8 - Choque elétrico e Aterramento

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Instalações Elétricas Prediais
11 – Choque Elétrico e Aterramento
José Wagner Maciel Kaehler
Ádamo Araújo
Professor Dr. Eng.
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAMPA
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
Curso de Engenharia Elétrica
‹nº›/57
wagnerkaehler@gmail.com 
1
A corrente elétrica no corpo humano
A publicação IEC/TS 60479 -1: Effects of current on human beings and livestock.
Os perigos da eletricidade
Tetanização
Limite de largar
Queimaduras
Fibrilação ventricular
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2
Impedância do corpo humano
Principais variáveis que influem no valor da resistência elétrico do corpo humano:
estado da pele;
local do contato;
área de contato;
pressão de contato;
duração do contato;
natureza da corrente;
taxa de álcool no sangue;
tensão elétrica do choque.
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Impedância Total do Corpo Humano (Zt) em função da Tensão de Contato
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Proteção contra choques elétricos
Proteção básica
contato direto
Proteção supletiva
contato indireto
A regra da proteção contra choques elétricos contida na NBR 5410 estabelece que seja assegurado, no mínimo, o provimento conjunto de proteção básica e de proteção supletiva, mediante combinação de meios independentes ou mediante aplicação de uma medida capaz de prover ambas as proteções simultaneamente.
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Métodos de Proteção contra Choques Elétricos
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Aterramento e equipotencialização
Aterramento
Ligação elétrica intencional e de baixa impedância com a terra (solo).
Ligação equipotencial
Ligação elétrica que coloca massas e elementos condutores praticamente no mesmo potencial.
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Aterramento Elétrico
Implicações de um mau aterramento
Quebra de comunicação ente máquina de PC (CLP, CNC) em modo “on line”. 
Principalmente se o protocolo de comunicação for RS - 232.
Excesso de geração de interferências eletromagnéticas;
Aquecimento anormal das etapas de potência (inversores, conversores, etc...) e motorização;
Em caso de PCs, funcionamento irregular com constantes “travamentos”;
Queima de CIs ou placas eletrônicas se razão aparente;
Interferências na imagem e ondulações em monitores de vídeo.
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Aterramento Elétrico
Implicações de um mau aterramento
Os sistemas de comunicações seriais como RS-232 são especialmente sensíveis a interferências eletromagnéticas. 
A RS-232 utiliza o terra dos sistemas de comunicação como referência para os sinais de transmissão (TX) e recepção (RX). 
Caso haja diferenças de potenciais entre essas terras, a comunicação poderá ser quebrada. Isso ocorre quando a terra utilizada como referência não está dentro do valor ideal, portanto o fio terra serve como “antena” receptora de EMI.
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Aterramento Elétrico
Elementos Fundamentais Envolvidos
Solo
Aterramento
Eletrodos de aterramento
Resistência de aterramento do eletrodo
Resistência de aterramento do conjunto eletrodo-solo
Eletrodos de aterramento independente
Tensões de passo, de falta e de contato
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Aterramento Elétrico
Solo 
A terra, isto é, o solo pode ser considerado um condutor por meio do qual a corrente elétrica pode fluir, dispersando-se.
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Aterramento Elétrico
Aterramento
Aterramento funcional: 
Ligação à terra de um dos condutores do sistema, geralmente o neutro, e está relacionado ao funcionamento correto, seguro e confiável da instalação.
Aterramento de proteção: 
Ligação à terra das massas e dos elementos condutores estranhos à instalação, visando à proteção contra choques elétricos por contato indireto.
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Aterramento Elétrico
Eletrodo de aterramento
O eletrodo de aterramento é o condutor ou o conjunto de condutores enterrado(s) no solo, intimamente ligado(s) à terra para fazer um aterramento.
Resistência de aterramento do eletrodo
			
Resistência de aterramento do conjunto eletrodo- solo
				
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Aterramento Elétrico
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Aterramento Elétrico
Tensão de passo
			
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Tensão de falta e de contato
				
			
Aterramento Elétrico
Tensão de Contato (UB)
Tensão de Falta (UF)
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Aterramento Elétrico
Eletrodos de Aterramento – NBR 5410
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Aterramento Elétrico
Eletrodos de aterramento independentes
Pode-se definir eletrodos de aterramento eletricamente independentes como eletrodos localizados a distâncias entre si, uma vez que, quando um deles é percorrido pela corrente máxima para ele prevista, a variação do potencial dos demais não ultrapassa um valor específico (em geral, adota-se o valor de 50 V).
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Aterramento Elétrico
Eletrodos Independentes
No Eletrodo B, situado na área de influência do eletrodo A, aparece uma tensão devida à corrente que se dispersa por A
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Aterramento Elétrico
Eletrodos Independentes
Devido às características do solo não homogêneo:
 (a) a corrente que flui do eletrodo A dirige-se, em sua maior parte, à área na qual está contido o eletrodo B
(b) A corrente flui do eletrodo B atingindo fracamente o eletrodo A. 
Nestas condições A é independente de B, mas B pode não ser independente de A
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Aterramento Elétrico
Esquemas de aterramento:
Aterramento de proteção:
consiste na ligação à terra das massas e dos elementos condutores estranhos à instalação.
Aterramento funcional:
consiste na ligação à terra de um dos condutores vivos do sistema (em geral, o neutro).
De acordo com a NBR 5410, as instalações de baixa tensão devem obedecer, quanto aos aterramentos funcional e de proteção, a três esquemas de aterramento básicos, classificados em função do aterramento da fonte de alimentação da instalação (transformador, no caso mais comum, ou gerador) e das massas.
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Aterramento Elétrico
Sistema TN-C
Esse sistema, embora normalizado, não é aconselhável, pois o fio terra e o neutro são constituídos pelo mesmo condutor. 
A identificação é PEN e não PE.
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Aterramento Elétrico
Sistemas TN-S
O neutro é aterrado logo na entrada, e levado até a carga. 
Paralelamente, outro condutor identificado como PE é utilizado como fio terra, e é conectado à carcaça (massa) do equipamento.
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Aterramento Elétrico
Sistema TT
Esse sistema é o mais eficiente de todos. 
Observa-se que o neutro é aterrado logo na entrada que (como neutro) até a carga (equipamento). 
A massa do equipamento é aterrada com uma haste própria, independente da haste de aterramento do neutro.
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Aterramento Elétrico
Sistema IT 
As partes vivas são isoladas da terra ou o ponto de alimentação é aterrado através de uma impedância. 
As massas são aterradas em eletrodos distintos para cada uma delas, ou num eletrodo comum para todas elas ou ainda partilhar do mesmo eletrodo de aterramento da alimentação, porém não passando pela impedância
R S T
PE
Sistema ITMassa do Equipamento
Haste de Aterramento Própria
Z
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Aterramento Elétrico
Qual o Sistema Recomendado?
Normalmente, o próprio fabricante do equipamento especifica qual sistema é melhor para sua máquina, porém, como regra geral sempre que possível, optar pelo sistema TT em 1º lugar.
Caso, por razões operacionais e estruturais do local, não seja possível o sistema TT, optar pelo sistema TN-S.
Somente optar pelo sistema TN-C em último caso.
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Condutores de proteção
Um condutor de proteção deve fazer parte da mesma linha elétrica do circuito.
Pode-se ter um condutor de proteção comum a vários circuitos, desde que estes estejam contidos na mesma linha elétrica.
Podem ser usados como condutores de proteção:
veias de cabos multipolares;
condutores isolados, cabos unipolares ou condutores nus em conduto comum com os condutores vivos;
armações, coberturas metálicas ou blindagens de cabos;
eletrodutos metálicos e outros condutos metálicos.
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Condutores de proteção
Não podem ser usados como condutores de proteção:
tubulações de água;
tubulações de gases ou líquidos combustíveis ou inflamáveis;
elementos de construção sujeitos a esforços mecânicos em serviço normal;
eletrodutos flexíveis, exceto quando concebidos para esse fim;
partes metálicas flexíveis;
armadura do concreto;
estruturas e elementos metálicos da edificação.
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Aterramento Elétrico
Aterramento da Ferragem da Edificação
Tanto a norma NBR-5410 de instalação elétrica em baixa tensão quanto à norma NBR-5419 de proteção de estruturas contra descargas atmosféricas recomendam que o aterramento seja feito de preferência usando a ferragem das fundações. 
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Aterramento Elétrico
Eletrodo de Fundação
Quando a fundação for constituída de viga baldrame apoiada sobre blocos de fundação, sapatas isoladas ou estacas-broca e houver certeza quanto à interligação ou continuidade da armadura, o eletrodo de fundação pode ser a própria armadura da viga, restando então torná-lo acessível, mediante terminais, em todos os pontos onde forem previstas equipotencializações e aterramentos — em especial, no ponto onde será localizado o BEP (barrramento de equipotencialização principal)
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Aterramento Elétrico
Eletrodo de Fundação
 Eletrodo constituído de fita de aço imersa no concreto de fundação contínua. 
Ela será imersa no lastro de concreto magro, quando a fundação for de alvenaria (a), ou então imersa em algum ponto entre o lastro e a sapata corrida, quando a fundação for de sapata corrida de concreto (b). 
Com o auxílio de espaçadores craváveis, garante-se o envolvimento da fita pelo concreto, na concretagem. 
O espaçador, ou suporte de fixação, também mantém a fita na disposição correta, isto é, com a largura na vertical.
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Eletrodo de Fundação
 Os acessórios disponíveis para a realização do eletrodo de fundação vão de espaçadores craváveis a conectores os mais diversos, de pressão ou compressão, incluindo, aqui, conectores tipo cunha.
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Aterramento Elétrico
Eletrodo de Fundação
Além de descidas naturais, como as constituídas pela armadura dos pilares, a norma de proteção contra raios (NBR 5419) prevê também a possibilidade de descidas específicas, externas à edificação. 
Edificação dotada de para-raios com descidas externas, o eletrodo de fundação deve dispor de terminais com saída para o exterior, para conexão destas. 
Deve ser utilizado um tipo de conexão, entre o terminal e a descida, que permita a separação de ambos, quando de verificações e ensaios.
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Eletrodo de Fundação
Transposição das juntas de dilatação:
dois terminais, um de cada lado da junta, ligados por uma tira de expansão
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Aterramento Elétrico
Barramento de Equipotencialização Principal – BEP
O produto é composto de um bloco metálico sobre base de fixação de plástico. E inclui ainda uma tampa, plástica.
 O bloco metálico conjuga os meios de conexão necessários a uma equipotencialização principal. 
No exemplo ilustrado, são:
sete terminais para condutores de 2,5 a 25 mm2 
A seção dos condutores da equipotencialização principal não precisa ir além de 25 mm2 em cobre, de acordo com a NBR 5410; 
um grampo para condutor circular com diâmetro de 8 a 10 mm; e 
um grampo previsto para o condutor de aterramento, capaz de acomodar uma fita (dimensões máximas de 30 mm x 4 mm) ou então um condutor circular com diâmetro de 8 a 10 mm. 
Com tais recursos, o produto preenche as necessidades da maioria das instalações, no que se refere ao atendimento da norma.
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Barramento de Equipotencialização Principal – BEP
A NBR 5410 requer que as conexões de equipotencialização sejam providas de plaqueta ou etiqueta com inscrição 
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Equipotencialização principal 
Envolve o eletrodo de aterramento da edificação, elementos construtivos metálicos, tubulações das utilidades (água, esgoto, gás, ar condicionado...), quando metálicas, elementos metálicos das linhas de energia e de sinal (condutos, blindagens...) e o condutor PEN da linha de energia, quando o esquema de aterramento da instalação for TN. 
Via comum dessa interligação, o BEP (barramento de equipotencialização principal) será tanto mais integrador quanto mais convergente for a localização dos elementos passíveis de serem incluídos na equipotencialização .
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Aterramento Elétrico
Equipotencialização principal 
O BEP deve ser localizado o mais próximo possível do ponto em que a linha de energia penetra na edificação. 
Se o quadro de distribuição principal (QDP) da instalação aí se situar, admite-se que sua barra PE acumule a função de BEP.
A entrada das linhas externas de sinal (telefonia, comunicação de dados, TV a cabo...) e o seu quadro principal (QTl) devem acompanhar a instalação elétrica. 
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Aterramento Elétrico
Equipotencialização principal 
A tabela fornece a seção mínima dos condutores indicados na figura: condutores de proteção dos circuitos (A), condutor de aterramento (8) e condutores de equipotencialização principal (C). 
A ligação dos condutos/tubos metálicos ao BEP feita com o auxílio de braçadeiras "de aterramento" (D), não precisa ser necessariamente individual.
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Canalizações
Ferragens
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Blindagem
Imunizar os ruídos elétricos, resultantes de harmônicos é o aterramento das blindagens, como o caso de fontes de alimentação, inversores, gabinetes de PXI. Estes possuem caixas de montagem feitas de metal, que não é nada mais que uma gaiola de Faraday, as quais se tornam mais eficientes quando aterradas.
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Aterramento Elétrico
Compartilhamento de Terra
Quanto maior for o número de sistemas compartilhados no mesmo ponto de terra, maior será a chance de um equipamento interferir no outro. 
Esse problemasurge particularmente com maior frequência para um fio terra que não tenha uma boa resistência de aterramento.
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Interligação dos aterramentos de baixa tensão, do sistema de proteção contra descargas atmosféricas (pára-raios) e dos mastros das antenas.
					
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Aterramento Elétrico
Aterramento da Antena usando o cabo de descida do Para Raios
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Aterramento Elétrico
Aterramento Exclusivo da Antena
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Aterramento Elétrico
Aterramento da Antena, do Para Raios e da Instalação Elétrica utilizando um eletrodo comum
O eletrodo pode ser embutido na fundação ou enterrado no solo
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Aterramento Elétrico
Componentes do aterramento de proteção e equipotencialização:
barramento de equipotencialização principal (BEP);
condutor de aterramento;
condutor(es) de equipotencialidade principal(is);
condutores de descida de para-raios;
condutores de proteção principais.
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Aterramento Elétrico
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Aterramento Elétrico
Erros na Instalação de Sistemas de Aterramento
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Aterramento Elétrico
Cálculo do aterramento elétrico e sua malha
O tipo de solo é fundamental importância no cálculo do sistema de aterramento. 
Os solos de menor resistividade são aqueles sedimentares com elevado teor de umidade. Solos arenosos e rochosos caracterizam-se pela baixa resistividade, requerendo correção química para alcançar níveis de resistência elétrica suficientemente baixos.
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Aterramento Elétrico
Cálculo do aterramento elétrico e sua malha
Resistência da Haste de Aterramento
onde:
	s = resistividade do solo ( .m)
	L = comprimento da haste (m)
	d = diâmetro da haste (m)
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Aterramento Elétrico
Cálculo do aterramento elétrico e sua malha
Resistência equivalente à associação de hastes em paralelo
Requiv = k*RHaste
onde:
Requiv = resistência equivalente ()
RHaste = resistência das hastes ()
k = fator de redução (depende do solo e da geometria da haste)
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Aterramento Elétrico
Cálculo do aterramento elétrico e sua malha
Resistência da malha de aterramento
onde: 
R = resistência da malha ()
s = resistividade do solo ( .m)
Amalha = área da malha (m2)
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Aterramento Elétrico
onde: 
	C = velocidade da luz (3.108 m/s)
	f = frequência (Hz)
	D = janela da malha (m)
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