Proteção de Equipamentos Eletrônicos no Sertão Nordestino

UNIVERSIDADE DE MOGI DAS CRUZES
ADRIANO GUSTAVO DA SILVA
ATERRAMENTO ELÉTRICO E PROTEÇÃO DE EQUIPAMENTOS
ELETRÔNICOS SENSÍVEIS NO SERTÃO NORDESTINO
Mogi das Cruzes, SP
2018

UNIVERSIDADE DE MOGI DAS CRUZES
Monografia apresentada ao curso de
especialização em Sistemas Elétricos de
Potência da Universidade de Mogi das Cruzes
como parte dos requisitos para obtenção do
grau de Especialista em Sistemas Elétricos de
Potência.
Orientador: Eng. Almir Alexandre Nunes
Mogi das Cruzes, SP
2018

Monografia apresentada ao curso de
especialização em Sistemas Elétricos de
Potência da Universidade de Mogi das
Cruzes como parte dos requisitos para
obtenção do grau de Especialista em
Sistemas Elétricos de Potência
Aprovado em.................................................................................................................................
BANCA EXAMINADORA
______________________________________
Prof. Dr. Mario Cesar Giacco Ramos
Universidade de Mogi das Cruzes

Dedico este trabalho ao meu pai João, minha mãe Iraci, meus irmãos Vinicius e
Alessandra e a minha companheira Juliana, que sempre estiveram ao meu lado nos momentos
necessários e me apoiam em meus sonhos.

RESUMO
O aterramento elétrico, a proteção contra surtos e a proteção contra campos
eletromagnéticos indesejados cumprem uma função essencial para o funcionamento e proteção
de equipamentos eletrônicos sensíveis, todavia, essas medidas dependem, dentre vários
requisitos, das características do solo, principalmente a resistividade elétrica. Em alguns locais
a resistividade do solo é elevada, devido à falta de umidade ou devido a suas características
geológicas, como acontece no Brasil, no sertão nordestino, na caatinga. Nesse contexto, este
trabalho tem por objetivo avaliar os métodos atuais para estudo e implantação dessas técnicas
em instalações construídas em locais com solo adverso, visando responder com soluções
práticas as problemáticas encontradas. As soluções e as problemáticas foram consideradas
utilizando como exemplo um estudo de caso prático, a construção de um centro de
desenvolvimento e pesquisa de uma indústria petroquímica na cidade de Campina Grande, na
Paraíba. A análise comparativa, entre a bibliografia atual, as normas regulamentadoras e a
situação prática foi realizada nos diversos aspectos discutidos. Os resultados teóricos obtidos,
de certo modo, demonstram a importância de adaptar as normas técnicas regulamentadoras, que
são frequentemente traduzidas de órgãos internacionais, com a realidade geográfica e humana
do Brasil.
Palavras-chave: Aterramento elétrico, resistividade do solo, SPDA, DPS.

SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................................15
2 A TEORIA BÁSICA DE PROTEÇÃO E ATERRAMENTO DE
EQUIPAMENTOS ELETRÔNICOS SENSÍVEIS.............................................................17
2.1 FILOSOFIAS DE ATERRAMENTO..............................................................................17
2.2 MÉTODOS E TÉCNICAS DE ATERRAMENTO.........................................................20
2.2.1 Classificação de tipos de sistemas de Aterramento ....................................................21
2.2.1.1 Sistema TN............................................................................................................21
2.2.1.2 Sistema TT ............................................................................................................24
2.2.1.3 Sistema IT..............................................................................................................25
2.2.2 Medições do solo e conceito de resistividade do solo ................................................26
2.2.2.1 Método de Wenner ................................................................................................27
2.2.3 Estratificação e Resistividade aparente do Solo .........................................................29
2.2.4 Métodos e Geometrias de Aterramento ......................................................................32
2.2.4.1 Aterramento com uma haste vertical cravada ao solo...........................................33
2.2.4.2 Aterramento com mais de uma haste vertical cravada ao solo..............................34
2.2.4.3 Malha de Terra ......................................................................................................35
2.2.5 Atendimento à segurança humana ..............................................................................41
2.2.5.1 Tensão de contato ou tensão de toque...................................................................42
2.2.5.2 Tensão de passo.....................................................................................................42
2.2.5.3 Corrente de Choque...............................................................................................43
2.2.6 Resistência do sistema de aterramento instalado........................................................44
2.2.7 Tratamento químico do solo .......................................................................................46
2.3 SISTEMAS DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS ................48
2.4 PROTEÇÃO DE EQUIPAMENTOS SENSÍVEIS .........................................................53
2.4.1 Transientes..................................................................................................................53
2.4.1.1 Curtos Circuitos.....................................................................................................54
2.4.1.2 Manobras de bancos de capacitores ......................................................................54
2.4.1.3 Partida de motores elétricos de indução tipo gaiola ..............................................55
2.4.1.4 Chaveamento do sistema de potência....................................................................55
2.4.1.5 Chaveamentos eletrônicos.....................................................................................56
2.4.1.6 Harmônicos ...........................................................................................................56
2.4.2 Blindagem eletromagnética ........................................................................................57

2.4.2.1 Cabo com blindagem metálica ..............................................................................60
2.4.2.2 Cabo de par trançado.............................................................................................61
2.4.2.3 Cabos com compostos especiais............................................................................61
2.4.3 Compatibilidade eletromagnética ...............................................................................62
2.5 ESTRUTURA GEOLÓGICA E CLIMÁTICA DO SERTÃO NORDESTINO .............63
3 APLICAÇÃO DO SISTEMA DE ATERRAMENTO E PROTEÇÃO E ANÁLISE DE
IMPLICAÇÕES .....................................................................................................................66
3.1 O OBJETO DE ANÁLISE...............................................................................................66
3.2 COLETA DE DADOS E MEDIÇÕES............................................................................68
3.3 PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS DA EDIFICAÇÃO...........75
3.3.1 Subsistema de Captação..............................................................................................76
3.3.2 Subsistema de Descida................................................................................................77
3.3.3 Subsistema de Aterramento ........................................................................................78
3.3.4 Equipotencialização para fins de proteção contra descargas atmosféricas.................80
3.3.5 Isolação elétrica do SPDA ..........................................................................................81
3.3.5 Aterramento e equipotencialização.............................................................................83
3.3.6 Blindagem magnética, roteamento de sinais, interface isolante e Coordenação de DPS
.............................................................................................................................................84
3.4 BLINDAGEM E ATERRAMENTO DA SALA DE DATACENTER...........................85
3.4.1 Dimensionamento do aterramento de referencial (Método de Campagnolo e
Kindermann) ........................................................................................................................88
3.4.2 Dimensionamento do aterramento de referencial (Método da ABNT NBR 15751) ..89
3.5 VERIFICAÇÃO DOS NIVEIS DE SEGURANÇA........................................................95
3.6 COORDENAÇÃO DE DPS E INTERFACES ISOLANTES.........................................97
3.7 PROTEÇÕES DE TRANSIENTES...............................................................................101
4 CONCLUSÃO....................................................................................................................103
REFERÊNCIAS ...................................................................................................................107
ANEXO A – Tabela de fatores de multiplicação para cálculo de malha de aterramento
................................................................................................................................................110
ANEXO B – Tabela K de índice de redução para hastes iguais ligadas em paralelo no
solo .........................................................................................................................................111
ANEXO C – Fastgel da Fastweld........................................................................................117
ANEXO D – Concretagem do eletrodo de aterramento ...................................................120

LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Conexão de um sistema solidamente aterrado na fonte de energia ........................18
Figura 2 - Conexão de uma resistência (impedância) no circuito do aterramento da fonte de
energia ......................................................................................................................................19
Figura 3 - Valores típicos de resistividade conforme o tipo de solo .......................................20
Figura 4 - Esquema TN-S........................................................................................................22
Figura 5 - Esquema TN-C .......................................................................................................23
Figura 6 - Esquema TN-C-S....................................................................................................24
Figura 7 - Esquema TT............................................................................................................24
Figura 8 - Esquema IT.............................................................................................................25
Figura 9 - Arranjo de Wenner .................................................................................................27
Figura 10 - Curvas típicas de solo de duas camadas ...............................................................29
Figura 11 - Curvas de valores para ρ x a.................................................................................30
Figura 12 - Haste cravada no solo estratificado ......................................................................33
Figura 13 - Zona de interferência com eletrodos verticais......................................................34
Figura 14 - Dimensões pré-definidas da malha de aterramento..............................................38
Figura 15 - Método de medição por queda de potencial .........................................................45
Figura 16 - Curva característica teórica da resistência de aterramento de um eletrodo pontual
..................................................................................................................................................45
Figura 17 - Tratamento químico do solo e as variações mensais de resistência .....................48
Figura 18 - Curva típica do impulso da descarga atmosférica ................................................49
Figura 19 - Densidade de descargas atmosféricas NG – Mapa do Brasil (descargas
atmosféricas/km²/ano) ..............................................................................................................50
Figura 20 - Área de exposição equivalente AD de uma estrutura...........................................51
Figura 21 - Projeto de modelagem por esfera rolante .............................................................52
Figura 22 - Edificação protegida por SPDA ...........................................................................53
Figura 23 - Surtos de tensão viajando por um sistema de transmissão ...................................57
Figura 24 - Acoplamento resistivo ..........................................................................................63
Figura 25 - Mapa dos biomas brasileiros ................................................................................64
Figura 26 - Planta baixa do Centro de Desenvolvimento e Pesquisa......................................66
Figura 27 - Diagrama unifilar da elétrica existente no parque industrial................................67
Figura 28 - Esquema ilustrativo do aparato de realização do SPT..........................................69
Figura 29 - Parte do Relatório de Sondagem ..........................................................................70

Figura 30 - Perfil longitudinal do terreno................................................................................70
Figura 31 - Testador de aterramento e proteção elétrica Fluke 1625......................................71
Figura 32 - Curva ρ x a............................................................................................................72
Figura 33 - Densidade de descargas atmosféricas NG – Mapa da região nordeste.................75
Figura 34 - Conexão entre o subsistema de captação e o subsistema de descida....................77
Figura 35 - Planta da edificação com as descidas do SPDA...................................................78
Figura 36 - Comprimento mínimo do eletrodo de aterramento de acordo com a classe do
SPDA........................................................................................................................................79
Figura 37 - Planta da edificação com a malha de aterramento e as descidas ..........................80
Figura 38 - Barramento de equipotencialização principal (BEP)............................................81
Figura 39 - MPS com Blindagem e DPS coordenados ...........................................................83
Figura 40 - Planta com as barras de equipotencialização........................................................84
Figura 41 - Infraestrutura de caibros para blindagem magnética............................................86
Figura 42 - Conexão das chapas de aço da blindagem magnética ..........................................86
Figura 43 - Porta para blindagem magnética...........................................................................87
Figura 44 - Planta da edificação com as blindagens e as malhas de aterramentos de força e
referencial.................................................................................................................................94
Figura 45 - Malha de aterramento de referencial pré-fabricada..............................................95
Figura 46 - Método de Conexão de DPS no QGBT existente.................................................98
Figura 47 - Método de Conexão de DPS alternativo para sistema TN-S................................98
Figura 48 - Diagrama Unifilar de SPDA e MPS...................................................................101
Figura 49 - Ensaio de Corrosão do Fastgel comparado a outros produtos............................117
Figura 50 - Resistividade do Fastgel comparado a outros produtos......................................118
Figura 51 - Haste de aterramento envolvida em concreto.....................................................120
Figura 52 - Sistema de aterramento concretado com 3 hastes...............................................120

LISTA DE TABELAS
Tabela 1- Constante Kf............................................................................................................37
Tabela 2 - Medições de resistividade do solo na área da edificação .......................................71
Tabela 3 - Valores típicos de distância entre os condutores de descidas ................................78
Tabela 4 - Valores do coeficiente Ki .......................................................................................82
Tabela 5 - Valores do coeficiente Km .....................................................................................82
Tabela 6 - Valores do coeficiente Kc ......................................................................................82
Tabela 7 - Fatores de Multiplicação ......................................................................................110
Tabela 8 - Fatores de Coeficientes.........................................................................................110
Tabela 9 - Índice para redução K de hastes 2 metros x 1/2” .................................................111
Tabela 10 - Índice para redução K de hastes 2 metros x 5/8” ...............................................111
Tabela 11 - Índice para redução K de hastes 2 metros x 3/4.................................................112
Tabela 12 - Índice para redução K de hastes 2 metros x 1” ..................................................112
Tabela 13 - Índice para redução K de hastes 2,4 metros x 1/2” ............................................113
Tabela 16 - Índice para redução K de hastes 2,4 metros x 1” ...............................................114

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
BEL Barra de equipotencialização local.
BEP Barramento de equipotencialização principal.
CEM Compatibilidade eletromagnética.
DPS Dispositivos de Proteção Contra Surtos.
IACS International Annealed Copper Standard.
IEC International Electrotechnical Commission.
IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers.
INPE Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais.
EMC Electromagnetic Compatibility.
MPS Medidas de Proteção Contra Surtos.
MRT Monofásico com Retorno pela Terra.
NP Nível de Proteção.
PE Protection Earth.
PEN Protection Earth Neutral.
QGAC Quadro Geral de Ar Condicionado.
QGBT Quadro Geral de Baixa Tensão.
QDT Quadro Geral de Distribuição de Tomadas.
RAV Resistência de Alto Valor.
RF Radiofrequência.
SPDA Sistemas de Proteção Contra Descargas Atmosféricas.
SPT Standard Penetration Test.
TC Transformador de Corrente.
TP Transformador de Potencial.
TSI Tensão Suportável de Impulso.
ZP Zona de Proteção.

LISTA DE SIMBOLOS
km² - quilometro quadrado
A - ampère
m - metro
m² - metro quadrado
Ω.m - ohm por metro
Ω - ohm
°C - graus Celsius
Z - impedância
kHz - quilohertz
MHZ - megahertz
V - volts
% - porcentagem
Cm - centímetro
° - graus
𝜌 - resistividade elétrica
𝜌 𝑚 - resistividade média
𝜌1 - resistividade da camada superior
𝜌2 - resistividade da camada inferior
𝐾1 - fator de multiplicação para cálculo de malha de terra
𝐻 𝑚 - profundidade da camada de solo correspondente a resistividade média
𝜌 𝑎 - resistividade aparente do solo
𝑅 - raio do círculo equivalente à malha de terra
𝑆 - área da malha de terra
Nv - número de eletrodos verticais
𝐷𝑒 - distância entre os eletrodos verticais
𝑅 𝐻𝑎𝑠𝑡𝑒 - resistência elétrica de apenas uma haste
L - comprimento da haste
d - diâmetro do círculo equivalente à área de seção transversal da haste
𝑅 𝑒𝑚 - acréscimo de resistência do eletrodo e por influência do eletrodo m

𝐷𝑒𝑚 - distância horizontal entre o eletrodos e e m
𝑅 𝑒𝑞 - resistência equivalente do sistema com n hastes iguais paralelas
𝐼𝑐𝑓𝑡 - corrente de curto circuito fase-terra
𝑇𝑓 - tempo de duração da corrente de curto circuito fase-terra
𝑆𝑐 - seção, expressa em milímetros quadrados
𝛼 𝑟 - coeficiente térmico de resistividade do condutor
TCAP - fator de capacidade térmica
𝑇 𝑚 - temperatura máxima suportável
𝑇𝑎 - temperatura ambiente
𝐾0 - coeficiente térmico de resistividade do condutor a 0 °C;
𝐾𝑓 - constante para o tipo de conexão
𝑁𝑐𝑝 - numero de condutores principais
𝐶 𝑚 - comprimento da malha de terra
𝐷𝑙 - distância entre os cabos correspondentes à largura da malha de terra
𝑁𝑐𝑗 - número de condutores de junção
𝐿 𝑚 - largura da malha de terra
𝐷𝑐 - distância entre os cabos correspondentes ao comprimento da malha de terra
𝐿 𝑐𝑚 - comprimento total da malha de terra
𝐾 𝑚 - coeficiente de malha
𝐾𝑠 - coeficiente de superfície
𝐷𝑐𝑎 - diâmetro do condutor
𝐾𝑖 - coeficiente de irregularidade
D - espaçamento médio entre os condutores, na direção considerada
H - profundidade da malha
N - numero de condutores na direção considerada
𝐷𝑐𝑎 - diâmetro do condutor
𝐿 𝑇 - comprimento mínimo da malha de terra
𝜌𝑠 - resistividade da camada superior da malha
𝑅 𝑚𝑎𝑙ℎ𝑎 - resistência da malha de terra projetada
𝐿 𝐻 - comprimento total das hastes utilizadas
mA - miliampère
𝐸𝑡𝑚 - potencial de toque máximo
𝐸𝑡𝑒 - potencial de toque existente

𝐸 𝑝𝑚 - potencial de passo máximo
𝐸 𝑝𝑒 - potencial de passo existente
𝐼𝑐ℎ - corrente de choque
𝐼 𝑝𝑠𝑏 - corrente de choque da malha sem brita
𝐼 𝑝𝑐𝑏 - corrente de choque da malha com brita
Kg - quilograma
mm² - milimetro quadrado
kA - quiloampère
pu - por unidade
kV - quilovolt
mm - milimetro
kV/m - quilovolt por metro
dB - decibéis
Hz - hertz
𝐸𝑒 - intensidade de campo eletromagnético externo à blindagem
𝐸𝑖 - intensidade de campo eletromagnético no interior da blindagem
𝐵𝑒 - densidade de fluxo magnético externo à blindagem
𝐵𝑖 - densidade de fluxo magnético no interior da blindagem
𝐻𝑒 - intensidade de fluxo magnético externo à blindagem
𝐻𝑖 - intensidade de fluxo magnético no interior da blindagem
𝑆𝑠 - distância de segurança
𝐾𝑖𝑠 - coeficiente tabelado, depende do nível de proteção do SPDA
𝐾 𝑚𝑠 - coeficiente tabelado, depende da corrente da descarga atmosférica pelos
condutores de descida.
𝐾𝑐𝑠 - coeficiente tabelado, depende do material isolante do SPDA
𝑙 - comprimento
𝜆 - comprimento da onda perturbadora
𝑉𝑙 - velocidade de propagação da luz
𝐹 - frequência da onda perturbadora
𝐷𝑐 - espaçamento entre os condutores da malha
𝐼 𝐹 - parte da corrente da descarga atmosférica pertinente a cada parte condutora
𝐾𝑒 - coeficiente de divisão, depende do tipo de instalação
𝑍1 - impedância convencional de aterramento das partes externas

𝑍2 - resistência de terra do arranjo de aterramento que conecta a linha aérea à terra
𝑛1 - número total de partes externas ou linhas enterradas
𝑛2 - número total de partes externas ou linhas aéreas
𝜇𝑠 - milissegundo

15
1 INTRODUÇÃO
O Aterramento elétrico consiste em uma ligação elétrica proposital de um sistema físico
(elétrico, eletrônico ou corpos metálicos) ao solo, com função fundamental para o
funcionamento de sistemas de transmissão, distribuição e utilização de energia elétrica.
Desempenha essas funções de formas variadas no sistema, desde necessidades para questões de
segurança de seres humanos à proteção e referencial de terra para funcionamento de
equipamentos sensíveis (FILHO, S., 2002).
Nos projetos de aterramento elétrico o primeiro passo para projetar um sistema adequado
é conhecer a resistividade do solo, que varia conforme o tipo, nível de umidade, profundidade
das camadas, idade da formação geológica, temperatura, composição química, etc. (FLEURY;
GUEDES, 2015). Para buscar essas informações sobre o solo são necessárias medições, testes
e análises de resultados das medições através do método chamado de estratificação do solo
(ABNT NBR 7117, 2012).
A estratificação do solo traz resultados inesperados e em alguns casos o projetista se
deparada com situações adversas, com soluções que não são abrangidas em normas nacionais.
De acordo com Morgado (2011) o sertão nordestino, que se estende por um espaço de 982.563,3
km², abrangendo a maior parte dos estados da região nordeste, é marcado pelo solo pedregoso
e pela vegetação escassa onde se encontra a caatinga, com um clima semiárido caracterizado
pela baixa umidade e pouco volume pluviométrico, estas características fazem do solo do sertão
umas dessas situações com solo adverso.
A necessidade de um sistema de aterramento de boa qualidade e baixa impedância é
imprescindível nas instalações de energia (ABNT NBR 5410, 2004), para subestações de
potência (ABNT NBR 15751, 2013), dispersão de descargas atmosféricas (ABNT NBR 5419,
2015) e para referencial de terra para funcionamento de equipamentos eletrônicos sensíveis
(KINDERMANN, CAMPAGNOLO, 2011).
Os equipamentos eletrônicos sensíveis, definidos segundo Kindermann e Campagnolo
(2011) por equipamentos com sistemas eletrônicos (placas, condutores, conexões, etc.) que
formam instrumentos de medida, sensores operacionais e aparelhos de tecnologia da
informação que operam ou não com deformação de resultados no seu ambiente de trabalho,
passaram a fazer parte do nosso cotidiano nos projetos de instalações elétricas e proteções
eletromagnéticas. A proteção desses equipamentos, no que tange a influências eletromagnéticas

16
e surtos transitórios de tensão são integrante de projetos de sistemas de aterramento e serão
tratadas junto ao sistema de aterramento como tema deste trabalho.
O objetivo deste trabalho é definir soluções para implantação e utilização de
equipamentos elétricos e eletrônicos sensíveis no sertão nordestino, considerando a ótica do
aterramento elétrico, proteção contra surtos e proteção contra campos eletromagnéticos
indesejados, visando analisar as problemáticas encontradas no solo seco e resistivo do sertão,
desenvolver soluções com base em produtos comerciais de fácil acesso e esclarecer se o
aterramento para proteção deve ser interligado ao aterramento funcional de equipamentos
sensíveis.
Durante muitos anos o aterramento elétrico de equipamentos sensíveis desafiou
profissionais da área de eletrotécnica e muitas soluções adotadas foram inadequadas (FILHO,
J, 2010). Estender esse trabalho à um ambiente altamente desfavorável as condições ambientais,
se tornou a motivação principal para este trabalho.

17
2 A TEORIA BÁSICA DE PROTEÇÃO E ATERRAMENTO DE
EQUIPAMENTOS ELETRÔNICOS SENSÍVEIS
2.1 FILOSOFIAS DE ATERRAMENTO
Aterramento elétrico é definido como uma ligação intencional de parte eletricamente
condutivo à terra, através de um condutor elétrico (ABNT NBR 15751, 2013), constituído
basicamente de três componentes; conexões elétricas que ligam um ponto do sistema aos
eletrodos, os eletrodos de aterramento e a terra que os envolve (FILHO, S., 2002).
Silvério Filho (2002) explica que o ponto do sistema pode ser de natureza variada, desde
uma trilha de circuito impresso até a carcaça de um motor, assim como os eletrodos de
aterramento que podem também ter configurações muito diversificadas, com materiais e
geometrias diversas, já a terra que os envolve é singular, porém, qualificada pela sua
impedância de terra, simplificada na prática como resistência de terra.
Sobre a necessidade de se ter um sistema aterramento, Kindermann e Campagnolo (2011)
listam os principais objetivos:
• Obter uma resistência de aterramento mais baixa possível para dissolver as correntes
de falta à terra;
• Manter os potenciais produzidos pelas correntes de falta dentro de limites de segurança
de modo a não causar fibrilação ventricular do coração humano;
• Fazer com que os equipamentos de proteção sejam mais sensibilizados e isolem
rapidamente as falhas à terra;
• Proporcionar um caminho de escoamento para as descargas atmosféricas na terra;
• Usar a terra como retorno de corrente elétrica no sistema monofásico com retorno pela
terra (MRT)
• Escoar as cargas estáticas geradas nas carcaças dos equipamentos, isto é, garantir a
equalização dos potenciais das carcaças dos equipamentos conectados ao aterramento;
As correntes de falta, quando envolvem a terra, devem ser de valor elevado o bastante
para que a proteção possa operar e efetuar com fidelidade e precisão, eliminando o defeito o
mais rapidamente possível. Porém, durante o tempo em que a proteção ainda não atuou a
corrente de defeito que escoa pelo solo gera potenciais distintos nas massas metálicas e
superfície do solo. Portanto, é imprescindível a necessidade de uma boa qualidade da ligação

18
entre os componentes do sistema de aterramento para que, dentro das condições do solo, a
proteção seja sensibilizada e os potenciais de toque e passo fiquem abaixo dos limites críticos
de fibrilação ventricular do coração humano (KINDERMAN; CAMPAGNOLO, 2011).
Mardegan (2012) fez um estudo histórico e lembra que os primeiros sistemas elétricos
não eram aterrados em relação a fonte de energia porque o sistema trifásico a três fios era
considerado mais econômico, além de que, quando a primeira fase cai para a terra não circula
corrente de falta à terra porque não existe caminho fechado para ela. O autor reforça que o
sistema não aterrado ainda é utilizado em alguns sistemas de baixa tensão, acoplando a terra
através de capacitâncias próprias de equipamentos. Esse tipo de sistema trouxe desvantagens
ao sistema elétrico com ocorrências de faltas múltiplas, sobretensões transitórias, aumento de
tensão nas fases sãs em casos de curto circuito e desligamento de circuitos em casos de falta.
Atualmente o método mais simples de aterramento do sistema em relação a fonte de
energia é conectar o eletrodo diretamente ao solo, procurando um caminho de mínima
impedância à passagem eventual de uma corrente de falta. Contudo, os valores elevados da
corrente, resultantes nesse método, sensibilizam os dispositivos de proteção, os quais
prontamente comandam os desligamentos e isolam essa parte faltosa do sistema, causando
excessivos desligues se comparado ao método anterior. Esse método pode trazer também
algumas desvantagens, podendo causar corrente de falta à terra de valor elevado, inclusive
podendo ser maior que a corrente de curto circuito trifásica (MARDEGAN, 2012).
Figura 1 - Conexão de um sistema solidamente aterrado na fonte de energia
Fonte: Adaptado (MADERGAN, 2012)
Foi procurando limitar essas correntes de falta à terra que surgiram algumas formas
distintas de se conectar o sistema de aterramento ao solo, como, por exemplo, interligando no
circuito de aterramento uma resistência de potência de baixo ou alto valor de impedância. No
aterramento por resistência de baixo valor a corrente de falta é limitada entre 100 e 1000 A,
sendo mais comum 400 A, já no aterramento por resistência de alto valor (RAV) procura-se
utilizar a maior impedância possível, limitando ao máximo a corrente de falta a terra
(MARDEGAN, 2012). A diferença de implantação entre os dois métodos se dá mais a diferença

19
de custo, o RAV tende a ter custo muito elevado comparado ao sistema com impedância de
baixo valor.
Figura 2 - Conexão de uma resistência (impedância) no circuito do aterramento da fonte de energia
Fonte: Adaptado (MADERGAN, 2012)
Em um projeto de um sistema de aterramento seja em relação a fonte de energia ou devido
a outra necessidade, é de suma importância o conhecimento prévio das características do solo,
principalmente a resistência do solo, definida como a resistência elétrica medida entre as faces
opostas de um cubo de dimensões unitárias (aresta de 1m, área de faces A de 1 m²) preenchido
com este solo, sua unidade é Ω.m. (FILHO, S., 2002).
Se tratando do solo Silvério Filho (2012) descreve o solo com um mau condutor de
eletricidade se considerado sem retenção de umidade, com comportamento similar à de um
material isolante. O autor descreve os principais fatores que influenciam no valor da
resistividade do solo:
a) Tipo de solo: varia conforme a localidade, solos similares podem ter resistividades
muito distintas;
b) Umidade do solo: valores maiores de umidade representam solos com resistividades
menores.
c) Concentração de tipos de sais dissolvidos na água: solos ricos em sais possuem menor
resistividade.
d) Compacidade do solo: solos mais compactos proporcionam as menores resistividades.
e) Granulometria do solo: a granulometria mais diversa proporciona solos com menores
resistividade devido a capacidade de retenção de umidade.
f) Temperatura do solo: solos com temperaturas muito elevadas (acima e abaixo de 0°C)
tendem a evaporar ou solidificar a umidade contida no solo resultando em maiores
resistividades.
g) Estrutura geológica: formações geológicas mais antigas tendem a resultar em solos com
resistividades mais elevadas.

20
A norma brasileira ABNT NBR 7117 (2012) traz no seu texto uma tabela com valores
comuns de resistividade conforme o tipo de solo, os valores demonstrados devem ser adotados
para conhecimento prévio sem que estudos e medições do local a ser aterrado sejam ignorados.
Figura 3 - Valores típicos de resistividade conforme o tipo de solo
Fonte: ABNT NBR 7117 (2012)
A resistividade do solo compõe um dos elementos necessários para calcular a resistência
do sistema de aterramento, entretanto, existem outros parâmetros de suma importância como a
própria resistência do eletrodo de aterramento e a resistência de contato entre o eletrodo e a
terra, sendo este último definido pelo modo de distribuição dos eletrodos na terra (FILHO, S.,
2002).
Por fim, ressaltamos que os solos na sua grande maioria não são homogéneos, mas
formados por diversas camadas de resistividade e profundidades diferentes. Essas camadas,
devido à formação geológica, são em geral, horizontais e paralelas à superfície do solo e em
alguns poucos casos se apresentam inclinadas ou até verticais, devido a alguma falha geológica
ou movimentação do solo. Entretanto, os estudos apresentados para pesquisa do solo as
consideram, aproximadamente horizontais, uma vez que outros casos são menos típicos,
principalmente no local exato do aterramento (KINDERMAN; CAMPAGNOLO, 2011).
2.2 MÉTODOS E TÉCNICAS DE ATERRAMENTO
O escoamento da corrente elétrica seja em alta ou baixa frequência emanada ou absorvida
pelo sistema de aterramento se dá através de uma resistividade aparente que o solo apresenta
para este aterramento em especial. Portanto, serão analisadas, inicialmente, os sistemas de

21
aterramento em relação a uma resistividade aparente. O cálculo da resistividade aparente
depende do solo e do tipo de sistemas de aterramento (FILHO, J., 2017).
A primeira classificação de um sistema de aterramento é em relação à fonte de energia
(geração de energia ou ponto de capitação de energia) e do tipo de aterramento da carga
(equipamento elétrico).
2.2.1 Classificação de tipos de sistemas de Aterramento
A ABNT NBR 5410 (2004) para classificar os sistemas de aterramento das instalações
utiliza a seguinte simbologia:
a) Primeira letra: situação da alimentação em relação à terra:
T – um ponto diretamente aterrado.
I – isolação de todas as partes vivas em relação à terra ou aterramento de um ponto através
de impedância.
b) Segunda letra: situação das massas em relação à terra:
T – massas diretamente aterradas, independentemente do aterramento eventual de um
ponto de alimentação.
N – massas ligadas diretamente ao ponto de alimentação aterrado, sendo o ponto de
aterramento, em corrente alternada normalmente é o ponto neutro.
c) Outras letras (eventuais): disposição do condutor neutro e do condutor de proteção:
S – funções de neutro e de proteção asseguradas por condutores distintos.
C – funções de neutro e de proteção combinadas em único condutor, o condutor Protection
Earth Neutral (PEN).
As instalações segundo a norma devem ser executadas de acordo com os seguintes
sistemas:
2.2.1.1 Sistema TN
Os sistemas TN têm um ponto diretamente aterrado e as massas são ligadas a este ponto
através de condutores de proteção. De acordo com a disposição do condutor neutro e do
condutor de proteção, o sistema TN possui três variantes:

22
a) Sistema TN-S: possui o condutor neutro e o condutor de proteção separados. Segundo
João Mamede Filho (2017) esse sistema é comumente conhecido como sistema a cinco
condutores. Neste caso, o condutor de proteção é conectado à malha de terra na origem do
sistema de alimentação, (o secundário de um transformador de uma subestação) interliga todas
as massas da instalação, compostas por carcaça dos motores, transformadores, quadros
metálicos, suportes de isoladores, chapas metálicas etc. o condutor de proteção é responsável
também pela condução das correntes de defeito entre fases e massas.
Uma desvantagem desse sistema é que as massas solidárias ao condutor de proteção
Protection Earth (PE) podem sofrer os transientes conhecidos como “sobretensões” devido à
elevação de potencial do ponto neutro do sistema quando este condutor é percorrido por uma
corrente de defeito. Todas as massas de um sistema TN-S devem ser ligadas ao condutor de
proteção e equalizadas (equipotencialização) através do condutor de proteção que deve ser
ligado ao ponto de alimentação aterrado.
Esta garantia de equipotencialidade é independente das tensões residuais do neutro,
geradas, devido ao desequilíbrio das cargas do consumidor. Neste caso todas as massas das
cargas têm o mesmo potencial, que é zero, portanto o operador do equipamento elétrico fica
submetido à tensão de toque igual a zero. Vale ressaltar que neste caso, o cabo de proteção PE
está imune aos resíduos elétricos escoados pelo condutor neutro, tais como os gerados pelos
desequilíbrios das cargas, as sobretensões e as harmónicas geradas pelas cargas não lineares
(KINDERMAN; CAMPAGNOLO, 2011)
Se tratando de defeitos internos em equipamentos eletrônicos, estes provocam correntes
de curto circuitos independentemente do valor do aterramento da fonte de energia e o sistema
de proteção opera independentemente do valor da resistência do aterramento.
Figura 4 - Esquema TN-S

23
b) Sistema TN-C: é aquele no qual as funções de neutro e de proteção são combinadas
em único condutor ao longo de todo o sistema. Segundo João Mamede Filho (2017) esse sistema
é comumente conhecido como sistema a quatro condutores. Neste caso, o condutor é chamado
de condutor PEN e é conectado à malha de terra na origem do sistema, interligando todas as
massas da instalação. Desta forma, o PEN além de conduzir a corrente de desequilíbrio do
sistema, é responsável também pela condução da corrente de defeito. O sistema TN-C foi um
dos mais utilizados em instalações de pequeno e médio porte, devido principalmente, à redução
de custo com a não utilização de um quinto condutor. O sistema tem a desvantagem de que em
caso de rompimento, o condutor PEN coloca as massas dos equipamentos em potencial de fase.
Figura 5 - Esquema TN-C
Tratando-se da equipotencialidade, as massas das cargas não mantêm a
equipotencialidade de tensão do aterramento que está na fonte, ou seja, as massas das cargas
elétricas (motores, transformadores) ficam submetidas a potenciais diferentes gerados pelas
tensões distintas do condutor PEN, conforme o desequilíbrio das cargas no local da instalação.
As massas ficam ainda submetidas as tensões elétricas dos resíduos elétricos escoados pelo
condutor PEN, tais como dos gerados pelos desequilíbrios das cargas, das harmônicas e outros
transientes. Em caso de abertura do condutor PEN as tensões elétricas de fase são
instantaneamente transferidas as massas das cargas monofásicas (KINDERMAN;
CAMPAGNOLO, 2011).
c) Sistema TN-C-S: é aquele qual as funções de neutro e de proteção são combinadas em
um único condutor em uma parte do sistema, basicamente é uma variação dos dois sistemas
explicados anteriormente.

24
Figura 6 - Esquema TN-C-S
2.2.1.2 Sistema TT
O Sistema TT é aquele em que todas as partes vivas são isoladas da terra, tem o ponto de
alimentação da instalação diretamente aterrado, sendo as massas ligadas a eletrodos de
aterramento independentes do eletrodo de alimentação. O aterramento das massas também pode
ser conectado em sistemas de aterramento distintos (ABNT NBR 5410, 2004).
O sistema tem a desvantagem de que as correntes de curto circuitos envolvendo a carcaça
de equipamentos elétrico passam pela terra, e o aterramento passar a depender da qualidade da
instalação do aterramento da fonte de energia e o aterramento da carga. No caso da perda do
aterramento o sistema elétrico se torna isolado, com total inoperância do sistema de proteção.
KINDERMAN; CAMPAGNOLO, 2011).
Figura 7 - Esquema TT

25
2.2.1.3 Sistema IT
O Sistema IT é aquele em que o ponto de alimentação não está diretamente aterrado, as
instalações são isoladas da terra ou aterradas por uma impedância Z de valor suficientemente
elevado, a fim de diminuir a corrente de falta, sendo esta ligação feita no ponto neutro da fonte
– se ela estiver ligada em estrela – ou a um ponto artificial. Para se obter um ponto neutro
artificial quando o sistema for ligado na configuração triangulo, é necessário utilizar um
transformador de aterramento (ABNT NBR 5410, 2004).
Figura 8 - Esquema IT

26
A corrente de defeito à terra na configuração estrela, com ponto neutro aterrado com uma
impedância elevada, é de pequena intensidade com o seccionamento da alimentação não
obrigatório, já no caso da ocorrência de uma segunda falta à massa ou à terra simultaneamente
à primeira, as correntes de defeito tornam-se extremamente elevadas, pois transforma-se em um
curto circuito entre duas fases. O sistema IT é caracterizado quando a corrente resultante de
uma única falta fase-massa não possui intensidade suficiente para provocar o surgimento de
tensões perigosas. As massas devem ser aterradas individualmente ou em grupos, conectadas a
um sistema de aterramento distinto ou ainda em grupos, conectados ao sistema de aterramento
da alimentação (FILHO, J., 2017).
No caso de um defeito, o primeiro defeito alerta para a equipe de manutenção corrija o
defeito rapidamente, caso não aconteça, em um eventual segundo defeito o sistema será
desligado pela proteção. Esse sistema garante que não ocorra desligamentos indevidos, porém,
é mais eficiente em sistemas elétricos de pequeno porte, além da necessidade de empregar
técnicas especiais para sinalização e localização deste primeiro defeito. Devido a estas
características o sistema IT é mais comum em salas de cirurgia, minas, navios, trens e similares
(KINDERMAN; CAMPAGNOLO, 2011).
2.2.2 Medições do solo e conceito de resistividade do solo
Para o projeto de um sistema de aterramento, seja para proteção de pessoas e
equipamentos, dispersão de descargas atmosféricas ou terra de referencial para funcionamento
de equipamentos eletrônicos é de primordial importância o conhecimento prévio das
características do solo, principalmente no que diz respeito à homogeneidade de sua constituição.
Segundo Fleury e Guedes (2015), conforme citado por Nogueira (2006) “A medição da
resistência do solo consiste na aplicação de uma determinada corrente elétrica no sistema em
teste – eletrodo de teste, fazendo-a circular pelo eletrodo de corrente. Contudo o comportamento
de um aterramento está associado não somente às características do solo e dos eletrodos, mas
principalmente à natureza das correntes que serão injetadas. Complementando, Alves (2014)
destaca duas abordagens para a determinação dos potenciais na superfície do solo sob o qual se
encontra uma malha energizada; uma para correntes desde a frequência industrial até (kHz) e
outra para correntes impulsivas (MHz).”
A normativa nacional trata dos estudos do comportamento elétrico do solo, medições de
resistividade, tratamento dos dados coletados e métodos de medições alternativos, através da
ABNT NBR 7171 (2012). Os métodos de medição da resistividade mais utilizados são; o

27
método do eletrodo central, método de Lee, método de Schlumberger, método de
Schlumberger-Palmer e método de Wenner. Devido ao uso mais frequente e apropriado para
aterramentos em frequência industrial vamos tratar neste trabalho apenas do método de Wenner.
2.2.2.1 Método de Wenner
O método de Wenner consiste em colocar quatro eletrodos de teste em linha, separados
por uma distância a, e enterrados no solo com uma profundidade b (habitualmente considera-
se 20 cm). Os dois eletrodos extremos são ligados aos terminais de corrente C1 e C2 do
equipamento de teste e os dois eletrodos centrais são ligados aos terminais de potencial P1 e P2
(ABNT NBR 7117, 2012).
Alguns instrumentos de teste conhecidos como “Megger” de terra dispõem de um
terminal guarda ligado a um eletrodo, com a finalidade de minimizar os efeitos das correntes
parasitas de valor relativamente elevado, que podem distorcer os resultados lidos (FILHO, J.,
2017).
Figura 9 - Arranjo de Wenner
Fonte: NBR 7117, 2012
Na prática utiliza-se 20 cm de profundidade para qualquer eletrodo com a finalidade de
simplificar a equação original de Palmer a uma equação simplificada, a equação 2.1:
𝜌 = 2 ∗ 𝜋 ∗ 𝑎 ∗
𝑉
𝐼
(Ω ∗ 𝑚) − (2.1)
𝜌 – resistividade do solo no ponto medido, em Ω ∗ 𝑚;
a - distância dos eletrodos, em m;
V - potencial medido pelos eletrodos de potenciais, em V;
I - corrente injetada no solo pelos eletrodos de correntes, em A;

28
Essa equação calcula o valor aproximado da resistividade média do solo na profundidade
a, sendo necessário um de conjunto de leituras, tomadas com vários espaçamentos entre
eletrodo, do qual resulta em um conjunto de resistividades que, quando plotadas de acordo com
o espaçamento, indica a resistência em função da profundidade (ABNT NBR 7117, 2012).
A concepção deste método, de acordo com Kindermann e Campagnolo (2011) é de que
ele considera que praticamente 58 % da distribuição de corrente que passa entre as hastes
externas ocorre a uma profundida igual ao espaçamento entre hastes.
João Mamede Filho (2017) reforça que além da análise correta dos dados medidos, para
se obter resultados satisfatórios devem ser seguidos alguns pontos básicos para realizar as
medições:
• Os eletrodos devem ser cravados, aproximadamente, a 20 cm no solo, até que
apresentem uma resistência mecânica de cravação consistente, definindo uma resistência de
contato aceitável;
• Os eletrodos devem estar sempre alinhados;
• As distâncias entre os eletrodos devem ser sempre iguais;
• Para cada espaçamento definido entre os eletrodos, ajustar o potenciômetro e o
multiplicador do Megger até que o indicador de medida do aparelho indique zero com o
equipamento ligado;
• O espaçamento entre os eletrodos deve variar de distância dobrando as distâncias (ex:
2, 4, 8, 16, etc.), equivalendo uma medida por ponto para cada distância considerada;
• Se o indicador de medida oscilar insistentemente, significa que existe alguma
interferência que deve ser eliminada ou minimizada, afastando-se por exemplo, os pontos de
medição;
• Devem ser anotadas as condições de umidade, temperatura do solo, etc.;
Em alguns casos, o ponto de aterramento é único e para as medições devem ser
considerados efetuar medidas em três direções, com ângulo de 60 ° entre si. Este é o caso de
sistema de aterramento pequeno, com um único ponto de ligação a equipamentos de sistemas
de pequeno porte, tais como: regulador de tensão, religador, transformador, seccionador,
transformador de corrente (TC), transformador de potencial (TP), chaves a óleo e a SF6, etc.
Nos casos de aterramento de uma subestação, devem-se efetuar medidas em várias
direções de modo a cobrir toda a área, inclusive se possível além da área pretendida. O ideal é

29
efetuar várias medidas em pontos e direções diferentes com preferência para medições na
direção da linha de alimentação e direção no ponto de aterramento ao aterramento da fonte de
alimentação (ABNT NBR 15751, 2013).
Com base nos valores resultantes da medição, calcula-se a média aritmética dos valores
de resistividade do solo para cada espaçamento considerado, calcula-se também o desvio de
cada medida em relação à média aritmética determinada, com a finalidade de desprezar todos
os valores de resistividade que tenham um desvio superior a 50 % em relação à média. Para
muitos valores desviados da média, é conveniente repetir as medições em campo e persistindo
os resultados anteriores, a região pode ser considerada como não aderente ao processo de
modelagem de método Wenner (FILHO, J., 2017).
2.2.3 Estratificação e Resistividade aparente do Solo
A estratificação do solo é a análise dos dados coletados na medição, é considerada a parte
mais crítica do processo, consequentemente, necessita de maiores cuidados na sua validação.
Como mencionado, a variação da resistividade do solo pode ser grande por causa da sua
heterogeneidade e, portanto, há a necessidade de se estabelecer equivalências para a estrutura
do solo. Quando o solo não for homogêneo, recomenda-se que se disponha de ferramentas
computacionais para análise (ABNT NBR 7117, 2012).
Nos solos heterogêneos a estratificação pode ser feita por métodos diversos tais como o
método de modelagem matemática do solo com duas camadas, método de Pirson, método de
Yokogawa e os métodos gráficos. Assim como adotamos o Arranjo de Wenner para as
medições, na estratificação vamos considerar o método de estratificação de duas camadas
convencional.
Figura 10 - Curvas típicas de solo de duas camadas

30
A modelagem do solo de duas camadas usa teorias do eletromagnetismo no solo com duas
camadas horizontais, sendo possível desenvolver uma modelagem matemática, que com o
auxílio das medidas efetuadas pelo método Wenner, possibilita encontrar a resistividade do solo
da primeira e a segunda camada, bem como sua respectiva profundidade (KINDERMAN;
CAMPAGNOLO, 2011).
Para conhecimento, o método de Pirson pode ser encarado como uma extensão do método
de duas camadas. Ao se dividir a curva 𝜌 x a em trechos ascendentes e descendentes fica
evidenciado que o solo de várias camadas pode ser analisado como uma sequência de curvas
de solo equivalentes a duas camadas, “fatia-se” o solo em camadas de 𝜌 obtendo-se a
profundidade de cada resistividade equivalente (ABNT NBR 7117, 2012).
O método de Yokogawa é apresentado no manual do aparelho Yokogawa de medição de
resistência de terra. Com esse método, pode-se efetuar a estratificação do solo em várias
camadas horizontais com razoável aceitação. A origem do método baseia-se na logaritmização
da expressão original do método de duas camadas (KINDERMAN; CAMPAGNOLO, 2011).
Por fim, os procedimentos para estratificação do solo pelo método de duas camadas
convencional são definidos como: (FILHO, J., 2017).
a) Traçado da curva de resistividade média do solo: Plotar no eixo a (m) (profundidade da
malha) os valores das distâncias entre hastes e, no eixo 𝜌 (resistividade do solo), os valores
referentes às resistividades medias correspondentes aos pontos medidos para uma mesma
distância entre as hastes, conforme a figura 11. Prolonga-se a curva no ponto (𝐻1, 𝜌 𝑚) até o
eixo 𝜌 , determinando, assim, o valor de 𝜌1. Para se determinar o valor de 𝜌2 (resistividade da
camada inferior do solo) deve-se traçar uma assíntota à curva de resistividade e prolonga-la até
o eixo das ordenadas.
Figura 11 - Curvas de valores para ρ x a

31
b) Determinação da resistividade média do solo (𝜌 𝑚): o valor da resistência média do solo
pode ser calculado a partir da equação 2.2. O valor de 𝐾1 é obtido através da tabela de fatores
de multiplicação (Tabela 06 do ANEXO A) a partir da relação
𝜌2
𝜌1
, cujos valores são definidos
no gráfico correspondente a curva de resistividade do solo, que equivale ao gráfico ilustrado na
figura 11.
𝜌 𝑚 = 𝜌1 ∗ 𝐾1 (Ω ∗ 𝑚) − (2.2)
𝜌 𝑚 - resistividade média da solo, em Ω ∗ 𝑚;
𝜌1 - resistividade da primeira camada do solo, em Ω ∗ 𝑚;
𝐾1 - fator de multiplicação;
Para se determinar a profundidade a qual se encontra a resistividade média, introduz-se o
valor de 𝜌 𝑚 na curva da figura 11 obtendo-se o valor 𝐻 𝑚.
O próximo passo da estratificação é definir a resistividade aparente do solo, que é a
resistividade vista por um particular sistema de aterramento. Assim, um solo homogêneo pode
apresentar-se com diferentes valores de resistividade visto por duas malhas de terra distintas.
Ou ainda, uma mesma malha de terra pode interagir diferentemente com um solo de mesma
resistividade média (KINDERMAN; CAMPAGNOLO, 2011).
c) Determinação da resistividade aparente do solo (𝜌 𝑎 ): Introduz-se na tabela auxiliar
(Tabela 07 do Anexo A) o valor de 𝐾1, dado na tabela de fatores de multiplicação, juntamente
com o valor de 𝐾2, dado na equação 2.3, obtendo-se o valor de 𝐾3, a partir do qual se determina
o valor da resistividade aparente utilizando a equação 2.4.
𝐾2 =
𝑅
𝐻 𝑚
− (2.3)
𝜌 𝑎 = 𝐾3 ∗ 𝜌1 − (2.4)
𝑅 - raio do círculo equivalente à malha de terra, dado pela equação 2.5, em m;
𝐻 𝑚 - profundidade da camada de solo correspondente a resistividade média, em m;

32
𝜌 𝑎 - resistividade aparente do solo, em Ω ∗ 𝑚;
𝜌1 - resistividade da primeira camada do solo, em Ω ∗ 𝑚;
𝑅 = √
𝑆
𝜋
(𝑚) − (2.5)
𝑆 - área da malha de terra, em m;
A Equação 2.5 correspondendo a malhas de aterramento com áreas retangulares. Para
sistemas de aterramento utilizando eletrodos verticais, o valor de R é dado pela 2.6:
𝑅 =
(𝑁 − 1) ∗ 𝐷𝑒
2
(𝑚) − (2.6)
N - número de eletrodos verticais;
𝐷𝑒 - distância entre os eletrodos verticais, em m;
2.2.4 Métodos e Geometrias de Aterramento
Os métodos mais tradicionais de instalação de um sistema de aterramento no solo são a
malha de aterramento e as hastes alinhadas, porém, existem diversas outras possibilidades de
se obter um aterramento adequado com “geometrias” ou modelos de aterramentos distintos. Os
métodos mais eficientes e adotados serão estudados neste módulo. Sendo eles:
• Haste simples cravada no solo;
• Hastes alinhadas;
• Hastes em triângulos;
• Hastes em círculos;
• Placas de material condutor enterradas no solo;
• Fios ou cabos enterrados no solo, formando diversas configurações, tais como:
o Estendido em vala comum;
o Em cruz;
o Em estrela;

33
o Quadriculados, formando uma malha de terra;
O modo de instalação de sistema de aterramento a ser adotado depende da importância
do sistema de energia elétrica envolvido, do local e do custo. O sistema mais eficiente, é
evidentemente, a malha de terra qual é de uso obrigatório em subestações de médio e grande
porte (ABNT NBR 15751, 2013).
2.2.4.1 Aterramento com uma haste vertical cravada ao solo
Na utilização de uma haste vertical cravada ao solo deve-se primeiro calcular a
resistividade aparente do solo vista pela haste, conforme a equação 2.7, conhecida como
fórmula de Hummel. O cálculo da resistividade aparente (𝜌 𝑎) de um sistema de aterramento é
efetuado considerando o nível de penetração da corrente de escoamento num solo de duas
camadas. Portanto, um solo com muitas camadas deve ser reduzido a um solo equivalente em
duas camadas. A resistência do aterramento da haste é depois calculada pela 2.8.
𝜌 𝑎 =
𝐿1 + 𝐿2
𝐿1
𝜌1
+
𝐿2
𝜌2
(Ω ∗ 𝑚) − (2.7)
Figura 12 - Haste cravada no solo estratificado
Fonte: Adaptado de Kindermann e Campagnolo (2011)
𝑅 𝐻𝑎𝑠𝑡𝑒 =
𝜌 𝑎
2 ∗ 𝜋 ∗ 𝐿
𝐿𝑛(
4𝐿
𝑑
) (Ω ∗ 𝑚) − (2.8)
𝑅 𝐻𝑎𝑠𝑡𝑒- resistência elétrica de apenas uma haste; em Ω ∗ 𝑚;
L - comprimento da haste, em m;
d - diâmetro do círculo equivalente à área de seção transversal da haste, em m;

34
Kindermann e Campagnolo (2011) explicam que nem sempre o aterramento com uma
única haste fornece o valor da resistência desejada. Neste caso, examinando-se a expressão 2.8
pode-se conhecer os parâmetros que influenciam na redução do valor da resistência elétrica do
aterramento. Esses parâmetros são:
• Aumento do diâmetro da haste;
• Colocação das hastes em paralelo;
• Aumento do comprimento da haste;
• Redução da resistividade aparente (𝜌 𝑎) utilizando tratamento químico do solo.
2.2.4.2 Aterramento com mais de uma haste vertical cravada ao solo
A resistência equivalente de um conjunto de (hastes) eletrodos verticais alinhados não
corresponde ao mesmo resultado do paralelismo de resistências elétricas. A zona de
interferência das linhas equipotenciais provoca uma área de bloqueio do fluxo de corrente de
cada eletrodo vertical, de modo que a resistência do conjunto de eletrodos é superior ao valor
dos eletrodos quando considerados como resistores em paralelo (FILHO, J., 2017).
Figura 13 - Zona de interferência com eletrodos verticais
Fonte: Adaptado de Kindermann e Campagnolo (2011)
O acréscimo da resistência do conjunto de eletrodos é calculado pela equação 2.9,
considerando-se incialmente dois eletrodos verticais, eletrodo e e eletrodo m:

35
𝑅 𝑒𝑚 =
0,183 ∗ 𝜌𝑠
𝐿ℎ
∗ 𝐿𝑜𝑔 [
(√𝐿2
ℎ+ 𝐷2
𝑒𝑚)
2
− 𝐿2
ℎ − 𝐷2
𝑒𝑚
𝐷2
𝑒𝑚 − (√𝐿2
ℎ + 𝐷2
𝑒𝑚 − 𝐿ℎ)
2] (Ω ∗ 𝑚) − (2.9)
𝑅 𝑒𝑚 - acréscimo de resistência do eletrodo e por influência do eletrodo m, em Ω ∗ 𝑚;
𝐷𝑒𝑚 - distância horizontal entre o eletrodos e e m, em m;
Considerando-se um conjunto de n hastes em paralelo tem-se:
[
𝑅1 = 𝑅11 𝑅12
𝑅2 = 𝑅21 𝑅22
𝑅13 𝑅14 𝑅1𝑛
𝑅23 𝑅24 𝑅2𝑛
𝑅3 = 𝑅31 𝑅32
𝑅 𝑛 = 𝑅 𝑛1 𝑅 𝑛2
𝑅33 𝑅34 𝑅3𝑛
𝑅 𝑛3 𝑅44 𝑅 𝑛𝑛
] (2.10)
Em que 𝑅1, 𝑅2, 𝑅3, 𝑅 𝑛 é a resistência individual de cada haste do conjunto.
O acréscimo da resistência por influência de outros eletrodos é somado ao valor da
resistência da haste individual. Na maioria dos casos todas as hastes são de mesmo tamanho e
bitola, sendo comum a utilização de tabelas com índice de redução 𝐾ℎ𝑎𝑠𝑡𝑒 (Tabelas do Anexo
B)
𝐾ℎ𝑎𝑠𝑡𝑒 =
𝑅 𝑒𝑞
𝑅ℎ𝑎𝑠𝑡𝑒
− (2.11)
𝑅 𝑒𝑞 - resistência equivalente do sistema com n hastes iguais paralelas, em Ω ∗ 𝑚;
2.2.4.3 Malha de Terra
A malha de terra é a tipologia de sistema de aterramento mais utilizada em subestações
de potência e deve seguir as recomendações da ABNT NBR 15751 (2013). Para o cálculo da
malha de terra devem ser coletados e calculados os seguintes parâmetros:
• Resistividade aparente do solo (𝜌 𝑎);
• Resistividade da camada superior do solo (𝜌1);
• Resistividade do material de acabamento da superfície da subestação (𝜌𝑠);
• Corrente de curto circuito fase-terra (𝐼𝑐𝑓𝑡);
• Tempo de duração da corrente de curto circuito fase-terra (𝑇𝑓);

36
A corrente de curto circuito fase-terra (𝐼𝑐𝑓𝑡) pode ser calculada manualmente ou por meio
de softwares, deve considerar um planejamento para um horizonte de 10 anos. A seção do
condutor da malha de terra é função da corrente de curto fase-terra no seu valor máximo, que
pode ser obtido tanto do lado primário, como do lado secundário do transformador (FILHO, J.,
2017).
Deve-se ressaltar que um dimensionamento de uma malha de terra é um processo
iterativo. Parte-se de uma malha inicial e verificam-se os potenciais na superfície do solo,
quando no máximo defeito à terra os potenciais são superiores aos valores máximos suportáveis
por um ser humano modifica-se o projeto inicial da malha até se estabelecer as condições
exigidas. Caso todos os potenciais sejam inferiores aos limites, parte para o detalhamento da
malha. (KINDERMAN; CAMPAGNOLO, 2011).
O condutor mínimo da malha de terra (𝑆𝑐) é dimensionado considerando-se os esforços
mecânicos e térmicos que ele pode suportar. Verificando-se também se o condutor suporta os
esforções de compressão, tração e cisalhamento e que está sujeito durante a sua vida útil, devido
ao peso do solo, da estrutura armada e da movimentação de veículos sobre a malha da
subestação (KINDERMAN; CAMPAGNOLO, 2011).
Quanto ao dimensionamento térmico, utiliza-se a formula de Onderdonk (2.12) que
considera o calor produzido pela corrente de curto circuito totalmente restrito ao condutor
(ABNT NBR 15751,2013).
𝑆𝑐 = 𝐼𝑐𝑓𝑡 ∗
√
𝑡 ∗ 𝛼 𝑟 ∗ 𝜌𝑡 ∗ 104
𝑇𝐶𝐴𝑃 ∗ 𝐿𝑛
(𝐾0 + 𝑇 𝑚)
(𝐾0 + 𝑇𝑎)
(𝑚𝑚2) − (2.12)
𝑆𝑐 - seção, expressa em milímetros quadrados, mm²;
𝐼𝑐𝑓𝑡 - corrente de curto fase-terra máxima, em kA;
𝛼 𝑟 - coeficiente térmico de resistividade do condutor a t°C, expressa em Ω * cm;
TCAP – é o fator de capacidade térmica, em joule por centímetro cúbico vezes graus
Celsius [J/(cm³ * °C)];
𝑇 𝑚 - temperatura máxima suportável, expressa em graus Celsius (°C);
𝑇𝑎- temperatura ambiente, expressa em graus Celsius (°C);
𝐾0 - coeficiente térmico de resistividade do condutor a 0 °C;

37
Para cabos de conexões entre a malha de aterramento e as estruturas a fórmula de
Onderdonk pode ser simplificada para a equação 2.13, considerando apenas um coeficiente
𝐾𝑓 tabelado (ABNT NBR 15751, 2013).
𝑆 = 𝐼𝑐𝑓𝑡 ∗ 𝐾𝑓 ∗ √ 𝑇𝑓 (𝑚𝑚2) − (2.13)
𝐾𝑓 - constante para o tipo de conexão, conforme tabela 1;
A norma brasileira ABNT NBR 16254-1 (2014) trata das dimensões mínimas e materiais
padronizados para eletrodos de aterramento. Tratando-se de cabos de cobre, estes devem ser
fabricados com cobre eletrolítico, 99 % de pureza, com 100 % de condutividade International
Annealed Copper Standard (IACS), e atender aos requisitos de ensaio da ABNT NBR 6524
(1998).
Tabela 1- Constante Kf
Após dimensionar a seção mínimo do condutor, deve se pré-definir as dimensões da
malha com base no espaço disponível para instalação, levando em conta o histórico do sistema
elétrico por similaridade das malhas existentes. Assim, estabelece um projeto inicial da malha
com espaçamento entre condutores e definir, e passa a definição se serão utilizados, junto com
a malha, hastes de aterramentos (KINDERMAN; CAMPAGNOLO, 2011).

38
Figura 14 - Dimensões pré-definidas da malha de aterramento
Fonte: Adaptado de (MORAES, 2017)
Após a predefinição da malha de terra calcula-se o número de condutores principais, que
são denominados aqueles instalados na direção que corresponde à largura da malha de terra.
Determinados pela equação 2.14 (FILHO, J., 2017).
𝑁𝑐𝑝 =
𝐶 𝑚
𝐷𝑙
+ 1 − (2.14)
𝑁𝑐𝑝 - numero de condutores principais;
𝐶 𝑚 - comprimento da malha de terra, em m;
𝐷𝑙 - distância entre os cabos correspondentes à largura da malha de terra, em m;
Os condutores de junção são denominados aqueles instalados na direção que
corresponde ao comprimento da malha de terra. São determinados pela equação 2.15 (FILHO,
J., 2017).
𝑁𝑐𝑗 =
𝐿 𝑚
𝐷𝑐
+ 1 − (2.15)
𝑁𝑐𝑗 - número de condutores de junção;
𝐿 𝑚 - largura da malha de terra, em m;
𝐷𝑐 - distância entre os cabos correspondentes ao comprimento da malha de terra, em m;

39
Após o cálculo do número de condutores principais e de junção deve se calcular o
comprimento total dos condutores através da equação 2.16. O comprimento será um dos
principais parâmetros de influência na resistividade do sistema de aterramento, considera se um
fator de acréscimo de 1,05 que representa o acréscimo de cabo de malha referentes aos
condutores de ligação (FILHO, J., 2017).
𝐿 𝑐𝑚 = 1,05 ∗ [( 𝐶 𝑚 ∗ 𝑁𝑐𝑗) + (𝐿 𝑚 ∗ 𝑁𝑐𝑝)] (𝑚) − (2.16)
𝐿 𝑐𝑚 - comprimento total da malha de terra;
Devido as heterogeneidades entre cada malha de terra no que se trata a profundidade e
resistividade aparente, utilizam-se coeficientes de ajustes para correção da resistência da malha.
O coeficiente de malha (𝐾 𝑚) corrige a influência da profundidade da malha de terra (H), do
número de condutores (principais e de junção) e do espaçamento entre os referidos condutores.
O coeficiente de superfície (𝐾𝑠) corrige a influência da profundidade da malha de terra (H), do
diâmetro do condutor (𝐷𝑐𝑎), e do espaçamento entre os mesmos. O Coeficiente chamado de
coeficiente de irregularidade (𝐾𝑖), corrige a não uniformidade do fluxo da corrente da malha
para a terra. Todos os coeficientes devem ser calculados para condutores de junção e para os
condutores principais e anotar o maior produto entre eles (FILHO, J., 2017).
𝐾 𝑚 =
1
2 ∗ 𝜋
∗ 𝐿𝑛[
𝐷²
4 ∗ 𝜋 ∗ (𝑁 − 1) ∗ 𝐻 ∗ 𝐷𝑐𝑎
] − (2.17)
𝐾𝑠 =
1
𝜋
∗ {
1
2 ∗ 𝐻
+
1
𝐷 + 𝐻
+
𝐿𝑛[0,655 ∗ (𝑁 − 1) − 0,328]
𝐷
} − (2.18)
𝐾𝑖 = 0,65 + 0,172 ∗ 𝑁 − (2.19)
D - espaçamento médio entre os condutores, na direção considerada, em m;
H - profundidade da malha, em m;
N - numero de condutores na direção considerada;
𝐷𝑐𝑎 - diâmetro do condutor, em m;

40
Com o cálculo dos coeficientes e anotados os valores maiores para cada coeficiente (de
junção ou principal), o próximo passe é o cálculo do comprimento mínimo de condutores que
a malha deve satisfazer a fim de atender as exigências de projeto. O valor do comprimento
mínimo deve ser menor que o comprimento dos condutores da malha pré-definida, estabelecida
pela equação 2.16. Caso a condição não seja atendida, deve-se aumentar o número de
condutores e refazer os cálculos.
𝐿 𝑇 =
𝐾 𝑚 ∗ 𝐾𝑖 ∗ 𝜌 𝑎 ∗ 𝐼𝑐𝑓𝑡 ∗ √𝑇𝑓
116 + 0,174 ∗ 𝜌𝑠
(𝑚) − (2.20)
𝐿 𝑇 - comprimento mínimo da malha de terra;
𝜌𝑠 - resistividade da camada superior da malha, normalmente coloca-se brita e adota o
valor de 3.000 Ω ∗ 𝑚;
Após o dimensionamento da malha, podem-se usar outras alternativas recomendadas para
melhorar ainda mais a qualidade da malha de terra:
• Fazer espaçamentos menores na periferia da malha;
• Arredondamento dos cantos da malha de terra, para diminuir o efeito das pontas;
• Rebaixamento dos cantos;
• Colocar hastes pela periferia;
• Colocar haste na conexão do cabo de ligação do equipamento com a malha;
• Fazer submalha no ponto de aterramento de bancos de capacitores e chaves de
aterramento, se não for possível, usar malha de equalização somente neste local.
• Colocar um condutor em anel a 1,5 m da malha e a 1,5 m de profundidade.
Com o comprimento da malha de terra definido parte se para o processo de determinar a
resistência de aterramento da malha. No caso de subestações da classe de 15 a 36 kV adota-se
resistência mínima da malha de 10 Ω e em subestações acima de 69 kV adota-se resistência de
5 Ω. Em casos como proteção a descargas atmosféricas ou malha para aterramento funcional
deve-se estudar e estabelecer o melhor valor a ser adotado.
𝑅 𝑚𝑎𝑙ℎ𝑎 =
𝜌 𝑎
4 ∗ 𝑅
+
𝜌 𝑎
𝐿 𝑐𝑚
(Ω) − (2.21)

41
𝑅 𝑚𝑎𝑙ℎ𝑎 - resistência da malha de terra projetada;
R - raio do círculo equivalente à área destinada à malha de terra, em m (calculado nas
equações 2.5 ou 2.6);
Em muitos casos são instalados eletrodos verticais junto a malha de terra, neste caso o
valor da resistência das hastes deve ser considerado. Calcula-se o valor da resistência mutua
entre os eletrodos individualmente a malha de terra, o valor da resistência mutua é inserido no
cálculo da resistência total do sistema de aterramento.
𝑅 𝑚𝑢𝑡𝑢𝑎 =
𝜌 𝑎
𝜋 ∗ 𝐿 𝑐𝑚
∗ [𝐿𝑛 (
2 ∗ 𝐿 𝑐𝑚
𝐿 𝐻
) +
𝐾1 ∗ 𝐿 𝑐𝑚
√𝑆
− 𝐾2 + 1] (Ω) − (2.22)
S - área da malha, em m²;
𝐿 𝐻 - comprimento total das hastes utilizadas, em m;
Resistência total do sistema de aterramento:
𝑅 𝑇 =
𝑅 𝑚𝑢𝑡𝑢𝑎 ∗ 𝑅 𝑚𝑎𝑙ℎ𝑎 − 𝑅² 𝑚𝑢𝑡𝑢𝑎
𝑅 𝑚𝑢𝑡𝑢𝑎 + 𝑅 𝑚𝑎𝑙ℎ𝑎 − 2 ∗ 𝑅 𝑚𝑢𝑡𝑢𝑎
(Ω) − (2.23)
2.2.5 Atendimento à segurança humana
Segundo João Mamede Filho (2017) e Kindermann e Campagnolo (2011) o limite de
corrente alternada suportada pelo corpo humano é de 25 mA, sendo que, na faixa entre 15 e 25
mA, o indivíduo sente dificuldades em soltar o objeto energizado. Entre 15 e 80 mA, o
indivíduo é acometido de grandes contrações e asfixia. Acima de 80 mA, até a ordem de
grandeza de poucos amperes, o indivíduo sofre graves lesões musculares e queimaduras, além
de asfixia imediata. Acima disso, as queimaduras são intensas, o sangue sofre o processo de
eletrólise, a asfixia é imediata e há necrose dos tecidos. A gravidade dessas lesões depende do
tempo de exposição do corpo humano à corrente elétrica.
É extremamente importante que após o dimensionamento do sistema de aterramento
sejam verificados se os valores de potenciais e corrente devido ao aterramento estão dentro dos
limites estabelecidos pela segurança humano. Caso os valores projetados superem os limites

42
devem ser adotados medidas a fim de diminuir esses parâmetros. Se for necessário a malha
deve ser reprojetada.
2.2.5.1 Tensão de contato ou tensão de toque
É aquela a que está sujeito o corpo humano quando em contato com partes metálicas
(massas) acidentalmente energizadas. O valor máximo de tensão de toque que uma pessoa pode
suportar sem que ocorra a fibrilação ventricular é expresso por:
𝐸𝑡𝑚 =
116 + 0,174 ∗ 𝜌𝑠
√𝑇𝑓
(V) − (2.24)
O valor da tensão de contato existente na malha projetada é dado pela equação 2.25.
𝐸𝑡𝑒 =
𝐾 𝑚 ∗ 𝐾𝑖 ∗ 𝜌1 ∗ 𝐼𝑐𝑓𝑡
𝐿 𝑐𝑚
(V) − (2.25)
2.2.5.2 Tensão de passo
Quando um indivíduo se encontra no interior de uma malha de terra e por meio desta está
fluindo, naquele instante, determinada corrente de falta, fica submetido a uma tensão entre os
dois pés (distância de 1,0 m adotada em cálculos) chamada de tensão de passo. Cabe salientar
que a corrente elétrica quando injetada no solo, por eletrodos ou diretamente por descarga
atmosférica, se dispersa em forma de arcos com o centro no local de penetração, podendo
provocar uma tensão de passo menor em distâncias mais distantes do centro (FILHO, J., 2017).
As tensões de passo ocorrem quando entre os membros de apoio (pés) aparecem
diferenças de potencial. Isso ocorre quando os pés estão posicionados sobre linhadas
equipotenciais diferentes. As linhas equipotenciais se formam na superfície do solo quando do
escoamento da corrente de curto-circuito. Se durante a falha (curto circuito) os dois pés
estiverem sobre a mesma linha equipotencial ou se um único pé estiver sendo usado como
apoio, não haverá tensão de passo (KINDERMAN; CAMPAGNOLO, 2011).
O valor máximo de tensão de passo que pode ser suportável pelo ser humano é dado pela
equação 2.26 e o valor da tensão de passo existente na malha de terra projetada é calculado na
equação 2.27.

43
𝐸 𝑝𝑚 =
116 + 0,7 ∗ 𝜌𝑠
√𝑇𝑓
(V) − (2.26)
𝐸 𝑝𝑒 =
𝐾𝑠 ∗ 𝐾𝑖 ∗ 𝜌1 ∗ 𝐼𝑐𝑓𝑡
𝐿 𝑐𝑚
(V) − (2.27)
2.2.5.3 Corrente de Choque
É o maior valor suportável pelo corpo humano para um tempo de permanência de contato
de sobre a malha de terra projetada. Este parâmetro é utilizado para dimensionamento da
proteção.
𝐼𝑐ℎ =
116
√𝑇𝑓
(mA) − (2.28)
A corrente de choque existente devido à tensão de passo, sem a utilização de uma camada
de brita na periferia da malha é calculada pela equação 2.29.
𝐼 𝑝𝑠𝑏 =
1000 ∗ 𝐸 𝑝𝑒
1000 + 6 ∗ 𝜌1
(mA) − (2.29)
Como a área da subestação é mais perigosa, o solo habitualmente é revestido por uma
camada de brita. Esta confere maior qualidade no nível de isolamento dos contatos dos pés com
o solo e diminui os valores da corrente. Neste caso a corrente existente é calculada pela equação
2.30.
𝐼 𝑝𝑐𝑏 =
1000 ∗ 𝐸 𝑝𝑒
1000 + 6 ∗ (𝜌1 + 𝜌𝑠)
(mA) − (2.30)
A corrente de choque existente devido à tensão de toque, sem a utilização de uma camada
de brita na periferia da malha é calculada pela equação 2.31.
𝐼 𝑝𝑠𝑏 =
1000 ∗ 𝐸𝑡𝑒
1000 + 1,5 ∗ 𝜌1
(mA) − (2.31)

44
Quando se utiliza a camada de brita, neste caso a corrente existente é calculada pela
equação 2.32.
𝐼 𝑝𝑐𝑏 =
1000 ∗ 𝐸𝑡𝑒
1000 + 1,5 ∗ (𝜌1 + 𝜌𝑠)
(mA) − (2.32)
Para a medição do potencial de toque existente, utilizam-se duas placas de cobre ou
alumínio, com superfícies bem polidas, de dimensões 10 x 20 cm e com um terminal próprio
para interligação com os terminais do voltímetro. As dimensões da placa simulam a área ativa
do pé humano em contato com o solo e, deve-se colocar 40 kg sobre cada placa (admitindo um
peso humano de 80 kg). Adota-se o peso humano de 80 kg para propositalmente dar um valor
mais conservador em termos de segurança. No caso da medição de potencial de passo, são
utilizados duas placas de cobre ou alumínio, como descritas no item anterior, que são colocadas
no solo espaçadas de 1 metro. Deverá ser aplicado um peso de 40 kg a cada placa para simular
o peso do corpo humano e inserir entre os dois pontos uma resistência de 1000 ohms.
2.2.6 Resistência do sistema de aterramento instalado
Sendo a malha de terra um dos fatores predominantes na segurança de um sistema
elétrico, sua resistência real deve satisfazer às condições previstas na norma brasileira ou em
documentos de instituições internacionais de comprovada idoneidade, como a International
Electrotechnical Commission (IEC). Neste intuito, toda subestação, antes de ser energizada pela
concessionária local, passa por inspeção de rotina para verificação de certos parâmetros
considerados essenciais a segurança do indivíduo (FILHO, J., 2017).
Os parâmetros de qualidade são inspecionados pelo critério da concessionária local, a
resistência de aterramento da malha ou do sistema projetado deve ser comprovada via testes e
medições padronizadas pela norma ABNT NBR 15749 (2009). Assim como nos passos
anteriores, a norma traz alguns métodos distintos de como devem ser realizados as medições, o
método de queda de potencial é adequado a instalações de baixa tensão, o método de injeção
de alta corrente é adequado a sistemas de alta tensão e linhas de transmissão.
A medição da resistência da malha de terra é feita por meio do terrômetro, utilizando-se
os eletrodos conformes disposição da figura 15. consiste em aplicar uma tensão entre o sistema
a ser medido e um eletrodo auxiliar de corrente, e medir a resistência de terra até o ponto
desejado através de uma sonda ou eletrodo auxiliar de potencial (FILHO, J., 2017).

45
Figura 15 - Método de medição por queda de potencial
No processo de medição, o eletrodo de potencial deve ser deslocado ao longo de uma
direção predefinida, a partir da periferia do sistema de aterramento sob ensaio, em intervalos de
medição igual a 5% da distância do eletrodo auxiliar de corrente à borda da malha. Fazendo a
leitura do valor da resistência em cada posição, obtendo-se a curva de resistência em função da
distância, conforme a figura 16 (ABNT NBR 15749, 2009).
Figura 16 - Curva característica teórica da resistência de aterramento de um eletrodo pontual

46
Entende-se que a densidade de correntes no solo junto ao eletrodo de tensão quando
próximo a borda é máximo. A medida que se vai aumentando o afastamento as linhas de
correntes se espraiam diminuindo a densidade de corrente. Após certa distância da borda o
espraiamento das linhas de correntes é enorme, e a densidade de corrente é praticamente nula,
portanto, está é a região do solo para o afastamento considerado ideal para o parâmetro da
resistência do sistema (KINDERMAN; CAMPAGNOLO, 2011).
Segundo Kindermann e Campagnolo (2011), durante a medição devem ser observados
algumas recomendações sobre os procedimentos da ABNT NBR 15749 (2009):
• Alinhamento do sistema de aterramento principal com as hastes de potencial e auxiliar;
• A distância entre o sistema de aterramento principal e a haste auxiliar deve ser
suficientemente grande, para que a haste de potencial atinja a região plana do patamar;
• O aparelho deve ficar o mais próximo possível do sistema de aterramento principal;
• As hastes de potencial e auxiliar devem estar bem limpas, principalmente isentas de
óxidos e gorduras para possibilitar bom contato com o solo;
• Calibrar o aparelho, isto é, ajustar o potenciômetro e multiplicador do Megger até que
seja identificado o valor 0;
• As hastes usadas devem ser do tipo Copperweld, com 1,5 m de comprimento e diâmetro
de 16 mm;
• Cravar as hastes no mínimo 70 cm do solo;
• O cabo de ligação deve ser de cobre com bitola mínima de 2,5 mm²;
• As medições devem ser feitas em dias em que o solo esteja seco, para se obter o maior
valor de resistência de terra desse aterramento;
• Se não for o caso acima, devem se anotar as condições do solo;
• Se houver oscilação da leitura, durante a medição, significa existência de interferência.
Deve se então deslocar as hastes de potencial e auxiliar de corrente para outra direção, de modo
a contornar o problema.
• Verificar o estado do aparelho;
• Verificar a carga da bateria.
2.2.7 Tratamento químico do solo
Todo sistema de aterramento depende da sua integração com o solo e da sua resistividade
aparente, se o sistema já está fisicamente definido e instalado, ou se não existe alternativa

47
possível, dentro das condições do sistema de trocar o local com resistividade elevada, a única
maneira de diminuir sua resistência elétrica é alterar as características do solo, usando um
tratamento químico (KINDERMAN; CAMPAGNOLO, 2011).
Silvério Filho (2002) explica que a prática de tratar o solo quimicamente pode ser muito
eficiente para aterramentos de pequena dimensão. Embora a redução da resistividade seja
promovida apenas nas proximidades dos eletrodos, é justamente esta porção do solo que é
responsável pela maior parcela da resistência do aterramento. O autor reforça que reduções de
até 50 % do valor da resistividade podem ser obtidos facilmente em sistemas pequenos (por
exemplo, sistemas com poucas hastes). Entretanto em aterramentos de subestações raramente
se alcança redução superior a 15 %.
Os materiais que podem ser utilizados para um bom tratamento químico do solo devem
ter características tais como:
• Boa higroscopia
• Não lixivavel;
• Não ser corrosivo;
• Baixa resistividade elétrica
• Quimicamente estável no solo;
• Não ser tóxico;
• Não causar dano a natureza;
Os tipos de tratamento químicos mais comuns segundo Kindermann e Campagnolo
(2011) são a Bentonita, material argiloso que absorve a água e mantem a umidade, o Earthron,
material liquido de lignosulfato, geleificador e sais orgânicos que nutre o solo e retêm a
umidade, e alguns géis que na presença de água formam um agente ativo no tratamento, não
solúveis em água e não corrosivos.
Atualmente, diversos fabricantes de materiais possuem na sua linha de produtos,
materiais para melhoria da resistividade do solo, entretanto, as características de fabricação e
utilização dos produtos são distintas. A eficiência dos produtos está condicionada aos relatos e
manuais dos próprios fabricantes.

48
Figura 17 - Tratamento químico do solo e as variações mensais de resistência
Fonte: Kindermann e Campagnolo (2011)
A ação efetiva do tratamento químico deve-se ao fato de que os produtos químicos são
higroscópicos e manter retida a água por longo tempo, assim, a resistência de aterramento decai
acentuadamente. Portanto, recomenda-se nas regiões que tenham período de seca bem definido,
molhar a terra do sistema de aterramento, o que terá o mesmo efeito do tratamento químico.
Em subestações de potência pode-se deixar instalado um conjunto de mangueiras furadas e em
períodos regulares, molhar a terra que contém a malha de terra. Pode-se inclusive adicionar a
água a solução do produto químico do tratamento. Em terreno extremamente seco, pode-se
concretar o aterramento, pois, o concreto tem a propriedade de manter a umidade e sua
resistividade está entre 30 e 90 ohms por metro. (KINDERMAN; CAMPAGNOLO, 2011).
2.3 SISTEMAS DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS (SPDA)
As descargas atmosféricas, conhecidas popularmente como “raios”, são fenômenos
naturais que causam danos nas redes de energia elétrica, danos em edificações, falhas de
sistemas eletrônicos, além de mortes de pessoas e animais. A proteção contra essas descargas
elétricas é tratada na norma brasileira ABNT NBR 5419 (2015), que é dividida em 4 partes:
Princípios Gerais; Gerenciamento de Risco; Danos físicos a estruturas e perigos à vida e
Sistemas elétricos e eletrônicos internos na estrutura.
A parte 1 da norma trata dos parâmetros elétricos e físicos das descargas atmosféricas,
tais como a duração de uma descarga, ou seja, aproximadamente 200 microssegundos. Por meio

49
de análise de fotografias e registros dos oscilógrafos foi possível também obter a forma de onda
do impulso da descarga, bem como a duração dos seus períodos (FLEURY; GUEDES, 2015).
Figura 18 - Curva típica do impulso da descarga atmosférica
Fonte: Fleury e Guedes (2015)
Fleury e Guedes (2015) explicam que a frente de onda corresponde ao período de subida
da corrente ou tensão do raio, sendo sua duração estimada em 1,2 microssegundos,
correspondente a ação fulminante do raio. O valor de crista é a maior intensidade atingida pela
corrente ou tensão do raio nessa subida. Já a cauda do raio corresponde à forma do raio, até o
valor final em torno de 200 microssegundos. O período ou tempo de meia cauda é o tempo em
que a cauda atinge o valor de meia crista, 50 microssegundos. É nesse tempo que o raio causa
mais danos.
A Probabilidade de ocorrências de valores de pico das descargas atmosféricas, segundo
a ABNT NBR 5419 (2015) são:
•95 % - Menor igual a 5 kA;

50
Figura 19 - Densidade de descargas atmosféricas NG – Mapa do Brasil (descargas atmosféricas/km²/ano)
Fonte: Site ELAT INPE (2018)
Estes valores são necessários para o dimensionamento do SPDA externo e para
parâmetros de cálculo das tensões de surto em um SPDA interno.
A ABNT NBR 5419 (2015) traz uma metodologia de como avaliar se uma proteção contra
as descargas atmosféricas é realmente necessária, leva-se em consideração os riscos de perdas
ou danos permanentes em vidas humanas, risco de perdas em serviços públicos, risco de perdas
do patrimônio cultural e risco de perdas de valor econômico. A proteção é necessária se o risco
calculado for maior do que um valor de risco tolerável pré-estabelecido. Este risco calculado
depende de:
• O número anual de descargas atmosféricas que influenciam a estrutura;
• A probabilidade de dano por uma das descargas atmosféricas que influenciam;
• A quantidade média das perdas causadas;
Na avaliação do número anual de descargas atmosféricas que influenciam a estrutura, o
número de descargas pode ser avaliado a partir da sua densidade, que é uma característica da
região onde está localizada a edificação ou estrutura, para obter seu valor, pode-se consultar o
site do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE).
O número anual de descargas atmosféricas que influenciam a estrutura também é
influenciado pela área de exposição equivalente da edificação, calculada como a área definida

51
pela intersecção entre a superfície do solo, com uma linha reta de inclinação 1 para 3 a qual
passa pelas partes mais altas da estrutura (tocando-a nestes pontos) e rotacionando ao redor
dela. A determinação do valor da exposição também pode ser obtida graficamente ou
matematicamente.
Figura 20 - Área de exposição equivalente AD de uma estrutura
Outros fatores de risco que influenciam no cálculo do gerenciamento do risco são o tipo
de linha de sinal e energia, medidas de proteção já existentes, sistema de proteção contra
combate a incêndio, utilização de medidas de proteção contra surtos, entre outros. O risco é
calculado considerando a probabilidade de uma descarga causas os danos e quando este risco
excede o risco tolerável a utilização de medidas de proteção contra descargas atmosféricas é
recomendável, sendo necessário adotar medidas de proteção conforme uma classe de proteção
(Classe I, II, III ou IV) ABNT NBR 5419 (2015).
A finalidade do SPDA externo e interno é interceptar as descargas atmosféricas que
atingem diretamente a parte superior da estrutura, suas laterais, ou proximidades, permitindo
que a corrente elétrica decorrente flua para a terra sem ocasionar transitórios perigosos a vida e
ao patrimônio, centelhamento e efeitos térmicos e mecânicos danosos à estrutura (FILHO, J.,
2017)
De forma geral o sistema de proteção contra descargas atmosféricas externo é
constituído de três subsistemas:
a) Subsistema de captação: elementos condutores responsáveis pelo contato direto com as
descargas atmosféricas, podem ser captores naturais ou não naturais.

52
b) Subsistema de descidas: elementos expostos que ligam o subsistema de captação ao
subsistema de aterramento, podem em naturais ou não naturais.
c) Subsistema de Aterramento: responsáveis pela dispersão da corrente elétrica no solo.
Também se classificam em naturais ou não naturais.
Os modelos de projeto e montagem de um SPDA externo são o modelo eletrogeométrico
ou da esfera rolante, modelo de Franklin e modelo de gaiola de Faraday ou das malhas.
Figura 21 - Projeto de modelagem por esfera rolante
Fonte: Creder (2007)
Sobre o método de projeto da esfera rolante, entende se por uma esfera rolante fictícia
que percorre a edificação em toda sua extensão onde possa ocorrer impacto direto de uma
descarga, e nas laterais de todas as estruturas com altura maior que o raio, R, da esfera rolante.
Cada ponto lateral tocado pela esfera rolante é um ponto possível de ocorrência de um impacto
direto dessas descargas. Entretanto, a probabilidade de ocorrência de descargas atmosféricas
laterais é, geralmente, desprezível para estruturas com altura inferior a 60 m. ABNT NBR 5419
(2015).
O método de Franklin é o método clássico de proteção contra descargas e utiliza o
parâmetro de “método de ângulo de proteção” para disposição dos captores. Este método é
limitado pela altura de edifícios, que varia conforme a classe do SPDA. Atualmente possui seu
uso cada vez mais restrito.

53
Figura 22 - Edificação protegida por SPDA
Fonte: Creder (2007)
Para superfícies planas a norma recomenda que a melhor opção é o método das malhas,
devendo ser considerado a instalação de captores nas periferias da malha, em saliências da
cobertura e se necessário em cumeeiras de telhados. A utilização de métodos mistos também é
recomendada, sendo a medida prática necessária em muitos casos reais. Outras medidas de
proteção contra danos das descargas atmosféricas que também são abrangidas pela ABNT NBR
5419 (2015) são as medidas de proteção contra surtos, uso do dispositivo de proteção contra
surtos de tensão, equipotencialização da malha de aterramento, isolação de partes expostas,
restrições de acesso, entre outras.
2.4 PROTEÇÃO DE EQUIPAMENTOS SENSÍVEIS
2.4.1 Transientes
Os equipamentos eletrônicos estão sujeitos a uma grande quantidade de fenômenos
transientes, sendo o campo eletromagnético aquele de maior destaque no cotidiano da operação
desses equipamentos, por se localizam em ambientes que são percorridos por centenas de

54
circuitos elétricos, conduzindo correntes, muitas vezes de valor elevado. Além disso, esses
equipamentos podem estar operando nas proximidades de circuitos de média e alta tensões, cuja
intensidade do campo elétrico, pode interferir no seu desempenho operacional ou mesmo
danificá-lo (FILHO, J., 2010).
Os fenômenos transientes são aqueles gerados por fontes internas e externas ao sistema
supridor, com diferentes formas de ondas e variada intensidade, diferem -se do conceito de
ruídos que são as distorções sobrepostas a um sinal elétrico de características conhecidas, que
modifiquem sua forma de onda no tempo. Os principais transientes tratados neste trabalho são:
2.4.1.1 Curtos Circuitos
Nas instalações elétricas ocorrem faltas (quando parte da instalação perde a sua isolação),
que resultam em sobrecorrentes elevadas. Nestas condições, os dispositivos de proteção devem
atuar com rapidez e segurança, isolando as faltas com o mínimo de danos às linhas e aos
equipamentos alimentados e, se possível, sem alterar substancialmente o funcionamento global
da instalação. Neste caso, todos os componentes e cabos devem ser capazes de suportar, por um
determinado tempo, os efeitos térmicos e mecânicos resultante da circulação desta corrente de
curto circuito (COTRIM, 2003).
2.4.1.2 Manobras de bancos de capacitores
Em geral, bancos de capacitores são manobrados diariamente para reagir as condições de
carregamento do sistema, sendo este, portanto, um dos eventos mais comuns em sistemas de
potência. As manobras podem acarretar em severas solicitações, de tensão e de corrente, aos
equipamentos do sistema, causando transitórios de frequências elevadas, cuja intensidade
depende dos parâmetros da rede e suas proteções. Os transitórios mais frequentes são as
sobretensões e surtos de tensão e corrente (MOURA et al., 2012)
Essas sobretensões são resultados do fenômeno de ressonância elétrica entre a reatância
indutiva e a reatância capacitiva do sistema, incluindo o banco de capacitores. São
caracterizados por sobretensões de longa duração, de alta energia e de alta frequência, podendo
a tensão de crista da perturbação atingir o valor de 2 a 5 pu da tensão senoidal do sistema. É
preciso utilizar neste caso, protetores contra sobretensão, podendo ser os para-raios de baixa
tensão, localizados no ponto de suprimento de energia, ou os varistores, instalados nos
equipamentos eletrônicos. (FILHO, J., 2010).

55
2.4.1.3 Partida de motores elétricos de indução tipo gaiola
Os motores elétricos, durante a partida solicitam da rede de alimentação, uma corrente de
valor elevado, da ordem de seis a oito vezes a sua corrente nominal. Nestas condições o circuito,
que inicialmente, fora projetado para transportar a potência requerida pelo motor, é solicitado,
agora, pela corrente de acionamento, durante certo período de tempo. Em consequência, o
sistema fica submetido a uma queda de tensão, normalmente muito superior aos limites
estabelecidos para o funcionamento em regime, podendo provocar sérios distúrbios
operacionais nos equipamentos de comando e proteção, notadamente os equipamentos sensíveis
(FILHO, J., 2010).
Sempre que possível a partida desses motores deve ser indireta, com a finalidade de
diminuir essas solicitações ao sistema. A partida estrela-triângulo, por exemplo, trabalha em
dupla tensão de ligação e a corrente fica reduzida em cerca de 25 a 33 % da corrente de partida
direta. Outros métodos comuns de partida indireta são a partir da chave compensadora,
autotransformador, inversores de frequência e dispositivos soft starters (COTRIM, 2003).
A ABNT NBR 5410 (2004), norma brasileira que disciplina as instalações elétricas de
baixa tensão, recomenda que a queda de tensão, durante a partida de um motor, não seja superior
a 10 %. Porém, dependendo da sensibilidade dos equipamentos instalados, esse limite deve ser
bem inferior, não devendo superar o valor de 2%. Cada situação deve ser estudada
isoladamente, dentro de uma solução geral.
2.4.1.4 Chaveamento do sistema de potência
A operação de disjuntores e interruptores nos sistemas de potência, de forma geral, gera
campos eletromagnéticos cuja frequência pode atingir valores, da ordem de 100 MHz. Em
subestações de 132 kV, os valores de intensidade de campo elétrico encontrado nos disjuntores,
em operação de abertura alcançam aproximadamente 20 kV/m. esse valor cai rapidamente para
taxas médias de 3 kV/m a uma distância de 50 cm, passando para 1 kV/m quando a distância é
aproximadamente 1 m. As emanações desses campos podem causar distúrbios nos
equipamentos eletrônicos e para evitar que os sinais produzidos pela manobra de equipamentos
das subestações deixem o ambiente onde foram originados, é necessário prover a edificação de
uma blindagem eletromagnética. Neste caso, aplica-se, por exemplo, uma tela metálica, com
malha de valor aproximado de 10 x 10 mm e diâmetro do fio de cerca de 1 mm e para que a
blindagem seja eficiente é necessário que fiquem aberturas capazes de deixar o campo

56
eletromagnético sair do recinto. Para isto, faz-se necessário um projeto específico (FILHO, J.,
2010).
A eficiência de uma blindagem pode ser medida pela atenuação do campo que ela pode
propiciar. Atenuações de 15 dB em frequência de 100 MHz são consideradas excelentes. Além
das emissões de alta frequência, o chaveamento do sistema elétrico pode causar oscilações de
tensão de baixa frequência que também afetam os equipamentos sensíveis. São fenômenos de
baixa energia e controlados através de filtros (FILHO, J., 2010).
2.4.1.5 Chaveamentos eletrônicos
Conforme explicado anteriormente, em partidas de motores de médio e grande portes,
utilizados nas instalações industriais, os motores são acionados por partidas indiretas, através
de chaves de partida eletrônicas capazes de produzir sinais periódicos com frequência variando
entre 100 e 100.000 Hz. Um exemplo são as chaves soft Starters, de uso cada vez mais
crescentes. Outro equipamento que pode poluir com sinais indesejáveis as redes elétricas é o
controlador de velocidade de motores de indução, que mantem constante a relação entre tensão
fornecida ao motor e a frequência. O uso de filtros impede que esses sinais atinjam os
equipamentos de tecnologia da informação (FILHO, J., 2010).
2.4.1.6 Harmônicos
Harmônicos são tensões ou correntes de frequências diferentes da onda fundamental, em
qual o sistema opera (50 Hz ou 60 Hz) e possuem multiplicas frequências (IEEE std 1159,
1995). Segundo Ramos (2009) essas componentes harmônicas causam prejuízos ao sistema
elétrica, elevam a temperatura de condutores e de rotores de motores, aumentam as perdas
elétricas e podem provocar sobretensões em capacitores devido ao efeito da ressonância.
Outros transientes tratados em bibliografias sobre o assunto são a variação de frequência
da rede, distúrbios de pequena frequência na rede elétrica, transientes causados por fornos a
arco do tipo direto, radiação de campo de fuga de transformadores de força e cabos de potência,
além das descargas atmosférica e descargas eletrostáticas.
Todo componente de proteção de transiente ou parte de um sistema elétrico é
caracterizado por uma tensão de suportabilidade aos surtos de tensão, ao que se dá o nome de
tensão suportável de impulso (TSI). No caso de sistemas de distribuição da classe de 15 kV, a

57
tensão suportável de impulso é de 95 kV, enquanto nos sistemas de 69 kV a TSI é de 355 kV.
Já nos sistemas de baixa tensão esse valor é de 10 kV (FILHO, J., 2010).
Figura 23 - Surtos de tensão viajando por um sistema de transmissão
Fonte: Filho, J. (2012)
João Mamede Filho (2012) explica que se o valor do surto de tensão superar a TSI dos
isoladores da rede de energia elétrica, ocorre uma descarga através deles, podendo perfura-los.
A descarga também pode ser conduzida externamente e em ambos os casos, fica
presumivelmente estabelecido um curto circuito monopolar a terra, resultando o desligamento
do sistema de proteção de neutro. Se o valor do surto de tensão for inferior a TSI dos isoladores,
a onda de tensão caminha até atingir os equipamentos que estão conectados as duas
extremidades do circuito. Para que esses equipamentos não sejam danificados é necessária a
instalação de para-raios nos pontos de conexão da rede pública de energia elétrica com a rede
do consumidor.
2.4.2 Blindagem eletromagnética
Uma blindagem eletromagnética é um método de redução ou atenuação dos campos
eletromagnéticos que incidem sobre uma instalação, realizada por uma partição metálica
localizada entre duas regiões do espaço a fim de controlar a propagação de campos
eletromagnéticos de uma das regiões para a outra. A blindagem pode ser utilizada, por exemplo,
para conter uma fonte de ruído, evitando a interferência desta fonte de ruído com quaisquer
equipamentos externos à blindagem. Igualmente, a blindagem pode ser usada para manter

Proteção de Equipamentos Eletrônicos no Sertão Nordestino

Proteção de Equipamentos Eletrônicos no Sertão Nordestino

Recomendados

Recomendados

Mais conteúdo relacionado

Mais procurados

Mais procurados (20)

Semelhante a Proteção de Equipamentos Eletrônicos no Sertão Nordestino

Semelhante a Proteção de Equipamentos Eletrônicos no Sertão Nordestino (20)

Proteção de Equipamentos Eletrônicos no Sertão Nordestino