NBR 15751 - SISTEMA DE ATERRAMENTO DE SUBESTAÇÕES

NORMA BRASILEIRA

ABNT NBR 15751 Primeira edição 13.08.2009 Válida a partir de 13.09.2009

Sistemas de aterramento de subestações — Requisitos Substation earthing systems – ,Requireme ,Requirements nts

ICS 17.220.20; 29.080.01

ISBN 978-85-07-01691-5

Número de referência ABNT NBR 15751:2009 15751:2009 47 páginas

ABNT NBR 15751:2009

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ii

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ABNT NBR 15751:2009

Sumário

Página

Prefácio........................................................................................................................................................................v 1

Escopo............................................................................................................................................................1

2

Referências Referência s normativ normativas as ..................................................................................... ................................................................................................................................1 ...........................................1

3

Termos e definições.............................................................................................................. definições...................................................................................................................................... ........................ 1

4

Modelagem do solo ..................................................................................... .......................................................................................................................................4 ..................................................4

5 5.1

Estabelecimento Estabelec imento de uma geometria básica de malha ...............................................................................4 Cálculo preliminar da resistênc resistência ia de aterrame aterramento nto .....................................................................................5

6 6.1 6.2 6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4

Dimensionamento Dimensioname nto do condutor da malha...................................................................................................6 Dimensionamento mecânico................................................................................................... Dimensionamento mecânico........................................................................................................................ .....................6 6 Dimensionamento Dimensionam ento térmico .................................................................................................... ........................................................................................................................... ....................... 6 Formulação Formulaçã o ................................................................................... ....................................................................................................................................................6 .................................................................6 Conexões........................................................................................................................................................7 Condutores.....................................................................................................................................................8 Constantes Constant es do material.................................................................................................................................8

7 7.1 7.2 7.3 7.4

Cálculo das tensões permissív permissíveis eis ............................................................................................. ............................................................................................................... ..................8 8 Corrente de choque de longa duração ( I chld) ................................................................................ .............................................................................................. ..............9 9 Corrente de choque de curta duração ( I chcd) ................................................................................ .............................................................................................. ..............9 9 Tensão de passo........................................ passo....................................................................................................................... .................................................................................................. ...................10 10 Tensão de toque ......................................................................................... ..........................................................................................................................................11 .................................................11

8 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9

Cálculo da corrente de malha ........................................................................................... ....................................................................................................................14 .........................14 Cálculo da corrente de malha simétrica eficaz .............................................................................. ........................................................................................ ..........16 16 Corrente de falta I f .......................................................................................................................................19 Prescrições Prescriçõe s para o cálculo da corrente de malha............................................................................ malha.................................................................................... ........19 19 Fator de decremento Df ...............................................................................................................................19 Fator de projeção C p ....................................................................................................................................20 Cálculo final da corrente de malha malha......................................................................................... ............................................................................................................ ...................20 20 Fator de distribuição S f ...............................................................................................................................21 Relação entre corrente de malha e corrente de falta...............................................................................21 Condição de seguranç segurança a em expansõ expansões es do sistema elétrico ..................................................................21

9

Cálculo de potencia potenciais is no solo....................................................................................................................21

10 Recomendações Recomenda ções gerais...................... gerais......................................................................................................... ......................................................................................................... ......................22 22 10.1 Aterramento Aterrame nto ..................................................................................... .................................................................................................................................................22 ............................................................22 10.2 Condutores Condutore s da malha malha................................................................................................ ..................................................................................................................................22 ..................................22 10.3 Aterramento Aterrame nto de cercas metálica metálicas s ........................................................................................... .............................................................................................................. ...................22 22 10.4 Aterramento Aterrame nto de equipame equipamentos..................................................................................... ntos...................................................................................................................24 ..............................24 10.4.1 Aterramen Aterramento to de pára-raios pára-raios sobre sobre suportes suportes e de disjuntores disjuntores de corpo corpo único.......................................24 10.4.2 Aterrame Aterramento nto de de pára-raios pára-raios sobre vigas............................................ vigas.....................................................................................................25 .........................................................25 10.4.3 Aterramen Aterramento to de transform transformadores adores de potencial potencial indutivo .........................................................................25 10.4.4 Aterrame Aterramento nto de transform transformadores adores de potencial capacitiv capacitivo......................................................................27 o......................................................................27 10.4.5 Aterramen Aterramento to de transform transformadores adores de corrente.............................................................................. corrente..........................................................................................28 ............28 10.4.6 Aterrame Aterramento nto de isoladores de pedesta pedestall ................................................................................... .................................................................................................... .................29 29 10.4.7 Aterramen Aterramento to de chaves seccionad seccionadoras........................................ oras.....................................................................................................30 .............................................................30 10.4.8 Aterramen Aterramento to de disjuntores disjuntores com pólos separad separados os .................................................................................31 10.4.9 Aterramen Aterramento to de transformadore transformadores s de potência potência monofásicos monofásicos ou banco banco de monofásico monofásicos s .................... ....................32 32 10.4.10 Aterramento Aterramento de transformadores de potência trifásicos trifásicos ........................................................................33 10.4.11 Aterramento Aterramento de reatores de potência........................................................................................................34 10.4.12 Aterramento Aterramento de transformadores de serviços auxiliares........................................................................34 10.4.13 Aterramento Aterramento de bancos de capacito capacitores res ................................................................................... .................................................................................................... .................35 35


iii

ABNT NBR 15751:2009 10.4.14 Aterramento Aterramento de postes postes de iluminação .................................................................................... ...................................................................................................... ..................36 36 10.4.15 Aterramento Aterramento de luminárias e projetores instalados instalados em colunas de concreto ou metálicas............... 36 10.4.16 Aterramento Aterramento de tomadas de força e telefônicas do pátio da subestação............................................. 37 10.4.17 Aterramento Aterramento de torres de telecomunicação telecomunicação ........................................................................................ ............................................................................................. ..... 37 10.4.18 Aterramento Aterramento de ferragens de cadeias de isoladore isoladores............................................................................... s............................................................................... 37 10.4.19 Aterramento Aterramento de cabos e hastes pára-ra pára-raios...............................................................................................37 ios...............................................................................................37 10.4.20 Aterramento Aterramento de blindagens de cabos isolados........................................................................................37 10.4.21 Aterramento Aterramento das canaletas e eletrodutos de pátio de subesta subestação........................................................ ção........................................................ 38 10.4.22 Aterramento Aterramento de caixas de passagem ...................................................................................... ........................................................................................................ ..................38 38 10.4.23 Aterramento Aterramento de circuitos segregados por função ...................................................................................38 10.4.24 Anel de amortecimento ou eletrodo de terra de blindagem....... blindagem....................................................................38 .............................................................38 10.4.25 Aterramento Aterramento dos equipament equipamentos os eletrônicos no interior da casa de comando.....................................39 10.4.26 Aterramento Aterramento de painéis de serviços auxiliares c.a. ........................................................................ ................................................................................. .........39 39 10.4.27 Aterramento Aterramento de painéis de serviços auxiliares c.c. ........................................................................ ................................................................................. .........39 39 10.4.28 Aterramento Aterramento de retificadores retificadores ................................................................................................ ..................................................................................................................... .....................39 39 10.4.29 Aterramento Aterramento de banco de baterias baterias ......................................................................................................... ............................................................................................................ ...39 39 10.4.30 Tomadas de força no interior das edificações, geradores, leitos de cabos, esquadrias, portas e janelas...........................................................................................................................................................39 janelas............................................................................. ..............................................................................39 10.5 Transferência Transfer ência de potencial .......................................................................................... .........................................................................................................................39 ...............................39 Anexo A (informativo) Cálculo da resistividade aparente do solo......................................................................40 Anexo B.1 B.1.1 B.1.2 B.2 B.2.1 B.2.2

B (informativo) Metodolog Metodologia ia para cálculo simplificado simplificado de potenciais potenciais no solo ......................................42 Cálculo das tensões de toque (metodolo (metodologia gia simplificada para malhas reticulada reticuladas s retangular retangulares) es).... ....42 42 Tensão de toque para correntes de curta duração..................................................................................42 Tensão de toque para correntes de longa duração................................................................................. 43 Cálculo das tensões de passo (metodo (metodologia logia simplificada para malhas reticuladas retangula retangulares) res) ... ...44 44 Determinação Determinaç ão da tensão de passo máxima..............................................................................................44 Determinação Determinaç ão da diferenç diferença a de potencial entre dois dois pontos pontos quaisquer quaisquer na na superfície superfície do solo............ solo............44 44

Anexo C (informativo) Outras metodologias metodologias para cálculo de potenciais............................................................47

iv


ABNT NBR 15751:2009

Prefácio A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) é o Foro Nacional de Normalizaçã Normalização. o. As Normas Brasileiras, cujo conteúdo é de responsabilidade dos Comitês Brasileiros (ABNT/CB), dos Organismos de Normalização Setorial (ABNT/ONS) e das Comissões de Estudo Especiais (ABNT/CEE), são elaboradas por Comissões de Estudo (CE), formadas por representantes dos setores envolvidos, delas fazendo parte: produtores, consumidores e neutros (universidade, laboratório e outros). Os Documentos Técnicos ABNT são elaborados conforme as regras das Diretivas ABNT, Parte 2. A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) chama atenção para a possibilidade de que alguns dos elementos deste documento podem ser objeto de direito de patente. A ABNT não deve ser considerada responsável pela identificação de quaisquer direitos de patentes. A ABNT NBR 15751 foi elaborada no Comitê Brasileiro de Eletricidade (ABNT/CB-03), pela Comissão de Estudo de Segurança no Aterramento de Subestações c.a (CE-03:102.01). O seu 1 Projeto circulou em Consulta Nacional conforme Edital n 10, de 08.10.2008 a 08.12.2008, com o número de Projeto 03:102.01-007. O seu 2 Projeto circulou em Consulta Nacional conforme Edital n 04, de 09.04.2009 a 08.05.2009, com o número de 2º Projeto 03:102.01-007. º

º

º

º

O Escopo desta Norma Brasileira em inglês é o seguinte: Scope This Standard specifies the requirements for the design and calculation of earthing systems for electrical substations over 1 kV, when such systems are subject to industrial frequency faults. This Standard also establishes the safety conditions for people and installations inside and outside the substation. Conformity to this standard does not exempt from compliance with other complementary standards applicable to specific installations and facilities. NOTE Examples of standards complementary to this standard are ABNT NBR 13534, ABNT NBR 13570 and ABNT NBR 5418.


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NORMA BRASILEIRA

ABNT NBR 15751:2009

Sistemas de aterramento de subestações — Requisitos

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Escopo

Esta Norma especifica os requisitos para dimensionamento do sistema de aterramento de subestações de energia elétrica, acima de 1 kV, quando sujeitos a solicitações em freqüência industrial. Esta Norma estabelece também as condições de segurança para pessoas e instalações dentro e fora dos limites da subestação. A aplicação desta Norma não dispensa o atendimento a outras normas complementares, complementares, aplicáveis a instalações e locais específicos. NOTA São exemplos de normas complementares a esta Norma as ABNT NBR 13534, ABNT NBR 13570 e ABNT NBR 5418.

2

Referências normativas

Os documentos relacionados a seguir são indispensáveis à aplicação deste documento. Para referências datadas, aplicam-se somente as edições citadas. Para referências não datadas, aplicam-se as edições mais recentes do referido documento (incluindo emendas). ABNT NBR 5456, 5456, Eletricidade geral ABNT NBR 5460, 5460, Sistemas elétricos de potência ABNT NBR 7117, 7117, Medição da resistividade do solo pelo método dos quatro pontos (Wenner) ABNT NBR 15749, 15749, Medição de resistência de aterramento e de potenciais na superfície do solo em sistemas de aterramento

IEC 60479-1, Effects of current on human beings and livestock – Part 1: General aspects

3

Termos e definições

Para os efeitos deste documento, aplicam-se os termos e definições das ABNT NBR 5456 e ABNT NBR 5460, e os seguintes. 3.1 aterramento

ligação intencional de parte eletricamente condutiva à terra, através de um condutor elétrico 3.2 circuito terra

circuito elétrico formado pelos componentes responsáveis pelo escoamento da corrente de falta fase-terra (ou de uma fração dela) para o solo


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ABNT NBR 15751:2009

3.3 condutor de aterramento

condutor ou elemento metálico que faz a ligação elétrica entre uma parte de uma instalação que deve ser aterrada e o eletrodo de aterramento 3.4 corrente de falta

corrente que flui de um condutor para outro e/ou para a terra, no caso de uma falta e no local desta. No texto, a corrente de falta é a corrente de curto-circuito assimétrica fase-terra fase-terra 3.5 corrente de interferência (no processo de medição de resistência de aterramento e de resistividade do solo)

qualquer corrente estranha ao processo de medição, capaz de influenciar seus resultados 3.6 corrente de malha de longa duração I mld mld

corrente que percorre a malha de terra por um tempo superior a 3 s, podendo causar tensões de passo e toque perigosas aos seres vivos que circulem na região da malha e arredores. Esta corrente em geral é devida ao sistema MRT (monofásico com retorno pela terra), redes de distribuição trifásicas com cargas monofásicas entre fase e neutro, transformadores com primário em estrela aterrada e outras configurações 3.7 corrente de malha

parcela da corrente de falta dissipada pela malha de aterramento para o solo 3.8 eletrodo de aterramento

elemento ou conjunto de elementos do sistema de aterramento que assegura o contato elétrico com o solo e dispersa a corrente de defeito, de retorno ou de descarga atmosférica na terra 3.9 eletrodo natural de aterramento

elemento condutor ligado diretamente à terra, cuja finalidade original não é de aterramento, mas que se comporta naturalmente como um eletrodo de aterramento 3.10 falta (elétrica)

contato ou arco acidental entre partes sob potenciais diferentes e/ou de uma ou mais dessas partes para a terra, num sistema ou equipamento elétrico energizado 3.11 haste de aterramento

eletrodo de aterramento constituído por uma haste rígida cravada no solo 3.12 malha de aterramento

conjunto de condutores nus interligados e enterrados no solo 3.13 potenciais perigosos

potenciais que podem provocar danos quando aplicados ao elemento tomado como referência 3.14 potencial transferido

valor do potencial transferido para um ponto remoto de um dado sistema de aterramento

2


ABNT NBR 15751:2009

3.15 resistência de aterramento (de um eletrodo)

relação da tensão medida entre o eletrodo e o terra remoto e a corrente injetada no eletrodo 3.16 resistividade aparente do solo para um dado espaçamento

valor da resistividade resultante da avaliação das condições locais e do tratamento estatístico dos resultados de diversas medições de resistividade do solo para aquele espaçamento, efetuadas numa determinada área ou local, e que possa ser considerado como representativo representativo das características elétricas do solo 3.17 resistividade aparente do solo

resistividade vista por um sistema de aterramento qualquer, em um solo com característica de resistividade homogênea ou estratificado em camadas, cujo valor é utilizado para o cálculo da resistência de aterramento desse sistema 3.18 resistividade elétrica do solo

resistência entre faces opostas do volume de solo, consistindo em um cubo homogêneo e isótropo, cuja aresta mede uma unidade de comprimento 3.19 sistema aterrado

sistema ou parte de um sistema elétrico cujo neutro é permanentemente ligado à terra 3.20 sistema de aterramento

conjunto de todos os eletrodos e condutores de aterramento, interligados ou não, assim como partes metálicas que atuam direta ou indiretamente com a função de aterramento, tais como: cabos pára-raios, torres e pórticos; armaduras armadur as de edificações; capas metálicas de cabos, tubulações e outros 3.21 sistema diretamente aterrado

sistema aterrado sem interposição intencional de uma impedância 3.22 subestação

parte de um sistema de potência, concentrada em um dado local, com os respectivos dispositivos de manobra, controle e proteção, incluindo as obras civis e estruturas de montagem, podendo incluir também transformadores, equipamentos conversores e/ou outros equipamentos 3.23 tensão de passo

diferença de potencial entre dois pontos da superfície do solo separados pela distância de um passo de uma pessoa, considerada igual a 1,0 m 3.24 tensão de toque

diferença de potencial entre um objeto metálico aterrado ou não e um ponto da superfície do solo separado por uma distância horizontal equivalente ao alcance normal do braço de uma pessoa; essa distância é convencionada igual a 1,0 m 3.25 tensão máxima do sistema de aterramento

tensão máxima que um sistema de aterramento pode atingir relativamente ao terra de referência, quando houver ocorrência de injeção de corrente de defeito, de retorno ou de descarga atmosférica para o solo


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ABNT NBR 15751:2009

3.26 terra de referência

região do solo suficientemente afastada da zona de influência de um eletrodo ou sistema de aterramento, tal que a diferença de potencial entre dois quaisquer de seus pontos, devido à corrente que circula pelo eletrodo para a terra, seja desprezível. É uma superfície praticamente eqüipotencial que se considera como zero para referência de tensões elétricas 3.27 terra

massa condutora de terra; sistema de aterramento ao qual são ligadas as partes metálicas do equipamento ou da instalação que, normalmente, não ficam sob tensão

4

Modelagem do solo

A determinaçã determinação o do modelo do solo de uma determina determinada da região exige a realização de medições de curvas de resistividade aparente para diversos pontos. As medições devem ser feitas num período seco e, se possível, com o local já terraplenado e compactado. Os dados obtidos com estas medições devem ser convenientemente analisados, tendo em vista a eliminação de valores considerados atípicos, resultantes da influência de interferências locais, tais como rochas ou condutores enterrados no solo, não representativos, portanto, do solo local.

5

Estabelecimento de uma geometria básica de malha

O projeto do sistema de aterramento de uma subestação é realizado para a condição de falta para a terra e envolve o dimensionamento do condutor da malha, para suportar os esforços térmicos decorrentes da circulação de correntes de curto-circuito, e o estabelecimento de uma geometria de malha adequada para o controle dos potenciais de passo e toque, causados pelo processo de dissipação da malha para o solo de parte ou de toda a corrente de falta. A etapa inicial do dimension dimensionamento amento de uma malha de aterramento consiste na seleção de uma geometria básica, que deve considerar a delimitação da área da SE a ser abrangida pela malha e o arranjo inicial dos condutores. A área a ser abrangid abrangida a pela malha deve incluir no mínimo o pátio da SE. Uma vez escolhida a área a ser abrangida pela malha, cumpre determinar uma configuração inicial para o lançamento dos eletrodos que a constituirão. O critério de definição da geometria inicial da malha deve levar em consideração a distribuição dos equipamentos e edificações existentes no interior da área em questão, bem como o modelo de solo (já previamente determinado). Entre as características de geometria básica de uma malha de aterramento de subestação cabe citar o seguinte:

 profundidade de enterramento mínima de 0,5 m, recomendado por razões mecânicas, sendo admitida uma profundidade mínima de 0,25 m em áreas de piso concretado ou devido a um substrato rochoso muito superficial;  condutor periférico no entorno das edificações. NOTA No caso particular de instalações onde a SE é apenas um elemento em um conjunto bem mais amplo, que pode inclusive incluir outras subestações, áreas de processo etc., pode ser necessária a elaboração de algumas alternativas de sistemas de aterramento, integrados ou não, tendo em vista a minimização dos valores de elevação e de transferência de potencial entre as diversas instalações componentes do complexo.

4


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5.1 Cálculo preliminar da resistência de aterramento É recomendável calcular de forma aproximada a resistência de aterramento da malha, antes da geometria definitiva, o que é possível pela consideração inicial de que a resistência de aterramento é função da área ocupada pela malha de aterramento e da resistividade do solo. Esta relação é expressa pela equação: R 

a 4r

[1]

onde R

é a resistência de aterramento, expressa em ohms ( );

a é a resistividade aparente do solo, expressa em ohm x metro (   m). Para o cálculo da resistividade aparente, consultar o Anexo A; r é o raio do círculo equivalente à área do sistema de aterramento constituído pelos eletrodos horizontais, expresso em metros (m).

A partir da geometria inicial da malha, o comprimen comprimento to aproximad aproximado o dos condutore condutoress a serem enterrados pode ser obtido pelo somatório das extensões dos eletrodos horizontais lançados, permitindo que a resistência de aterramento seja calculada pelas equações a seguir: a) para as malhas enterradas a uma profundidade de até 0,25 m: R



 a a  4r Lt

[2]

b) para as malhas enterradas numa profundidade compreendida entre 0,25 m e 2,5 m: R

 1   1      1   1      a      Lt   20  A    1  H 20  A  

[3]

onde Lt

é o comprimento total de condutores enterrados, expresso em metros (m);

H

é a profundidade da malha, expressa em metros (m);

A

é a área ocupada pela malha, expressa em metros quadrados (m 2).

As equações equações [1], [2] e [3] são conservativas conservativas no caso de malhas malhas contendo hastes verticais.


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6

Dimensionamento do condutor da malha

O condutor da malha de terra é dimensionado considerando as solicitações mecânicas e térmicas devidas às correntes elétricas que ele possa suportar.

6.1 Dimensionamento mecânico Considerando a necessidade de suportar esforços mecânicos e eletromagnéticos, tem-se as seguintes bitolas mínimas dos condutores:

 cobre – 50 mm 2;  aço (protegido contra corrosão de acordo com normas aplicáveis) – 38 mm 2 (5/16”). Dimensionamento o térmico 6.2 Dimensionament 6.2.1

Formulação

O condutor deve ter uma seção ( S ) capaz de suportar a circulação de uma corrente máxima ( I f ) durante um tempo (t ) em que a temperatura se eleve acima de um valor-limite suportável ( T m), considerando uma temperatura ambiente (Ta) e que toda energia térmica fica retida no condutor devido a pequena duração da corrente de curto. A equação de de Onderdonk, Onderdonk, que permite permite o cálculo desta seção, seção, é dada por: por:



S I f

  r   t  10 4 k 0  T m  TCAP  ln k 0  T a  t

[4]

onde é a seção, expressa em milímetros quadrados (mm 2);

S I f

é a corrente de falta fase-terra, expressa em quiloampères (kA);

t

é o tempo, expresso em segundos (s);

r

é o coeficiente térmico de resistividade do condutor a t C (°C-1);

t

é a resistividade do condutor de aterramento a t C, expressa em ohm x centímetro (  cm);

TCAP

é o fator de capacidade térmica, em joule por centímetro cúbico vezes graus Celsius [J/(cm 3  °C)];

T m

é a temperatura máxima suportável, expressa em graus Celsius (°C), conforme Tabela 1;

T a

é a temperatura ambiente, expressa em graus Celsius (°C);

k 0

6

 1/  0 ou 1/r   T r ;

k 0

é o coeficiente térmico de resistividade do condutor a 0 °C;

T r

é a temperatura de referência das constantes do material, em graus Celsius (°C).


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A Tabela 1 apresenta os valores valores dos parâmetros acima para para os tipos de condutores mais utilizados utilizados em malhas de aterramento. Tabela 1 — Valores dos parâmetros para os tipos de condutores mais utilizados em malhas de aterramentos Condutância Tipo do condutor

Coeficiente térmico de resistividade

Temperatur Resistividade a de fusãoa

TCAP

%

 0 (0 °C)

 r (20 °C)

(°C)

r (20 °C)

[J/(cm3°C)]

Cobre (macio)

100,0

0,004 27

0,003 93

1 083

1,724

3,422

Cobre (duro)

97,0

0,004 13

0,003 81

1 084

1,777

3,422

Aço cobreado cobreado 40%

40,0

0,004 08

0,003 78

1 084

4,397

3,846

Aço cobreado cobreado 30%

30,0

0,004 08

0,003 78

1 084

5,862

3,846

Haste de aço cobreado a

20,0

0,004 08

0,003 78

1 084

8,62

3,846

Fio de alumínio

61,0

0,004 39

0,004 03

657

2,862

2,556

Liga de alumínio 5005

53,5

0,003 80

0,003 53

660

3,222

2,598

Liga de alumínio 6201

52,5

0,003 73

0,003 47

660

3,284

2,598

Aço-alumínio Aço-alumíni o

20,3

0,003 88

0,003 60

660

8,480

2,670

Aço 1020

10,8

0,001 65

0,001 60

1 510

15,90

3,28

Haste de açob

9,8

0,001 65

0,001 60

1 400

17,50

4,44

Aço zincado

8,5

0,003 41

0,003 20

419

20,1

3,931

Aço inoxidável inoxidável 304

2,4

0,001 34

0,001 30

1 400

72,0

4,032

a

Aço cobreado baseado em uma espessura de 254 254 µm de cobre.

b

Aço inoxidável baseado em 508 µm no 304 de espessura sobre o aço 1020.

6.2.2

Conexões

O valor de T m é função do tipo de conexão a ser utilizada conforme Tabela 2. Os valores de K f para as conexões de aterramento mais utilizadas estão listados na Tabela 3. Assim, a equação [4] pode ser simplificada para:



 

S I f K f

t

[5]

onde K f

é a constante para materiais considerando temperatura ambiente ( T a ) de 40 °C


7

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Tabela 2 — Tipos de conexões e seus limites máximos de temperatura T m

Conexão

o

C

Mecânica (aparafusada ou por pressão)

250

Emenda tipo solda oxiaceti oxiacetilênica lênica

450

Emenda com solda exotérmica

850a

Emenda à compressão

850b

a

Solda exotérmica, conhecida como aluminotermia, cuja conexão é feita através da fusão obtida pela ignição e combustão de uma formulação em um molde. b

Obtida por meio de conectores com compressão por ferramenta hidráulica. 6.2.3

Condutores

A equação para para o dimensionamento dimensionamento dos dos condutores contempla contempla a corrente corrente de curto-circuito curto-circuito plena ( I f ). Esta corrente circulará pelo condutor de aterramento (rabicho) no ponto de ocorrência do curto e se subdividirá na malha proporcionalmente às resistências equivalentes no ponto de injeção da corrente. Isto leva à possibilidade de utilização de condutores de malha, dimensionados para correntes inferiores à corrente de curto plena. 6.2.4

Constantes do material

Onde a temperatura de fusão da conexão for inferior à temperatura de fusão do condutor, deve-se utilizar a temperatura da conexão no cálculo da constante K f . A Tabela 3 exemplifica o K f para o cobre, considerando o limite de fusão da conexão. Caso a seção do condutor calculada pela equação [5] resulte em um valor inferior ao estabelecido em 6.1, deve ser utilizada a seção mínima estabelecida. Tabela 3 — Constantes K f Conexão

Mecânica (aparafusada ou por pressão)

11,5

Emenda tipo solda oxiacetil oxiacetilênica ênica

9,2

Emenda com solda exotérmica

7,5

Emenda à compressãoa

7,5

a

7

K f

Obtida por meio de conectores com compressão por ferramenta hidráulica. hidráulica.

Cálculo das tensões permissíveis

Para um sistema de aterramento ser considerado seguro para qualquer condição de defeito, é necessário estabelecer os valores máximos permissíveis para as tensões de passo e toque. Os potenciais toleráveis de passo e de toque são estabelecidos em função do tempo de eliminação do defeito ( t ) e da resistividade da camada superficial do solo.

8


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Deve ser verificada a necessidade do estabelecimento de níveis de suportabilidade diferenciados para diversas áreas no interior e na periferia das instalações, face à existência de diferentes tipos de cobertura do solo (natural, brita, concreto, asfalto etc.). O tempo t deve ser escolhido de forma conservativa, de acordo com a filosofia de proteção adotada e com as características dos equipamentos de proteção utilizados. Devem ser considerados dois casos: a) defeitos com duração determinada pelo sistema de proteção; a corrente permissível pelo corpo humano ( I chcd) é dada pela equação [6] de 7.2; b) defeitos de longa duração que não sensibili sensibilizam zam os dispositiv dispositivos os de proteção; a corrente permissível pelo corpo I chld) é dada pela Tabela 4. humano ( I

7.1 Corrente de choque de longa duração ( I I chld chld) É a corrente de choque provocada por uma tensão de toque ou passo devido a uma corrente de defeito de longa duração. A corrente de choque de longa duração permissíve permissívell é o máximo valor de corrente que circula pelo corpo sem provocar fibrilação. Os valores máximos de corrente de choque de longa duração são dados pela Tabela 4. Tabela 4 — Limites de corrente elétrica suportados pelos seres humanos Corrente limite de largar de longa duração ( I chld)

Porcentagem da população que suporta

Homens

Mulheres

99,5%

9 mA

6 mA

50%

16 mA

10,6 mA

7.2 Corrente de choque de curta duração ( I I chcd chcd) É a corrente máxima de não fibrilação (para 99,5 % das pessoas de 50 kg) no intervalo de tempo 0,03 s  t  3 s: I chcd



0,116 t

(A)

[6]

O valor de t , que é a duração do choque, é estabelecido pelo tempo máximo de eliminação da falta baseado no dispositivo de proteção. Havendo religamento automático, com um intervalo de tempo menor ou igual a 0,5 s, o tempo a ser considerado deve ser igual à soma dos tempos da falta inicial e das faltas subseqüentes.


9

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i

im

in

t r r

t 1

t 2

t r r

t

t 3

Figura 1 — Defeito com religamento

Efeito do religamento no tempo utilizado para cálculo das tensões de passo e toque:

 se

t r

 0,5 s, então

 se

t r >

0,5 s, então

t m

 t 1  t 2  t 3

t m

 máx (t 1, t 2, t 3)

7.3 Tensão de passo A Figura 2 apresenta a situação de uma pessoa sob tensão de passo, bem como um circuito equivalente correspondente aos parâmetros resistivos envolvidos.

Ichld ou

Rp

Ichcd

Ep

Rch

Rmp

Ichld ou

Ichcd

Rp

Ep

Figura 2 — Conceito de tensão de passo

10


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A máxima tensão de passo permissível permissível pelo pelo corpo humano humano é dada dada pela equação: equação: E p

 Rch  2 Rp  Rmp  I chcd (V)

[7]

onde Rch

é a resistência do corpo humano, adotada como sendo 1 000 , expressa em ohms ( );

Rp

é a resistência própria de cada pé com relação ao terra remoto, expressa em ohms ( );

Rmp

é a resistência mútua entre dois pés, expressa em ohms ( );

I chcd

é a máxima corrente de curta duração admissível pelo corpo humano, expressa em ampères (A).

As resistências própria própria e mútua mútua dos pés são são dadas por: por: R p

      s   C ()  4b 

R mp

[8]

  s   ( )   2    R p    

[9]

onde R mp

é a resistência mútua entre dois pés, expressa em ohms ( );

b

é igual a 0,083 m (raio do disco metálico – modelo estabelecido para o pé humano);

d p

é a distância entre os dois pés (1 m);

s é a resistividade do recobrimento da superfície do solo ( m), conforme Tabela 5; Caso não haja recobrimento, utilizar resistividade da camada superficial do solo. C

é o fator de redução que depende da espessura da camada de recobrimento (equação 13).

Considerando Rmp desprezível quando comparada a E p

  Rch  6   s  C I chcd (V)

Rp

, tem-se: [10]

7.4 Tensão de toque A Figura 3 apresenta a situação de uma pessoa sob tensão de toque, bem como o circuito equivalente correspondente às resistências envolvidas.


11

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Ichld ou Ichcd

e o t n d e a n i z o g p r m e o n C E

Rch

Et Ichld ou Ichcd

Rp

Rmp

Rp

Figura 3 — Conceito de tensão de toque

A máxima tensão de toque permissível pelo pelo corpo humano humano é dada dada por:

 curta duração: E tcd E tcd

 Rch 

R p

 Rmp 2

 I chcd (V)

  Rch  1,5  s  C   I chcd (V)

[11]

 longa duração: Rp

 Rmp  I chld (V) 2

E tld

 Rch 

E tld

  Rch  1,5  s  C   I chld (V)

[12]

Tabela 5 — Resistividade do material de recobrimento (

s)

Resistividade

m

Material

seco Brita n 1, 2 ou 3

3 000

º

12

molhado

Concreto

1 200 a 280 000

21 a 100

Asfalto

2106 a 30106

10103 a 6106


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O fator de redução

C é

calculado pela equação:

    n   1  k C  1  2    2 0,96  n 1  2  n  hs   1      0,08   

[13]

ou simplificada

 1  ρ1    ρs  C  1  a    2  hs  a   

[14]

onde a

é igual a 0,106 m

K



1  s 1  s

[15]

s 1

m

hs

m

Legenda

1

é a resistividade da 1a camada (m)

s

é a resistividade do recobrimento da camada superficial (em m), conforme Tabela 5

hs

é a espessura da camada de revestimento superficial (m) Figura 4 — Resistividade do recobrimento da camada superficial

O fator C pode ser determinado graficamente a partir da Figura 5.


13

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Figura 5 — Determinação gráfica do fator de redução

8

C

Cálculo da corrente de malha

O sistema de aterramento de uma subestação é típicamente constituído pela sua malha de aterramento e por todos os elementos metálicos a ela conectados, tais como cabos pára-raios, aterramentos de torres e postes de linhas de transmissão e subtransmissão, blindagem de cabos de energia, neutro multiaterrado de linhas de distribuição e malhas de aterramento de subestações vizinhas (ver Figura 6). Acoplamento das das fases com o neutro Poste de distribui ção Neutro Multiaterrado

Alimentador de distribui ção

Pórtico Pó rtico

Torre ou poste de transmissão

Acoplamento das fases com o p ára ra--raios P ára ra--raios

Fases Fases Aterramento do neutro

Contrapeso

Blindagem dos cabos de potência e eventual condutor de acompanhamento Malha de terra

Acoplamento das fases com com a blindagem dos cabos

Malha da SE remota Eventuais contrapesos contíínuos cont

Figura 6 — Principais elementos físicos a serem considerados em cálculos e simulações para o dimensionamento de uma malha de terra

14


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Quando da ocorrência de uma falta de curta duração para a terra, a corrente de defeito ( I f f) inicialmente injetada na malha de aterramento se divide por todo este sistema interligado, cabendo então a cada um dos seus componentes a função de escoar uma fração de corrente de falta. A chamada corrente de malha ( I m) é a parcela da corrente de falta que escoa para o solo através da malha de aterramento. Deve-se considerar também a presença de corrente de malha de longa duração ( I mld) que retorna ao sistema pela malha, proveniente de sistemas monofásicos com retorno por terra ou qualquer outra configuração capaz de gerar tal corrente, tais como rede de distribuição com transformadores monofásicos ligados entre fase e neutro, transformadores trifásicos com primário em estrela aterrada etc. O circuito a ser considerado no dimensionamento da malha de aterramento inclui os condutores de fase, de neutro e a terra, mutuamente acoplados. O condutor de fase é responsável pelas contribuições do sistema para a corrente de falta; e o condutor de neutro em conjunto com a malha escoa esta corrente (ou uma fração dela) para o solo. As Figuras 7a e 7b apresentam duas situações de distribuição da corrente de falta pelos vários caminhos existentes para retorno à fonte, sendo a corrente de malha representada por I m. Estão representados os esquemas de um sistema de potência de transmissão ou distribuição, radial, com alimentação por apenas um lado, com uma falta à terra em uma subestação cuja malha se pretende analisar. A

Secundá Secundário ário do transformador

B

Y

C If

solo

Im

Im Malha da SE Alimentadora

Malha em Aná Análise

Figura 7a — Sem cabo pára-raios ou neutro


15

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Figura 7b — Com cabo pára-raios ou neutro

Figura 7 — Sistema de potência típico em condição de falta para a terra

Na Figura 7a, onde está representada uma linha de transmissão ou de distribuição que não possui cabos páraraios, a corrente I f f flui integralmente da malha para o solo, sendo então I m  I f f . Neste caso, a corrente de malha I m tem um valor superior ao verificado noCabo casopára-raios de haver condutor pára-raios (ou neutro) multiaterrado. ou neutro

Na Figura 7b estão representadas a corrente total de falta I f f , a corrente de malha I m, objeto do estudo, e a corrente que flui pelo circuito formado pelos cabos pára-raios e torres da linha de transmissão. Cabe observar que devido ao acoplamento magnético entre a fase em condição de falta e os cabos pára-raios, pode-se decompor a corrente que circula por estes últimos em duas parcelas, a parcela devida a este acoplamento ( I mutua mutua) e a corrente devida à impedância dos cabos pára-raios (ou neutro) multiaterrados (representados na Figura 7 por I 1 e I 2). Verifica-se que o condutor pára-raios vai drenar parte da corrente de falta, diminuindo desta forma a corrente de malha I m.

8.1 Cálculo da corrente de malha simétrica eficaz No caso em que a corrente de malha difere da corrente de falta, faz-se necessário o cálculo da corrente de malha eficaz. Para o cálculo desta corrente, o sistema deve ser modelado convenientemente por um circuito equivalente, considerando-se que a terra é um dos caminhos de retorno para a corrente de falta. Neste caso, para a modelagem das linhas de transmissão e de distribuição, não se devem utilizar os parâmetros de seqüência, e sim formulações que utilizem a teoria de Carson. Esta modelagem deve incluir o acoplamento magnético entre os cabos fase e pára-raio (ou fase-neutro em linha de distribuição) durante o curto-circuito, através da impedância mútua. Este acoplamento é importante, pois drena, pelos cabos pára-raios (ou neutro), parte da corrente de defeito, diminuindo a corrente de malha, havendo desta forma o alívio das tensões de passo e toque na malha da subestação. Nota-se que as impedâncias próprias e mútuas dependem da resistividade do solo, da freqüência do sistema, dos tipos de cabos utilizados e da disposição destes cabos na torre de transmissão (ou no poste, para linhas de distribuição). Desta forma tem-se para um vão de linha de transmissão ou de distribuição, o circuito da Figura 8.

16


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Zpk

Ip

1

Ip

4

Vpk

Vpk+ 1 Zmk Ick+1 Vck+ 1

Ick

2 Itk

Zck

5 Vck

Rtk Ip - Ick 3

6

Legenda k representação representação

genérica do vão, sendo k  1 na torre em falta e k  n na subestação de alimentação

V pk+1 pk+1

Tensão de fase entre pontos 1 e 3, V 13 13 (valor complexo)

V pk pk

Idem, entre pontos 4 e 6, V 46 46

I p

Corrente de falta para terra (3 I 0  I f f , valor complexo)

I ck ck

Corrente complexa no vão k do cabo guarda

I tk tk

Corrente complexa que penetra a terra na torre k

I ck+1 ck+1

Corrente complexa no cabo guarda do vão k + 1

I p – I ck ( I ck)

Corrente complexa que retorna pela terra no vão k

Z p

Impedância própria, com retorno pela terra, do cabo fase (impedância própria de Carson)

Z c

Idem cabo guarda

Z m

Impedância mútua entre o cabo fase em falta e o cabo guarda (impedância mútua de Carson)

Rt

Resistência de aterramento da torre ligada ao nó 2 (resistência ôhmica, valor real, não complexo) Figura 8 — Modelo completo de um vão de linha de transmissão ou rede de distribuição

O modelo aplicado ao sistema de potência esquematizado na Figura 7b resulta no circuito elétrico da Figura 9.


17

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Zpn

Zp2

Zp1

Ip

+ Zmn

Zm2

Zm1

Vfase Zcn Ip

Zc2 Ic2

Icn Rfp

Zc1

Rt n - 1

Vão

Rt2

Ic1

Izeq Zeq

Rt1

Vão

Vão

Figura 9 — Circuito elétrico para cálculo da corrente de malha considerando o sistema de potência da Figura 7b

No caso da modelagem considerando geradores e motores contribuindo para a corrente de curto fase-terra, devem ser utilizadas as respectivas impedâncias subtransitórias. Uma vez modelado o sistema, resolve-se o circuito e calcula-se a corrente que passa através da resistência representativa da malha Rm, obtendo-se assim a corrente de malha simétrica eficaz. O Z eq da Figura 9 é a associação em paralelo dos elementos constantes na Figura 10. I = 3 x I0

Resistência para a terra relativa à a malha da SE no ponto da falta.

Impedância para a terra relativa ao cabo pár a-raio a-raioss ou ao neutro multiaterrado situado a jusante do ponto da falta

Figura 10 — Circuito do Z eq da Figura 9

18


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Para a resolução do circuito elétrico há vários métodos oriundos da teoria de circuitos elétricos, sendo que cada método assume determinadas hipóteses para simplificação. A escolha do método mais conveniente é feita considerando-se estas hipóteses e a topologia da rede. A corrente de malha simétrica eficaz, para ser usada no dimensiona dimensionamento mento da malha, será multiplicada por um fator que deve considerar a componente contínua da corrente de curto Df (ver 8.4) e o crescimento do sistema C p (ver 8.5).

8.2 Corrente de falta I f f Seja qual for o método de cálculo, devem ser fornecidas as potências de curto circuito trifásica e de fase para a terra no ponto onde será construído o sistema de aterramento, bem como as contribuições das linhas de transmissão envolvidas no curto-circuito curto-circuito.. A corrente de malha de longa duração duração ( I mld) também deve ser calculada. A primeira fase do cálculo desta corrente consiste em definir a maior corrente permissível no neutro de um ou mais transformadores da subestação, que possam fluir permanentemente no sistema de aterramento e que devem servir de parâmetro para o ajuste das proteções de sobrecorrente de neutro dessa subestação. A segunda fase consiste em determinar a parcela de corrente que flui pela malha de terra da subestação e a que flui pelo aterramento das linhas de transmissão e dos neutros dos alimentadores em paralelo com essa malha, na proporção inversa de suas impedâncias de aterramento vistas por essa corrente. Após o cálculo da corrente de malha de longa duração, deve-se verificar se esta não provoca tensões de passo e toque superiores aos valores suportados pelo corpo humano, em regime de longa duração (tempo maior que 3 s), conforme 7.1. Caso esta condição não seja atendida em qualquer ponto da subestação, ou arredores, o projeto do eletrodo de aterramento deve ser refeito, de forma que não haja tensões de passo e toque perigosas aos seres vivos.

8.3 Prescrições para o cálculo da corrente de malha Se a corrente total de falta I f f for utilizada, em vez da corrente de malha I m, para o dimensionamento da malha, deve-se ter em mente que ela resultará superdimensionada. Em muitos casos, utilizando-se a corrente total de falta I f f para dimensionar a malha, chega-se a uma malha incompatível com a área prevista para ser abrangida pela malha conforme a Seção 5. Neste caso é obrigatório o cálculo da corrente de malha I m para se projetar uma malha exeqüível e ao mesmo tempo segura em relação ao controle de tensões de toque e passo. A utilização da corrente de de suportabilidade suportabilidade de equipame equipamentos ntos para o dimensiona dimensionamento mento da malha malha também também leva a um superdimensionamento dela. Não há este superdimensionamento nos casos em que a corrente de malha for igual à corrente de falta ( I m  I f f ), o que acontece em sistemas elétricos de transmissão sem condutor pára-raio (ou sistemas de distribuição sem cabo neutro) conectado à malha.

8.4 Fator de decremento Df Este fator permite a obtenção do valor eficaz equivalente da corrente assimétrica de falta, para um determinado tempo de eliminação dela (considerando, portanto, o efeito da componente contínua). A sua determinação pode ser feita a partir da equação [16] ou da Tabela 6. O seu valor varia inversamente com o tempo de eliminação da falta e aumenta com a relação X/R do sistema. Para a faixa de tempo de eliminação de faltas tipicamente considerada igual ou superior a 0,5 s, o fator Df pode ser considerado unitário. 2t f   T a    T a  Df  1    t   1  e   f   


[16]

19

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Tabela 6 — Fator devido à assimetria da corrente de falta Duração da falta

Fator de decremento

t f

Df

s

Ciclos a 60 Hz

X/R = 10

X/R = 20

X/R = 30

X/R = 40

0,008 33

0,5

1,576

1,648

1,675

1,688

0,05

3

1,232

1,378

1,462

1,515

0,10

6

1,125

1,232

1,316

1,378

0,20

12

1,064

1,125

1,181

1,232

0,30

18

1,043

1,085

1,125

1,163

0,40

24

1,033

1,064

1,095

1,125

0,50

30

1,026

1,052

1,077

1,101

0,75

45

1,018

1,035

1,052

1,068

1,00

60

1,013

1,026

1,039

1,052

8.5 Fator de projeção C p Este fator leva em consideração o crescimento da corrente de falta ao longo da vida útil da instalação, em função da expansão da rede de transmissão e geração de energia elétrica. A evolução previsível do nível de curto-circuito de um sistema é função dos critérios adotados pelo planejamento de unidades geradoras, transformadoras e transmissoras, e será quantificada pelo fator C p que multiplica a corrente de malha simétrica eficaz. Pode-se identificar em algumas situações, uma correlação entre fatores C p e S f , considerando, por exemplo, que um incremento no número de linhas de transmissão chegando a uma subestação resulta no aumento do nível de curto-circuito, acarretando, porém a redução do fator de divisão, em função do maior número de caminhos para o solo, via cabos pára-raios e torres de linhas de transmissão. Com relação a este fator é recomendável que os estudos de aterramento sejam conduzidos considerando os níveis de corrente de falta previstos até o ano horizonte disponível no planejamento e que reavaliações futuras sejam conduzidas quando de alterações significativas no estudo realizado, ou para evoluções do sistema além do ano horizonte inicialmente estudado.

8.6 Cálculo final da corrente de malha Aplicando-se Aplicandose à corrente corrente de malha simétrica eficaz os os fatores acima definidos tem-se: tem-se: I malha

20

 I malha sim ef  Df  C p

[17]


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8.7 Fator de distribuição S f f É o fator que fornece a parcela da corrente de falta que escoa para a terra através da malha da subestação. S f



I malha sim ef I falta

[18]

Em alguns casos em que a topologia da rede é extremamente simples, ou quando a impedância mútua é desprezível face à impedância própria, pode ser mais conveniente calcular-se primeiramente este fator, e a partir deste, a corrente de malha, com a equação de 8.8.

8.8 Relação entre corrente de malha e corrente de falta Das equações acima, por substituição, obtém-se: I m

 I malha  I f  S f  C p  Df

[19]

Se o fator S f puder ser determinado primeiramente, calcula-se I f por métodos tradicionais, considerando-se os circuitos seqüenciais, e diretamente da relação acima se obtém a corrente de malha.

8.9 Condição de segurança em expansões do sistema elétrico A malha de terra dimension dimensionada ada com a "corrente de malha final", calculada conforme o procedim procedimento ento acima, garantirá segurança às pessoas, desde que não sejam feitas expansões que provoquem uma corrente de curto fase-terra superior à (corrente de falta sem a expansão)  C p. Havendo qualquer expansão no sistema, esta condição deve ser verificada. Caso a corrente de falta com a expansão ultrapasse a corrente de falta sem expansão  C p, a malha de terra deve obrigatoriamente ser redimensionada e reformulada. Para a corrente de malha de longa duração, esse fator de projeção deve ser reavaliado pelo projetista, a fim de definir o novo ajuste das proteções.

9

Cálculo de potenciais no solo

No dimensionamento de malhas de aterramento é necessária a verificação do surgimento de potenciais perigosos, interna e externamente a essa malha, quando da ocorrência de curtos-circuitos ou na existência de correntes de desequilíbrios de neutro para o terra do sistema. Para tanto, deve-se calcular os valores máximos de tensão de toque e de passo que podem ocorrer, bem como verificar possibilidades de ocorrência de transferência de potencial para ambas as situações. Deve-se assim, garantir a manutenção dos valores das tensões de passo e toque calculados para cada situação (curto-circuito de longa duração e de curta duração), em valores inferiores às respectivas tensões máximas permissíveis. Quando aplicáveis, os cálculos dos potenciais no solo podem ser efetuados através de metodologias simplificadas, detalhadas no Anexo B (malhas reticuladas, solo homogêneo) ou por metodologias mais sofisticadas, que considerem solos de duas ou mais camadas e malhas sem restrições de geometria (ver Anexo C).


21

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10 Recomendações gerais 10.1 Aterramento O projeto de aterramento deve garantir níveis de corrente de curto-circuito fase-terra suficientes para permitir a atuação da proteção de retaguarda, assim como potenciais de passo e de toque suportáveis, o que pode ser obtido por uma geometria de malha de aterramento compatível com a resistividade de solo local, com a parcela da corrente de falta dissipada pela malha e com os tempos de atuação da proteção. Cabe observar que baixas resistências de aterramento não garantem um projeto seguro, e que altas resistências de aterramento não significam, necessariamente, um projeto inseguro. Os condutores de aterramento (rabichos), onde pode ocorrer a injeção de correntes impulsivas (pés de torres, descidas de captores pára-raios, aterramentos de pára-raios de linha) devem ser ligados diretamente ao eletrodo de aterramento.

10.2 Condutores da malha Um modo prático de se considerar a divisão da corrente de curto para a redução do diâmetro do condutor da malha consiste na utilização de dois condutores de aterramento ligados em pontos distintos da malha, no aterramento de equipamentos e elementos metálicos sujeitos à circulação da corrente de falta. Nos locais de movimentação de veículos pesados dentro da subestação, recomenda-se que os cabos de cobre sejam lançados frouxos (não tensionados) de forma que a movimentação do condutor enterrado, devido à passagem da viatura sobre o solo, não produza esforços no restante da malha de aterramento, ocasionando o rompimento das conexões ou do próprio condutor.

10.3 Aterramento de cercas metálicas Cercas metálicas localizadas no interior da malha da subestação devem ser interligadas a esta em vários pontos (multiaterramento). Cercas metálicas localizadas fora do plano coberto pela malha devem ser seccionadas e essas seções multiaterradas, porém, em quadrículas distintas da malha. Essas medidas devem ser tomadas considerando-se uma condição local que garanta os níveis de potenciais de toque toleráveis conforme Figuras 11 e 12. Cerca interna à ma malh lha a Cabo

Malha Queda de tensão entre dois pontos de interligaçã inter ligação o à malha

Queda de tensão entre dois pontos de interligaç inter ligação ão à malha Perfil do potencial no solo

Figura 11 — Aterramento de cercas metálicas situadas no interior do plano da malha de aterramento

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ABNT NBR 15751:2009

Secionamento da cerca externa Seção de cerca externa a malha

Seção de cerca externa a malha Cabo

Último cabo da malha

Cabo

Circulação de corrente

Circulação de corrente Haste

Haste

Resistividade Resist ividade

Resistividade

Queda de tensão entre duas hastes da mesma seção

Perfil do potencial no solo

Queda de tensão entre duas hastes da mesma seção

Figura 12 — Aterramento de cercas metálicas situadas no exterior do plano da malha de aterramento

Trechos de cerca que saem da área ocupada pela malha devem ser secionados e cada seção deve ser aterrada por duas hastes (ver Figura 12), de modo a evitar a transferência de potencial perigoso para pontos distantes. O aterramento feito dessa forma faz com que os potenciais de toque produzidos nessas seções fiquem reduzidos, pois praticamente acompanham o perfil de potencial do solo da região. Trechos de cerca externas embaixo de linhas de AT e BT devem ser tratados da mesma forma. Potencial da malha e elementos aterrados

V= R m x Im

Et1 Et2

Et4

Et3

3

Ultimo cabo da malha

1

2

4

Ultimo cabo da malha

Figura 13 — Níveis de potencial que podem aparecer na malha e nas massas metálicas a ela conectadas


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A Figura 13 mostra as diferentes tensões de toque na cerca a que estará submetida uma pessoa na área de influência de uma malha de terra, em função da posição e condição de aterramento da cerca:



E t1 t1



E t2

é a tensão de toque caso a cerca na posição 2, esteja aterrada;



E t3 t3

é a tensão de toque na cerca, na posição 3, se esta não estiver aterrada;



E t4

é a tensão de toque na cerca, na posição 4, aterrada.

é a tensão de toque na cerca na posição 1 se esta estiver em contato com o solo, mas não ligada à malha (supondo que um cabo energizado não caia sobre a cerca);

Pode-se ver pela Figura 13 que, quando a cerca está fora da área da malha, a tensão de toque é mais elevada se estiver conectada à malha.

10.4 Aterramento de equipamentos 10.4.1 Aterramento de pára-raios sobre suportes e de disjuntores de corpo único

Interligar o terminal de aterramento da carcaça e da caixa de auxiliares do equipamento (quando houver) diretamente à malha de terra, por condutor de mesma seção que o da malha. Utilizar conectores de fixação na descida dos condutores a cada 2,5 m (ver Figura 14). Recomenda-se que a conexão à malha seja realizada por dois condutores de mesma seção que o condutor da malha, utilizando-se dois ramais distintos da quadrícula. Em uma dessas ligações utilizar uma haste de aterramento. No caso de estruturas metálicas, atentar para que a conexão à chapa não seja impedida por tintas ou outro material isolante.

Terminal de aterramento do equipamento (pára-raios)

Ramais da malha Haste de aterramento Figura 14 — Aterramento de equipamentos sobre suportes

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10.4.2 Aterramento de pára-raios sobre vigas

Do terminal de terra do equipamento ou material instalado em vigas de estruturas de concreto ou metálicas, ligar um condutor de terra, de mesma seção que o condutor da malha, partindo do equipamento ao condutor que passa pela viga e desce apoiado nas estruturas. Na descida do condutor para ligação à malha, usar conectores de fixação à coluna da estrutura (ver Figura 15). Recomenda-se que o último conector antes da ligação final com a malha possa atender à conexão de dois condutores, para que seja feita a ligação utilizando ramos distintos da quadrícula.

equipamento (pára-raios)

Ramais da malha Haste de aterramento

Figura 15 — Aterramento de pára-raios sobre vigas 10.4.3 Aterramento de transformadores de potencial indutivo

No terminal de terra disponível na caixa de bornes secundários do equipamento, devem ser ligadas as blindagens dos cabos dos terminais secundários; desse ponto deve sair um condutor da mesma seção dos demais para a caixa de interligação. Deve-se verificar se o terminal de terra disponível é isolado da carcaça do equipamento. Não sendo isolado, não é necessário ligar o terminal terra da caixa do secundário na caixa de interligação, bastando apenas ligar o terminal do equipamento e caixa de interligação à malha em ramais distintos. Sendo isolados na caixa de interligação, todos os terras provenientes das caixas dos equipamentos, das fases centrais e laterais devem ser interligados na régua, e apenas um terra deve ser ligado ao terminal terra da caixa de interligação junto com as respectivas blindagens, configurando a ligação. O terminal terra da caixa de interligação deve ser ligado ao condutor que irá para a malha de terra. Esse condutor deve ter a mesma seção daquele da malha de terra.


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Interligar o terminal de aterramento da carcaça e da caixa de auxiliares do equipamento (quando houver) diretamente à malha de terra, através de dois condutores da mesma seção que o da malha. Utilizar conectores de fixação na descida dos condutores pela estrutura de suporte do equipamento a cada 2,5 m (ver Figuras 16 e 17). Recomenda-se que a ligação à malha seja realizada utilizando dois ramais distintos da quadrícula. No caso de estruturas metálicas, atentar para que a conexão à chapa não seja impedida por tintas ou outro material isolante.

Blindagens dos cabos dos terminais secundários

Caixas de bornes secundários Terminal terra da caixa dos terminais secundários

Ligação entre os terras da caixa e os bornes secundários à caixa de interligação Caixa central (interligação) Terra da caixa de interligação

Ramais da malha

Figura 16 — Aterramento de transformadores de potencial

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Caixas de terminais secundários

Caixa central (interligação)

Terra da caixa de interligação

Ramais da malha

Figura 17 — Aterramento de transformadores de potencial – Detalhe para terminais isolados da carcaça dos equipamentos 10.4.4 Aterramento de transformadores de potencial capacitivo

O aterramento deve se processar de forma idêntica à dos transformadores de potencial indutivo. Caso exista equipamento de onda portadora, ligar o terminal de terra desse equipamento ao condutor que interliga o terminal terra do transformador de potencial à malha. A seção desse condutor deve ser igual à do condutor da malha de terra. Caso não exista equipamento de onda portadora, garantir a ligação interior entre os bornes capacitivo e indutivo (ver Figura 18).


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secundários Terminal de onda portadora (carrier)

Ramais da malha

Figura 18 — Aterramento de transformadores de potencial capacitivo 10.4.5 Aterramento de transformadores de corrente

No terminal de terra disponível na caixa de bornes secundários do equipamento devem ser ligados o fechamento dos enrolamentos não utilizados do transformador de corrente e as respectivas blindagens; dele ainda deve sair um condutor isolado, de mesma seção dos demais para a caixa de interligação geral. Deve-se verificar se o terminal de terra disponível é isolado da carcaça do equipamento:

 não sendo isolado: não será necessário ligar o terminal terra da caixa do secundário à caixa de interligação. Ligar apenas o terminal do equipamento e caixa de interligação à malha em ramais distintos;  sendo isolado: na caixa de interligação todos os terras provenientes das caixas dos equipamentos, das fases centrais e laterais devem ser interligados na régua, e apenas um terra deve ser ligado ao terminal terra da caixa de interligação junto com as respectivas blindagens, configurando a ligação. O terminal terra da caixa de interligação deve ser ligado ao condutor que irá para a malha de terra. Esse condutor deve ter a mesma seção do condutor da malha de terra. Utilizar conectores de fixação na descida dos condutores pela estrutura de suporte do equipamento a cada 2,5 m (ver Figura 19). Recomenda-se que a ligação à malha seja realizada utilizando-se dois ramais distintos da quadrícula. No caso de estruturas metálicas, atentar para que a conexão à chapa não seja impedida por tintas ou outro material isolante.

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Caixas de bornes secundários

Terminais não utilizados


Caixa central (interligação)

Terra da caixa de interligação

Ramais da malha

Figura 19 — Aterramento de transformadores de corrente 10.4.6 Aterramento de isoladores de pedestal

Como o isolador de pedestal não possui terminal de aterramento, utilizar um dos seus parafusos de fixação à base para a ligação do conector de aterramento. Interligar o conector de aterramento diretamente à malha de terra, através de dois condutores de mesma seção que o condutor da malha. Utilizar conectores de fixação na descida dos condutores pela estrutura de suporte do equipamento a cada 2,5 m (ver Figura 20). Recomenda-se que a ligação à malha seja realizada utilizando dois ramais distintos da quadrícula. No caso de estruturas metálicas, atentar para que a conexão à chapa não seja impedida por tintas ou outro material isolante.


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Parafuso de fixação de IP ao suporte utilizado como ponto para conexão de aterramento

Ramais da malha

Figura 20 — Aterramento de isoladores de pedestal 10.4.7 Aterramento de chaves seccionadoras

Para qualquer acionamento manual no pátio de subestações, a alavanca ou haste deve ser aterrada por intermédio de cordoalha conectada à ligação da carcaça do equipamento com a malha de terra. Junto aos dispositivos de manobra podem ser instalados condutores adicionais, ou placas metálicas, formando pequenas malhas, ligadas à malha de terra. Interligar o terminal de aterramento diretamente à malha de terra, através de dois condutores de mesma seção que o condutor da malha. Utilizar conectores de fixação na descida dos condutores pela estrutura de suporte do equipamento a cada 2,5 m (ver Figura 21). Recomenda-se que a ligação à malha seja realizada utilizando dois ramais distintos da quadrícula. No caso de estruturas metálicas, atentar para que a conexão à chapa não seja impedida por tintas ou outro material isolante.

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Haste de manobra

Ramais da malha

Figura 21 — Aterramento de chaves seccionadoras 10.4.8 Aterramento de disjuntores com pólos separados

Interligar todos os terminais de aterramento das carcaças do equipamento, ligando-os em seguida à malha de terra em um único ponto (ver Figura 22).


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Pólo central do equipamento Pólo lateral do equipamento

Terminal de aterramento do equipamento Pólo lateral do equipamento

Ramais da malha

Figura 22 — Aterramento de disjuntores com pólos separados 10.4.9 Aterramento de transformadores de potência monofásicos ou banco de monofásicos Ligar os tubos de interligação das buchas de X 0 e de H 0 em pontos bem próximos na malha de terra, uma única vez.

Ligar apenas um ponto de aterramento do tanque principal de cada fase do banco à outra, dentro da canaleta de cabos, e, após, ligá-lo à malha de terra em um único ponto. Nos armários dos auxiliares do transformador que não possuam efetiva ligação com os respectivos tanques, devem ser providenciadas tais ligações, usando para tanto cordoalhas ou barras de cobre fixadas às barras de sustentação através de conectores apropriados. Em bancos compostos de fases de diferentes fabricantes, possuindo armários auxiliares, alguns ligados outros isolados do tanque, o procedimento a seguir deve ser o de armários sem efetiva ligação com os tanques. Ligar o ponto de aterramento do armário do comutador de cada fase do banco à malha de terra. O aterramento dos pára-raios dos terciários depende de estudos específicos de cada instalação. Na ausência de informações (inclusive na placa do transformador), as buchas e pára-raios dos terciários de cada uma das fases devem ser ligados diretamente à malha de terra através da conexão exotérmica. Ligar as extremidades de cada trilho (de cada fase) entre si e daí para a malha de terra (ver Figura 23).

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Vai para a malha de terra H1

H0 H1

Y1 Y2 X1

Vai para a malha de terra

Vai para a malha de terra

Cordoalha

Conforme fabricante

Y1 Y2

X0

X1

Armário comutador

Malha de terra

H1

H0

Conforme fabricante

Cordoalha

X0

Y1 Y2

X1

Armário comutador

Malha de terra

H0 Cordoalha

Conforme fabricante X0

Armário comutador

Malha de terra

Figura 23 — Aterramento de transformadores de potência monofásicos ou banco de monofásicos 10.4.10 Aterramento de transformadores de potência trifásicos

Ligar as buchas de X 0 e de H 0 em pontos bem próximos na malha de terra. Ligar apenas um ponto de aterramento do tanque principal à malha de terra. Nos armários dos auxiliares do transformador que não possuam efetiva ligação com o tanque, devem ser providenciadas tais ligações, usando para tanto cordoalhas ou barras de cobre, fixadas às barras de sustentação, através de conectores apropriados. Ligar o ponto de aterramento do armário do comutador à malha de terra. O aterramento dos pára-raios dos terciários depende de estudos específicos de cada instalação. Na ausência de informações (inclusive na placa do transformador), as buchas e pára-raios dos terciários devem ser ligados diretamente à malha de terra através da conexão exotérmica. Ligar as extremidades dos trilhos entre si e daí para a malha de terra (ver Figura 24).


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H0

H1

H2

H3

X0

X1

X2

X3 Y1 Y2

Cordoalha

Armário dos auxiliares Conforme fabricante Comutador

Ramais da malha

Figura 24 — Aterramento de transformadores de potência trifásicos 10.4.11 Aterramento de reatores de potência

Utilizar os procedimentos indicados para transformadores de potência, onde aplicáveis. 10.4.12 Aterramento de transformadores de serviços auxiliares

A bucha de X 0 do secundário deve ser ligada ao terminal de terra da carcaça do equipamento e o condutor utilizado deve descer pela estrutura de suporte até a malha de terra. A caixa que contém os fusíveis de proteção também deve ser ligada a esse condutor que desce pela estrutura e segue para a malha de terra, ligada em um só ponto (ver Figura 25).

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X1

X2

X3

X0

Caixa dos fusíveis

Ramais da malha

Figura 25 — Aterramento de transformadores de serviços auxiliares 10.4.13 Aterramento de bancos de capacitores 10.4.13.1 Bancos de capacitores aterrados

O aterramento para bancos de capacitores deve ser de “ponto único”. Seus componentes devem ser aterrados da seguinte forma (ver Figura 26):

 estruturas: ligar um dos “pés” das estruturas metálicas de cada fase à malha de terra;  capacitores: o barramento de neutro que interliga as fases do banco de capacitores deve ser ligado à malha em um único ponto e isolado das estruturas de sustentação. Para dois ou mais estágios, o barramento que une o neutro dos vários estágios deve ser ligado à malha de terra em um ponto único;  transformador de potencial do banco: as blindagens dos cabos que partem dos terminais X 1 e X 2 devem ser ligadas na barra de terra do respectivo painel no interior da casa de comando. A bucha de neutro deve ser ligada à malha de terra, isolada da estrutura metálica do banco;  reator: ligar um dos pés da estrutura metálica do suporte à malha de terra. NOTA

Utilizar a mesma seção de condutor para todas as interligações e aterrar em pontos bem próximos da malha.


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Barramento de neutro do banco Neutros dos demais estágios

Ramais da malha

Figura 26 — Bancos de capacitores aterrados 10.4.13.2 Bancos de capacitores isolados

 estruturas: ligar os pés das estruturas metálicas de cada fase à malha de terra;  transformador de corrente: em bancos isolados normalmente ligados em dupla estrela, a carcaça do transformador de corrente (ligado ao neutro comum das duas “estrelas”) deve ser ligada à malha de terra. 10.4.14 Aterramento de postes de iluminação

Postes de iluminação devem ser aterrados à malha de terra quando estiverem dentro da área envolvida pelos condutores da malha de terra. O condutor utilizado deve ser o mesmo da malha. Postes de iluminação fora do domínio da malha devem ser aterrados construindo-se uma caixa de brita com dimensões de 1 m2 e 10 cm de espessura e prevendo-se um condutor em espiral a 20 cm abaixo do solo ao redor do poste de iluminação, ao qual deve ser ligado o aterramento do poste. 10.4.15 Aterramento de luminárias e projetores instalados em colunas de concreto ou metálicas

Do terminal de terra do equipamento, ligar um condutor de mesma seção que o condutor da malha de terra ao condutor que passa pela viga e desce pelas estruturas. Na descida do condutor para ligação à malha, usar conectores de fixação à coluna da estrutura. Recomenda-se que o último conector antes da ligação final com a malha possa atender à conexão de dois condutores, para que seja feita a ligação utilizando ramos distintos da quadrícula.

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10.4.16 Aterramento de tomadas de força e telefônicas do pátio da subestação

Ligar o terminal terra das tomadas diretamente à malha de terra. 10.4.17 Aterramento de torres de telecomunicação 10.4.17.1 Para torres dentro da malha de terra

Ligar um dos pés da estrutura da torre a uma ou mais hastes de aterramento e destas à malha de terra. O condutor de descida do captor deve ser ligado a uma ou mais hastes de aterramento e destas à malha de terra. O aterramento da blindagem do guia de ondas pode ser tanto na torre como na entrada da casa de comando ou sala de telecomuni telecomunicações. cações. 10.4.17.2 Para torres situadas fora da malha de terra

Existindo a interligação metálica (redes elétricas de energia e de sinal) entre a torre e as instalações da subestação, deve-se incluí-la como parte integrante da malha; como conseqüência devem ser estendidos todos os cuidados de uma subestação até a área em questão. Na inexistência de interligação metálica com as instalações da subestação, a torre deve ser tratada como uma instalação independente, com todos os cuidados necessários. 10.4.18 Aterramento de ferragens de cadeias de isoladores

As ferragens de cadeias de isoladores instaladas em vigas de concreto devem ser aterradas em conjunto através de peça específica e ligada à malha de terra. Do terminal de terra ligar um condutor de mesma seção que o da malha de terra ao condutor que passa pela viga e desce pelas estruturas. Na descida do condutor para ligação à malha, usar conectores de fixação à coluna da estrutura. Recomenda-se que o último conector antes da ligação final com a malha possa atender à conexão de dois condutores, para que seja feita a ligação utilizando ramos distintos da quadrícula. 10.4.19 Aterramento de cabos e hastes pára-raios

Os cabos e hastes pára-raios devem ser ligados à malha de terra através de conexão específica. Do terminal de terra ligar um condutor de mesma seção que o da malha de terra ao condutor que passa pela viga e desce pelas estruturas. Na descida do condutor para ligação à malha, usar conectores de fixação à coluna da estrutura. Recomenda-se Recomenda-s e que o último conector antes da ligação final com a malha possa atender à conexão de dois condutores, para que seja feita a ligação utilizando ramos distintos da quadrícula. 10.4.20 Aterramento de blindagens de cabos isolados

As blindagens blindagens de cabos isolados isolados devem devem ser ligadas ligadas à malha de terra:

 em uma extremidade: aterra-se somente na “chegada” do cabo ao painel de comando, no sistema local de aterramento (barra de terra de proteção);  em duas extremidades: o aterramento das blindagens nas duas extremidades dos cabos só deve ser realizado condicionado a estudos de interferências. Os cabos isolados situados no interior das edificações que estão interligando equipamentos devem ter suas blindagens aterradas no sistema local de aterramento, ou seja, na malha de terra de referência, no cabo ou no barramento com essa função.


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10.4.21 Aterramento das canaletas e eletrodutos de pátio de subestação

No interior das canaletas devem ser instalados dois condutores de terra, um de cada lado da parede, com a finalidade de garantir a continuidade elétrica dos materiais a eles ligados, além de operar com blindagem adicional. Esses condutores devem ser ligados à malha de terra em intervalos regulares. Em trechos de canaletas sujeitos a interferências devido a equipamentos de chaveamento, devem ser previstos módulos de blindagem compostos por condutores em forma de pequenos reticulados, cujos condutores devem ser ligados aos condutores que acompanham as canaletas. Os terminais de aterramento dos eletrodutos de proteção das cablagens (internamente às canaletas) devem ser conectados de um lado ao condutor de blindagem no interior das canaletas ou caixas de passagem e de outro à caixa ou painel metálico do equipamento. 10.4.22 Aterramento de caixas de passagem

As caixas de passagem devem conter em seu interior, como nas canaletas, um condutor de blindagem passando por todos os seus lados, com a função de aterrar os eletrodutos que são interrompidos pela caixa. Estando a caixa dentro dos limites da malha, aterrar somente o condutor de blindagem em um ponto da malha de terra o mais próximo possível da caixa. Estando fora dos limites da malha, utilizar o mesmo procedimento acima, acrescendo-se um anel circundando a caixa, onde será ligado o condutor que aterra os eletrodutos da caixa. Nesse anel devem ser ligadas hastes de aterramento. Num percurso contendo várias caixas de passagem, todos os anéis devem ser interligados, devendo ainda ser previstas nessa interligação a colocação de hastes. 10.4.23 Aterramento de circuitos segregados por função

Os procedimentos indicados para as canaletas e caixas de passagem podem não ser suficientes para proteger as cablagens no seu interior contra as interferências produzidas por outras cablagens não blindadas instaladas nas canaletas ou caixas. Para controlar esse tipo de interferência, deve-se evitar que essas cablagens, ligadas a equipamentos terminais sensíveis, sejam expostas a influência de circuitos não blindados, capazes de provocar perturbações de alta freqüência. Algumas providências providências devem devem ser adotadas, adotadas, tais como: como: a) separar os circuitos circuitos sensíveis dos circuitos circuitos indutores indutores em canaletas distintas, distintas, no caso de eletrocalhas eletrocalhas ou bandejas. Eles devem ser diretamente ligados aos painéis metálicos dos equipamentos terminais com o objetivo de proteger toda a extensão das cablagens; b) criação de um septo (metálico, concreto armado ou tela metálica) no interior da canaleta para separar os circuitos indutores dos sensíveis; medida semelhante deve ser aplicada nas bandejas ou eletrocalhas no interior das edificações; c)

utilizar cabos blindados em todo todo o percurso dos circuitos circuitos sensíveis; sensíveis;

d) separar circuitos indutores, tais como iluminação e ar-condicionado, do restante dos circuitos em eletrodutos metálicos específicos no interior das edificações. 10.4.24 Anel de amortecimento ou eletrodo de terra de blindagem

Circundando as edificações da casa de comando, deve ser instalado um eletrodo de terra composto de condutor superficial na forma normalmente de anel e hastes verticais com extensões variáveis que venham a facilitar a dissipação para o solo de surtos provenientes tanto da operação de equipamentos da subestação como aqueles captados pelo sistema de proteção contra descargas atmosféricas. Nesse eletrodo devem ser aterrados, com o menor comprimento possível, os condutores de terra provenientes dos equipamentos e da malha de terra de referência da casa de comando (ver 10.4.25), assim como os condutores de descida do sistema de proteção contra descargas atmosféricas.

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10.4.25 Aterramento dos equipamentos eletrônicos no interior da casa de comando

Na área de painéis da casa de comando deve ser criada uma malha de terra de referência, constituída preferencialmente por fitas metálicas na forma de quadrículas com pequenas distâncias (da ordem de 30 a 50 cm), calculada de modo a não permitir a formação de grandes diferenças de potenciais entre os painéis e equipamentos a ela ligados quando da dissipação de surtos para a malha de terra. Essa malha de terra de referência deve ser ligada ao anel de amortecimento ou eletrodo de terra de blindagem em um único ponto, através de cabo isolado. 10.4.26 Aterramento de painéis de serviços auxiliares c.a.

Deve ser criada uma barra de terra de proteção c.a. para ligar as carcaças dos demais painéis que compõem os serviços auxiliares c.a. Essa barra de terra de proteção c.a. deve ser ligada ao anel de amortecimento ou eletrodo de terra de blindagem através de cabo isolado. Deve ser criada uma barra de neutro que receba o condutor “neutro” proveniente do transformador de serviços auxiliares do pátio da subestação. Essa barra de neutro deve ser isolada do painel de serviços auxiliares c.a. e ser interligada com a barra de terra de proteção. Dessa barra de neutro devem sair os vários condutores neutros isolados, para as alimentações dos demais painéis. 10.4.27 Aterramento de painéis de serviços auxiliares c.c.

Deve ser criada uma barra de terra de proteção c.c. na qual sejam ligadas as carcaças dos demais painéis que compõem os serviços auxiliares c.c. Essa barra deve ser ligada ao anel de amortecimento ou eletrodo de terra de blindagem através de cabo isolado. 10.4.28 Aterramento de retificadores

O pólo positivo que sai do retificador deve ser ligado na barra de terra de proteção do painel dos serviços auxiliares c.c. 10.4.29 Aterramento de banco de baterias

Ligar o terminal terra ou conector da carcaça metálica ou da estante metálica diretamente ao anel de amortecimento ou eletrodo de terra de blindagem. 10.4.30 Tomadas de força no interior das edificações, geradores, leitos de cabos, esquadrias, portas e janelas

Ligar o terminal terra ou conector das carcaças ou bases metálicas diretamente ao anel de amortecimento ou eletrodo de terra de blindagem.

10.5 Transferência de potencial Cuidados especiais devem ser tomados visando evitar a transferência de potenciais via elementos metálicos (rede de abastecimento d’água, por exemplo) que partem da área ocupada pela malha de aterramento. As tubulações metálicas devem ser isoladas e seccionadas a partir do ponto de cruzamento deste com o último condutor da malha, por material com isolamento compatível em pontos predeterminados, possíveis de ocorrência de potenciais de toque acima do tolerável. Para circuitos de comunicação recomenda-se o uso de equipamentos de proteção e a utilização de transformador de isolamento e neutralizador, a fim de garantir a segurança pessoal e dos equipamentos de comunicação. As soluções devem ser particularizadas para cada caso, devendo-se prever a proteção das tubulações que possam estar sujeitas à corrosão eletrolítica. eletrolítica.


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Anexo A

(informativo) Cálculo da resistividade aparente do solo

Após a medição de resistividade do solo e sua estratificação em camadas, obtém-se um modelo de solo normalmente estratificado em duas camadas com profundidade da primeira camada bem definida [a 1 (m)]. Para o cálculo da resistência de malha é necessária a avaliação da resistividade aparente do solo ( a , em m), associada ao sistema de aterramento em estudo. Para a determinação desta resistividade, as seguintes etapas devem ser cumpridas: a) determinação do valor do raio eletrodos horizontais:

 

r m

r do

círculo equivalente à área do sistema de aterramento constituído pelos

A

[20]



onde A é a área da malha de aterramento, expressa em metros quadrados (m²); b) definição da profundidade da malha de aterramento ( H , em metros); c)

determinação do fator : Se 2 / 1  1 e H / a1  0,90 então:



r

2  a1  H

[21]

Para as demais condições:



r a1

[22]

d) de posse do valor de  e da relação  e com auxílio das curvas da Figura A.1, determina-se o valor de O valor de a é obtido então pela equação:

a  N  1

.



[23]

Nos casos em que a estratificação do solo leve a um modelo de três camadas, adotar metodologia que permita a obtenção da estratificação equivalente em duas camadas. Procede-se então às mesmas etapas do cálculo já descritas para a determinação da resistividade aparente.

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Figura A.1 — Resistividade aparente para um solo estratificado em duas camadas


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Anexo B

(informativo) Metodologia para cálculo simplificado de potenciais no solo

A metodologia metodologia de cálculo descrita neste Anexo apresenta apresenta os seguintes seguintes limites para para sua aplicação: aplicação:

 os condutores horizontais da malha devem ser de mesma seção e estar instalados à mesma profundidade; 

n

 25

onde n é o número de condutores paralelos em uma determinada direção;

 0,25  H  2,5 m onde H é a profundidade da malha, expressa em metros (m);  

d < D

0,25 onde d é o diâmetro dos condutores da malha, expresso em metros (m);

> 2,5 m

onde D é a distância entre os condutores paralelos ao longo da malha, expressa em metros (m);

 relação máxima entre o comprimento e a largura da malha (retangular): 2,5:1. No caso de solos não uniformes, passíveis de ser estratificados em duas camadas, com os condutores da malha lançados na primeira camada, a utilização da resistividade da primeira camada 1, nos cálculos de potenciais de passo e toque, merece as seguintes considerações: O cálculo da resistência de aterramento da malha resulta em valores mais adequados, quando se utiliza, como valores de resistividade, a resistividade aparente ( a). No que se refere às tensões de passo e toque, o valor da resistividade do solo a ser utilizado deve estar compreendido entre a e 1. Recomenda-se, portanto: a) utilizar a resistividade 1 quando se tratar de solos com 2 < 1; b) utilizar a resistividade a quando se tratar de solos com 2 > 1.

B.1 Cálculo das tensões de toque (metodologia simplificada para malhas reticuladas retangulares) Os maiores valores de tensão de toque encontrados em malhas de aterramento, constituídas de condutores espaçados com distâncias aproximadamente iguais entre eles, ocorrem em sua periferia, principalmente nos reticulados das quinas. A metodologia aqui aqui descrita determina determina o valor da tensão tensão encontrada encontrada no centro dos dos reticulados situados situados nas quinas quinas das malhas, isto é, a diferença de potencial entre o ponto da superfície do solo localizado no centro do reticulado e a malha. Valores superiores são encontrados em pontos ligeiramente fora do centro do reticulado, mais próximos à periferia da malha, sendo pequena a diferença para os valores encontrados no centro do reticulado. B.1.1 Tensão de toque para correntes correntes de curta duração

A maior tensão de toque quando da circulação circulação de correntes de curta duração entre a malha e o solo ( V t) pode ser calculada pela seguinte equação:

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V t

  I mcd  K m  K i



Lt

V 

[24]

onde

 é a resistividade do solo (solo homogêneo), expressa em ohm vezes metro ( ·m); I mcd

é a máxima corrente de malha de curta duração, expressa em ampères (A);

é o fator geométrico utilizado nos cálculos de tensão de toque que leva em consideração o espaçamento entre os condutores paralelos da malha, sua profundidade e o diâmetro dos condutores.

K m

2  D  2  H 2 H  D k ii 1   8    ln    ln  2   16  H  d 8  D  d 4  d  1  H 2n - 1 

K m

[25]

onde k ii

 1 para malhas com hastes de aterramento locadas na periferia; Para malhas que não possuam hastes de aterramento, ou somente algumas hastes locadas fora da periferia da malha: k ii

n K i

 2n2 / n

[26]

é o número de condutores paralelos em uma determinada direção;

 0,656  0,172  n

[27]

é o fator de correção que leva em consideração a não-uniformidade da dispersão de corrente pelos condutores da malha;

K i

é o comprimento total dos condutores enterrados, ou seja, condutores horizontais e hastes de aterramento, expresso em metros (m).

Lt

B.1.2 Tensão de toque para correntes de longa duração duração

A maior tensão de toque toque quando da da circulação de correntes correntes de longa longa duração entre entre a malha e o solo (Vt) pode pode ser calculada pela seguinte equação: V t



  I mld  K m  K i Lt

V 

[28]

onde I mld

é a máxima corrente de malha de curta duração, expressa em ampères (A);


43

ABNT NBR 15751:2009

B.2 Cálculo das tensões de passo (metodologia simplificada para malhas reticuladas retangulares) B.2.1 Determinaçã Determinação o da tensão de passo máxima

Os maiores valores de tensão de passo são encontrados fora da área da malha, próximos aos condutores periféricos. A metodologi metodologia a aqui descrita considera que a máxima tensão de passo é aquela encontrada a uma distância do condutor periférico igual à profundidade da malha. A maior tensão de passo quando da circulação de correntes de malha de curta ou longa duração ( V p) pode ser calculada pela seguinte equação: V p

  I  K s  K i



Lt

V 

[29]

onde I

 I mcd ou

I mld conforme

o caso;

é o fator geométrico utilizado nos cálculos da tensão de passo que leva em consideração o espaçamento entre os condutores paralelos da malha e sua profundidade.

K s

Para 0,25 m < H < 2,25 m: K s

1 1 1 1     1  0,5 n2    2  H D  H D 

[30]

onde n

é o número de condutores paralelos em uma determinada direção.

Notar que os valores K m, K i e K s devem ser calculados nas duas direções. Conseqüentemente, serão encontradas tensões de toque e passo nessas direções; adotam-se as de maior valor. B.2.2 Determinaçã Determinação o da diferença de potencial entre dois pontos quaisquer na superfície do solo

A tensão de passo entre dois pontos quaisquer na superfície do solo pode ser calculada pelas equaçõe equaçõess de B.2.2.1 e B.2.2.2. Para pontos na superfície do solo, localizados a até 1,5 vez ao raio equivalente da malha (ver Figura B.1), utilizar a seguinte equação: equação: B.2.2.1

x2 12 ln x 2  H 2   ln2 D  x 2  H 2     lnn  1 D  x 2  H 2  x1  2 Lt 

   K i

V x

[31]

onde x

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é a distância horizontal entre condutor periférico da malha e o ponto na superfície do solo onde se deseja o cálculo do potencial, expressa em metros (m).


ABNT NBR 15751:2009

X1

P1

X2

P2

Figura B.1 — Determinação da diferença de potencial entre dois pontos quaisquer na superfície do solo que estejam localizados a distâncias inferiores a 1,5 vez do raio equivalente da malha

Para pontos na superfície do solo, localizados a uma distância superior a 1,5 vez o raio equivalente da malha (contada a partir do centro da malha) (ver Figura B.2), utilizar a seguinte equação: B.2.2.2

X C

2 r    I m   V  XC   arcsen XC  (V) 2 2    X 1C

[32]

onde r



A



é o raio equivalente da malha, expresso em metros (m);

A

é a área da malha, expressa em metros quadrados (m 2);

C

é o centro geométrico da malha;

X 1C

é a distância do ponto P 1 ao centro da malha, expressa em metros (m);

X 2C

é a distância do ponto P 2 ao centro da malha, expressa em metros (m);

arcsen é o arco seno, em radiano (rad).


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ABNT NBR 15751:2009

R

XC1

C

P1

XC2

Figura B.2 — Determinação da diferença de potencial entre dois pontos quaisquer na superfície do solo que estejam localizados a distâncias superiores a 1,5 vez do raio equivalente da malha

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ABNT NBR 15751:2009

Anexo C

(informativo) Outras metodologias para cálculo de potenciais

Várias metodologias foram desenvolvidas com o objetivo de se avaliar com melhor precisão os sistemas de aterramento. A mais conhecida é a do “potencial constante”, na qual os condutores da malha são criteriosamente divididos em segmentos sobre os quais admite-se que uma densidade linear de corrente constante é injetada, podendo ser diferente para cada segmento no solo condutor, normalmente estratificado em duas camadas. Com estas considerações, calculam-se, através de equações analíticas baseadas em métodos integrais, as resistências próprias dos segmentos, bem como as resistências mútuas entre eles. De posse dessas grandezas, monta-se um sistema de equações de ordem igual ao número de segmentos no qual a malha foi dividida, e com um tratamento matemático adequado obtém-se a resistência de aterramento e/ou o potencial da malha, bem como os potenciais absolutos em qualquer ponto na sua região de influência, permitindo-se o cálculo dos potenciais de passo e toque em locais predefinidos. Várias implementações foram introduzidas com o objetivo de melhor explorar a potencialidade deste método. Algumas destas destas implementações implementações contemplam: contemplam:

 cálculo de resistências próprias e mútuas de condutores enterrados em uma posição qualquer no solo;  extensão do método para solos estratificados em mais de duas camadas;  exploração da simetria da malha de terra com o objetivo de reduzir o número de variáveis a ser calculado;  técnicas especiais de tratamento de sistemas de aterramento multiaterrados;  metodologias para tratamento de sistemas de aterramento assentados em solos com falhas verticais. O método dos elementos finitos é uma das metodologias desenvolvidas para análise de sistemas de aterramento. Com esta técnica, toda a região de influência é dividida em pequenos elementos (por exemplo, tetraedros, triângulos e segmentos de reta), sobre os quais é satisfeita a equação de continuidade. Como resultados desta simulação, que não exige nenhuma característica especial do sistema de aterramento, são calculados os potenciais nos vértices de todos os elementos a partir dos quais são obtidas as linhas eqüipotenciais, os potenciais de passo, potenciais induzidos em outras malhas e a resistência de aterramento.


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NBR 15751 - SISTEMA DE ATERRAMENTO DE SUBESTAÇÕES

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