Ensaio eletricidade Ensaio%206 Aterramento

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Universidade de Brasília – UnB. 
Faculdade de Tecnologia – FT. 
Departamento de Engenharia Elétrica – ENE. 
Laboratório de Instalações Elétricas. 
 
 
Ensaio 06 – Medição de Resistência de Terra. 
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ENSAIO NO. 06 – MEDIÇÃO DE RESISTÊNCIA DE TERRA 
 
 
 
1 – OBJETIVO 
 
 Permitir ao aluno a prática na medição de resistência de terra. 
 
2 – FUNDAMENTOS TEÓRICOS 
 
2.1. Considerações iniciais 
 
 Aterrar um equipamento elétrico, ou um componente de determinado sistema elétrico, consiste em 
ligá-lo eletricamente à terra por meio de dispositivos apropriados. 
 As finalidades de um sistema de aterramento são: 
 - proporcionar uma baixa resistência de aterramento; 
 - manter valores de tensão carcaça-terra e estrutura-terra dentro do nível de segurança para o 
pessoal, no caso de as partes metálicas da carcaça (ou estrutura) serem acidentalmente energizadas; 
 - proporcionar um caminho de escoamento para terra das descargas atmosféricas ou sobretensões 
devidas a manobras de equipamentos; 
 - permitir que os equipamentos de proteção isolem rapidamente as falhas à terra; 
 - diminuir os valores de tensão fase-terra do sistema, fixando a tensão de isolação a valores 
determinados; 
 - proporcionar o escoamento para a terra, da eletricidade estática gerada por equipamentos ou por 
indução, evitando faiscamento. 
 Em conseqüência, na prática, os sistemas de aterramento são classificados em dois tipos: 
 - Aterramento de Segurança; 
 - Aterramento de Serviço. 
 
 Os Aterramentos de Segurança objetivam evitar acidentes com o pessoal, no caso de as partes 
aterradas serem energizadas acidentalmente. É o caso do aterramento da carcaça dos motores elétricos, do 
aterramento das partes metálicas não-energizadas das instalações elétricas etc. 
 Os Aterramentos de Serviço têm por objetivo a melhoria dos serviços elétricos. É o caso do 
aterramento do ponto neutro dos transformadores trifásicos ligados em estrela, do aterramento do fio 
neutro das redes de distribuição de energia elétrica etc. 
 Basicamente, um aterramento é constituído pelos elementos mostrados na Figura 1, descritos a 
seguir: 
 
 
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Figura 1 
 
 a) Eletrodo de aterramento - É um condutor metálico, ou conjunto de condutores metálicos, 
cravado na terra. Pode ser: um tubo de ferro galvanizado de 3 m de comprimento e 3/4” de diâmetro; uma 
cantoneira de ferro galvanizado de 3 m de comprimento; uma haste tipo copperweld, constituída por 
varão de aço recoberto por camada de cobre de cerca de 1 mm de espessura, disponível em comprimento 
de 2,40 m e 3 m, e em diâmetros de ¾” e 5/8”; uma chapa de cobre; um cano d’água metálico. 
 b) Condutor elétrico – Executa a ligação entre o equipamento e o eletrodo de aterramento. 
 c) Terra – Envolvente ao eletrodo de aterramento. 
 
 A fim de desempenhar satisfatoriamente a sua finalidade, o aterramento deve apresentar baixa 
resistência de terra, possibilitando que uma corrente elétrica que a ele chegue possa facilmente se escoar 
para terra circunvizinha. Assim, a resistência de terra é a oposição oferecida à passagem da corrente 
elétrica, do eletrodo de aterramento para terra circunvizinha. Essa resistência de terra têm três 
componentes fundamentais: 
 
 1) a resistência elétrica do próprio eletrodo de aterramento; 
 2) a resistência de contato entre o eletrodo de aterramento e a terra que o envolve; 
 3) a resistência da terra circunvizinha, a qual depende da natureza, da temperatura e do estado do 
solo. 
 
 Tanto mais eficiente será o aterramento quanto menor for sua resistência de terra. 
 É usual a seguinte classificação para valores de resistência de terra, em termos absolutos: 
 
 a) excelentes – aterramento com resistência inferior a 5Ω; 
 b) bons – aterramentos com resistência compreendida entre 5 e 15Ω; 
 c) razoáveis – aterramento com resistência entre 15 e 30Ω; 
 d) condenáveis – aterramentos com resistência superior a 30Ω. 
 
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 Em instalações de grande porte, centrais elétricas, subestações etc, é desejável que o sistema de 
aterramento tenha resistência abaixo de 5Ω. Em redes de distribuição de energia elétrica é recomendável 
o valor de 10Ω para resistência de terra, sendo aceitável o limite máximo de 25Ω. 
 A determinação do valor da resistência de terra é feita por medição. A primeira medição deve ser 
feita logo após a execução do aterramento. Outras medições devem ser feitas periodicamente, para 
acompanhamento do desempenho do aterramento ao longo do tempo. 
 
2.2. Curva de distribuição dos potenciais entre dois eletrodos 
 
 Considera-se, na Figura 2, a seguir, dois eletrodos de aterramento, X e B, separados entre si cerca 
de 20 m. A haste C é um eletrodo auxiliar, que pode ser deslocado a partir de X, ao longo da reta XB, de 
metro em metro. Em cada ponto que a haste C é fincada, à distância d de X, faz-se a correspondente 
leitura do voltímetro. 
 
 
Figura 2 
 
 
Figura 3 
 
 A variação dos potenciais entre dois eletrodos X e B é mostrada pela curva da Figura 3, obtida 
tomando-se as distancias d no eixo horizontal e as correspondentes leituras do voltímetro no eixo vertical. 
A reta D’F’, paralela ao eixo horizontal, corresponde à região DF, de potencial constante. Ali, as leituras 
de V não variam. A reta de D’F’ é chamada de patamar e se situa em torno do ponto médio entre os dois 
eletrodos. 
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 Para fazer passar a corrente I do eletrodo de aterramento X para a terra circunvizinha, foi 
necessário aplicar ddp VXH. Conclui-se, pois, que a resistência de terra RX do aterramento X será: 
 
I
VR XHX = 
 
Observe-se que 
I
V
R GMB = 
Portanto: 
I
VRR BMBX =+ 
 
 Em um terreno homogêneo ter-se-ia VXH igual a VGM e em conseqüência a curva da Figura 3 seria 
simétrica em relação à horizontal que contém D’F’. Na realidade, o solo é um elemento totalmente 
heterogêneo e sua resistência varia conforme o material de que é composto, a profundidade de suas 
camadas e a idade de sua formação geológica. 
 
2.3. Melhoria da resistência de terra 
 
 Quando a medição indicar valor elevado da resistência de terra, pode-se modificar o aterramento 
para reduzir aquele valor. Para isso, adota-se um ou vários dos seguintes procedimentos: 
 
 a) aprofundamento das hastes de aterramento – consiste em emendar as hastes de aterramento, à 
medida que vão sendo cravadas. É bastante usual o emprego de haste do tipo copperweld, providas de 
roscas na s extremidades e emendadas por luvas apropriadas; 
 b) aumento da quantidade de hastes em paralelo – as hastes são cravadas no solo e interligadas por 
meio de cobre nu (no. 4/0 AWG ou no. 2/0 AWG), dispostos cerca de 50 a 60 cm abaixo do nível do solo. 
O conjunto é chamado “malha de aterramento” está mostrado na Figura 4 (em planta e em corte).Dentro 
da malha, o afastamento entre duas hastes deve ser, no mínimo, igual à soma de seus comprimentos. 
Assim, se utilizarmos hastes de 3 m de comprimento, o afastamento deve ser, no mínimo, igual a 6 m. 
 c) tratamento do solo – consiste em melhorar as condições do aterramento, conforme se vê nas 
Figuras 5a e 5b. As substancias condutores mais empregadas (Figura 5a) são carvão vegetal, sucata de 
cobre, sucata de ferro, pó metálico. Os sais mais utilizados no tratamento químico da terra circunvizinha 
ao eletrodo (Figura 5b) são o cloreto de sódio, cloreto de cálcio, sulfato de cobre, sulfato de magnésio, 
normalmente colocados à distância do eletrodo para evitar corrosão. Ocorre sua diluição e infiltração no 
terreno por intermédio da chuva ou de água posta para este fim. 
 Existem no mercado produtos especiais para tratamento químico do solo. São constituídos pela 
mistura de diversos sais e recebem a denominação genérica de GEL. Proporcionam a obtenção de 
resistência de aterramento reduzida e constante no tempo. Isso se deve à capacidade higroscópica do 
GEL, ou seja, sua capacidade de manter determinado grau de umidade no solo. 
 
 
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Figura 4 
 
 d) aumento da área própria das hastes de aterramento – seria, por exemplo, o caso de substituir 
uma haste de ½” de diâmetro por outra de 1”, de mesmo comprimento. Este procedimento proporciona 
pequena redução da resistência de aterramento, pelo que é raramente adotado. 
 
 
Figura 5a e 5b. 
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2.4 Medida de resistência de terra 
 
 A medida de resistência de terra, RX, fundamenta-se na curva de distribuição de potenciais entre 
dois eletrodos de aterramento, conforme foi abordado no item 2.2. Temos, basicamente, um ponto na terra 
onde se “injeta” corrente (terra que se deseja medir) e um ponto do qual se “retira” a corrente injetada” 
(eletrodo auxiliar). A corrente injetada circulará pelas camadas da terra e provocará, na superfície da 
terra, o aparecimento de tensões que são resultantes do produto resistência de terra até o ponto de 
medição vezes corrente injetada (lei de Ohm). 
 O presente ensaio faz uso do Earth Tester (medidor de terra) YOKOGAWA, tipo 3235 (L-91), 
equipado com quatro pilhas de 1,5 Volts cada, do tipo usado em lanternas. A medição se efetua por 
intermédio de potenciômetro de corrente alternada, sendo, a tensão alternada proporcionada por inversor 
transistorizado, à freqüência de 500 Hz. 
 O uso de corrente alternada evita a polarização, a corrosão dos eletrodos e o surgimento de tensões 
residuais. Corrente contínua, quando aplicada a solos de características capacitivas (solos rochosos com 
fendas, solos com cavernas etc), carrega eletricamente o solo e a tensão residual resultante irá interferir 
nas medidas subseqüentes. 
 
2.5. Recomendações importantes 
 
1) As medições devem ser efetuadas em dia no qual o solo se apresente seco, situação esta que é a mais 
desfavorável para o aterramento. 
2) As instalações devem estar sempre desenergizadas por ocasião da medição do seu aterramento, tanto 
para evitar interferências nas medições como para segurança do operador. As interferências podem provir 
eventuais correntes de fuga circulantes pelo solo. O risco para o operador pode ocorrer no instante da 
medição, caso ocorra falha na instalação protegida pelo sistema de aterramento e uma corrente intensa 
circule deste sistema para a terra circunvizinha. Uma parte desta corrente poderá circular pelo condutor 
que interliga o medidor de terra ao aterramento, com perigo para o operador e /ou instrumento. 
3) Os eletrodos deverão estar firmemente cravados no solo, proporcionando bom contato com a terra. 
4) Condutores, conectores e extremidades externas dos eletrodos devem estar em bom estado de 
conservação e de limpeza. O uso de lixa de madeira é recomendado para retirar toda a sujeira, graxa e /ou 
oxidação do s eletrodos. 
 
 
3 – PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 
 
• Executar a montagem esquematizada na Figura 6, colocando o Earth Tester (medidor de terra) 
próximo ao eletrodo X, cuja resistência de aterramento se deseja medir. Os eletrodos auxiliares C e B 
devem ficar em linha reta com o eletrodo de aterramento X. O eletrodo C deve ser colocado no ponto 
médio da distância XB. 
 
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Figura 6 
 
• Efetuar quatro medições, conforme indicação da Figura 7. As linhas pontilhadas da Figura 7 não 
representam ligações elétricas. Elas indicam a direção em que devem ser postos os eletrodos auxiliares. 
 
 
Figura 7 
• Em cada medição, adotar o seguinte procedimento: 
 
 1. Colocar a chave seletora na posição B e apertar o botão. Se o ponteiro permanecer na faixa azul, as 
pilhas estão satisfatórias. Caso contrário, providenciar sua substituição. 
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 2. Colocar a chave seletora na posição V, sem pressionar o botão. Se a indicação for maior que 10 
volts, deve existir alguma conexão elétrica entre as hastes, as quais devem ser separadas. Se a indicação 
for bem menor que 10 volts, proceda à leitura. 
 3. Colocar a chave seletora na posição Ω. Pressionar o botão e balancear o galvanômetro tirando o dial. 
O valor da resistência de terra será lido na escala logarítmica. 
 4. Calcular a média aritmética dos quatros valores medidos. Ela será o valor da resistência de terra. 
 
4 – MATERIAL UTILIZADO 
 
 O aluno deverá relacionar todo material empregado. 
 
5 – APRESENTAÇÃO E DISCUSSÃO DOS RESULTADOS 
 
 Relatar o funcionamento do circuito montado, acrescentando as suas observações e sugestões.