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Programa de Formação Técnica Continuada

Esquemas de Aterramento

5.1 Características7
5.2 Conseqüências7
5.3 Projeto e operação8
6.1 Condições preliminares8
6.2 Condições impostas9
6.3Proteção contra contatos indiretos9
corrente de curto-circuito9
6.5 Método das impedâncias10
6.6 Método da composição10
6.7 Método convencional10
7.0Proteção em áreas de alto risco12
8.0Proteção em áreas de alto risco13
8.1 Condições preliminares13
8.2Condição de primeira falta13
terra13
dispositivos13
(PIM)14

Índice

aterramento2
1.2 Caracterização e objetivos2
1.3Esquema T (neutro aterrado)2
1.4 Esquema TN2
1.5 Esquema TN-C2
1.6 Esquema TN-S2
1.7 Esquema TN-C-S2
1.8 Esquema IT(neutro isolado)3
impedância)3
2.1 Esquema TN-C3
2.1.1 Características3
2.1.2 Conseqüências3
3.1 Características5
3.2 Conseqüências5
3.3 Compatibilidade eletromagnética5
indiretos e fogo5
3.5 Projeto e operação6
de proteção6
4.1 Características6

Os diferentes esquemas de aterramento descritos caracterizam o método de aterramento do neutro da BT de um transformador AT/BT e o aterramento das partes metálicas expostas da instalação suprida por ele. A escolha desses métodos orienta as medidas necessárias para proteção contra os riscos de contatos indiretos.

Os esquemas de aterramento a serem descritos caracterizam o método de aterramento do neutro da BT de um transformador AT/BT (ou qualquer outra fonte) e os meios de aterramento das partes metálicas expostas da instalação de BT.

A escolha do esquema de aterramento determina as medidas a serem tomadas para proteção das pessoas contra os riscos de contatos indiretos. Se necessário, vários esquemas de aterramento podem coexistir em uma instalação.

Um ponto (geralmente o centro da estrela de um enrolamento BT ligado em estrela) da fonte é ligado diretamente à terra. Todas as partes metálicas expostas e todas as partes metálicas estranhas à instalação são ligadas a um eletrodo de terra separado na instalação.

Este eletrodo é independente do eletrodo da fonte, podendo suas zonas de influência se sobrepor, sem afetar a operação dos dispositivos de proteção.

1.4Esquemas TN

instalação são ligadas ao condutor neutroAs várias

A fonte é aterrada como no esquema T (acima). Na instalação, todas as partes metálicas expostas e as partes também metálicas mas não pertencentes à versões dos esquemas TN são:

1.5Esquema TN-C

O condutor neutro é também usado como condutor de proteção e é designado como PEN (condutor de proteção e neutro). Este esquema não é permitido para condutores de seção inferior a 10mm2 e para os equipamentos portáteis

O esquema TN-C requer o estabelecimento de um ambiente eqüipotencial eficiente dentro da instalação com eletrodos de terra espaçados tão regularmente quanto possível.

Os condutores de proteção e neutro são separados. Em sistemas com cabo enterrado onde exista uma capa de proteção de chumbo, o condutor de proteção é geralmente a capa de chumbo. O uso de condutores separados PE e N (cinco fios) é obrigatório para circuitos de seção inferior a 10mm2 para cobre e 16mm2 para alumínio e em equipamentos móveis.

1.7Esquema TN-C-S

Os esquemas TN-C e TN-S podem ser usados na mesma instalação. No esquema TN-C-S , o esquema TN-C não devem nunca ser usado a jusante do sistema TNS. O ponto em que o condutor PE se separa do condutor PEN é geralmente na origem da instalação.

Nenhuma conexão intencional é feita entre o ponto neutro da fonte e a terra. Todas as partes condutoras expostas e estranhas à instalação são ligadas ao eletrodo de terra.

Na prática todos os circuitos têm uma impedância de fuga para a terra já que nenhuma isolação é perfeita. Em paralelo com esta resistência de fuga distribuída há uma capacitância distribuida e essas partes juntas constituem a impedância normal para a terra. Exemplo: um sistema de baixa tensão, trifásico, 3 fios com um quilômetro de cabo tem uma impedância de fuga equivalente a uma impedância de terra do neutro Zct de 3.0 a 4.0 Ω.

Uma impedância Zs (da ordem de 1.0 a 2.0 ohms) é ligada permanentemente entre o neutro do enrolamento de BT do transformador e a terra. Todas as partes metálicas expostas e estranhas à instalação são ligadas a um eletrodo de terra. As razões para esta forma de aterramento da fonte são: fixar o potencial de uma pequena rede em relação à terra (Zs é pequena quando comparada com a impedância de fuga) e reduzir o nível de sobretensões, tais como os surtos em relação à terra transmitidos pelos enrolamentos de alta tensão, cargas estáticas, etc.

Cada sistema de aterramento reflete três escolhas técnicas:

n Método de aterramento; n Disposição dos condutores de proteção; n Disposição da proteção contra contatos indiretos.

Conseqüências: n Choque elétrico; n Fogo (Incêndio); n Continuidade do sistema de força; n Sobretensões; n Perturbações eletromagnéticas; n Projeto e Operação.

2.1Esquemas TN-C 2.1.1 Características n Método de Aterramento:

O neutro é ligado diretamente à terra. O condutor neutro é aterrado em tantos pontos quanto possível.

Partes metálicas expostas do equipamento e partes metálicas estranhas ao equipamento são ligadas ao condutor neutro; n Arranjo da proteção contra contatos indiretos

L1 L2 L3 N PE

É obrigatória a desconexão automática no evento de uma falha na isolação.

Esta desconexão deve ser provida por disjuntores (de preferência) ou fusíveis.Quando há o PEN os dispositivos de correnteresidual não podem ser usados para essa finalidade desde que uma falta na isolação para terra também constitui um curto circuito fase/ neutro.

2.1.2 Conseqüências Sobretensões:

n durante uma falha na isolação de AT, irá aparecer uma tensão de freqüência industrial entre as partes metálicas expostas do equipamento de baixa tensão e um terra distante; n a continuidade do fornecimento de energia, a compatibilidade eletromagnética e o incêndio:

n a corrente de falta da isolação é elevada (da ordem de vários kA).

n Durante uma falha da isolação BT a queda de tensão na fonte, as perturbações eletromagnéticas e o risco de danos ( incêndio, enrolamentos de motores e estruturas magnéticas) são altos; n sobretensões: durante uma falta a tensão entre fases e as massas sobe para um valor de 1,45 x Un

O esquema TN-C é proibido para circuitos com condutor inferior a 10mm2. É também proibido para condutores flexíveis.

n Proteção contra Incêndio: O esquema TN-C é proibido em instalações onde há um alto risco de incêndio ou explosão

A razão é que a conexão das partes metálicas estranhas do edifício ao condutor PEN cria um fluxo de corrente nas estruturas resultando em um risco de incêndio e perturbações eletromagnéticas. Durante faltas da isolação estas correntes de circulação são consideravelmente aumentadas. Estes fenômenos constituem a razão da proibição do uso do esquema TN-C em instalações em que o risco de incêndio é alto.

A presença de qualquer comprimento de condutor PEN em um edifício leva ao fluxo de correntes nas partes metálicas expostas e na blindagem de equipamentos alimentados por um sistema TN-S.

n compatibilidade eletromagnética: quando um condutor PEN é instalado em um edifício, independentemente do seu comprimento, ele leva a uma queda de tensão de freqüência industrial em condições normais de operação, criando diferenças de potencial e, portanto, o fluxo de correntes em qualquer circuito formado por partes metálicas expostas da instalação, partes metálicas estranhas do edifício, cabos coaxiais e a blindagem de computadores ou sistemas de telecomunicações. Estas quedas de tensões são amplificadas em instalações modernas pela proliferação de equipamentos gerando harmônicos de terceira ordem. A grandeza desses harmônicos é triplicada no condutor neutro ao invés de ser cancelada como no caso da fundamental; n em uma maneira menos aparente essas correntes de circulação correspondem a um desbalanço das correntes no circuito de distribuição e portanto à criação de campos magnéticos que podem perturbar tubos de raios catódicos, monitores, certos equipamentos médicos etc. em níveis tão baixos quanto 0,7A/m (isto é, 5 amperes passando a um metro de uma carga sensível - EES). Esse fenômeno é amplificado no evento de uma falta na isolação; n corrosão: a corrosão tem duas fontes, primeiro a componente C que o condutor PEN pode conduzir e segundo, as correntes telúricas que corroem os eletrodos de terra e as estruturas metálicas no caso de um aterramento múltiplo ; n arranjo da proteção contra contatos indiretos.

Devido às altas correntes de curto e tensões de toque:

n uma desconexão automática é obrigatória no evento de uma falha na isolação; n esta desconexão precisa ser provida por disjuntores ou fusíveis. Nas instalações com um condutor combinado neutro e proteção os dispositivos de correntes residuais não podem ser usadas com este propósito desde que uma falta da isolação para a terra também constitui um curto circuito fase/neutro; n incêndio: a proteção não é provida para certos tipos de faltas (faltas de alta impedância) que não são instantaneamente transformadas em curto-circuitos francos. Somente dispositivos de corrente residual oferecem este tipo de proteção. Esta situação, portanto apresenta um risco de incêndio; n projeto e operação: quando são usados disjuntores ou fusíveis para proteção contraRn

L1 L2 L3 N PE contatos indiretos a impedância da fonte, os circuitos a montante e os circuitos a jusante (os únicos a serem protegidos)precisam ser conhecidos na fase de projeto e permanecerem inalterados a não ser que a proteção seja também alterada. Esta impedância precisa ser medida depois da instalação e a partir de então a intervalos regulares (dependendo do tipo da instalação considerada). As características dos dispositivos de proteção são determinadas por estes elementos; n quando a instalação pode ser suprida por duas fontes (UPS, conjunto motor - gerador, etc.), as características comandando a abertura do disjuntor ou a fusão do fusível precisam ser determinadas para cada configuração e cada fonte usada;

L1 L2 L3 PEN incorrect

16 mm210 mm26 mm26 mm2 PEN

4 x 95 mm2TNC incorrectcorrect correct

PEN connected to the neutral terminal is prohibited

S < 10 mm2 TNC prohibited o cada circuito é projetado de uma vez para sempre e não pode exceder um comprimento máximo especificado nas tabelas de projeto em função do esquema de proteção utilizado; cabos superdimensionados podem ser necessários em certos casos;

Qualquer modificação na instalação requer um recálculo e uma verificação nas condições de proteção.

o O ponto neutro do transformador (ou do sistema de suprimento se a distribuição usa um esquema TNC e a instalação o esquema TN-S) é aterrado somente uma vez, na origem da instalação, o As partes metálicas expostas do equipamento e as partes estranhas também metálicas são ligadas aos condutores de proteção os quais por sua vez são ligados ao neutro do transformador; n Arranjo dos condutores de proteção PE

Os condutores PE são separados dos condutores neutros e são dimensionados para a maior corrente de curto que possa ocorrer ; n Arranjo da proteção contra contatos indiretos incorrect6 m

Devido às altas correntes e tensões de toque: uma desconexão automática é obrigatória no evento de uma falha da isolação, o Esta desconexão precisa ser provida por disjuntores, fusíveis ou dispositivos de corrente residual desde que a proteção contra contatos indiretos possa ser separadas da proteção contra faltas fase/fase ou fase/neutro.

n Método de aterramento:

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