Aterramento rápido
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O documento discute conceitos básicos de aterramento, incluindo sua constituição, componentes da resistência de aterramento e como reduzir a resistência total. Também aborda perigos associados a altas resistências de aterramento, técnicas de equipotencialização e métodos para medir a resistência em sistemas grandes.
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Aterramento rápido
- 1. Aterramento Fundamentos e aspectos Práticos Eng. Camilo Chaves CREA MG 80.684/D
- 2. Conceitos básicos O que é aterramento? Constituição básica de um aterramento: 1. As conexões elétricas que ligam um ponto do sistema aos eletrodos; 2. Eletrodos de aterramento (Qualquer corpo metálico colocado no solo); 3. Terra envolvendo aos eletrodos.
- 3. Componentes da resistência de aterramento Resistência própria do eletrodo e das ligações elétricas ao mesmo Resistência de contato entre o eletrodo e a terra adjacente ao mesmo Resistência da terra circunvizinha
- 4. Se o eletrodo for uma semi-esfera... -Solo homogêneo, com uma semi-esfera como condutor enterrado no solo -A corrente total em cada superfície é a mesma, mas a densidade de corrente que passa pelas superfícies diminui à medida em que estas se afastam do condutor. (J=I/Area) -A DDP é portanto maior nas imediações do condutor
- 5. Perfil de potencial no solo Quanto maior Rt maior Vt para um mesmo I
- 6. PERIGOS INERENTES AO FENÔMENO
- 7. PERIGOS INERENTES AO FENÔMENO
- 8. PERIGOS INERENTES AO FENÔMENO
- 9. Efeito do potencial de passo nos bovinos
- 10. • A Rt (resistência de aterramento total) do sistema, determina qual será o patamar máximo de tensão no solo. • Independente do valor da tensão, o que é nocivo para equipamentos e pessoas é a DDP (Diferença de Potencial) a que estes podem estar submetidos • Deve-se buscar reduzir a Rt para minimizar a DDP .
- 11. O que acontece se a Rt for alta? Aterramento com alto Rt pode causar faiscamentos laterais (Risco de tensões de passo e de toque perigosas)
- 12. Como reduzir Rt ? • Aumentar a malha na horizontal: “Tem efeito prático até no máximo 30m para SPDA” • Tratamento químico: “É possível reduzir até 30 ou 40% para sistemas com 200 ou 300 Ω, mas para 15 ou 20 Ω não tem muita eficácia” • Aumentar o número de eletrodos em paralelo • Eletrodos em poços de concreto: “Eficiente para solos arenosos ou rochosos. Acrescente carvão mineral no concreto para melhorar sua resistividade”
- 13. Como reduzir a tensão de passo? (equipotencialização sempre!) 1- Anéis concêntricos com profundidades crescentes (60cm, 1.2m e 1.8m) 2- Recobrir o piso com camadas de concreto ou asfalto com 5cm de espessura 3- Instalar uma malha INTERNA sob o piso. (10x10) ou (5x5 se as pessoas estiverem descalças) 4- Para os quadrúpedes a malha deve ser uma tela soldada tipo TELCON 20x30cm sob o piso a 50cm
- 14. A equipotencialização em baixa frequência (curto circuito)
- 15. A equipotencialização em alta freqüência (raios)
- 16. Por que a diferença na equipotencialização? Modelo de um filamento condutor no solo por unidade de comprimento
- 17. Pausa para absorção • Tópicos abordados: – Perfil de potencial para 1 eletrodo semi-esférico em solo homogêneo – Definição de potencial de toque, de passo e de transferência – Os perigos de um Rt alta e como reduzi-la – A equipotencialização durante curtos circuitos e descargas atmosféricas
- 18. Condições de baixa freqüência Rt = k. • A resistência de aterramento é diretamente proporcional à resistividade do solo (). A constante de proporcionalidade K expressa apenas os efeitos geométricos (dimensão e forma) dos eletrodos. • Devido à importância de , é necessário estudar quais parâmetros o influencia
- 19. Fatores que determinam a resistividade do solo Tipo do solo Umidade do solo Concentração de sais dissolvidos na água Compacidade do solo Granulometria do solo Temperatura do solo Estratificação do solo
- 20. Estratificação
- 21. Valores de Rt para tipos comuns de eletrodos
- 22. Valores de Rt para tipos comuns de eletrodos
- 23. Análise comparativa Configuração dos eletrodos Rt(Ω) Eletrodo Horizontal 1526.58 Disco Horizontal ao nível do solo 520.83 Haste vertical 410.37 Disco vertical a profundidade R 388.21 Disco horizontal a profundidade R 343.31 Semi-esfera ao nível do solo 331.57 Esfera a profundidade R 248.68 =2500 Ω.m (resistividade comum para solos em Minas Gerais Raio = 1.2m; L=2.4m; a=0.05m/2
- 24. Curva de Potencial para semi-esfera aterrada
- 25. Desempenho de aterramento semi-esférico usando dados de resistividade local
- 26. Fórmulas úteis para Rt (solos homogêneos)
- 27. Aspectos práticos • A resistividade é o parâmetro mais importante a ser medido ao se projetar um aterramento. Ela pode variar em locais diferentes no mesmo terreno. • Faz sentido adotar resistividade média para todo o terreno a fim de projetar a malha? Depende das dimensões e características do terreno. • Se a semi-esfera que engloba o seu aterramento não atingiu a Rt desejada, fazer uma correção de solo com tratamento químico não irá resolver o problema. • A resistividade deve ser medida em cada local onde será instalada a malha. Por isso se mede resistividade quando a obra ainda será construída.
- 28. Aspectos teóricos e técnicos para medição da resistência de um aterramento
- 29. Medição de Resistência de aterramento
- 30. Medição de Resistência de aterramento
- 31. Efeito da aproximação das hastes
- 32. Método da queda potencial (3 terminais) Fim da Zona de influência do aterramento
- 33. Cuidados na medição Alterações na distribuição de corrente
- 34. Como se mede Rt para grandes sistemas de aterramento ? • Usualmente, o patamar pode começar a ser encontrado de 4 a 10x a maior dimensão da malha. Se a malha tiver 1km, o patamar estará a 10km e o eletrodo de corrente mais distante ainda. • Aterramentos de grande porte tem baixa resistência. Com o aumento da distância dos eletrodos de corrente, a resistência intrínseca dos cabos de medição se soma à Rt. Além disso, efeitos como indutâncias entre cabos afeta a medição. • O resultado final da medição não é confiável.
- 35. Estimativa para se encontrar o patamar
- 36. Técnicas para medição de Rt em grandes sistemas • Intersecting curves Method • Slope Method • Four Potential Method • Star-Delta Method
- 38. Slope Method
- 42. Curiosidades • PÁRA RAIO NÃO ATRAI RAIOS. DUVIDA?
- 43. Situações de exposição de risco Turista no Sequoia National Park. Espantado, o irmão tirou a fotografia. 5 minutos depois que eles saíram um raio atingiu a plataforma e matou uma pessoa e feriu sete.
- 44. Conclusões finais • Aterramentos representam um importante sistema tanto na segurança , quanto no bom funcionamento dos sistemas elétricos • Um SPDA mau instalado e um aterramento mau feito pode gerar grandes prejuízos para uma empresa • Grandes sistemas de aterramento necessitam de múltiplos métodos de medição para se obter um valor confiável.
Notas do Editor
- Os eletrodos podem ter qualquer configuração, mas configurações usuais são: Cantoneiras de ferro galvanizado Sistemas hidráulicos ou malhas em reticulado Posicionamento dos eletrodos de aterramento (buscar melhor camada de resistividade): Vertical Horizontal Os eletrodos horizontais (usualmente enterrado a 0,5m da superfície), são muito utilizados quando a maior preocupação é o controle do gradiente de potencial no solo.
- A resistência própria do eletrodo é muito pequena A resistência de contato só seria relevante se o eletrodo tiver alguma camada isolante (de tinta por exemplo) Esta é a parcela mais significativa.
- O solo está aproximado como um conjunto de fatias hemisféricas de mesma espessura (delta d) e resistividade , cuja área cresce à medida que se afasta do eletrodo (A=2*pi*r^2) Para outras configurações de eletrodos, as primeiras fatias equipotenciais tem a forma deste e à medida em que se afastam dele vão se abaulando e tomando a forma de uma semi-esfera. A diferença de resistência então entre os diferentes tipos de eletrodos está apenas nas camadas mais próximas do eletrodo.
- Inconveniências: 1.O SAL SE DISSOLVE com a água da chuva e o tratamento tem que ser renovado a cada 2 ou 3 anos dependendo do tipo do terreno 2. Comprimento máximo na horizontal de 30m (15 a 18 no livro do Duílio) 3. Um gel absorve água durante todo o período de chuva e a perde lentamente na seca. Se a haste é de aço galvanizado, o sal contido no gel é o sulfato ou ferrocianeto de cobre, que ataca a galvanização retirando a camada de zinco. Internacionalmente este método é conhecido como método SANICK e no Brasil pela marca do fabricante: Ericogel, Aterragel, Laborgel, etc... É POSSÍVEL REDUZIR UMA HASTE QUE ESTEJA COM 200 ou 300ohms 30 ou 40%, mas para hastes que estejam já com 15, 20 ohms não tem muita eficácia. A BENTONITA tem eficácia menor que o método SANICK 4. É um procedimento eficiente em solos arenosos ou rochosos. Faz-se um furo cilíndrico no solo, com diâmetro de 30cm ou mais, na profundidade do eletrodos. Centraliza-se o eletrodo e preenche-se este com concreto. Pode-se ainda acrescentar carvão ao concreto para reduzir mais a sua resistividade.
- Medir ou calcular? É interessante realizar uma análise de julgamento prático. Em alguns casos K é tabelado, para formatos de aterramentos típicos, em outros não. A resistividade do solo tem que ser medida, etc... Às vezes é mais prático apenas medir.
- METADE DA DDP TOTAL se situa a 2*raio do eletrodo. Qualquer eletrodo que se situe DENTRO da semi esfera apresentará Rt MAIOR em comparação com a semi esfera (A superfície esférica é a que apresenta maior área de contato com a terra, e portanto tem menor densidade de corrente na superfície). E já se sabe que seja qual for esse eletrodo, ao englobar uma semi-esfera a DDP cairá pela metade a uma distância. duas vezes o raio desta.
- A corrente I flui para o solo através do eletrodo A, e espalha-se radialmente em todas as direções concentrando-se da mesma forma à medida que se aproxima do outro eletrodo.
- A parte inicial da curva é sensivelmente crescente pois a maior parte da resistência de um aterramento localiza-se na terra mais próxima ao mesmo. A curva é a somatória da queda de tensão em cada volume elementar. Entre os pontos x1 e x2 a queda de tensão é tão pequena pois a densidade de corrente é ínfima devido a área da seção de condução ser tão ampla. Essa região é conhecida como patamar de potencial. A DDP entre x1 e x2 é usualmente 2% da DDP entre A e x1. A CORRENTE TOTAL QUE ATRAVESSA CADA SUPERFÍCIE É A MESMA QUE SAIU DO ELETRODO.
- A curva 4 é a medição na reta que une o eletrodo A com B só que na direção oposta ao eletrodo A. Nota-se que a curva tem um crescimento mais lento e tende a alcançar o patamar em pontos mais distantes.
- A distância entre X e C deve ser bem maior que as dimensões lineares do sistema. O eletrodo C deve ser colocado a uma distância pelo menos 4 vezes superior à maior dimensão do eletrodo X. Recomenda-se para pequenos aterramentos no mínimo 40m e para 100m no caso de malhas. O eletrodo de potencial P deve ficar inicialmente a 60% da distância entre X e C (é uma boa estimativa para o patamar). Na prática não precisa levantar a curva inteira, basta variar a posição de P 10% para mais e para menos e verificar se o valor da resistência variou no máximo 2%. O valor médio é o valor da Resistência. SE NÃO APARECER O PATAMAR: Os eletrodos estão perto, afaste-os. Para algumas malhas são necessárias distâncias superiores a 500m Pode haver transferência de potencial devido a algum condutor enterrado. Faça a medição em outra direção. Os eletrodos devem estar firmemente cravados no solo, no caso do eletrodo C este deve estar a mais de 50cm para assegurar uma baixa resistência. Alta resistência em C limita a corrente fornecida pelo instrumento o que pode não ser suficiente para sensibilizar os circuitos de medição. O eletrodo de potencial P não é necessário cravá-lo tão profundo pois a corrente que circula nele é ínfima. (ele tem entrada em alta impedância) QUANDO FOR MEDIR GRANDES MALHAS, os cabos dos eletrodos posicionados em linha apresentam indutância e capacitância mútua que podem influenciar na medição. Neste caso, o eletrodo de potencial P deve ser colocado na direção oposta ao eletrodo de corrente, ou numa direção ortogonal ao segmento XC.
- As correntes são sempre ortogonais às superfícies equipotenciais As superfícies inicialmente tem o formato semelhante ao eletrodo e ao se afastarem tendem a se tornar hemisféricas A heterogeneidade do solo pode alterar sensivelmente os caminhos de corrente. A estratificação do solo em camadas com resistividade diferente pode fazer que os caminhos de corrente sejam mais superficiais ou mais profundos Um corpo condutor de longas dimensões enterrado pode concentrar a corrente que passa no solo alterando as linhas de potencial. A figura mostra 2 eletrodos hemisféricos de raios diferentes (Diametro de A é 10m e B 1m) enterrados a 1000m um do outro. Na primeira parte da figura o solo é homogêneo quanto à resistividade e é aplicada uma DDP de 110V entre os eletrodos. Nota-se que a maior parte da DDP localiza-se no eletrodo com menor diâmetro. A segunda parte da figura 2 mostra os eletrodos em um solo estratificado em 2 camadas, com a camada superficial de resistividade bem menor. Nota-se que o patamar praticamente se extinguiu. (DDP 113V)
- O raio cai a menos de 10 metros do poste no estacionamento.