Aterramento Elétrico: Curso Introdutório, Notas de estudo de Engenharia Elétrica

Baixe Aterramento Elétrico: Curso Introdutório e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia Elétrica, somente na Docsity! 28/1/2005 1 ATERRAMENTO ELÉTRICO Francisco André de Oliveira Neto PETROBRÁS – JUNHO/2003 28/1/2005 2 Introdução Aterramento elétrico é um curso introdutório para técnicos de nível médio. Objetivo capacitar os técnicos para avaliar o projeto e a execução de sistemas de aterramento elétrico. Metodologia Aulas expositivas, exercícios, prática de medição de aterramento e discussão das experiências individuais sobre o tema. 28/1/2005 5 Programação MÓDULO 3: Dimensionamento de condutores dos sistemas de aterramento Seleção dos condutores no projeto de aterramento de sistemas eletrônicos Dimensionamento de sistemas de aterramento Dimensionamento de malhas de aterramento pelo método do IEEE Aplicações práticas Tempo previsto: 1 dias 12/06/2003 28/1/2005 6 Indagações Qual a importância do aterramento? O aterramento impede uma pessoa de ser submetida ao choque elétrico? Como deve ser construído o aterramento? Quais os requisitos gerais para um bom dimensionamento de um sistema de aterramento 28/1/2005 1 ATERRAMENTO ELÉTRICO Francisco André de Oliveira Neto O CHOQUE ELÉTRICO PETROBRÁS – JUNHO/2003 28/1/2005 4 CHOQUE ELÉTRICO Mão - pé 28/1/2005 5 Proteção Contra Choques Elétricos (NBR 5410 / 97) 5.1.2 Proteção contra contatos diretos •5.1.2.1 Proteção por isolação das partes vivas •5.1.2.2 Proteção por meio de barreiras ou invólucros •5.1.2.3 Proteção parcial por meio de obstáculos •5.1.2.4 Proteção parcial por colocação fora de alcance •5.1.2.5 Proteção complementar por dispositivo “DR” de alta sensibilidade 5.1.3 Proteção contra contatos indiretos •5.1.3.1 Proteção por seccionamento automático da alimentação •5.1.3.2 Proteção pelo emprego de equipamentos da classe II •5.1.3.3 Proteção em locais não condutores •5.1.3.4 Proteção por ligações equipotenciais locais não aterradas •5.1.3.5 Proteção por separação elétrica 28/1/2005 6 Dispositivo “DR” São dispositivos que detectam a soma fasorial das correntes que percorrem os condutores de um circuito num determinado ponto. O módulo dessa soma fasorial é a chamada “Corrente Diferencial-Residual”(IDR) . 28/1/2005 9 AVALIAÇÃO DAS CORRENTES PERIGOSAS À VIDA HUMANA EFEITOS DA CORRENTE ELÉTRICA Térmico Químico 28/1/2005 10 AVALIAÇÃO DAS CORRENTES PERIGOSAS À VIDA HUMANA POTENCIAL DO CORPO HUMANO Em repouso de 40 a 80mV entre a superfície e o interior das fibras nervosas Coração Representa um bipolo elétrico, cuja tensão tem como consequência um campo de fluxo elétrico no corpo... A grandeza absoluta da tensão registrada no eletrocardiograma, situa-se aproximadamente de 1 a 1,6mv e sua frequência entre 1,1 a 1,3Hz. 28/1/2005 11 AVALIAÇÃO DAS CORRENTES PERIGOSAS À VIDA HUMANA Porcentagem de pessoas analisadas 5% 50% 95% SENSAÇÕES (mA) Corrente perceptível apenas nas palmas das mãos 0,7 1,2 1,7 Ligeiro formgamento nas palmas das mãos, como se as mesmas estivessem dormentes 1,0 2,0 3,0 Formigamento também perceptível nos pulsos 1,5 2,5 3,5 Leve vibração das mãos, pressão nos pulsos 2,0 3,2 4,4 Ligeira caimbra nos antebraços, como se fossem comprimidos com algemas 2,5 4,0 5,5 Ligeira caibra nos braços 3,2 5,2 7,2 As mãos tornam-se rígidas e contraídas, o largar ainda é possível; sensação de dor 4,2 6,2 8,2 Caimbra nos braços, as mãos tornam-se pesadas e insensíveis, picadas em toda a superficie dos braços 4,3 6,6 8,9 Caimbra geral dos braços, chegando até as axilas, o largar é ainda porssível (let- go-current) 7,0 11,0 15,0 28/1/2005 14 Conclusão das pesquisas parâmetros importantes do choque Intensidade da corrente Duração Percurso Frequência Taxa de crescimento 28/1/2005 15 AVALIAÇÃO DAS CORRENTES PERIGOSAS À VIDA HUMANA Influência da intensidade da corrente no corpo humano Choque em 220V A6 1000 6000 ==kI Choque em 6000V mAIk 2201000 220 == 28/1/2005 16 AVALIAÇÃO DAS CORRENTES PERIGOSAS À VIDA HUMANA G am a de intensidade de corrente R eações fisiológas Intensidade da corrente eficaz (m A ) I Início da perceptibilidade da co rrente até ao estado em que já não é po ssível largar so zinho o co ntato . Ausência de influência so bre o s batimentos cardiácos e o sistema de co nduto res de estímulo s Até 25 II Intensidade da co rrente ainda supo rtável. E levação da pressão sanguinea, irregularidade do s batimentos cardiacos, parada reversível do co ração , acima de cerca de 50mA, perda de sentidos. 25 a 80 III Perda de sentido s e fibrilação 80 a 3000 IV E levação da pressão sanguinea, parada reversível do co ração , arritimias, flatulência pulmonar, em regra preda de sentidos > 3000 28/1/2005 19 AVALIAÇÃO DAS CORRENTES PERIGOSAS À VIDA HUMANA Influência da freqüência da corrente no corpo humano “O limite em CA é consideravelmente abaixo do valor em C.C.” A resistência elétrica diminui com o aumento da frequência Ω= 550100HzkRΩ= 200.150HzkR 28/1/2005 20 AVALIAÇÃO DAS CORRENTES PERIGOSAS À VIDA HUMANA LIMITE DA CORRENTE PERMISSÍVEL NO CORPO HUMANO “Dalziel e outros pesquisadores fizeram pesquisas visando descobrir um valor seguro de suportabilidade sem fibrilação da energia absorvida pelo corpo e chegou a seguinte equação: t k t S IStI kkkk ==⇔=× 2 28/1/2005 21 AVALIAÇÃO DAS CORRENTES PERIGOSAS À VIDA HUMANA Limite da corrente permissível no corpo humano “Dalziel limitou as sua pesquisas ao intervalo: st 303,0 ≤≤ mas descobriu também que a energia era função da massa do corpo. Logo era preciso relacionar o valor da energia absorvida pelo corpo com as respectivas massas.” 28/1/2005 24 AVALIAÇÃO DAS CORRENTES PERIGOSAS À VIDA HUMANA Limite da corrente permissível no corpo humano 28/1/2005 25 CIRCUITO DE TERRA ACIDENTAL Resistência do corpo humano em frequências normais, é representada por uma resistência não indutiva entre ambos os pés, ambas mãos ou entre mão e pé. Nos cálculos são desprezados os valores das resistência dos sapatos, meias e da pele e tomado como sendo igual a 1.000Ω . 28/1/2005 26 CIRCUITO DE TERRA EQUIVALENTE Circuito acidental equivalente usando o valor da corrente tolerável do corpo humano e as constantes apropriadas dos circuitos, é possível determinar a voltagem tolerável entre qualquer dois pontos críticos de contato. Essa voltagem deve produzir uma corrente circulante no corpo menor que aquela máxima tolerável pelo corpo humano. kA II < 28/1/2005 29 CIRCUITO DE TERRA EQUIVALENTE Condições de contorno: •Resistência de contato das mãos =0 •Resistência de contato pé solo Resistência mútua entre pés ( )14 XFbRpé ρ = ( )22 XFdR péspé π ρ = 28/1/2005 30 CIRCUITO DE TERRA EQUIVALENTE ( ) ( )XKxXF , 28/1/2005 31 CIRCUITO DE TERRA EQUIVALENTE Alguns autores sugerem b=0,08m para eliminar o termo de resistência mútua e o somatório infinito. Essa substituição conduz a: spéR ρ3= L=6m 16cm Área=200cm² A LR spé × = ρ s s péR ρ ρ 3 200 600 = × = INTRODUÇÃO O choque elétrico é a perturbação de natureza e efeitos diversos que se manifesta no organismo humano quando este é percorrido por uma corrente elétrica. Os efeitos das perturbações variam e dependem de vários fatores como: Percurso da corrente elétrica pelo corpo; Intensidade da corrente elétrica; Tempo de duração do choque elétrico; Espécie da corrente elétrica; Freqüência da corrente elétrica; Tensão elétrica; Estado de umidade da pele; Condições orgânicas do indivíduo. INTRODUÇÃO As perturbações no indivíduo, manifestam-se por: Inibição dos centros nervosos, inclusive dos que comandam a respiração produzindo PARADA RESPIRATÓRIA; Alteração no ritmo cardíaco, podendo produzir FIBRILAÇÃO VENTRICULAR e uma conseqüente PARADA CARDÍACA; Queimaduras profundas, produzindo NECROSE do tecido; Alterações no sangue provocadas por efeitos térmicos e eletrolíticos da corrente elétrica. Se o choque elétrico for devido ao contato direto com a tensão da rede, todas as manifestações podem ocorrer. Para os choques elétricos devidos à tensão de toque e passo impostas pelo sistema de aterramento durante o defeito na rede elétrica, a manifestação mais importante a ser considerada é a FIBRILACÃO VENTRICULAR DO CORAÇÃO. FUNCIONA MECÂNICO DO Artéria pulmonar direita N Veia pulmonar N direita Artéria pulmonar esquerda Pulmão direito Pulmão esquerdo Veio cava superior sm pulmonar esquerda No sa —— Rê y Atrio direito Ventrículo esquerdo Feixe de His Veio cova inferior Ventrículo direito INFLUÊNCIA DO VALOR DA CORRENTE ELÉTRICA Curva de segurança com probabilidade de 0,5% de fibrilação ventricular. INFLUÊNCIA DA CORRENTE ELÉTRICA I (m A) C.A. C.C. REAÇÃO FISIOLÓGICA CONSEQUÊNCIA SALVAMENTO RESULTADO FINAL MAIS PROVAVEL Até 25 Até 80 1 mA (C.A) - limiar da sensação/sensação de formigamento 5-15mA (C.A) contração muscular 15-25 mA (C.A) contração violenta; impossibilidade de soltar o objeto e problemas respiratórios Se a corrente for próxima de 25mA pode haver asfixia e consequente morte aparente Respiração Artificial Restabelecimento 25-80 80-300 Sensação insuportável Contrações violentas Asfixia Morte aparente Respiração Artificial Restabelecimento >80 >300 Asfixia imediata Fibrilação ventricular Alterações musculares Queimaduras Morte aparente • Respiração Artificial • Massagem Cardiaca Caso levado ao hospital e feito a desfibrilação - restabelecimento Corrente da ordem de amperes Queimaduras (efeito térmico) Necrose dos tecidos Fibrilação ventricular Asfixia imediata Danos posteriores resultado do produto da eletrólise Morte aparente Dependendo da extensão das queimaduras, sequelas e morte • Respiração Artificial • Massagem Cardiaca • Tratamento Hospitalar Hospital Desfibrilação Recuperação difícil Atrofia muscular Outros danos FIM POTENCIAL DE TOQUE k c chtoque I RRV ×⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ += 2 ( ) kstoque IV ×+= ρ5,1000.1 POTENCIAL DE PASSO ( ) kcchpasso IRRV ×+= 2 ( ) kspasso IV ×+= ρ6000.1 CORREÇÃO DOS POTENCIAS DEVIDO A COLOCAÇÃO DE BRITA NA SUPERFICIE ( )( ) t KhCV sss 116,0,5,1000.1máximo toque ×+= ρ ( )( ) t KhCV sss 116,0,6000.1máximo toque ×+= ρ ( ) ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛+ += ∑ ∞ =1 2 08,0 21 21 96,0 1, n s n ss hn KKhC sa saK ρρ ρρ + − = ATERRAMENTO ELÉTRICO FRANCISCO ANDRÉ DE OLIVEIRA NETO PETROBRAS JUNHO/2003 ESQUEMAS DE ATERRAMENTO •Primeira letra: situação da alimentação em relação a terra T – um ponto diretamente aterrado; I – isolação de todas as partes vivas em relação à terra ou aterramento de um ponto através de uma impedância ESQUEMAS DE ATERRAMENTO •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 SISTEMA TN-S S pfn C Z RV V × = coch C ch RR VI + = fnatS VIZ ≤× lfn l co te VV V R R − ≤ SISTEMA TN-S « Secundário do transformador €S ções [] ! Rat EEE (TRES alha de terra -«———— les |] PE SISTEMA TN-C Secundário do transformador Massa — Aterramento da * | alimentação | SISTEMA IT a o A ” —— B o has a em, Cc so IE — N ER “ 55 nt N PE PE Massa Massa Z T Aterramento | | p daalimentação Lol nn J RmnXI, <V, SISTEMA IT — = A -*=—— E B | *— T— Cc | + T PRESCRIÇÕES GERAIS DO ATERRAMENTO a) As massas simultaneamente acessíveis devem ser ligada à mesma rede do aterramento, individualmente, por grupo ou coletivamente. b) Em cada edificação, deve existir uma ligação equipotencial principal, reunindo os seguintes elementos: • Condutor de proteção principal • Condutor de aterramento principal ou terminal de aterramento principal • Canalizações metálicas de água, gás e outras utilidades • Colunas ascendentes de sistemas de aquecimento central ou de condicionamento de ar • Elementos metálicos da construção e outras estruturas metálicas • Eletrodo de aterramento do sistema de proteção contra descarga atmosféricas e eletrodo de aterramento da antena externa de televisão. FIM MEDIDAS DE POTENCIAL Francisco André de Oliveira Neto PETROBRÁS – JUNHO/2003 MEDIDAS DE POTENCIAL Utilizam-se 2 placas de cobre ou aluminio, com superfícies bem polidas, de dimensões 10x20cm e com terminal próprio para a interligação do voltímetro para simular a área de contato do pé humano. Deve ser utilizado voltímetro de alta sensibilidade (alta impedância) e intercalar entre os pontos de medição uma resistência com valor de 1.000Ω Deve-se efetuar as medidas em todos os quadrantes do solo, com relação a extrutura. EXTRAPOLA MEDID = .—— E — 0 — FIM MEDIDA DA RESISTIVIDADE DO SOLO Francisco André de Oliveira Neto PETROBRÁS – JUNHO/2003 TÉCNICAS DE MEDIÇÃO (WENNER) Crava-se no solo 4 hastes alinhadas e espaçadas uniformemente. (SHLUMBERGER) Crava-se no solo 4 hastes alinhadas e espaçadas uniformemente. aRπρ 2= ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ += 1 b aaRπρ FIM MEDIDA DA RESISTÊNCIA DE ATERRAMENTO Francisco André de Oliveira Neto PETROBRÁS – JUNHO/2003 LA TECNICAS DE M TÉCNICAS DE MEDIÇÃO Máxima dimensão aterrada do sistema a ser medido (metros) Distância da estaca de potencial medida desde o centro do sistema (metros) Distância da estaca de corrente medida desde o centro do sistema (metros) 0,5 11,4 19,4 1 16,3 27 1,5 20,1 33 2 23,3 38 2,5 26,1 42,5 3 28,6 46,5 4 33,2 53,8 5 37 60 6 41 66 7 44 71 8 47 76 9 50 81 10 53 85 15 65 105 20 76 120 30 94 149 40 109 172 50 122 193 60 135 212 70 146 230 80 157 246 90 167 262 100 178 279 TÉCNICAS DE MEDIÇÃO MÉTODO DA INTERSEÇÃO DAS CURVAS O X d i dv Ponto arbitrário de medição ( )d X d Xv i= + × −0 6 1 8, DIMENSIONAMENTO DE CONDUTORES DOS SISTEMAS DE ATERRAMENTOS Francisco André de Oliveira Neto PETROBRÁS – JUNHO/2003 DIMENSIONAMENTO DE CONDUTORES DE ATERRAMENTO As empresas concessionárias de energia elétrica têm por prática padronizar as seções dos cabos de aterramento elétrico. Várias empresas adotam o condutor de 2AWG ou 25mm² como valor mínimo. No entanto cabos de seções menores podem ser utilizados sem prejuízo da confiabilidade do aterramento. Só para termos um idéia, a PETROBRAS, padroniza como seção mínima o cabo de cobre de 70mm² DIMENSIONAMENTO DE CONDUTORES DE ATERRAMENTO A corrente de falta escoada para a terra pode ser obtida simplificadamente por: ars n cc RZ VI + = O dimensionamento da seção do condutor de aterramento pode ser feita utilzando-se a expressão abaixo: ⎟ ⎟ ⎟ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎜ ⎜ ⎜ ⎝ ⎛ +− ∆ +××× ××× = i r cK Ft IS θ α θγ αρ 201 1ln 20 DIMENSIONAMENTO DE CONDUTORES DE ATERRAMENTO 5θ 6θ fθ Conclusão 164,6 148,8 206,2 Aceitável com boa margem de segurança 437,6 386,7 624,4 Aceitável com boa margem de segurança 211,5 198,9 280 Aceitável com boa margem de segurança 662,6 582,9 1018,8 Não aceitável (amolece) DIMENSIONAMENTO DE CONDUTORES DE ATERRAMENTO CONSIDERAÇÕES SOBRE AS CONEXÕES As conexões cabo-cabo, cabo-haste fazem parte integrante do sistema de aterramento e deverão suportar as correntes de falta durante os tempos considerados sem ter alterado suas características mecânicas ou elétricas. Deverão ainda apresentar resistência elétrica própria e resistência elétrica de contato desprezível, visando minimizar o efeito Joule. Na norma IEEE-80, consideram-se as conexões exotérmicas como "só cabos", tendo em vista seu desempenho nos ensaios efetuados. Ou seja, um sistema de aterramento onde se utilizam conexões, exotérmicas pode ser considerado como se os cabos e eletrodos utilizados fossem contínuos. Assim sendo, o dimensionamento apresentado para os condutores não depende das conexões, entre os elementos constituintes do sistema de aterramento. . FIM