Para efetuar o projeto do sistema de aterramento deve-se conhecer a resistividade
aparente que o solo apresenta. O levantamento destes valores de resistividade é feito
através de medições em campo, utilizando métodos de prospecção geoelétrico. Os
métodos mais conhecidos são método de Wenner, método de Lee e método de
Schlumberger – Palmer. Em nossos estudos optaremos pelo método de Wenner.
M É TO D O D E W E N N E R
Este método utiliza um Megger (Terrômetro / Telurímetro) para medir os valores de
resistência necessários para o cálculo de resistividade do solo. Este instrumento possuí
dois terminais de corrente e dois de potencial. As medidas são realizadas fazendo
circular, por meio da fonte interna do aparelho, uma corrente elétrica entre as duas
hastes externas que estão conectadas aos terminais de corrente C1 e C2. O aparelho
indica na leitura o valor da resistência elétrica medido entre as hastes ligadas aos
terminais de potencial P1 e P2. A resistência medida pode ser expressa pela formula
abaixo:
Este método considera que praticamente 58% da distribuição de corrente que passa
entre as hastes externas ocorre a uma profundidade igual ao espaçamento entre as
hastes. A corrente na verdade atinge uma profundidade maior, porém neste caso sua
dispersão é muito grande, e seu efeito pode ser desconsiderado. Portanto podemos
considerar para este método que o valor da resistência medida é relativa a profundidade
“a” do solo.
Para se efetuar uma medição correta deve-se tomar alguns cuidados, conforme abaixo:
as hastes deverão ter aproximadamente 50 cm de comprimento com diâmetro entre
10 e 15 mm;
durante a medição as hastes deverão estar sempre alinhadas, igualmente espaçadas
, cravadas a uma mesma profundidade (20 a 30 cm) e bem limpas, isentas de oxidos ou
gorduras;
o aparelho e a carga da bateria deverão estar em boas condições, e durante a
medição ele deverá estar posicionado simetricamente entre as hastes;
as condições do solo deverão ser levadas em consideração (seco ou úmido);
ç ç
por questões de segurança não
devem ser realizadas medições em dias que houver
riscos de descargas atmosféricas, não deixar que pessoas estranhas ou animais se
aproximem do local e utilizar calçados e luvas de isolação para executar as medições.
Para uma medição correta da resistividade do solo, devemos em cada direção
considerada efetuar diversas medições, sendo recomendado para “a” os seguintes
espaçamentos 1 ; 2 ; 4 ; 6 ; 8 ; 16 e 32, onde teremos a leitura dos diverso valores de
resistência em ohms e poderemos então calcular os valores de resistividade em ohms
metro de acordo com a formula abaixo:
 
O número de direções em que as medidas deverão ser realizadas depende da
importância e das dimensões do sistema de aterramento, e das variações dos valores
encontrados durante as medições. Para cada ponto do aterramento, ou posição do
aparelho, recomenda-se efetuar medidas em três direções, com ângulo de 60° entre si.
No caso de subestações deve-se efetuar medidas em vários pontos, cobrindo toda a
área da malha pretendida.Após a medição, devemos juntar os dados em uma tabela, e
avaliar quais deverão ser considerados e quais deverão ser desprezados. Essa avaliação
deverá ser realizada da seguinte forma:
 
a) Calcular a média aritmética dos valores de resistividade calculados para cada
espaçamento;
b) Com base nessas médias calcular a diferença entre cada valor de resistividade e a
média de seu espaçamento;
c) Desprezar todos os valores de resistividade que tenham desvio maior que 50% em
relação a média Todos os valores com desvio abaixo de 50% serão aceitos;
d) Caso seja observado um elevado número de desvios acima de 50%, recomenda-se
realizar novas medidas no local. Se a ocorrência dos desvios persistir, deveremos
considerar esta região independente para efeito de modelagem;
e) Com os dados já analisados, calcula-se novamente a média aritmética das
resistividades remanescentes;
f) Com as resistividades médias para cada espaçamento, tem-se os valores deÚnitivos
para traçar a curva r x a , necessária ao procedimento das aplicações dos métodos de
estratiÚcação do solo.
 
E S T R AT I F I C AÇ ÃO D O S O LO
 
Os solos em função de sua própria formação geológica, podem ser representados
através de um modelo formado por camadas horizontais estratiÚcadas.
A resistividade de cada camada, bem como a sua profundidade podem ser
determinadas através de diversos métodos de estratiÚcação do solo, conforme abaixo:
 
Método de EstratiÚcação de Duas Camadas
utilizando curvas
utilizando técnicas de otimização
utilizando simpliÚcações
Método de Pirson para estratiÚcação do solo em várias camadas
Método GráÚco de Yokogawa para estratiÚcação do solo em várias camadas Para
efeito de nossos estudos aplicaremos o Método de estratiÚcação do solo em duas
camadas, utilizando curvas. Os demais métodos seguem mais ou menos a mesma linha
de raciocínio, e poderão ser utilizados conforme as necessidades ou conveniências.
 
M É TO D O D E D UA S C A M A DA U T I L I Z A N D O
C U RVA S
C U RVA S
 
 
Com base no processo de medição de resistividade do solo estabelecido pelo Método
de Wenner, podemos chegar a expressão que relaciona a resistividade do solo para uma
distância “a” entre os eletrodos com a resistividade do solo da primeira camada,
conforme abaixo :
Analisando a expressão veriÚcamos que a variação do coeÚciente de reÛexão é limitado
entre -1 e +1.
Tendo em vista a pequena variação de valores do coeÚciente de reÛexão K, é possível
traçar uma família de curvas teóricas em função de valores das relações r (a)/r1 e h/a.
Apresentamos as curvas traçadas para K variando na faixa negativa, isto é, curva r (a) x a
descendente e para K variando na faixa positiva, com curva r (a) x a ascendente.Com
base nas curvas e equações, podemos agora estabelecer um procedimento de calculo
para deÚnir a estratiÚcação do solo em duas camadas :
 
1) Traçar a curva r (a) x a com os dados obtidos pelo método de Wenner;2) Prolongar a
curva traçada até cortar o eixo das ordenadas. Neste ponto é lido diretamente o valor de
r1 , resistividade da primeira camada. Para facilitar este processo, devemos efetuar várias
medidas pelo Método de Wenner para pequenos espaçamentos;
3) Um valor de espaçamento “a1” é escolhido arbitrariamente, e levado na curva para
obter-se o correspondente valor de r (a1).
4) Pelas características da curva traçada conforme item “1”, determinamos o sinal de K.
Para curva descendente K será negativo, e calcularemos r (a1)/r1 . Para curva
ascendente K será positivo, e calcularemos r1 /r (a1).
5) Com os valores calculados acima, entramos nas curvas teóricas correspondentes e
encontramos vários valores de h/a para os diversos valores de K. Estes vários valores
encontrados são colocados em uma tabela especíÚca.
6) Na seqüência multiplica-se cada valor de h/a encontrado pelo valor de “a1”,
resultando vários valores de “h” para cada K correspondente.
7) Traçamos agora uma curva K x h dos vários valores obtidos.
8) Um segundo valor de espaçamento a2 diferente de a1 é novamente escolhido, e todo
o processo é repetido, resultando numa nova curva K x h.
9) Traçamos a nova curva no mesmo gráÚco da curva anterior.
10) A intersecção das duas curvas K x h num dado ponto resultará nos valores reais de K
e h, deÚnindo desta forma a estratiÚcação.
 
U M A H A S T E V E R T I C A L
Uma haste cravada verticalmente em um solo homogêneo, tem uma resistência elétrica
que pode ser determinada pela fórmula:
Nos sistemas de aterramento raramente uma única haste é o suÚciente para chegarmos
ao valor da resistência desejada. Analisando a fórmula acima, veriÚcamos que as
alternativas para melhorarmos este valor de resistência são aumentarmos o diâmetro da
haste (limitações técnicas, e baixa relação custo-benefício), colocarmos mais hastes em
paralelo, aumentarmos o comprimento da haste, reduzirmos a resistividade aparente do
solo utilizando tratamento químico.Além da resistência de terra dada pela fórmula
acima, temos outros elementos que compõe o valor Únal da resistência do sistema de
aterramento, conforme abaixo :
resistência da conexão do cabo de aterramento ao equipamento a ser aterrado;
impedância do cabo entre o equipamento e o sistema de aterramento;
resistência da conexão do cabo ao sistema de aterramento;
resistência do material que forma o sistema de aterramento;
resistência de contato desse material com a terra;
resistência de terra do sistema de aterramento.
Dos itens relacionados acima a resistência de terra possuí o maior valor, assumindo
maior importância, já que depende de fatores como a resistividade do solo, condições
climáticas etc. dos quais não temos muitas vezes o controle. Os demais itens atingem
valores menores e são mais fáceis de serem controlados.
 
I N S TA L AÇ Õ E S D E H A S T E S E M PA R A L E LO
A instalação de hastes em paralelo, reduzem signiÚcativamente o valor Únal da
resistência de aterramento. Esta redução não segue simplesmente a lei de resistências
em paralelo, em função da interferência que ocorre entre as zonas equipotenciais de
cada haste, conforme abaixo.
Esta zona de interferência entre as linhas equipotenciais causa uma área de bloqueio do
Ûuxo da corrente de cada haste, resultando uma maior resistência de terra individual.
Como a área de dispersão efetiva da corrente de cada haste torna-se menor, a
resistência de cada haste dentro do conjunto aumenta. Isto faz com que ao instalarmos
duas hastes em paralelo o resultado Únal seja um valor de resistência menor que aquele
para uma haste, porém maior que o valor da resistência para uma haste dividido por
dois.
VeriÚca-se que se aumentarmos o espaçamento entre as hastes essa interferência
diminui, porém
um aumento muito grande torna-se economicamente inviável.
Utilizamos normalmente um espaçamento em torno do comprimento da haste, é
comum utilizar-se esse espaçamento em torno dos três metros.Para chegarmos ao valor
da resistência de terra de um sistema com várias hastes, necessitamos a partir do valor
calculado para uma haste, chegar ao valor da resistência equivalente para o conjunto
das hastes, que é dado pela formula a seguir:
 
Nos sistemas normais de aterramento empregam-se hastes iguais, o que facilita o
cálculo da resistência equivalente.Fazendo o cálculo para todas as hastes do conjunto
(Rh) tem-se os valores da resistência de cada haste:
 
Determinada a resistência individual de cada haste dentro do conjunto, já considerados
os acréscimos ocasionados pelas interferências, a resistência equivalente das hastes
interligadas será a resultante do paralelismo destas.
Tendo o valor da resistência equivalente do conjunto podemos calcular o índice de
aproveitamento ou índice de redução (K), que é deÚnido com a relação entre essa
resistência (Req) e a resistência individual de cada haste sem a presença de outras
hastes.
Essa expressão indica que a resistência equivalente do conjunto de hastes em paralelo é
K vezes o valor da resistência, caso o sistema fosse montado com apenas uma haste
isolada. Para facilitar os processos de calculo os valores de K são tabelados, ou obtidos
de curvas.
 
I N S TA L AÇ ÃO D E H A S T E S P R O F U N DA S
Neste tipo de montagem, procura-se diminuir o valor da resistência de terra, com o
aumento do comprimento L da haste. O aumento do comprimento da haste faz com que
na instalação do sistema apareçam outros fatores que ajudam a melhorar ainda mais a
qualidade do aterramento. Estes fatores são :
Aumento do comprimento da haste;
Menor resistividade do solo nas camadas mais profundas;
Condição de água presente e estável ao longo do tempo;
Condição de temperatura constante e estável ao longo do tempo;
Produção de gradientes de potencial maiores no fundo do solo, tornado os potenciais
de passo na superfície praticamente desprezíveis.
 
A execução deste sistema pode ser feita de duas maneiras:
BATE ESTACA – onde as hastes são emendáveis, possuindo rosca nos extremos, e
são cravados uma a uma no solo por bate estacas. Dependendo do terreno é possível,
por este processo, chegar a 18 metros de profundidade.
MOTO PERFURATRIZ – neste caso é cavado um buraco, onde é introduzido uma
única haste soldada a um Úo longo que a interliga com o sistema a ser aterrado.
Recomenda-se também introduzir no buraco, juntamente com a haste limalha de cobre.
Esta limalha ao penetrar no solo, facilita a dispersão da corrente, obtendo uma menor
resistência elétrica do sistema. Por este processo consegue-se, dependendo das
características do solo, chegar até 60 metros de profundidade.
 
T R ATA M E N TO Q U Í M I C O D O S O LO
O tratamento do solo com algum tipo de produto químico, tem a Únalidade de diminuir a
resistência de aterramento de uma malha, com a alteração da resistividade do solo. Este
tipo de procedimento não deve ser realizado de maneira indiscriminada, mas deve
somente ser aplicado em sistemas onde não se atingiu o valor da resistência desejada, e
não é possível alterar o seu local de instalação e alteração das características da malha
de terra através do aumento do número de cabos, hastes etc. não é possível mais ser
feito, é inviável economicamente ou não atinge resultados satisfatórios.O produto a ser
utilizado neste tipo de tratamento deve atender a algumas recomendações importantes,
como a de não causar danos à natureza, não ser tóxico, além de ser quimicamente
estável, possuir baixa resistividade elétrica, não causar corrosão nos elementos do
aterramento, não ser consumido com a chuva, porém ter a capacidade de reter
umidade.
Apresentamos dois produtos que podem ser utilizados para este tipo de tratamento:
EARTHRON – que é um produto líquido de lignosulfato (principal componente da
polpa da madeira) mais um agente geleiÚcador e sais inorgânicos. Tem como principais
características não ser solúvel em água, não ser corrosivo, ser quimicamente estável,
reter umidade, ter longo período de atuação no solo, e ser de fácil aplicação.
GEL – é uma mistura de diversos sais, que em presença de água formam o agente
ativo do tratamento. Este é um produto quimicamente estável, não é solúvel em água, é
higroscópico, é não corrosivo, possuí longo período de atuação no solo, e não é atacado
pelos ácidos contidos no solo.
A relação entre a resistência do solo medida antes do tratamento químico e o valor
obtido após este tratamento é chamada de coeÚciente de redução. Este valor pode ser
previsto para o Gel, considerando a faixa provável, determinada pelo gráÚco a seguir.
 
A resistência de terra varia com o tempo, inÛuenciada pelas características climáticas e
do solo da região. Este tipo de tratamento químico tem uma vida útil determinada,
devendo portanto ser realizado um acompanhamento freqüente da variação desta
resistência e ser realizado novo tratamento tão logo se constate esta necessidade (vida
resistência, e ser realizado novo tratamento tão logo se constate esta necessidade (vida
útil conforme o produto varia de 2 a 5 anos).Tendo em vista que a função principal do
tratamento químico é reter a água para diminuir a resistência da terra, épocas de secas
podem alterar signiÚcativamente a atuação do tratamento. Nestas épocas recomenda-
se molhar a terra que contém a malha.
Em terrenos extremamente secos, pode-se concretar o aterramento. O concreto tem a
propriedade de manter a umidade, e sua resistividade está entre 30 e 90 Wm.
R E S I S T I V I DA D E A PA R E N T E
A resistência Únal de uma malha de terra depende da geometria desta malha e da
resistividade do solo vista pela mesma em função de sua integração com o este solo,
considerando a profundidade atingida pelo escoamento das correntes elétricas. Se
colocarmos um sistema de aterramento com a mesma geometria em solos com
camadas diferentes, teremos valores de resistência de terra distintos.
A passagem da corrente elétrica do sistema de aterramento para o solo depende da
composição do solo com suas diversas camadas, da geometria do sistema de
aterramento e do tamanho deste sistema.
Para podermos calcular a resistividade do solo considerando a sua integração com a
malha, necessitamos deÚnir resistividade aparente.
Resistividade aparente é o valor de resistividade considerando como se o solo fosse
homogêneo, e que produz como resultado um valor de resistência de terra igual ao do
sistema de aterramento real com várias camadas.
A resistividade aparente de uma haste cravada verticalmente em um solo com várias
camadas é dada pela fórmula conhecida como fórmula de Hummel.
F Ó R M U L A     D E     H U M M E L
 
Vemos portanto que o calculo da resistividade aparente de um sistema de aterramento
é efetuado considerando o nível de penetração da corrente de escoamento num solo de
duas camadas. Logo, caso tenhamos um solo com muitas camadas, este deve ser
reduzido pelo método apropriado a um solo de duas camadas.
A resistividade aparente é calculada como o produto do fator N pela resistividade da
primeira camada para solos de duas camadas ou pela resistividade equivalente para
solo de varias camadas. Este fator N é tirado da curva desenvolvida por Endrenyi, onde
(a) coeÚciente de penetração é o eixo das abcissas e (b) coeÚciente de divergência é a
curva correspondente.
D I M E N S I O N A M E N TO C O M P L E TO D E U M A
M A L H A D E AT E R R A M E N TO
O dimensionamento correto de uma malha de aterramento deve atender principalmente
os seguintes requisitos:
fazer com que os potenciais que
surjam na superfície quando da ocorrência do
máximo defeito à terra, sejam inferiores aos máximos potenciais de passo e toque que
uma pessoa pode suportar sem a ocorrência de Úbrilação ventricular:
uma pessoa pode suportar sem a ocorrência de Úbrilação ventricular:
o condutor da malha deverá suportar os esforços mecânicos e térmicos a que
estarão sujeitos ao longo de sua vida, em função das altas correntes de defeito que
circularão por esta malha;
a resistência de terra da malha deverá ser compatível com o sistema de proteção
permitindo que o relé de neutro atue com segurança em caso de defeitos para a terra;
O processo de calculo da malha é basicamente um processo iterativo, partindo-se para
efeito de calculo de uma malha inicial, e veriÚcando se os potenciais na superfície estão
dentro dos limites de segurança. Caso isto de conÚrme parte-se para o detalhamento da
malha, ou caso contrario, modiÚca-se o projeto inicial até se estabelecer as condições
exigidas.
Antes de iniciarmos o processo de calculo, deveremos ter em mãos uma série de dados
e deÚnições conforme abaixo:
Fazer no local onde será executada a malha de aterramento as medições de
resistividade do solo pelo método de Wenner, para podermos obter posteriormente a
estratiÚcação do solo;
DeÚnir a resistividade superÚcial do solo. É comum se utilizar pedra brita na superfície
sobre a malha de terra, formando uma camada mais isolante, que contribui para a
segurança humana. Nestes casos, utilizamos o valor da resistividade da brita molhada (rs
= 3000 W.m), e fazemos as devidas correções para o restantes dos cálculos onde isto
vier a inÛuenciar.
Caso não se utilize brita, utiliza-se como resistividade superÚcial o valor da resistividade
da primeira camada obtida da estratiÚcação;
Obter o valor da corrente máxima de curto circuito entre fase e terra no local do
aterramento (Imaxima = 3 I0 );
Deve-se veriÚcar o percentual correto da corrente de curto cicuito máxima que
realmente escoa pela malha. Deve-se observar os diversos caminhos pelos quais a
corrente de seqüência zero pode circular.
Tempo de defeito para a máxima corrente de curto cicuito fase terra, equivalente ao
tempo de atuação do sistema de proteção;
DeÚnição da área da malha pretendida;
DeÚnição do máximo valor de resistência de terra de modo a ser compatível com a
sensibilidade do sistema de proteção.
A partir destes dados podemos iniciar nosso processo de calculo, seguindo um roteiro
conforme abaixo:
E S T R AT I F I C AÇ ÃO D O S O LO 
Com base nas medições realizados no local, montamos um modelo de solo
estratiÚcado.
 
R E S I S T I V I DA D E A PA R E N T E
Com base na estratiÚcação do solo, e nas características da malha que estamos
dimensionando, determinamos o valor da resistividade aparente do solo, conforme
metodologia já estudada.
D I M E N S I O N A M E N TO D O C O N D U TO R DA
M A L H A
Este condutor é dimensionado considerando os esforços mecânicos e térmicos que ele
pode suportar.
Quanto ao dimensionamento mecânico, na pratica, utiliza-se no mínimo o condutor 35
mm2 , que suporta os esforços mecânicos de movimentação do solo e dos veículos que
transportam os equipamentos durante a montagem da subestação.
Quanto ao dimensionamento térmico, utiliza-se a fórmula de Onderdonk, válida somente
para cabos de cobre, que considera o calor produzido pela corrente de curto cicuito
totalmente restrito ao condutor.

Para dimensionamento do cabo da malha, leva-se em consideração que a corrente de
defeito é dividida no ponto de ligação com o cabo de descida, em duas parte iguais,
escoando metade para cada lado. Para efeito de dimensionamento considera-se um
acréscimo de 10%, isto é, dimensiona-se os cabos para no mínimo 60% da corrente
máxima de curto circuito.
Para o caso do cabo de ligação considera-se que por ele passa a corrente máxima de
curto circuito, e que a conexão é feita de junta cavilhada, sendo portanto a temperatura
máxima considerada igual a 250°C.
Apresentamos abaixo uma tabela simpliÚcada nos dando a bitola do condutor em
função do tempo de defeito e do tipo de emenda, para cada unidade da corrente de
defeito.
 
C A PAC I DA D E D O C O N D U TO R D E C O B R E E M
( M M 2 / K A )
 
 
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POTENCIAIS MÁXIMOS A SEREM VERIFICADOS
 
A malha de aterramento só poderá ser aceita se na superfície do solo sobre a malha,
quando da ocorrência do maior defeito fase terra, os potenciais de toque e de passo
forem menores que os máximos permitidos. Estes máximos permitidos são calculados
pelas formulas abaixo, e são tais que ao produzirem correntes no ser humanos, estas
correntes não produzam Úbrilação ventricular do coração.
O potencial de toque máximo é dado pela expressão abaixo:
 
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MALHA INICIAL
 
O processo de dimensionamento da malha é um processo iterativo, onde partimos de
um projeto inicial, com dimensões da malha, espaçamentos e colocação de hastes de
terra pré deÚnidas. Com isto, calculamos os potenciais que surgem na superfície da
malha, bem como a resistência de aterramento resultante, comparamos com os valores
ideais, fazemos os ajustes necessários. Um espaçamento típico adotado está entre 5 e
10% do comprimento total de cada lado da malha.
Iremos considerar sempre em nossas formulas que a malha é formada por quadrados,
isto é, ea » eb. A partir das dimensões da malha determinamos os números de
condutores paralelos ao longo dos lados da malha :
Escolhe-se o número inteiro, adequado ao resultado do cálculo acima.
O comprimento total dos condutores que formam a malha é dado pela expressão :
Caso se opte por introduzir hastes de terra na malha, deve-se acrescentar seus
comprimentos na determinação do comprimento total de condutores na malha :
 
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RESISTÊNCIA DE ATERRAMENTO DA MALHA
 
A resistência de aterramento da malha pode ser calculada aproximadamente pela
fórmula de Sverak, conforme abaixo :
O valor de resistência obtido com a fórmula deverá ser menor do que a máxima
resistência limite da sensibilidade do relé de neutro.
 
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POTENCIAL DA MALHA
 
O potencial da malha é deÚnido como o potencial de toque máximo, encontrado dentro
de uma submalha da malha de terra, quando do máximo defeito fase-terra. Numa malha
de terra, a corrente de defeito escoa preferencialmente pelas bordas da malha. Isto se
dá, devido à interação entre os condutores no interior da malha que forçam o
escoamento da corrente pelas bordas da malha. Assim,
o potencial de malha máximo se
encontra nos cantos da malha e pode ser calculado pela expressão:
No caso de malhas onde são colocadas hastes nos cantos e/ou na periferia, as
correntes têm maior diÚculdade de escoar mais profundamente no solo, devendo-se
fazer uma correção no comprimento total da malha, considerando-se 15% a mais no
comprimento das hastes.
 
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POTENCIAL DE PASSO DA MALHA
 
É o maior potencial de passo que surge na superfície da malha, quando do máximo
defeito fase-terra. O potencial máximo ocorre na periferia da malha, e é calculado por :
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POTENCIAL DE TOQUE MÁXIMO DA MALHA
 
Todos os equipamentos terão suas partes metálicas ligadas à malha de terra da
subestação. Por questões de segurança o potencial gerado pela maior corrente de curto
circuito monofásica à terra, ao limite de tensão de toque para não causar Úbrilação. Para
satisfazer aos requisitos de segurança devemos ter :
Caso esta consideração não venha a ser atendida, deveremos refazer os cálculos de
potencial de passo e de toque, revendo os valores arbitrados para a malha. Em função
do grau de risco, da localização e das características da malha, esta deverá ser cercada
por muro ou cerca metálica. Caso venha a ser optado por cerca metálica, deverá ser
calculado o potencial de toque desta cerca, e veriÚcado os limites de segurança.
 
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MELHORIA DA MALHA
 
Após o seu dimensionamento, poderemos usar algumas alternativas para melhorar
ainda mais a qualidade da malha de terra : 
– Fazer espaçamentos menores na periferia da malha; 
– Arredondar os cantos da malha para diminuir os efeitos das pontas; 
– Rebaixar os cantos; 
– Colocar hastes na periferia; 
– Colocar hastes na conexão do cabo de ligação do equipamento com a malha; 
– Fazer submalhas no ponto de aterramento de bancos de capacitores e chaves de
aterramento; se não for possível usar malha de equalização somente neste local. 
– Colocar um condutor em anel a 1,5m da malha e a 1,5m de profundidade. 
– Caso a malha estiver em situação muito crítica, ou além do seu limite de segurança,
pode-se usa uma malha de equalização, que mantém o mesmo nível de potencial na
superfície do solo. É uma verdadeira blindagem elétrica.
 
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MEDIÇÃO DE RESISTÊNCIA DE TERRA
 
Esta medição é relativamente simples, e tem a intenção de obter o valor da resistência
de terra de um sistema existente, no momento da medição. Este valor varia ao longo do
ano, e deve-se portanto programar medições periódicas, inclusive nas épocas de chuva
e seca, para termos um histórico das variações durante o ano.
As correntes de curto circuito fase terra, geram componentes de seqüência zero, que
em sua maioria retornam ao sistema pela terra. Esta corrente é limitada pela resistência
de aterramento do sistema.
No instante do curto circuito a densidade de corrente no solo junto à haste é máxima.
Com o afastamento, as linhas de corrente se espraiam diminuindo a densidade de
corrente. Após uma determinada distância, o espraiamento das linhas de corrente é
máximo, e a densidade de corrente praticamente nula. Portanto, a região do solo para o
afastamento considerado, Úca com resistência elétrica praticamente nula.
Concluímos portanto que a resistência de terra da haste em que está sendo feita a
medição corresponde somente ao solo onde as linhas de corrente convergem.
 
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MÉTODO DE MEDIÇÃO VOLT- AMPERÍMETRO
 
Este é um método clássico, utilizando-se conforme esquema abaixo, um amperímetro,
um voltímetro e uma fonte de corrente da ordem de alguns ampères (gerador portátil,
transformador).
 
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MEDIÇÃO USANDO MEGGER (TERRÔMETRO OU TELURÍMETRO)
 
A medição de aterramento utilizando-se aparelho apropriado é realizada conforme
esquema abaixo :
Os terminais C1 e P1 devem ser conectados.
O aparelho injeta no solo, pelo terminal de corrente C1, uma corrente elétrica I. Esta
corrente retorna ao aparelho pelo terminal de corrente C2, através da haste auxiliar B.
Esta circulação de corrente gera potenciais na superfície do solo. O potencial
correspondente ao ponto “p” é processado internamente pelo aparelho, que indicará o
valor correspondente da resistência neste ponto.
Durante a medição deve-se observar os seguintes procedimentos : 
– Alinhamento do sistema de aterramento principal com as hastes de potencial e
auxiliar; 
– A distância entre o sistema de aterramento principal e a haste auxiliar deve ser
suÚcientemente grande, para que a haste de potencial atinja a região plana do patamar; 
– O aparelho deve Úcar o mais próximo possível do sistema de aterramento principal; 
– As hastes de potencial e auxiliar devem estar bem limpas, principalmente isentas de
óxidos e gorduras, para possibilitar um bom contato com o solo; 
– Calibrar o aparelho, isto é, ajustar o potenciômetro e o multiplicador do MEGGER, até
que seja indicado o valor zero; 
– As hastes usadas devem ser do tipo Copperweld, com 1,2m de comprimento e
diâmetro de 16 mm; 
– Cravar as hastes no mínimo 70 cm do solo; 
– O cabo de ligação deve ser de cobre com bitola mínima de 2,5mm2; 
– As medições devem ser feitas em dias em que o solo esteja seco, para se obter o
maior valor de resistência de terra deste aterramento; 
– Se não for o caso acima, devem-se anotar as condições do solo; 
– Se houver oscilações da leitura, durante a medição, signiÚca existência de
interferência. Deve-se, deslocar as hastes de potencial e auxiliar para outra direção, de
modo a contornar o problema; 
– VeriÚcar o estado do aparelho; 
– VeriÚcar a carga da bateria. 
Para efetuarmos a medição da resistência de terra, levando em consideração a
segurança humana, deve-se observar os seguintes itens : 
– Não devem ser feitas medições sob condições atmosféricas adversas, tendo-se em
vista a possibilidade de ocorrência de raios; 
– Não tocar na haste e na
Úação; 
– Não deixar que animais ou pessoas estranhas se aproximem do local; 
– Utilizar calçados e luvas de isolação para executar as medições; 
– O terra a ser medido deve estar desconectado do sistema elétrico.
C O M P A R T I L H E I S S O :
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