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CURSO SUPERIOR DE TECNOLOGIA EM ELETROELETRONICA MEDIDAS ELÉTRICAS - 04 Federação das Indústrias do Estado de Santa Catarina Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Regional de Santa Catarina RESISTÊNCIA DE ATERRAMENTO Tubarão - 2003 É autorizada a reprodução total ou parcial deste material por qualquer meio ou sistema desde que a fonte seja citada. Equipe Técnica: Organizadores: Vanderlei Baldessar Nelson de Souza Dinorzete Henrique Nunes Júlio Cesar Fernandes Coordenador: Nelson de Souza Julio Cesar Fernandes Digitadores: Ramon de Souza Martins Michel Borges Rodrigues Professor Responsável: Francisco Carlos Viquetti Revisão Técnica: Dinorzete Henrique Nunes Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial Departamento Regional de Santa Catarina SENAI – Centro de Educação e Tecnologia de Tubarão www.senaidetubarao.com.br Avenida Marcolino Martins Cabral, 184 – Centro CEP 88701-000 – Tubarão – SC Fone: (48) 621-5600 Fax: (48) 621-5601 Resistência de Terra Você já sabe que, com a introdução de um eletrodo no solo, podemos conseguir bom contato de terra. Lembre-se de que: A resistência de terra não deve ser superior a 2�. Porém, como você já estudou, esse contato depende muito do quanto se introduz o eletrodo no solo. Praticamente, a secção do eletrodo ouço influi na melhoria do aterramento, independentemente do tipo de eletrodo. A secção do eletrodo tem mais relação com a sua resistência mecânica, necessária para introduzi-lo no solo. Normalmente, ele deve ter uma ponta, para facilitar sua penetração no solo. Como você deve saber, existem diversos tipos de solo. Por isso, analise as ilustrações abaixo: Um mesmo eletrodo foi cravado em dois tipos de terreno: em solo orgânico e em solo saibroso. No primeiro caso (solo orgânico), conseguiu-se baixa resistência de terra. Já no solo saibroso, embora as condições de aterramento fossem identificas, não se conseguiu bom resultado. De igual maneira, um terreno rochoso apresenta dificuldades ainda maiores para se conseguir baixa resistência de terra. A figura mostra a instalação de um eletrodo onde as condições para o aterramento são mínimas. No solo rochoso, é difícil conseguir-se u aterramento com baixa resistência de terra. Portanto, podemos concluir que: A resistência dos diversos tipos de solo é diferente. Conseqüentemente, as dificuldades para conseguir baixa resistência de terra dependerão do tipo de terreno. Veja a tabela que apresenta a resistividade em “ohm por metro”, em função dos tipos de terrenos: RESISTIVIDADE (ohm/metro) TIPO DE TERRENO 10 a 200 Terreno orgânico 400 a 800 Terreno saibroso 1 000 ou mais Terreno rochoso No terreno orgânico é fácil conseguir um bom aterramento, em razão da baixa resistência de terra. Quanto maior for a resistividade do solo, mais dificuldade teremos em conseguir eliminar a tensão de fuga, através do dispersor de terra. Agora, vamos examinar como devemos agir, quando o terreno dificulta a obtenção da resistência de terra de 2�, no máximo. Para solos eu apresentem dificuldades instalar mais de um eletrodo para se conseguir baixa resistência de ou terra, podemos tomar duas providencias: fazer tratamento do solo Se um eletrodo não proporcionar baixa resistência de terra, você poderá optar pelo emprego de mais de um eletrodo, instalado em paralelo com o primeiro. Sempre que você instalar mais um eletrodo, observe as regras práticas de distanciamento. Os eletrodos devem estar distanciados, no mínimo, 2 metros um do outro. Mas, se os eletrodos tiverem ais de dois metros de comprimento, a distancia entre eles deverá ser aproximadamente igual ao comprimento dos eletrodos. � Por que os eletrodos devem estar distanciados? � É porque cada eletrodo tem uma área de dispersão. Área de Dispersão Quando uma corrente elétrica chega ao eletrodo de aterramento, a tendência é ela se dispersar no sentido radial. Ela se afasta do eletrodo (que está no centro), em toda sua volta. A medida que se afasta do eletrodo, a corrente vai raleando. Então, como você pode var na figura acima, a densidade da corrente próxima ao eletrodo (no circulo A) é bem maior que a existência no currículo C. Veja, agora, outra situação: Se você cravar outro eletrodo no currículo “A”, o efeito será, praticamente, nulo. Essa área já esta dispersando corrente do primeiro eletrodo e, nessa “área”, a concentração ou a densidade de corrente é grande. Observe a ilustração: Veja que a corrente do outro eletrodo, ao chegar aos limites do circulo “A”, encontrou os “espaços” já ocupados pela corrente do primeiro eletrodo. Isso dificulta a “dispersão” da corrente do segundo eletrodo. Nesse caso, é conveniente espaçar esses eletrodos, para que a capacidade do dispersor aumente, realmente. Caso não obtenha baixa resistência de terra com dois eletrodos, você poderá instalar outros e interliga-los com o primeiro, até conseguir os resultados esperados. Independente da quantidade de eletrodos, a distancia entre eles deverá ser sempre respeitada: 2 metro, no mínimo, ou o equivalente ao seu comprimento. Usando mais eletrodos, você tem outras opções de distribuição no solo: Três eletrodos É conveniente crava-los, formando um triangulo. Observe que foi respeitado o limite mínimo de distancia entre eles. Quatro eletrodos Poderão ser cravados na forma de um quadrado Também aqui foi mantida a distancia mínima de 2 metros entre eles. Observe que, em todos os casos, os eletrodos são interligados entre si. Fazendo tratamento do solo Você já aprendeu como fazer para diminuir a resistência de terra, cravando mais eletrodos. Também já sabe que existe uma segunda providencia que você pode tomar, para reduzir a resistência de terra: é tratamento do solo. Agora vai examinar como proceder para aplica-lo. Como fazer? � Muito simples! Porém, com certas precauções; porque serão usados produtos químicos. Esses produtos químicos são utilizados para fazer mo tratamento do solo, reduzindo a resistência de terra, por serem bons condutores de eletricidade. Tomemos, por exemplo, um terreno saibroso: Se você tiver que baixar a resistência de terra neste tipo de solo, você terá de fazer o seguinte: Num raio de 0,50m em torno do eletrodo, faça uma trincheira circular de, aproximadamente, 0,50m de largura por 0,45m de profundidade. Aplique de 25 a 50kg de sal grosso, sulfato de cobre ou sulfato de magnésio. Cubra a trincheira com terra. O sal também pode ser distribuído em água e aplicado em Nota: Torno do eletrodo, semnecessidade da trincheira. Esse processo de redução da resistência de terra mediante a aplicação de produtos químicos, embora possa ser usado, deve ser evitado, pois os produtos corrosivos acabam por destruir o eletrodo. O sulfato de magnésio é, dentre os ,produtos químicos utilizados para esse fim, o menos corrosivo; porém, é o mais caro. O sulfato de cobre é altamente venenoso, exigindo muito cuidado ao ser manipulado. Agora entramos, com força total, na reta que levará a concluir esta etapa sobre aterramento. Os conhecimentos até aqui adquiridos, neste modulo de aterramento, serão valorizados e terão um sentido mais importante com a inclusão deste item, que não poderia deixar de ser estudado. Estamos nos referindo á... Medição da resistência de terra Começamos com uma pergunta: Se você aplicar todos os seus conhecimentos, adquiridos até aqui, na instalação de um “terra”, você pode garantir que esse “terra” terá condições plenas de funcionamento? � Não; Porque, quando se trata de segurança, a resposta “talvez” não é suficiente; tem de ser sim ou não. E essa resposta só será afirmativa quando, do seu trabalho de aterramento, constar também a medição da resistência de terra. Isso representa um controle de qualidade, tanto para instalação de terra, como para manutenção das instalações de terra. Em primeiro lugar, apresentaremos a você um processo elementar para a medição da resistência de terra, quando o neutro for aterrado. Vamos tomar o exemplo a instalação representada no diagrama abaixo: No exemplo em questão, temos as seguintes condições: - O neutro é aterrado: porém, a concessionária não permite o uso do neutro como terra; - D2 é um “terra” que você instalou e precisa saber se está em boas condições; - Os fusíveis do circuito são para 35A. Agora, acompanhe: Vamos determinar o valor da resistência de terra. Note que isso é de extrema importância, para que você possa garantir a qualidade do seu trabalho. Teremos que fazer duas montagens, para possibilitar duas leituras distinta: de corrente e de tensão. 1a montagem Tomemos os seguintes materiais: - um amperímetro para CA (0 – 5 ampere); - um resistor para 120 V. (no mínimo, 480W); - um voltímetro para CA (0 – 150 volts) e - cabos de ligação. Ligue o amperímetro, em serie com a resistência, entre N e L2. Ligue o voltímetro nas mesmas linhas (N e L2). Feitas as ligações, iremos efetuar as duas medições: de corrente e de tensão. Vamos fazer a, primeira medição. Ligue a chave! Por hipótese, constatamos: E = 120V e I = 4A Aplicando a lei de ohm, teremos: R1= � I E R1 = �4 120 R1=30Ω � Então, confirmando R1 = 30� Faça, agora, a 2a montagem para 2a medição. 2a montagem Nessa segunda montagem, que lhe dará a segunda leitura, você deverá proceder como está indicado no diagrama abaixo: Ligue um dos terminais do amperímetro em serie com a resistência no “Terra” D2. Agora, ligue a chave! Assim como na 1a montagem, você terá, pela lei de ohm: R2 = I E Nesse caso teremos, por hipótese: E = 120 V e I = 3,5 A Aplicando a fórmula, R2= � I E R2 = �5,3 120 R2= 34,2Ω Teremos: Você tem R2 = 34,2� Subtraindo R1 de R2, teremos o valor da resistência de terra. R = R2 – R1 � R = 34,2 – 30 � R= 4,2 A Você pode dizer se esse valor está bom? � É claro que não está bom! O valor máximo da resistência de terra deve ser de 2Ω. Você pode também verificar que, se houver falha na isolação, com essa resistência de terra a corrente de fuga será: �= R EI AII 28 2,4 120 =�= Concluímos que, com a resistência de terra de 4,2�, uma ligação direta a terra poderá “descarregar”, no Maximo, 28 A. isso é pouco, pois o nosso fusível, que é para 35A , não se desligará. Muito bem! Já deu para você perceber que a primeira providencia: será: baixar o valor da resistência de terra. Para baixar o valor da resistência de terra, ,como já estudamos anteriormente, temos duas alternativas tratar o solo ou acrescentar mais um eletrodo de aterramento. Considerando que o tratamento do solo envolve produtos químicos perigosos, vamos optar pela segunda alternativa, ou seja: � Acrescentar mais um eletrodo de aterramento: Então teremos: Façamos as medições. 1a medição Temos, por hipótese: VEeAI 1204 == . Aplicado a lei de ohm, teremos: 30R 4 120R I ER 111 =�=�= Ω 2a medição O circuito é mostrado como mostra o diagrama abaixo: Agora, temos, por hipótese: AIeVE 8,3120 == Pela lei de ohm, teremos: R2 = 5,31R8,3 120R I E 22 =�=� Ω A resistência de terra, portanto, será: R = R2 - R1 . � R = 31,5 –30 � R = 1,5� Assim, você pode concluir que, com dois eletrodos, temos 1,5�. Esse valor está muito bom, pois está abaixo do valor determinado pelas normas ... e, quanto mais baixo, melhor! Qualquer problema que ocorrer no circuito, como, por exemplo, contato direto com a massa, acarretará uma corrente de fuga igual a: AII R EI 80 5,1 120 =�=�= Com essa corrente, o fusível de proteção, que é de 35A , interromperá o circuito, pois a corrente de fuga será mais que o dobro de sua capacidade. Assim, teremos resolvido problemas . Aplicando o Método dos três pontos Agora, podemos continuar ? Então, vamos lá! Quando você não executar a medição, Usando o neutro aterrado do sistema de O método dos três pontos. Distribuição , você poderá usar outro método: Você vai aprender como aplica-lo e saber qual o equipamento necessário para isso. Como equipamento, você deve ter: - Dois eletrodos auxiliares de aterramento, com aproximadamente 1,5m de comprimento por 20mm de d àmetro. - Amperímetro portátil de 0 – 50 V, de boa sensibilidade, com 20KΩ/V. - Uma fonte de CA portátil, de aproximadamente 30V, para não oferecer perigo. Lembre-se! 65 volts já pode ser perigoso! Se usar transformador, este deve ter o primário e o secundário separados. Nunca se, para isso, um autotransformador. Vamos considerar que “A” seja o eletrodo ou dispersor de terra que você quer medir, para um controle de qualidade. Faça o seguinte: Crave os dois eletrodos (B e C) no solo, com profundidade entre 1,0 m e 1,5 m, formando um triângulo com o eletrodo de terra “A”, que é o eletrodo a ser verificado. A distância entre os três eletrodos deve ser de 2,0 m,no mínimo. Se maior, melhor. Ligue a fonte de CA aos eletrodos “A” e “B”. Por hipótese, teremos: AI eVE 6 30 1 1 = = Calcule a resistência entre “A” e “B”, aplicando a lei de ohm. A resistência entre “A” e “B” será a seguinte: R1 = � 1 1 I E R1 = �6 30 R1 =5Ω Esse valor é a resistência de terra do eletrodo “A” mais a do eletrodo”B”. Logo: R1 = 5Ω (Resistência de A + B) Vamos calcular a resistência entre os eletrodos “B” e “C”.Por hipótese, constatamos que: AIeVE 530 22 == A resistência entre “B” e “C” será: R2 = � 2 2 I E R2 = �5 30 R2 =6Ω. Esse valor é a resistência de terra do eletrodo “B” mais a do eletrodo “C”. Logo: R2 = 6Ω (Resistência de B + C) Vamos, agora à terceira e última verificação, calculando a resistência entre “C” e “A”. Por hipótese, teremos: AIeVE 1030 33 == A resistência entre “C” e “A” será: R3 = � 3 3 I E R3 = �10 30 R3 =3Ω. Da mesma forma, esse valor é a soma da resistência de terra do eletrodo “A”, mais a do eletrodo “C”. Logo: R3 = 3Ω (Resistência de C + A) Agora você tem três valores de resistência: R1 = A + B � 5Ω R2 = B + C � 6Ω R3 = C + A � 3Ω Se você conhece álgebra, com esses dados poderá montar um sistema de três equações para encontrar o valor da resistência de terra do eletrodo “A”. Caso contrário, use o procedimento seguinte: Com os dados acima, também podemos aplicar uma fórmula para encontrar a resistência de terra. Nela, RA é a resistência de terra do eletrodo “A”. Essa fórmula é: RA = 2 RRR 231 −+ Apliquemos a fórmula: RA = �−+ 2 RRR 23a RA = �−+ 2 635 RA = � 2 2 RA = 1Ω. � A resistência da terra do eletrodo “A” é, portanto, 1ohm. Lembre-se! O valor máximo da resistência de terra é de 2Ω e, quanto mais baixo, melhor. Como o eletrodo “A” está com 1Ω, então, ele está ótimo. Você já conhece o método dos três pontos. Mas, para aplicá-lo, preste atenção aos dois detalhes relacionados na página seguinte. Eles são importantes, e você deve observá-los sempre que empregar esse método para a medição da resistência de terra, utilizando a fórmula a acima. 1º Faça sempre as medições na ordem utilizada no exemplo dado, para encontrar a resistência de terra do dispersor que você quer medir, aplicando a fórmula: RA = 2 RRR 231 −+ Assim: A – será o eletrodo a ser verificado R1 – será sempre relativo à resistência existente entre os eletrodos A e B R2 – será sempre relativo à resistência existente entre os eletrodos B e C R3 – será sempre relativo à resistência existente entre os eletrodos C e A 2º Obedeça sempre ao sentido anti-horário, ao fazer a medição. 3º Você poderá também usar um ohmímetro, para medir as resistências diretamente. Porém, faça cada medição sempre nos dois sentidos e considere os valores mais elevados, se houver diferença: A + B = 3,0Ω B + A = 3,2Ω Com esses resultados, o valor para cálculo será o maior, ou seja: 3,2Ω. Qualquer que seja o método de medição que você empregue, lembre-se das duas recomendações a seguir: 1 Prefira fazer a medição em períodos não chuvosos, o seja, com a terra em sua umidade mínima. Ela dá um valor mais significativo de resistência de terra. 2 Sempre que você fizer as medições para aterramento, certifique-se de que, por baixo, no subsolo, não existe nada que interfira o prejudique as medições, como: ferragem ou outro elemento condutor. Caso exista uma barra de ferro ob a terra, certamente você encontrará uma resistência muito baixa, porém irreal. Ela representará, na realidade, em grande parte, a resistência da barra de fero e não da terra. Observação: Toda essa atividade que você acabou de estudar, poderá ser simplificada. Basta fazer a medição, utilizando um instrumento de medição de resistências e resistências de terra, que nos dá leitura direta, com muita precisão. No entanto, ele não foi abordado, porque os métodos citados são mais acessíveis para uso do instalador. Medição de resistência de aterramento Notas de segurança • Leia atentamente as informações deste Manual de Instruções antes de utilizar o instrumento • Nunca efetue medidas com o instrumento nos seguintes casos: o terrômetro ou os cabos de teste apresentarem defeitos; os cabos de teste ou suas acondicionamento do instrumento em condições anormais (atmosferas explosivas, gases inflamáveis, fumaça, vapor ou poeira); ou com instrumento aberto. • Ao efetuar as medida, mantenha suas mãos na parte isolada dos cabos de teste e evite estar em contato com o potencial terra, ou seja, mantenha seu corpo isolado usando por exemplo calçados com solado de borracha. • Nunca ultrapasse os limites de medidas do instrumento. • Os reparos, as trocas de peças e as calibrações devem ser executadas apenas por pessoas qualificadas.Executando-se as trocas de baterias. • Retire as baterias quando for armazenar o instrumento por um longo período. • Assegure-se que os terminais dos cabos de teste estão conectados nos terminais apropriados do instrumento. Uma conexão solta pode resultar em medições incorretas. Características • O modelo MTR-1505 é um terrômetro analógico, alimentado por baterias, que tem como objetivo testa linhas de distribuição de potência, sistemas de ligação interna de construção e aplicações elétricas. • Este instrumento apresenta uma faixa de medição de tensão AC para medição de tensão de terra. • Este instrumento apresenta m LED (vermelho) que indica que o instrumento está sendo operado correntemente. • Apresenta bolsa para transporte dos acessórios junto com o instrumento. Especificações Especificação Gerais • Alimentação: 6 baterias de 1,5V • Dimensões: 170 (A) X 100 (L) X 50 (P) mm • Peso: aprox. 440g (incluindo bateria) Especificações Elétricas • Tensão de Terra Faixa: 0~30V AC Precisão: + − 3.0%fs Sensibilidade: 5kΩ/V aprox. • Resistência de terra Faixa: 10/100/1000Ω Precisão: + − 3.0%fs • Sistemas de Medidas: Resistência de terra por inversor de corrente constante. (800 Hz, aprox. 2mA). Tensão de terra por retificador tipo 5KΩ/V (aproz. 40-500Hz) • Rigidez Dielétrica: 1500V AC por no máx. 1 minuto entre o circuito e o gabinete. • Na faixa de resistência 10Ω a tensão de terra admitida é de 10V (erro menor que 5% do valor indicado). Descrição do painel frontal. 1. Parafuso de ajuste de zero 2. Faixa de leitura de tensão de terra 3. Indicação do teste de bateria 4. Faixa de leitura DA resistência de terra 5. Botão de desligar o timer (OFF) 6. Botão de ligar o time (ON) 7. Botão que deve ser pressionado para ligar o terrômetro (PUSH ON) 8. Chave seletora de faixas de resistência de terra 9. Chave seletora de funções 10. Terminal para conexão do cabo de teste de linha (Line) 11. LED indicador de operação 12. Terminal para conexão do terra (EARTH) Operação Antes de efetuar qualquer medida, leia com atenção o item “NOTAS DE SEGURANÇA” e esteja ciente sobre todas as advertências. Sempre examine o instrumento a respeito de danos, contaminação (sujeira excessiva, graxa, ...) e defeitos. Examine os cabos de teste contra rachaduras ou defeitos na isolação. Caso alguma condição anormal seja detectada, não efetuar nenhum tipo de medida. 1. Fixe as estacas auxiliares P e C na terra como mostra a figura abaixo (fig2). As estacas devem estar alinhadas, deixando uma distância de 5 a 10 metros entre os pontos de teste. 2. Conecte o cabo de teste verde no terminal E do instrumento, o cabo de teste amarelo no terminal P, e o cabo de teste vermelho no terminal C. 3. Assegure-se que as estacas estejam fixadas em uma região de terra seca, com pedregulho, ou arenosa, jogue um pouco de água nas estacas. 4. Antes de iniciar as medições posicione a chave seletora de funções (9) para posição “BATT CHECK” (teste de bateria) e leia nafaixa de verificação da bateria se a tensão da mesma está OK. Caso isto não ocorra significa que as baterias devem ser trocadas. 5. Posicione a chave seletora de funções para a posição “ACV” e verifique se a tensão lida for superior a 10 VAC, se isto ocorrer a resistência de terra medida não terá precisão. 6. Posicione a chave seletora de faixa de resistências para a posição X10 e a chave seletora de funções para a posição �. Logo após pressione o botão “PUSH ON (7)” juntamente com o botão “TIMER ON (6)” . se o ponteiro defletir para o fundo de escala, posicione a chave seletora de faixas de resistência para a posição X100 e faça a leitura. Se a resistência de terra for inferior a 10�, posicione a chave seletora de faixas de resistência para a posição X 1 e faça a leitura. #Cautela Quando conectar os cabos assegure-se de que eles estejam separados. Caso a medição seja realizada com os cabos traçados ou encostados uns aos outros, a leitura da medição poderá ser efetuada devido a tensão indutiva. Se a resistência das estacas auxiliares for muito alta, a precisão das medidas será afetada. Assegure-se de que as estacas estão fixadas em uma região úmida. Também assegure-se de que as conexões estão corretas. Diagrama de medição de resistência de terra #Advertência Remova os cabos de teste do instrumento antes de efetuar a troca de bateria ou qualquer reparo. Troca de bateria O terrometro é alimentado por 6 baterias de 1,5 v. quando houver necessidade de troca, o ponteiro não indicará OK durante o teste de bateria. Caso isto ocorra, remova a tampa do compartilhamento da bateria, localizada na parte traseira e logo após retire as baterias, substituindo-as por nova com as mesmas especificações.
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