Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
ATERRAMENTO DE INSTALAÇÕES ElétricAS DE BAIXA TENSÃO Pag. 0 Rua Argemiro Piva 246, Paulínia/SP, CEP 13140-426 Tel: (19) 3844-4488/3844-8399 paiol@paiolengenharia.com.br ATERRAMENTO DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS DE BAIXA TENSÃO Paulo Edmundo da F. Freire (paulofreire@paiolengenharia.com.br) Engo Eletricista e Mestre em Sistemas de Potência pela PUC-RJ Especialização em Aterramento e Interferências na SES, Montreal, Canadá Doutorando em Geologia/Geofísica pela Unicamp Diretor da PAIOL Engenharia ÍNDICE INTRODUÇÃO 1. ATERRAMENTO DE INSTALAÇÕES EM BAIXA TENSÃO ....................................... 1 1.1 ASPECTOS GERAIS .................................................................................................... 2 1.1.1 Integração dos Aterramentos ...................................................................... 2 1.1.2 Segurança Humana em Instalações de Baixa Tensão .............................. 2 1.2 ESQUEMAS DE ATERRAMENTO E DE PROTEÇÃO ................................................ 3 1.2.1 Esquema TN .................................................................................................. 4 1.2.2 Esquema TT .................................................................................................. 6 1.2.3 Esquema IT ................................................................................................... 6 1.3 ELETRODOS DE ATERRAMENTO ............................................................................. 7 1.4 LIGAÇÕES DE ATERRAMENTO ................................................................................. 8 1.5 CONDUTORES DE PROTEÇÃO ............................................................................... 12 1.6 ATERRAMENTO DE EQUIPAMENTOS ELETRÔNICOS SENSÍVEIS ...................... 14 1.7 PROTEÇÃO PRIMÁRIA CONTRA SOBRETENSÕES .............................................. 15 1.8 ATERRAMENTO EM ARMADURAS DE ESTRUTURAS DE CONCRETO ............... 16 1.8.1 Em Prédios Novos ...................................................................................... 18 1.8.2 Testes de Continuidade ............................................................................. 22 1.9 REFERÊNCIAS .......................................................................................................... 22 2. ATERRAMENTO E PROTEÇÃO DE ÁREAS DE TANCAGEM................................. 24 2.1 REFERÊNCIAS .......................................................................................................... 26 ATERRAMENTO DE INSTALAÇÕES ElétricAS DE BAIXA TENSÃO Pag. 1 Rua Argemiro Piva 246, Paulínia/SP, CEP 13140-426 Tel: (19) 3844-4488/3844-8399 paiol@paiolengenharia.com.br 1. ATERRAMENTO DE INSTALAÇÕES EM BAIXA TENSÃO Os critérios de aterramento de instalações de baixa tensão encontram-se bem estabelecidos na norma NBR-5410/2008 (Instalações Elétricas de Baixa Tensão), podendo ser complementados com as recomendações constantes da norma NBR-5419/2005 (Proteção de Estruturas contra Descargas Atmosféricas). A adoção dos padrões, critérios e recomendações constantes nestas duas normas, proporciona proteção adequada às pessoas e edificações, às instalações elétricas de baixa tensão (energia e sinal) e aos equipamentos. A primeira revisão da norma NBR-5410 substituiu a antiga NB3 (de 1960), marcando o início da adoção dos padrões da IEC (“International Eletrotechnical Commission”) nas nossas instalações. A revisão baseou-se na norma IEC-364 (“Electrical Installations for Buildings”), complementada pela norma francesa NF C 15-100 (“Installations Électriques à Basse Tension”). As versões de 1990, 1997 e 2004, incorporaram novos documentos da IEC, tornando a nossa norma mais moderna e abrangente. A NBR-5410, dentro das suas atribuições conforme seu Capítulo 1, fixa as condições a quem devem satisfazer as instalações elétricas, a fim de garantir seu funcionamento adequado, a segurança de pessoas e animais domésticos e a conservações de bens. A versão atual da NBR-5410/2008, abrange todas as redes elétricas - de energia ou de sinal, internas ou externas - adentrando a edificação e/ou propriedade. É o similar nacional da National Electric Code (NEC) dos EUA, e está em conformidade com as Normas da IEC e Recomendações de ITU-T, sendo apropriada e compatível com as condições brasileiras. As novidades das últimas revisões da NBR-5410, relativas ao aterramento e compatibilidade eletromagnética das instalações, podem ser assim resumidas: aterramento único para toda a instalação, integrado à estrutura da edificação - o eletrodo de aterramento preferencial numa edificação é o constituído pelas armaduras de aço embutidas no concreto das fundações das edificações; as entradas dos serviços públicos de energia e sinais (PTR) devem estar localizadas próximas entre si e junto ao aterramento comum (os aterramentos de energia e de sinal dos equipamentos deve ser comuns na entrada da instalação); a entrada de energia deve dispor de dispositivos de proteção primária contra sobretensões – nível I de proteção; o aterramento do neutro deve ser feito somente na entrada da instalação – daí para a frente o neutro recebe o tratamento de um condutor vivo (energizado); o condutor de aterramento deve ser conduzido junto à cabeação de energia, desde a entrada da instalação; a cabeação de um circuito de sistema de energia deve formar um grupo compacto simétrico; as cabeações de energia e de sinal devem andar junto e paralelas, desde a entrada da instalação até o ponto de utilização, nos respectivos meios de encaminhamento, que pode ser de metal ferromagnético contínuo, se exigido; o PTR deve ter dispositivos de proteção contra sobretensões e, conforme caso, contra sobrecorrentes, com capacidade dimensionada conforme estejam ou não aterradas as capas metálicas dos cabos de telecomunicações das rede externa e interna. ATERRAMENTO DE INSTALAÇÕES ElétricAS DE BAIXA TENSÃO Pag. 2 Rua Argemiro Piva 246, Paulínia/SP, CEP 13140-426 Tel: (19) 3844-4488/3844-8399 paiol@paiolengenharia.com.br O sistema de aterramento de instalações de baixa tensão inclui os seguintes elementos: condutores de proteção; condutores de ligação equipotencial e de aterramento; e eletrodos de aterramento. A estes elementos devem-se acrescentar os dispositivos de proteção primária contra sobretensões, a serem instalados na entrada de energia. As definições relativas aos eletrodos de aterramento são mais amplas e completas na norma NBR-5419/2005 (“Proteção de estruturas contra Descargas Atmosféricas”), que contempla a utilização de ferragens estruturais para a função de eletrodos de aterramento. 1.1 ASPECTOS GERAIS 1.1.1 Integração dos Aterramentos A moderna tecnologia para o dimensionamento de sistemas de aterramento de instalações industriais/comerciais, conforme estabelecido pelas normas NBR-5410/2008 e NBR-5419/2005, recomenda a integração dos seus diversos subsistemas, dentre os quais se destacam: o neutro e os condutores de proteção da rede de distribuição de energia; o aterramento do sistema de proteção contra descargas atmosféricas; o aterramento das entradas de sinais e o "plano terra" para o aterramento de instalações contendo equipamentos eletrônicos (laboratórios, CPD's, estações de telecomunicações, sistemas de controle de processo etc.); e o aterramento de estruturas metálicas diversas (ferragens estruturais, esquadrias, tubulações, tanques, cercas, "racks", painéis etc.). Esta integração resulta em benefícios para o funcionamento do sistema, devendo, porém ser realizada com os devidos cuidados de modo a evitar interferências indesejadas entre os diversos subsistemas. Dentre as vantagens da integração dos aterramentos, destacam-se: equipotencialização de massas metálicas; unificação das referências de terra; e redução da resistênciade aterramento da instalação, em função da maior área da malha. 1.1.2 Segurança Humana em Instalações de Baixa Tensão A tensão de contato limite, tensão que uma pessoa pode suportar indefinidamente sem risco, é função da forma como este contato é estabelecido (umidade local e caminho percorrido no corpo humano), e das condições ambientes (tipo de local onde ocorre o contato e do piso). A norma NBR-5410/2008 identifica quatro níveis de risco a que uma pessoa pode ser submetida a um choque elétrico, associados às condições do contato, apresentado na Tabela 1.1. ATERRAMENTO DE INSTALAÇÕES ElétricAS DE BAIXA TENSÃO Pag. 3 Rua Argemiro Piva 246, Paulínia/SP, CEP 13140-426 Tel: (19) 3844-4488/3844-8399 paiol@paiolengenharia.com.br CÓDIGO RESISTÊNCIA DO CORPO CONDIÇÕES DESCRIÇÃO TENSÕES MÁXIMAS BB1 elevada seca Pele seca BB2 normal úmida Pele úmida de suor 50 Vca e 120 Vcc BB3 fraca molhada Despreza-se a resistência de contato dos pés 25 Vca e 60 Vcc BB4 muito fraca imersa Piscinas e banheiras tensão nominal < 12 V Tabela 1.1: situações de risco de choque classificadas pela NBR-5410 (Tabela 13). 1.2 ESQUEMAS DE ATERRAMENTO E DE PROTEÇÃO As redes de distribuição são classificadas segundo diversos esquemas de aterramento, que diferem entre si em função da situação da alimentação e das massas com relação à terra. Os diferentes sistemas são classificados segundo um código de letras na forma - XY-Z - onde: X - identifica a situação da alimentação em relação à terra: T - sistema diretamente aterrado, I - sistema isolado ou aterrado por impedância; Y - identifica a situação das massas da instalação com relação à terra: T - massas diretamente aterradas; N - massas ligadas ao ponto de alimentação, onde é feito o aterramento; Z - disposição dos condutores neutro e de proteção: S - condutores neutro e de proteção distintos, C - neutro e de proteção combinados em um único condutor (PEN). A NBR-5410/2008 estabelece que as massas metálicas de equipamentos elétricos sejam ligadas a condutores de proteção, compondo uma rede de aterramento, e que um dispositivo de proteção deve seccionar automaticamente a alimentação do circuito por ele protegido, sempre que uma falta entre parte viva e massa der origem a uma tensão de contato perigosa. O tempo máximo de seccionamento é determinado diretamente, em função da tensão nominal da instalação e do esquema de aterramento, conforme a Tabela 1.2. Qualquer que seja o esquema de aterramento, devem ser utilizados dispositivos a corrente diferencial-residual (disjuntores DR) de alta sensibilidade (In < 30mA), para proteção complementar contra contatos diretos nas seguintes situações: circuitos que sirvam pontos em locais que possuam banheira ou chuveiros; circuitos que alimentem tomadas de corrente situadas em áreas externas à edificação; circuitos de tomadas de corrente situadas em áreas internas que possam alimentar equipamentos no exterior; e circuitos de tomadas de corrente de cozinhas, copas-cozinhas, lavanderias, garagens, áreas de serviço, e qualquer outro ambiente sujeito a lavagem. Podem ser excluídos da obrigatoriedade do uso de dispositivos DR, nas áreas acima classificadas, os circuitos que alimentam luminárias localizadas a mais de 2,5m de altura e as tomadas não diretamente acessíveis, destinadas a alimentar refrigeradores e congeladores. ATERRAMENTO DE INSTALAÇÕES ElétricAS DE BAIXA TENSÃO Pag. 4 Rua Argemiro Piva 246, Paulínia/SP, CEP 13140-426 Tel: (19) 3844-4488/3844-8399 paiol@paiolengenharia.com.br Esquema de Tensão nominal TEMPO DE SECCIONAMENTO (s) aterramento fase-terra (V) Situação 1 Situação 2 115, 120, 127 0,8 0,35 220 0,4 0,20 TN 277 0,4 0,20 400 0,2 0,05 > 400 0,1 0,02 208, 220, 230 0,8 0,35 IT 380, 400, 480 0,4 0,20 690 0,2 0,05 1000 0,1 0,02 Tabela 1.2: tempos de seccionamento máximo (Tabelas 20 e 21 da NBR-5410). 1.2.1 Esquema TN O esquema TN possui um ponto de alimentação diretamente aterrado, sendo as massas ligadas a este ponto por condutores de proteção. A corrente de falta direta fase- massa é uma corrente de curto-circuito. Em função da combinação condutor de proteção/condutor neutro, o esquema TN apresenta as seguintes variações possíveis: esquema TN-S - o condutor neutro (N) e o condutor de proteção (PE) são separados; esquema TN-C-S - as funções de neutro e de proteção são combinadas em um único condutor (PEN) em uma parte da instalação; e esquema TN-C - as funções de neutro e de proteção são combinadas em um único condutor (PEN) ao longo de toda a instalação. No esquema TN-C a proteção somente pode ser realizada por dispositivo a sobrecorrente (disjuntor convencional), uma vez que este esquema é incompatível com o disjuntor DR (diferencial-residual), enquanto que no esquema TN-S ambos os dispositivos podem ser utilizados. Em instalações alimentadas por rede de alimentação pública que utilize esquema TN, quando não puder ser garantida a integridade do condutor PEN, devem ser utilizados disjuntores DR. Nos sistemas TN as características do dispositivo de proteção e as impedâncias dos circuitos devem atender a seguinte condição: 0UIaZ s , onde Zs – impedância do percurso da corrente de falta; Ia – corrente que assegura a atuação do dispositivo de proteção em um tempo máximo conforme a Tabela 1.1; e U0 – tensão nominal fase-terra. ATERRAMENTO DE INSTALAÇÕES ElétricAS DE BAIXA TENSÃO Pag. 5 Rua Argemiro Piva 246, Paulínia/SP, CEP 13140-426 Tel: (19) 3844-4488/3844-8399 paiol@paiolengenharia.com.br Figura 1.1: alternativas de esquema de aterramento TN. ATERRAMENTO DE INSTALAÇÕES ElétricAS DE BAIXA TENSÃO Pag. 6 Rua Argemiro Piva 246, Paulínia/SP, CEP 13140-426 Tel: (19) 3844-4488/3844-8399 paiol@paiolengenharia.com.br 1.2.2 Esquema TT O esquema TT possui um ponto da alimentação diretamente aterrado, estando as massas da instalação ligadas a pontos de aterramento distintos do ponto de aterramento da instalação. A corrente de falta direta fase-massa é inferior a uma corrente de curto-circuito, podendo apresentar, porém, magnitude suficiente para produzir tensões de contato perigosas. Nos sistemas TT a proteção por disjuntor DR é obrigatória, devendo ser atendida a seguinte condição: R I UA n L , onde RA - resistência de aterramento das massas; In - corrente diferencial-residual nominal; e UL - tensão de contato limite. Visando a seletividade, dispositivos DR do tipo S podem ser utilizados em série com dispositivo DR geral (este com tempo de atuação não inferior a 1s). 1.2.3 Esquema IT O esquema IT não possui qualquer ponto da alimentação diretamente aterrado (sistema isolado ou aterrado por impedância), estando, no entanto, as massas da instalação diretamente aterradas. As correntes de falta fase-massa não são elevadas o suficiente para dar origem a tensões de contato perigosas. Estes sistemas não devem possuir o neutro distribuído pela instalação, sendo obrigatória a utilização de dispositivo supervisor de isolamento (DSI) com alerta sonoro e/ou visual. As massas podem ser aterradas de duas maneiras: individualmente (ou por grupos) - proteção igual a de sistemas TT; ou coletivamente aterradas - valem as regras do esquema TN. O esquema IT deve ser restrito às seguintes aplicações: suprimento de instalações industriais de processo contínuo, onde a continuidade da alimentação seja essencial, com tensão de alimentação igual ou superior a 380V, com atendimento obrigatório das seguintes condições: o neutro não é distribuído, existe detecção permanente de falta para a terra, manutenção e supervisão a cargo de pessoal habilitado; suprimento de circuitos de comando, cuja continuidade seja essencial, alimentadas por transformador isolador, com tensão primária inferior a 1kV,com atendimento obrigatório das seguintes condições: existe detecção permanente de falta para a terra, manutenção e supervisão a cargo de pessoal habilitado; circuitos isolados de reduzida extensão, em instalações hospitalares, onde a continuidade da alimentação e a segurança dos pacientes seja essencial; alimentação exclusiva de fornos industriais; e alimentação de retificadores dedicados a acionamentos de velocidade controlada. ATERRAMENTO DE INSTALAÇÕES ElétricAS DE BAIXA TENSÃO Pag. 7 Rua Argemiro Piva 246, Paulínia/SP, CEP 13140-426 Tel: (19) 3844-4488/3844-8399 paiol@paiolengenharia.com.br Figura 1.2: esquema de aterramento TT. Figura 1.3: esquema de aterramento IT. 1.3 ELETRODOS DE ATERRAMENTO A NBR-5410/2008 estabelece que quando o aterramento pelas fundações não for praticável, o eletrodo de aterramento deve ser constituído por um anel, complementado por hastes verticais, circundando o perímetro da edificação. Esta norma também estabelece que não devem ser usados como eletrodo de aterramento canalizações metálicas de fornecimento de água e outros serviços, o que não exclui a ligação equipotencial das mesmas à barra BEP. Vale lembrar que eletrodos de aterramento verticais são mais eficientes na dissipação para o solo de descargas impulsivas, tais como as que caracterizam as descargas atmosféricas, do que eletrodos horizontais. Os aterramentos do sistema de proteção contra descargas atmosféricas e da instalação elétrica devem ser interligados, preferencialmente em um eletrodo comum, conforme apresentado na Figura 1.4c. A Tabela 1.3 apresenta as dimensões mínimas de diferentes tipos de eletrodos de aterramento, bem como as recomendações quanto ao posicionamento dos mesmos, onde destacam-se: condutores nus; hastes, cantoneiras ou tubos; fitas ou cabos de aço; e ferragens do concreto armado. ATERRAMENTO DE INSTALAÇÕES ElétricAS DE BAIXA TENSÃO Pag. 8 Rua Argemiro Piva 246, Paulínia/SP, CEP 13140-426 Tel: (19) 3844-4488/3844-8399 paiol@paiolengenharia.com.br Quanto aos aterramentos para sistemas de proteção contra descargas atmosféricas, a norma NBR-5419/2015 admite apenas a conFiguração de eletrodos em anel ou embutidos nas fundações da estrutura, com a eliminação da exigência de resistência máxima de 10 Ω. O aterramento embutido nas fundações da edificação, apresenta diversas vantagens com relação ao arranjo A, dentre as quais destacam-se: menor custo de instalação; vida útil compatível com a da edificação; resistência de aterramento mais estável; e maior proteção contra seccionamentos e danos mecânicos. TIPO DE ELETRODO DIMENSÕES MÍNIMAS OBSERVAÇÕES tubo de aço zincado 2,4 m x 25 mm cravação vertical perfil de aço zincado cantoneira de 2,4 m x 20x20x3 mm haste de aço zincado 2 m x 15 mm haste de aço cobreada 2 m x 15 mm haste de cobre 2 m x 15 mm fita de cobre 10 m x 2 mm x 25 mm2 profundidade mínima de 0,6 m e largura na vertical fita de aço galvanizado 10 m x 3 mm x 100 mm2 cabo de cobre 10 m x 50 mm2 profundidade mínima de 0,6 m e posição na horizontal cabo de aço zincado 10 m x 95 mm2 cabo de aço cobreado 50 mm2 x 10 m Tabela 1.3: dimensões mínimas de eletrodos de aterramento. 1.4 LIGAÇÕES DE ATERRAMENTO A NBR-5410/2008 estabelece que em qualquer instalação deve ser previsto um terminal ou barra de aterramento principal (BEP), que deve estar localizado na edificação, podendo os seguintes condutores serem a ele ligados: condutor de aterramento (que interliga o eletrodo de aterramento ao BEP); condutores de proteção principais (PE); condutores de eqüipotencialização principais; condutores terra paralelo (PEC); condutor neutro, se o aterramento deste for previsto neste ponto; barramento de eqüipotencialização funcional, se necessário; condutores de eqüipotencialização ligados a eletrodos de aterramento de outros sistemas; elementos condutivos da edificação. A interligação do neutro da rede externa de distribuição, quando a alimentação for realizada em baixa tensão, é providência essencial para a obtenção do grau mínimo de efetividade de aterramento do neutro, conforme os projetos de redes de distribuição padronizados pelas concessionárias de energia elétrica. ATERRAMENTO DE INSTALAÇÕES ElétricAS DE BAIXA TENSÃO Pag. 9 Rua Argemiro Piva 246, Paulínia/SP, CEP 13140-426 Tel: (19) 3844-4488/3844-8399 paiol@paiolengenharia.com.br A Figura 1.4 apresenta um esquema de ligação equipotencial para a utilização em instalações prediais. A Figura 1.5 apresenta as diferentes conFigurações de aterramento de mastro pára-raios e de antenas, com relação ao terminal de ligação equipotencial. As conexões para o aterramento de tubulações metálicas devem utilizar cintas/braçadeiras do mesmo material do tubo, de modo a evitar corrosão por formação de pares galvânicos. No caso da canalização de gás, deve ser instalada uma luva isolante próximo à sua entrada na edificação, de modo a promover a separação elétrica entre a rede pública de gás e a instalação do consumidor. Os condutores utilizados para as ligações equipotenciais ao terminal principal devem possuir seção pelo menos igual à metade do condutor de proteção de maior seção da instalação, com um mínimo de 6 mm2. Admite-se um máximo de 25mm2 para condutores de cobre, ou seção equivalente para outros metais. Os condutores destinados à conexão de massas metálicas aos eletrodos enterrados deverão possuir as seções mínimas constantes da Tabela 1.4. Em redes industriais, as ligações equipotenciais podem ser realizadas pela conexão dos condutores de proteção dos equipamentos elétricos ao barramento PEN dos quadros /painéis de distribuição e/ou pela conexão direta de estruturas metálicas em geral à malha de aterramento. A utilização dos condutores de proteção dos equipamentos elétricos para o aterramento do maquinário por eles acionado é adequada, usualmente, para instalações abrigadas no interior de prédios, galpões etc. No caso de instalações abertas ou ao tempo, é importante, além da utilização dos condutores de proteção dos motores elétricos, que sejam realizadas conexões das estruturas metálicas diretamente à malha de aterramento, procedimento que se justifica por diversas razões, dentre as quais: as distâncias entre os motores e os CCM's geralmente são maiores do que no interior de edificações; em condição de chuva, as tensões de toque e passo são agravadas em função das superfícies das estruturas e do piso estarem molhadas; e os riscos associados à exposição direta a descargas atmosféricas. As descidas de um sistema de proteção contra descargas atmosféricas, constituem-se em casos particulares de condutores de aterramento. O condutor de descida não deve ser encaminhado no interior de duto metálico ou, quando embutido em colunas de concreto, não deve lançado no centro das ferragens, de modo a evitar o aumento da sua impedância. A Tabela 1.5 apresenta as seções mínimas para estes condutores, em função dos materiais utilizados e da fração da corrente de descarga prevista para circular nos mesmos. SEÇÃO DO CONDUTOR (mm2) MATERIAL/MEIO NU ISOLADO cobre em solo alcalino ácido ferro 16 25 50 16 16 Tabela 1.4: seção dos condutores de aterramento enterrados e não protegidos mecanicamente. ATERRAMENTO DE INSTALAÇÕES ElétricAS DE BAIXA TENSÃO Pag. 10 Rua Argemiro Piva 246, Paulínia/SP, CEP 13140-426 Tel: (19) 3844-4488/3844-8399 paiol@paiolengenharia.com.br SEÇÃO DO CONDUTOR (mm2) MATERIAL PRINCIPAL INTERLIGAÇÃO cobre alumínio ferro 16 25 50 6 10 16 Tabela 1.5: seção dos condutores de aterramento de sistemas de proteção contra descargas atmosféricas. Figura 1.4: barra de equipotencialização principal (BEP). ATERRAMENTO DE INSTALAÇÕES ElétricAS DE BAIXA TENSÃO Pag. 11 Rua Argemiro Piva246, Paulínia/SP, CEP 13140-426 Tel: (19) 3844-4488/3844-8399 paiol@paiolengenharia.com.br Figura 1.5: ligações na entrada de energia da edificação. ATERRAMENTO DE INSTALAÇÕES ElétricAS DE BAIXA TENSÃO Pag. 12 Rua Argemiro Piva 246, Paulínia/SP, CEP 13140-426 Tel: (19) 3844-4488/3844-8399 paiol@paiolengenharia.com.br 1.5 CONDUTORES DE PROTEÇÃO O condutor de proteção tem por função o aterramento das massas metálicas de equipamentos elétricos. O seu dimensionamento visa a proteção de pessoas contra choques elétricos devido a contatos indiretos, ou seja, o toque na carcaça de um equipamento (ou em estrutura metálica anexa) que ficou sob tensão em consequência de uma falha de isolamento interna, e ainda, o desempenho adequado dos dispositivos de proteção, sejam por sobrecorrente (fusíveis e disjuntores) ou a corrente diferencial-residual (interruptor ou disjuntor DR). Em função do esquema de aterramento da instalação, o condutor de proteção proverá o aterramento das massas metálicas a ele conectadas, diretamente no ponto de aterramento da alimentação (esquema TN, predominante em redes industriais) ou em ponto distinto do ponto de aterramento da alimentação (esquemas TT e IT). A norma NBR-5410/2008 considera que a continuidade do condutor de proteção vem a ser um dos cinco ensaios básicos a que uma instalação deve ser submetida quando do seu comissionamento. A seção mínima do condutor pode ser determinada pela expressão (aplicável apenas para tempos de atuação dos dispositivos de proteção inferiores a 5 segundos): S I t K 2 , onde, S = seção mínima do condutor de proteção (mm²), I = valor (eficaz) da corrente de falta que pode circular pelo dispositivo de proteção, para uma falta direta (A), t = tempo de atuação do dispositivo de proteção (s), e K = constante definida na Tabela 1.6 (fator que depende do material do condutor de proteção, de sua isolação e outras partes, e das temperaturas inicial e final). Esta expressão leva em consideração apenas as condições de aquecimento do condutor à passagem da corrente de falta, podendo resultar em seções muito pequenas, que podem não atender aos requisitos de resistência mecânica e, principalmente, de impedância mínima. Tem-se, portanto, que este critério de dimensionamento é mais aplicável quando da utilização de dispositivos de proteção DR. Alternativamente, a seção mínima do condutor de proteção pode ser determinada em função da seção dos condutores fase do respectivo circuito, contanto que os condutores em questão sejam constituídos do mesmo material, conforme indicado na Tabela 1.7. Este critério atende aos requisitos elétricos e mecânicos desejados para o condutor de proteção, sendo adequado para instalações que utilizam dispositivos de proteção por sobrecorrente. Nas instalações fixas, com esquemas de aterramento TN, as funções de condutor de proteção e neutro podem ser combinadas (condutor PEN), desde que esta parte da instalação não seja protegida por um dispositivo DR, sendo admitidas as seguintes seções mínimas: 10 mm2 em cobre; 16 mm2 em alumínio; e 4 mm2 se o condutor fizer parte de um condutor concêntrico. ATERRAMENTO DE INSTALAÇÕES ElétricAS DE BAIXA TENSÃO Pag. 13 Rua Argemiro Piva 246, Paulínia/SP, CEP 13140-426 Tel: (19) 3844-4488/3844-8399 paiol@paiolengenharia.com.br Este esquema de aterramento exige continuidade do condutor PEN desde o transformador e recomenda o multi-aterramento do condutor de proteção, especialmente nas entradas de edificações. Se, a partir de um ponto qualquer da instalação, o neutro e o condutor de proteção forem separados, não é permitido religá-los após esse ponto. No ponto de separação, devem ser previstos terminais ou barras separadas para o condutor de proteção PE e o neutro. O condutor PEN deve ser ligado ao terminal ou barra previsto para o condutor de proteção PE, e aterrado no BEP da edificação (esquema TN-C-S). A seção mínima de qualquer condutor de proteção, que não faça parte do mesmo invólucro que os condutores vivos, deverá ser 2,5 ou 4,0mm2, respectivamente se possuir ou não proteção mecânica. Podem ser utilizados como condutores de proteção: as veias de cabos multipolares; condutores isolados ou cabos unipolares num conduto comum aos condutores vivos; condutores isolados, cabos unipolares ou condutores nus independentes, com trajeto idêntico aos circuitos protegidos; proteções metálicas ou blindagens de cabos; e eletrodutos e outros condutos metálicos. CABOS ISOLADOS MATERIAL DA COBERTURA TIPO DO CONDUTOR MATERIAL DO CONDUTOR PVC (160 C) EPR/XLPE (250 C) INDEPENDENTES (condutor isolado, cabo unipolar ou cabo nu em contato com a cobertura do cabo) cobre alumínio aço 143 95 52 176 116 64 VEIAS DE CABOS MULTIPOLARES cobre alumínio 115 76 143 94 CABOS NUS MATERIAL CONDIÇÕES DE APLICAÇÃO COBRE ALUMÍNIO AÇO visível e em área restrita (500 C) 228 125 (300 C) 82 condições normais (200 C) 159 105 58 risco de incêndio (150 C) 138 91 50 * temperaturas máximas entre parênteses Tabela 1.6: valores de K - dimensionamento de condutores de proteção - considera-se que a temperatura inicial é de 30 ºC. CONDUTORES FASE CONDUTOR DE PROTEÇÃO S<16 16<S<35 S>35 S 16 S/2 Tabela 1.7: seção mínima do condutor de proteção (mm2) em função da seção do condutor fase. Elementos metálicos tais como proteções e blindagens de cabos de energia, invólucros de barramentos blindados e eletrodutos, poderão ser interligados como condutores de proteção, se a sua continuidade elétrica for garantida e se a sua condutância atender aos critérios de dimensionamento acima apresentados. Cabem, ainda, as seguintes observações: ATERRAMENTO DE INSTALAÇÕES ElétricAS DE BAIXA TENSÃO Pag. 14 Rua Argemiro Piva 246, Paulínia/SP, CEP 13140-426 Tel: (19) 3844-4488/3844-8399 paiol@paiolengenharia.com.br os invólucros de barramentos blindados devem permitir a conexão de condutores de proteção em todos os cofres de derivação; as canalizações de água e gás não devem ser utilizadas como condutores de proteção; somente cabos ou condutores podem ser utilizados como condutor PEN; e um condutor de proteção pode ser comum a vários circuitos de distribuição ou terminais, quando estes estiverem contidos num mesmo conduto (devendo neste caso ser dimensionado com base no condutor fase do circuito mais carregado). É importante frisar a importância do agrupamento do elemento de proteção (condutor, blindagem ou eletroduto) próximo aos condutores vivos do circuito correspondente, de modo a minimizar a impedância do circuito, garantindo um caminho de retorno natural para as correntes de falta fase-terra, tendo em vista a melhor atuação das proteções por sobrecorrente. Outros caminhos de retorno, tais como malha de aterramento ou estruturas metálicas, apresentam elevada impedância, em função dos afastamentos para com os condutores vivos, e permitem o surgimento de tensões ou correntes induzidas em outros circuitos ou estruturas condutoras existentes nas imediações. Dentre os riscos associados ao campo eletromagnético resultante do retorno inadequado de altas correntes de curto-circuito, além dos potenciais de toque perigosos, podem ser citados o surgimento de centelhamentos em conexões metálicas eletricamente imperfeitas (crítico em ambientes de atmosferas explosivas), e induções de tensões e correntes em circuitos de sinal, com consequências que vão do simples ruído à queima de placas e componentes. 1.6 ATERRAMENTO DE EQUIPAMENTOS ELETRÔNICOS SENSÍVEIS Também chamados de Equipamentos de Tecnologia da Informação (ETI), incluem: equipamentos de telecomunicação e de transmissão de dados, equipamentos de processamentos de dados ou instalações que utilizam transmissão de sinais com retorno a terra, interna ou externamente ligada a uma edificação; fontes de corrente contínua que alimentam ETIs no interior de uma edificação; equipamentos e instalações de CPCT – Central Privativa de Comutação Telefônicas (PABX); redes locais; sistemas de alarme contra incêndio e contra roubo; sistemas de automação; sistemas CAM (Computer Aided Manufacturing) e outros que utilizam sistemas microprocessados. De modo a reduzir os problemas de interferências, a alimentação destes equipamentos nunca deve ser em esquema TN-C, o que significa dizer que devem ser lançados condutores neutro e de proteção separados desde a origem da instalação (Quadro de Distribuição Principal da edificação e aterrado no BEP da mesma (esquema TN-C-S). Se a instalação elétrica possuir um transformador, grupo gerador, sistemas UPS (uninterruptible power systems) ou fonte análoga responsável pela alimentação de ETIs e se essa fonte for ela própria alimentada em esquema TN-C, deve adotar o esquema TN-C-S em sua saída. ATERRAMENTO DE INSTALAÇÕES ElétricAS DE BAIXA TENSÃO Pag. 15 Rua Argemiro Piva 246, Paulínia/SP, CEP 13140-426 Tel: (19) 3844-4488/3844-8399 paiol@paiolengenharia.com.br A barra BEP pode ser prolongada por uma Barramento de Equipotencialidade Funcional (BEF) para aterrar os ETI em qualquer ponto da edificação onde os mesmos se encontrem instalados. À BEF podem ser ligados: quaisquer dos elementos normalmente ligados ao BEP da edificação; blindagens e proteções metálicas dos cabos e equipamentos de sinais; condutores de eqüipotencialização dos sistemas de trilhos; condutores de aterramento dos DPS´s; condutores de aterramento de antenas de radiocomunicação; condutor de aterramento do pólo “terra” de alimentações em corrente contínua para ETI´s; condutores de aterramento funcional; condutores de eqüipotencialização que interligam o eletrodo de aterramento dos sistemas de proteção contra descargas atmosféricas; e condutores de ligações equipotenciais suplementares. Para o atendimento de ETI, o BEF deve ser, preferencialmente, em barra chata (que apresenta indutância inferior à de um condutor cilíndrico), podendo constituir um anel fechado em ambientes restritos, desde que acessível em toda a sua extensão. A confiabilidade da ligação equipotencial entre dois pontos do barramento de eqüipotencialização funcional depende da impedância do condutor utilizado, que é determinada pela seção e pelo percurso. Para freqüências de 50 Hz ou de 60 Hz, caso mais comum, um condutor de cobre de 50mm2 de seção nominal, constitui uma boa relação entre custo e impedância. A ligação equipotencial pode incluir condutores, capas metálicas de cabos e partes metálicas da edificação, tais como tubulações de água e eletrodutos ou uma malha instalada em cada pavimento ou em parte de um pavimento. É conveniente incluir as armaduras do concreto da edificação na ligação equipotencial. Quando a instalação de um eletrodo ou um sistema adicional de eletrodos de aterramento local (aterramento funcional) for requerida para o funcionamento de ETI´s, deve ser providenciada uma conexão do mesmo ao BEP da instalação, por um condutor de aterramento funcional, que deve ter a seção mínima de 10mm² e ser de cobre ou de material com condutância equivalente. Dispositivos eletromagnéticos (grampos de núcleo de ferrite, por exemplo) podem ser incorporados a este condutor de aterramento funcional, para reduzir interferências eletromagnéticas de alta freqüência. 1.7 PROTEÇÃO PRIMÁRIA CONTRA SOBRETENSÕES Os dispositivos de proteção (DPS) devem ser instalados na origem da instalação (painel geral de baixa tensão) e devem ser do tipo não curto-circuitante, constituídos por pára-raios de resistência não linear ou por pára-raios de expulsão, instalados entre cada fase e a barra BEP. Os dispositivos de proteção primária devem possuir corrente nominal igual ou superior a 10 kA (20 kA em áreas críticas, com elevada exposição a raios), com máxima tensào residual de 700V (valor de pico). São as seguintes as tensões nominais: Vn > 175 V – para tensões fase-terra < 127 V; e Vn > 280 V – para tensões fase-terra < 220 V. ATERRAMENTO DE INSTALAÇÕES ElétricAS DE BAIXA TENSÃO Pag. 16 Rua Argemiro Piva 246, Paulínia/SP, CEP 13140-426 Tel: (19) 3844-4488/3844-8399 paiol@paiolengenharia.com.br 1.8 ATERRAMENTO EM ARMADURAS DE ESTRUTURAS DE CONCRETO A utilização das ferragens de fundação de edificações como elementos naturais para o aterramento de instalações de baixa tensão e de sistemas de proteção de estruturas e edificações contra descargas atmosféricas diretas, vem a ser uma técnica recomendada pelas normas brasileiras (NBR-5410/2008 e NBR-5419/2015) e de outros países. A norma NBR-5410/2008, no item Sub-sistema de Aterramento – estabelece: “Do ponto de vista da proteção contra o raio, um sub-sistema de aterramento único integrado à estrutura, é preferível e adequado para todas as finalidades, (ou seja, proteção contra o raio, sistemas de potência de baixa tensão e sistemas de sinal)”. A experiência tem demonstrado que as armaduras de aço das estacas, dos blocos de fundação e das vigas baldrame, interligadas nas condições correntes de execução, constituem um eletrodo de aterramento de excelentes características elétricas. As armaduras de aço das fundações, juntamente com as demais armaduras do concreto da edificação, podem constituir, nas condições prescritas pela NBR-5419/2015, o sistema de proteção contra descargas atmosféricas (aterramento e gaiola de Faraday, complementado por um sistema captor). O uso das armaduras do concreto armado da edificação como elementos naturais do sistema de aterramento e de proteção contra descargas atmosféricas permite uma melhor distribuição da corrente do raio entre as colunas, com a consequente redução dos campos magnéticos no interior da estrutura, beneficiando, também, a equalização dos potenciais. Os elementos das fundações, do ponto de vista de contribuição para o sistema de aterramento, podem ser classificados de duas maneiras: componentes unitários - blocos e sapatas - que apresentam, individualmente, resistências da ordem de 50 , e cuja contribuição deve ser medida pelo número de elementos em paralelo; e componentes contínuos - estacas, tubulões e vigas baldrame - cuja contribuição é função da extensão da superfície de contato com o solo. O “NEC - National Electric Code”, norte americano, estabelece que aterramentos de fundação sejam constituídos por ferragens de dimensões mínimas de 2” x 20 pés, localizadas próximo ao fundo da fundação, protegidos por uma camada mínima de 2” de concreto. As ferragens dos diversos elementos de fundação devem ser interligadas para formar o sistema de eletrodos de aterramento. A normalização alemã (VDE/DIN), pioneira na normalização de aterramentos de fundação (desde 1975), estabelece que o volume mínimo de concreto deve ser de 5 m³. A NBR-5410/2008 estabelece que, no caso de fundações em alvenaria, o eletrodo de aterramento pode ser constituído por uma fita de aço ou barra de aço de construção, imersa no concreto das fundações, formando um anel em todo o perímetro da estrutura. A fita deve ter, no mínimo, 100 mm2 de seção e 3 mm de espessura e deve ser disposta na posição vertical. A barra deve ter, no mínimo, 95 mm2 de seção. A fita ou a barra deve ser envolvida por uma camada de concreto com espessura mínima de 5 cm. A norma NBR-5419/2005 admite a alternativa acima para este tipo de aterramento, assim como a utilização das armações de aço das estacas, blocos de fundações e de vigas baldrame, que devem ser firmemente amarradas com arame torcido, em cerca de 50% dos cruzamentos, sendo que as barras de aço devem ser sobrepostas em uma extensão mínima de 20 vezes o seu diâmetro com pelo menos dois estribos (Figura 1.7). ATERRAMENTO DE INSTALAÇÕES ElétricAS DE BAIXA TENSÃO Pag. 17 Rua Argemiro Piva 246, Paulínia/SP,CEP 13140-426 Tel: (19) 3844-4488/3844-8399 paiol@paiolengenharia.com.br Quando da utilização da primeira alternativa em fundações de concreto armado, a barra ou a fita devem ser lançados logo acima da ferragem mais profunda, e a ela amarrados, a intervalos regulares, por meio de arame torcido, conforme ilustrado na Figura 1.7. Se não houver ferragem na fundação, deverão ser utilizados suportes no fundo da forma, espaçados de 2 metros, de modo a posicionar o eletrodo de fundação a uma distância mínima de 5cm do solo. No caso de opção pela segunda alternativa, podem ser incluídas algumas ferragens adicionais nas fundações, para exercer também a função de eletrodos de aterramento. Estas ferragens devem ser interligadas entre si, por meios mecânicos ou eletricamente soldadas, e amarradas às demais ferragens da construção, de modo a garantir a continuidade elétrica dos diversos elementos componentes das fundações. A utilização de solda elétrica nas ferragens estruturais não é aconselhável, pois alguns tipos de ferro podem tornar-se quebradiços, e assim ter comprometida a sua função estrutural. Para ambas as opções devem ser previstas conexões de interligação externas sempre que a continuidade elétrica de ferragens de elementos construtivos distintos não puder ser garantida antes da concretagem (por exemplo, em juntas de dilatação). É mais importante garantir a continuidade dos elementos periféricos da fundação da edificação, do que daqueles localizados no seu interior, pois é maior a contribuição destes últimos para a redução da resistência de aterramento do conjunto (devido à maior área de malha obtida e ao menor efeito de acoplamento mútuo entre os elementos periféricos). Em construções com concreto protendido, os cabos tensionados não podem ser considerados como integrantes do sistema de escoamento de descargas de raios (telhas de concreto protendido, por exemplo). Porém as armaduras dos pilares (que nunca são protendidas) e as armaduras passivas, que sempre existem nas lajes com elementos protendidos, podem ser utilizadas sem restrição como parte da Gaiola de Faraday. A NBR-5410/2008 estabelece que, quando o eletrodo de aterramento estiver embutido nas fundações, a ligação ao eletrodo deve ser realizada diretamente, por solda elétrica, à armadura do concreto mais próxima, com seção não inferior a 50 mm2, preferencialmente com diâmetro não inferior a 8mm, ou ao ponto mais próximo do anel (fita ou barra) embutido nas fundações. Em ambos os casos, deve ser utilizado um condutor de aço com diâmetro mínimo de 10,6mm, ou uma fita de aço de 25 mm x 4 mm. Com o condutor de aço citado, acessível fora do concreto, a ligação à barra ou condutor de cobre para utilização, deve ser feita por solda exotérmica ou por processo equivalente do ponto de vista elétrico e da corrosão. Em alternativa podem usar-se acessórios específicos de aperto mecânico para derivar o condutor de tomada de terra diretamente da armadura do concreto, ou da barra de aço embutida nas fundações, ou ainda do condutor de aço derivado para o exterior do concreto. A norma americana ANSI/IEEE Standard 142 - “Grounding of Industrial and Commercial Power Systems” (Green Book), recomenda que seja feita a medição da resistência de aterramentos de fundação após a construção. Para edificações de porte não muito grande, onde exista a disponibilidade de espaço físico livre de elementos metálicos enterrados (tubulações ou outras fundações), a medição da resistência de aterramento pode ser realizada pelas técnicas convencionais (técnica de Wenner, por exemplo). Em áreas urbanas densamente construídas, a medição desta resistência com um medidor de “loop de terra” no condutor neutro (aterrado na fundação) do alimentador da concessionária pode ser uma boa alternativa. ATERRAMENTO DE INSTALAÇÕES ElétricAS DE BAIXA TENSÃO Pag. 18 Rua Argemiro Piva 246, Paulínia/SP, CEP 13140-426 Tel: (19) 3844-4488/3844-8399 paiol@paiolengenharia.com.br Em fundações de concreto armado, admitindo-se que existe continuidade elétrica entre as ferragens, pode-se calcular a resistência de aterramento (que neste caso é próxima à resistência ao impulso) pela seguinte fórmula, que considera a resistividade do solo (, em m.) e o volume do concreto (V, em m3): R V 1 57 3, . Para as instalações em que não for conhecido o volume das fundações, a resistência de aterramento pode ser estimada pela seguinte expressão, que considera apenas a resistividade do solo (, em m.) e a projeção da área construída (A, em m2): R A 0 55, . Apesar de todas as recomendações existentes em normas, quanto à utilização das ferragens estruturais de edificações no sistema de aterramento e de proteção contra descargas atmosféricas, cabe observar que este assunto ainda possui alguns aspectos polêmicos, tais como: o concreto é poroso e o processo de corrosão das ferragens, na maioria das obras começa a se manifestar com poucos anos de vida; o recobrimento dos pilares na maioria das vezes não consegue proteger a ferragem contra os agentes agressivos; a norma de concreto armado não exige nenhum tipo de amarração entre as ferragens de pilares/pilares e pilares/lages, ficando a critério do armador que está executando tal serviço; a tecnologia de estruturas e fundações civis tem sofrido muitas inovações, é comum encontrar blocos de fundação sem ferragens e sem vigas baldrames, sendo que a cada momento novas tecnologias vão sendo importadas; e as estruturas de concreto protendido ou com cabos engraxados não possuem obrigatoriamente continuidade elétrica. 1.8.1 Em Prédios Novos Nos projetos de novas edificações, o uso da ferragem pode ser implementado pela inserção de barras específicas de aço, em adição às barras estruturais. Nas fundações devem ser instaladas barras de aço adicionais, com área de 150 mm2 (retangular de 50 x 3 mm ou redonda de 10 mm de diâmetro), soldadas entre si ou presas firmemente com conectores aparafusados, formando um anel no perímetro externo do prédio. Nos prédios de grandes dimensões, poderão ser lançados ferros adicionais, transversais, formando malhas de 20 x 20 m, aproximadamente. De uma dessas transversais deverão sair (por conexão ou solda) um cabo ou barra de cobre isolado de 35 mm, para interligação ao BEP (ou LEP). Essas barras adicionais deverão ser amarradas à ferragem estrutural por arame de aço recozido. No caso de fundações construídas com uma proteção externa para impermeabilização, os ferros que desempenharão a função de aterramento deverão ser imersos na camada de concreto que é lançada na valeta (de 0,1 a 0,15 m de espessura), antes da colocação da manta de impermeabilização (dentro da qual é lançada a fundação). ATERRAMENTO DE INSTALAÇÕES ElétricAS DE BAIXA TENSÃO Pag. 19 Rua Argemiro Piva 246, Paulínia/SP, CEP 13140-426 Tel: (19) 3844-4488/3844-8399 paiol@paiolengenharia.com.br Nas colunas, pelo menos a cada 20 m no perímetro externo do prédio, deverão ser instaladas barras de aço (desde a fundação até a cobertura), preferivelmente de superfície lisa, dedicadas ao SPDA. Essas barras deverão ser soldadas (ou firmemente presas com conectores) entre si e às barras de aço da fundação dedicada ao SPDA. Nos prédios grandes, as barras deverão ser instaladas também nas colunas internas correspondentes às barras transversais de aterramento. Nos prédios altos (mais de 20 m) deverão ser instaladas barras horizontais a cada 20 m, formando anéis fixados por solda (ou conectores) às barras verticais específicas do SPDA e amarradas por arame de aço recozido à ferragem do concreto armado. Na coluna correspondente ao “shaft” das prumadas, deve ser instalada uma barra vertical ligada à barra das fundações, mas que não deverá chegar à cobertura. A essa barra serão ligados elementos de interligação (rabichos, derivação em vergalhão ou placa de aterramento)em cada andar ou a cada 3 andares, dependendo do projeto de instalação elétrica, para ser o ponto de aterramento de todas unidades de cada andar ou cada grupo de 3 andares. A estes elementos serão interligados os condutores PE ou PEN dos quadros de distribuiçãodo edifício, desde o BEP. Nos prédios comerciais, nos locais onde seja prevista a instalação de grupos de ETI’s, pode-se melhorar as condições de aterramento e blindagem com medidas adicionais como: instalação no piso de uma tela de fios de aço soldados ( =3 a 5 mm) com reticulado de 10 x 10 cm aproximadamente (tela TELCON); nas paredes externas, instalar também telas de mesmo reticulado, podendo ser de fios mais finos ( 3 mm); instalação de quadros com as molduras metálicas ligadas à ferragem estrutural; e vidros das janelas do tipo aramado (com uma tela de fios de aço entre duas lâminas de vidro). As telas de piso e paredes deverão ser interligadas entre si e à ferragem estrutural. Os ferros no topo dos pilares deverão ser interligados à armação da laje, e serem eletricamente acessíveis na superfície externa da cobertura, para interligação com a estrutura metálica de cobertura ou com um sistema próprio de elementos captores de descargas (mastros pára-raios, terminais aéreos, cabos captores, gaiola de Faraday etc). Em construções pré-moldadas, deve-se solicitar ao fabricante que deixe os ferros acessíveis nas bordas ou extremidades de cada peça, para interligação quando da montagem na obra. Devem ser previstos pontos internos e externos de conexão às ferragens estruturais, que servirão para o aterramento de elementos da construção e das instalações prediais, assim como para a realização de testes de continuidade. Estes pontos deverão ser acessíveis na superfície acabada de paredes, vigas, colunas e pisos, por meio de placas de aterramento, rabichos em fita ou cabo nu, vergalhão de ferro etc. A seleção dos materiais deverá levar em consideração os riscos de corrosão no local de instalação. As interligações com o ferro estrutural devem ser feitas com conectores mecânicos, de modo a não comprometer a sua resistência com esforços térmicos resultantes do uso de solda, seja elétrica ou exotérmica. A solda poderá ser utilizada quando for utilizado um ferro adicional nas colunas e fundações, com a função específica de aterramento e de proteção elétrica. ATERRAMENTO DE INSTALAÇÕES ElétricAS DE BAIXA TENSÃO Pag. 20 Rua Argemiro Piva 246, Paulínia/SP, CEP 13140-426 Tel: (19) 3844-4488/3844-8399 paiol@paiolengenharia.com.br Os pontos de aterramento externos estarão usualmente localizados no topo ou na base da edificação. No primeiro caso disponibilizam pontos de interligação das ferragens das colunas com a rede captora de raios. No segundo caso visam a interligação dos elementos de fundação a estruturas externas, tais como torres, postes de iluminação, fundações de edificações próximas etc. Esta interligação deverá ser feita em placas de aterramento localizadas nas paredes externas da edificação, 0,3 metros acima do nível do solo. Os pontos internos disponibilizam conexões de aterramento nas ferragens estruturais, para elementos da infra-estrutura da edificação, tais como: “shafts” de energia e comunicações, nos diversos pavimentos da edificação; nas entradas de energia e de telefonia (DG); em salas técnicas - subestações, casas de máquinas de elevadores e de ar-condicionado, porões de bombas, CPD’s, salas de telecomunicações etc. Figura 1.7: aterramento em fundação de edificação. ATERRAMENTO DE INSTALAÇÕES ElétricAS DE BAIXA TENSÃO Pag. 21 Rua Argemiro Piva 246, Paulínia/SP, CEP 13140-426 Tel: (19) 3844-4488/3844-8399 paiol@paiolengenharia.com.br Figura 1.8: ferragens de diversos tipos de elementos de fundações. ATERRAMENTO DE INSTALAÇÕES ElétricAS DE BAIXA TENSÃO Pag. 22 Rua Argemiro Piva 246, Paulínia/SP, CEP 13140-426 Tel: (19) 3844-4488/3844-8399 paiol@paiolengenharia.com.br 1.8.2 Testes de Continuidade Testes de continuidade deverão ser realizados por ocasião do comissionamento das instalações elétricas das edificações novas, ou quando da implantação/reformulação de sistemas de aterramento e de proteção contra descargas atmosféricas de edificações já existentes. Nos prédios novos deverão ser verificadas as continuidades entre os diversos pontos de aterramento na estrutura metálica da edificação, previstos no projeto e implantados durante a construção. Os testes deverão ser realizados entre aterramentos localizados no mesmo pavimento e também em pavimentos contíguos. Nos prédios existentes deverá ser testada a continuidade entre os pontos de aterramento na ferragem da edificação, conforme as exigências da obra em execução, tais como: entre topo de base das colunas, e entre topos e entre bases de colunas contíguas, no caso de implantação de sistema de proteção contra descargas atmosféricas diretas; ou entre barras de terra das entradas de energia e de telefonia; entre entrada de energia e pontos de terra nos “shafts” de energia e em salas técnicas; e entre entrada de telefonia e pontos de terra nos “shafts” de comunicações. Sempre que possível, deve-se prever a avaliação do aterramento proporcionado pelas armaduras estruturais do edifício, por meio de injeção de corrente entre estas e um aterramento externo ao edifício (com as ligações externas ao edifício abertas). Uma indicação de boa continuidade elétrica entre as ferragens de uma instalação vem a ser uma resistência entre dois pontos inferior a 1 (idealmente < 0,1 ). Esta continuidade deve ser testada por meio de equipamentos que injetem entre os dois pontos de medição uma corrente mínima de 1 A, sendo desejável a utilização de correntes superiores a 10 A. Testes de continuidade podem ser feitos com mili ou micro-ohmímetro. Nos prédios existentes, o recobrimento das aberturas feitas no concreto para o acesso às ferragens da edificação, deverá ser feito com argamassa aditivada com um produto que proporcione uma melhor aderência do cimento sobre o concreto antigo. 1.9 REFERÊNCIAS NBR-5410/2008 - "Instalações Elétricas de Baixa Tensão". NBR-5419/2005 - "Proteção de Estruturas contra Descargas Atmosféricas - Procedimento". IEC-1024-1 - "Application Guide B - Design, Construction, Maintenance and Inspection of Lightning Protection Systems" (draft). VDE Standard for "Earthing Systems in A.C. Instalations for Rated Voltages above 1kV" (DIN-57.141 - VDE-0141/7.76) "Aterramento de Proteção em Redes Industriais" - Celso Luis Pereira Mendes, R. Eletricidade Moderna, novembro de 1988. "Malhas de Aterramento x Condutores de Proteção em Redes de Baixa Tensão", Celso Luis Pereira Mendes, R. Eletricidade Moderna, abril de 1993. ATERRAMENTO DE INSTALAÇÕES ElétricAS DE BAIXA TENSÃO Pag. 23 Rua Argemiro Piva 246, Paulínia/SP, CEP 13140-426 Tel: (19) 3844-4488/3844-8399 paiol@paiolengenharia.com.br "Os Eletrodos de Fundação e a Equalização de Potencial", Celso L.Pereira Mendes, Revista Eletricidade Moderna, outubro de 1989. "Proteção contra Choques" - Revista Eletricidade Moderna, maio de 1998. "Utilization of Steel Conductors as Earthing Arrangements of Large HV Installations", Vu. V. Demin e outros (URSS) "Design of Steel Earthing Grids in Índia", V. N. Manohar e R. P. Nagar, IEEE PAS-98, nov/dec/1979 "Ground Resistance of Concrete Foundations in Substation Yards", Baldev Thapare e outros, IEEE Trans.on Power Delivery, jan/1990 "Industrial System Grounding for Power, Static, Lightining and Instrumentation - Practical Applications”, Phillip W. Rowland, IEEE Trans. IA Nov/Dec. 1995. "Instalações Elétricas Industriais", Armando P. Reis Miranda. ATERRAMENTO DE INSTALAÇÕES ElétricAS DE BAIXA TENSÃO Pag. 24 Rua Argemiro Piva 246, Paulínia/SP, CEP 13140-426 Tel: (19) 3844-4488/3844-8399 paiol@paiolengenharia.com.br2. ATERRAMENTO E PROTEÇÃO DE ÁREAS DE TANCAGEM Tanques de armazenamento de produtos inflamáveis ou explosivos estão sujeitos a riscos associados ao centelhamento elétrico, o que confere ao sistema de aterramento especial relevância, no que diz respeito à segurança da instalação. São as seguintes as funções do aterramento de tanques: evitar o acúmulo de cargas estáticas; dissipação no solo de descargas atmosféricas; equalização de potenciais com relação às outras estruturas metálicas existentes na instalação; e controle dos riscos associados ao contato de condutores energizados com a estrutura dos tanques (curto-circuitos). Como as resistências exigidas para o escoamento de cargas estáticas não precisam ser, necessariamente, muito baixas, tem-se que a chapa de fundo, no caso de tanques verticais, apresenta resistência baixa o suficiente para esta função. Para outros tipos de tanque, o aterramento adequado para as funções abaixo comentadas será mais do que suficiente para a dissipação de cargas estáticas. Cumpre apenas observar, que válvulas e trechos de tubulação podem ficar isolados da massa metálica do tanque, devido à existência de juntas de vedação. Cabe nestes casos a utilização de cordoalhas de “by-pass”, que garantam a continuidade elétrica nas emendas e, portanto, meios de escoamento das cargas estáticas originadas pelo atrito do fluidos nas paredes internas destes elementos. Tanques expostos a descargas atmosféricas diretas devem possuir meios de escoar estas correntes para a terra. De acordo com o estabelecido na norma NBR-5419/2015, os tanques devem ser assim aterrados: até 20 m (diâmetro ou comprimento) – dois rabichos diametralmente opostos; mais de 20 m – dois rabichos mais um a cada 10 m adicionais de perímetro. As descargas atmosféricas ocorrem externamente ao tanque, sendo importante que se evite o seu acesso ao interior do tanque. Este acesso pode se fazer por dois caminhos, pelas próprias paredes e cobertura ou através de orifícios (respiros etc.). O acesso pelas paredes e cobertura pode ser evitado se estas forem suficientemente espessas ou se o tanque dispuser de um sistema de proteção contra descargas atmosféricas diretas. No caso de tanques de metal, a norma NBR-5419/2015 estabelece uma espessura mínima de 5 mm para chapas de aço de 7 mm para chapas de alumínio, espessuras estas que não só resistem à perfuração pelo raio, mas também não permitem o surgimento de pontos quentes no interior do tanque. No caso de tanques de gás liquefeito de petróleo, as normas NFPA-58 e NFPA-77 consideram dispensável o aterramento e a proteção contra descargas atmosféricas. Esta posição justifica-se pelo fato destes gases circularem em um circuito fechado, onde não existe o potencial de formação de uma mistura inflamável vapor-ar. ATERRAMENTO DE INSTALAÇÕES ElétricAS DE BAIXA TENSÃO Pag. 25 Rua Argemiro Piva 246, Paulínia/SP, CEP 13140-426 Tel: (19) 3844-4488/3844-8399 paiol@paiolengenharia.com.br Descargas diretas podem causar a ignição de gases/vapores inflamáveis exalados por aberturas e respiros nos tanques, além de também danificar componentes externos, especialmente aqueles existentes na sua parte superior, tais como tubulações, bombas, válvulas, equipamentos de medição etc., que devem ser devidamente protegidos. Estes equipamentos às vezes encontram-se parcialmente protegidos pelo guarda-corpo existente na cobertura do tanque. A proteção de equipamentos e de aberturas deve ser feita por um sistema captor, que pode ser independente da estrutura do tanque ou fixado à mesma. A Figura 2.1 apresenta um mastro pára-raios no tôpo da esfera metálica de um tanque, que proporciona um volume de proteção equivalente aquele determinado pela correspondente classificação de áreas para o produto estocado pelo mesmo. Cumpre ainda observar que descargas atmosféricas indiretas, incidentes em estruturas remotas aos tanques mas interligadas aos mesmos por meio de cabos de energia ou de sinal, também podem se traduzir em risco de centelhamento na estrutura do tanque, em função do potencial transitório transferido. Neste caso, a situação mais crítica é aquela em que o centelhamento ocorre no interior do tanque, usualmente da sua parede para um cabo de sinal de transdutores de sistemas de monitoramento. Faz-se necessária, neste caso, a utilização de meios de isolamento ou de dispositivos descarregadores de surtos, de modo a evitar a formação de tais centelhamentos. Cumpre lembrar que dispositivos supressores de surtos (centelhadores e varistores) podem explodir ou incendiar-se, por sobrecarga ou degradação do material, devendo a sua instalação em áreas classificadas ser feita no interior de invólucros à prova de explosão. A integração dos aterramentos de tanques às demais estruturas da instalação visa a equalização de potenciais. Esta integração deve ser realizada, preferencialmente, via malha de aterramento, e, alternativamente, por meio de estruturas metálicas diversas (tubulações, "pipe-racks" etc.), devendo ser evitados outros meios não dimensionados para este fim, tais como o condutor de proteção dos equipamentos elétricos ou blindagens de cabos de comando e controle. Tubulações e tanques de ferro aterrados à malhas de aterramento de cobre devem ser protegidos da corrosão, uma vez que o ferro é anódico com relação ao cobre. Normalmente os tubos e chapas de ferro são galvanizados, podendo esta proteção ser complementada pelo isolamento por meio do revestimento com materiais plásticos (fita para os tubos e manta para as chapas de fundo dos tanques) e/ou compostos de base asfáltica. Uma solução para o aterramento de tanques de chapa de ferro, proposta por alguns autores, é a utilização de leitos de anodos constituídos por eletrodos de zinco envolvidos por um enchimento de gesso, bentonita e sulfato de sódio (50/45/5%). Este tipo de solução é bastante conveniente sob o ponto de vista da proteção catódica, porém deve ser avaliada quanto à integração com o sistema de aterramento das instalações, que poderá resultar na drástica redução do tempo de vida dos anodos, o que acarreta no aumento dos custos de reposição dos mesmos e de manutenção do sistema. A ocorrência de curto-circuitos entre condutores energizados e a estrutura do tanque, pode dar origem a dois tipos de problemas: o surgimento de centelhamentos e arcos sustentados, que podem resultar na ignição de vapores/gases e ainda em pontos "quentes" na chapa do tanque; e a energização de partes do tanque, que se traduz em riscos de choque para operadores e pessoal de manutenção do tanque. ATERRAMENTO DE INSTALAÇÕES ElétricAS DE BAIXA TENSÃO Pag. 26 Rua Argemiro Piva 246, Paulínia/SP, CEP 13140-426 Tel: (19) 3844-4488/3844-8399 paiol@paiolengenharia.com.br O uso de condutores de proteção para os circuitos elétricos de força, assim como um aterramento de baixa resistência para o tanque, garante uma atuação eficiente dos dispositivos de proteção dos circuitos elétricos, evitando ambos os problemas acima. Existe, porém, uma situação em que o bom aterramento de um tanque metálico cria uma situação de risco, que vem a ser a condição em que um operário se encontra no seu interior fazendo reparos ou manutenção com máquinas elétricas (esmeril, lixadeira etc.). Neste caso o interior do tanque caracteriza a situação de risco n 2 da NBR-5410/2008, em que toda a tensão de choque é aplicada à pessoa, pois são desprezíveis as resistências de contato dos pés ou do corpo. Tem-se, portanto, que para este tipo de trabalho é extremamente importante a adoção de procedimentos especiais de segurança do operador, que complementem a atuação do condutor de proteção da máquina elétrica em uso, tais como: utilização de dispositivos que abrem o circuito de alimentação elétrica no caso de descontinuidade do condutor de proteção; alimentação da máquina por meiode dispositivo DR; e suprimento de energia por meio de transformador isolador, com o circuito secundário flutuante, sem referência de terra. Figura 2.1: proteção contra descargas diretas para os equipamentos existentes no topo de um tanque de produtos inflamáveis 2.1 REFERÊNCIAS NBR-5410/2008 - "Instalações Elétricas de Baixa Tensão" NBR-5419/2005 - "Proteção de Estruturas contra Descargas Atmosféricas - Procedimento" American Petroleum Institute Recommended Practice 550 - "Manual on Instalation of Refinery Instruments and Control Systems" NFPA-58 - "Standard for the Storage and Handling of Liquefied Petroleum Gases - 1992" NFPA-77 - "Recommended Practice on Static Electricity - 1993" "Aterramento para Tanques de Armazenamento" - A.C. Dutra e R. R. Pinheiro, Boletim Técnico da Petrobrás, RJ, Jul/Set de 1977.
Compartilhar