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Resistência de Aterramento: Métodos de Medição e Análise, Esquemas de Máquinas Elétricas

Este documento aborda os métodos de medição da resistência de aterramento, incluindo o método dos três pontos, a técnica de pinça e o método da queda de potencial. Explica os princípios de cada método, os fatores que influenciam a resistência de aterramento e a importância de escolher pontos de medição adequados. O documento também apresenta exemplos práticos de medições de resistência de aterramento em um sistema elétrico que inclui um transformador e um qgbt.

Tipologia: Esquemas

2024

Compartilhado em 04/09/2024

fabio-henrique-scapini-tormen
fabio-henrique-scapini-tormen 🇧🇷

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1.Revisão Teórica e Familiarização com o Equipamento:
1. Sistema de Aterramento Elétrico
O sistema de aterramento elétrico é essencial para a segurança das instalações elétricas. Sua
função principal é garantir que, em caso de uma falha elétrica, como um curto-circuito, a
corrente possa ser desviada para a terra, evitando que ela percorra o corpo humano ou outros
componentes que possam causar danos ou incêndios. Além disso, o aterramento melhora o
funcionamento dos sistemas de proteção e estabiliza as tensões elétricas. Suas principais
finalidades são, proteger as pessoas e equipamentos contra choques elétricos, desviar
sobretensões atmosféricas (raios) ou de manobra para a terra e manter as tensões do sistema
elétrico dentro de limites seguros.
2. Tipos de Aterramento
Atualmente, existem alguns tipos de aterramento que são mais utilizados e seguros, são eles,
aterramento TN, TT, IT. Os sistemas de aterramento são classificados de acordo com a maneira
como a alimentação elétrica e as carcaças metálicas dos equipamentos são conectadas ao solo.
Dentro do sistema TN de aterramento, temos três derivações que são utilizadas:
TN-S: O neutro e a terra são separados em todo o sistema.
TN-C: O neutro e a terra são combinados em um único condutor (PEN).
TN-C-S: Combinação de TN-C e TN-S, onde inicialmente há um condutor PEN que
depois é separado em neutro e terra.
O sistema TT, tem apenas uma forma de ser executado, onde o neutro é diretamente aterrado na
origem da instalação, e as carcaças metálicas dos equipamentos são aterradas
independentemente, sem conexão direta ao neutro. Esse modelo é o mais utilizado, sendo
aplicado em diversas situações, como por exemplo em entradas de energia (Padrão) das
concessionárias.
Já no sistema IT, também tem apenas uma forma de ser executado, onde o neutro é isolado da
terra ou aterrado através de uma alta impedância. As carcaças metálicas são aterradas.
3. Resistências de Aterramento
A medida de quão bem o sistema de aterramento pode conduzir corrente elétrica para a terra é
conhecida como resistência de aterramento. Valores de resistência baixos são ideais para dissipar
correntes de falha com eficiência. A resistência de aterramento normalmente deve ser menor que
10 ohms, mas isso pode variar dependendo da aplicação.
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1.Revisão Teórica e Familiarização com o Equipamento:

  1. Sistema de Aterramento Elétrico O sistema de aterramento elétrico é essencial para a segurança das instalações elétricas. Sua função principal é garantir que, em caso de uma falha elétrica, como um curto-circuito, a corrente possa ser desviada para a terra, evitando que ela percorra o corpo humano ou outros componentes que possam causar danos ou incêndios. Além disso, o aterramento melhora o funcionamento dos sistemas de proteção e estabiliza as tensões elétricas. Suas principais finalidades são, proteger as pessoas e equipamentos contra choques elétricos, desviar sobretensões atmosféricas (raios) ou de manobra para a terra e manter as tensões do sistema elétrico dentro de limites seguros.
  2. Tipos de Aterramento Atualmente, existem alguns tipos de aterramento que são mais utilizados e seguros, são eles, aterramento TN, TT, IT. Os sistemas de aterramento são classificados de acordo com a maneira como a alimentação elétrica e as carcaças metálicas dos equipamentos são conectadas ao solo. Dentro do sistema TN de aterramento, temos três derivações que são utilizadas:  TN-S: O neutro e a terra são separados em todo o sistema.  TN-C: O neutro e a terra são combinados em um único condutor (PEN).  TN-C-S: Combinação de TN-C e TN-S, onde inicialmente há um condutor PEN que depois é separado em neutro e terra. O sistema TT, tem apenas uma forma de ser executado, onde o neutro é diretamente aterrado na origem da instalação, e as carcaças metálicas dos equipamentos são aterradas independentemente, sem conexão direta ao neutro. Esse modelo é o mais utilizado, sendo aplicado em diversas situações, como por exemplo em entradas de energia (Padrão) das concessionárias. Já no sistema IT, também tem apenas uma forma de ser executado, onde o neutro é isolado da terra ou aterrado através de uma alta impedância. As carcaças metálicas são aterradas.
  3. Resistências de Aterramento A medida de quão bem o sistema de aterramento pode conduzir corrente elétrica para a terra é conhecida como resistência de aterramento. Valores de resistência baixos são ideais para dissipar correntes de falha com eficiência. A resistência de aterramento normalmente deve ser menor que 10 ohms, mas isso pode variar dependendo da aplicação.
  1. Fatores que Influenciam a Resistência de Aterramento A resistência de aterramento é influenciada por diversos fatores, como, tipos de solo, umidade, temperatura, profundidade da haste de aterramento e corrosão do eletrodo. a. Tipos de Solo:  Condutividade do solo: Solos argilosos ou ricos em minerais conduzem melhor a eletricidade, resultando em menor resistência.  Textura do solo: Solos compactados tendem a ter maior resistência. b. Umidade:  Maior umidade: Reduz a resistência de aterramento, pois a água é um bom condutor.  Solos secos: Aumentam a resistência, dificultando a dissipação da corrente elétrica. c. Temperatura:  Temperaturas baixas: Podem aumentar a resistência devido ao congelamento da água no solo.  Temperaturas altas: Podem diminuir a resistência, mas dependendo da umidade podem também causar secagem do solo. d. Profundidade da haste de aterramento:  Quanto mais profunda a haste, mais baixa a resistência, pois a profundidade aumenta a área de contato com o solo e a probabilidade de encontrar umidade. e. Corrosão dos eletrodos:  Eletrodos corroídos têm maior resistência devido à degradação do metal que entra em contato com o solo. Esses conceitos são essenciais para o planejamento e implementação de sistemas de aterramento eficientes e seguros em instalações elétricas. 2.Estudo dos Dados Técnicos do Terrômetro
  2. Princípio de Funcionamento O terrômetro é um instrumento utilizado para medir a resistência de aterramento. Ele funciona aplicando uma corrente elétrica conhecida entre um eletrodo auxiliar de corrente e o eletrodo de aterramento que será testado. Em seguida, ele mede a queda de tensão entre o eletrodo de

A alimentação, indica como o terromêtro pode ser alimentado, por eletricidade ou por baterias. Os terrômetros digitais geralmente funcionam com baterias alcalinas ou recarregáveis. A temperatura de operação, é o intervalo de temperatura onde o terrômetro pode ser usado sem comprometer a precisão das medições. Alguns terrômetros possuem certificações específicas (por exemplo, IEC 61010) que garantem sua conformidade com padrões de segurança e desempenho.

  1. Instruções de Operação e Segurança Para manusear um terrômetro de forma eficaz e segura, é fundamental seguir uma série de procedimentos operacionais e de segurança. Verifique a qualidade do solo onde os eletrodos serão colocados antes de iniciar qualquer medição. Se necessário, umedeça o solo para melhorar sua condutividade elétrica, pois solos secos dificultam as medições precisas. Em seguida, escolha o método de medição que melhor se adapte à situação, como uma pinça, três pontos ou dois pontos. Assim que você selecionar um método, insira os eletrodos auxiliares de corrente e potencial no solo, assegurando-se de que estejam a uma distância suficiente do eletrodo de aterramento do teste. A distância recomendada é de 5 a 50 metros, mas pode variar de acordo coms as instruções do fabricante. Após isso, certifique-se de que os cabos de teste do terrômetro estejam conectados aos eletrodos apropriados. O eletrodo em teste deve ser conectado ao cabo de aterramento, o eletrodo auxiliar de potencial ao cabo de potencial e o eletrodo auxiliar de corrente ao cabo de corrente. Agora que tudo está devidamente conectado, use o terrômetro para calcular a faixa de medição com base no valor de resistência esperado. Os terrômetros analógicos precisam usar um seletor de escala para ajustar a faixa manualmente, enquanto os terrômetros digitais podem fazê-lo diretamente no display. Ao escolher a faixa, ligue o terrômetro para começar a medir. Os displays digitais mostrarão o valor da resistência, enquanto os modelos analógicos mostrarão o valor pela agulha. É fundamental verificar se a leitura é estável, caso contrário, pode ser necessário reposicionar os eletrodos ou verificar as conexões. Realize medições em vários pontos para maior precisão. A fim de evitar riscos de choque elétrico e danos ao terrômetro, é essencial que o sistema de aterramento a ser testado esteja totalmente desenergizado antes de iniciar qualquer medição. Realize uma inspeção visual para garantir que o terrômetro e os cabos estejam em boas condições. Antes do uso, qualquer dano ou desgaste deve ser corrigido. Além disso, para reduzir os riscos durante a operação, use sempre os equipamentos de proteção individual (EPI) adequados, como luvas isolantes, botas de segurança e óculos de proteção. Evite situações climáticas adversas, como chuva ou alta umidade, durante a medição, a menos que o terrômetro seja especificamente projetado para essas condições. Assuma-se de que os

eletrodos estejam firmemente inseridos no solo para evitar leituras instáveis e evite contato acidental com componentes energizados. Após a conclusão da medição, desligue o terrômetro antes de remover os eletrodos do solo e os cabos. Limpe os cabos e o equipamento antes de guardá-los em local seco, protegido de poeira, umidade e impactos. Descreva os resultados das medições e quaisquer observações sobre o sistema de aterramento. Por fim, calibre regularmente o terrômetro de acordo com as recomendações do fabricante para garantir que ele continue funcionando corretamente. Fazer verificações regulares de manutenção preventiva também é vital para evitar problemas durante o uso. Seguir essas instruções garante a eficácia e segurança do uso do terrômetro para medir a resistência de aterramento. 4.Familiarização com o terrômetro

  1. Identificação dos Componentes e Funções Para se familiarizar com o terrômetro, é fundamental conhecer suas partes e quais são suas funções. O terrômetro tem um visor digital ou analógico que mostra os valores medidos de resistência de aterramento. O aparelho pode ser ligado e desligado pressionando o botão de ligação/desligamento (Power). Por outro lado, o seletor de faixa de medição permite ajustar a faixa de resistência que será medida de acordo com os valores esperados no sistema de aterramento. Os cabos de teste são conectados aos eletrodos de aterramento e auxiliares por meio de bornes de conexão com as letras H (aterramento), C (corrente) e P (potencial). Além disso, o terrômetro possui um botão de teste que inicia a medição, e indicadores de bateria, que mostram o estado de carga do dispositivo. Os eletrodos auxiliares, junto com os cabos de teste, são essenciais para realizar as medições de resistência no solo.
  2. Calibração do Instrumento Um passo fundamental para garantir a precisão das medições é a calibração do terrômetro. A seguir as instruções do fabricante para ajustar o instrumento de acordo com padrões de resistência conhecidos é parte desse processo. Para fazer isso, você pode usar resistores padrão para ver se o terrômetro está medindo corretamente ou fazer ajustes de zero no display. É aconselhável enviar o equipamento para calibração em um serviço especializado em caso de o terrômetro fornecer informações incorretas.

5.Preparação para as Medições Ao escolher os pontos de medição para avaliar a eficácia de um sistema de aterramento, é importante considerar a localização dos eletrodos de aterramento e na complexidade do sistema elétrico. A localização dos eletrodos tem um impacto direto na resistência medida porque seu posicionamento em relação ao solo e a outros componentes do sistema elétrico pode afetar a precisão das medições. A escolha dos pontos de medição em sistemas elétricos mais complexos, com vários eletrodos ou configurações de aterramento, deve ser feita com cuidado para identificar as variáveis que podem afetar o desempenho do aterramento. Escolher pontos de medição que representem a configuração geral do sistema de aterramento também é fundamental. Isso significa escolher locais para avaliar a eficácia do aterramento em várias partes do sistema, especialmente em locais onde as condições do solo ou a distribuição da corrente elétrica podem variar mais. Por exemplo, é estratégico colocar pontos de medição perto de equipamentos importantes ou em áreas onde o solo pode ter características diferentes (como composição ou umidade) em uma instalação industrial grande. Assim, os dados coletados mostrarão melhor a eficácia do sistema de aterramento como um todo, o que ajudará a identificar problemas potenciais e garantirá que a instalação elétrica seja segura e funcional. 6.Instalação dos Eletrodos Auxiliares Para instalação dos eletrodos auxiliares para medir a resistência de aterramento, as hastes de aterramento auxiliares devem ser colocadas a uma distância adequada do eletrodo de aterramento principal. A distância ideal entre o eletrodo principal e os eletrodos auxiliares é suficiente para evitar que os campos elétricos produzidos por eles se interfiram uns com os outros, o que pode prejudicar a precisão das medições. A distância média é de 5 a 50 metros, mas pode variar dependendo do tipo de solo e do equipamento usado. Após a colocação das hastes auxiliares no solo, o próximo passo é conectar os cabos de conexão entre o terrômetro e os eletrodos auxiliares. Esses cabos são essenciais para enviar os dados de resistência do solo ao terrômetro. O eletrodo auxiliar de corrente deve ser conectado ao cabo de corrente (identificado como C) e o eletrodo auxiliar de potencial deve ser conectado ao cabo de potencial (identificado como P). O eletrodo de aterramento principal que está sendo testado deve ser conectado ao cabo de aterramento (H). Para garantir leituras precisas e evitar erros durante o processo de medição, verifique que todas as conexões estão firmes e corretas. 7.Verificação das condições do solo

Antes de realizar medições com o terrômetro, é essencial verificar a qualidade do solo para garantir resultados precisos. A umidade do solo é fundamental porque solos mais úmidos geralmente têm menor resistência elétrica, o que facilita a condução de corrente e pode resultar em leituras de resistência de aterramento mais baixas. Portanto, pode ser necessário umedecê-lo se o solo estiver muito seco para obter medições mais precisas. A compactação do solo, além da umidade, deve ser avaliada. Os solos altamente compactados podem dificultar a inserção dos eletrodos e afetar a distribuição da corrente elétrica, o que pode resultar em leitura incorreta. Por outro lado, solos que são soltos ou muito porosos podem ser mais resistentes. A remoção de obstáculos que possam atrapalhar as medições é importante para verificação das condições do solo. O local onde os eletrodos serão instalados deve ser livre de pedras grandes, raízes de árvores e outros detritos. Esses obstáculos podem impedir que os eletrodos sejam inseridos corretamente no solo ou podem alterar as leituras devido a interrupções no fluxo da corrente elétrica. Para garantir que as medições de resistência de aterramento sejam precisas e representativas das condições reais, é fundamental garantir que o solo não contenha tais impedimentos. 8.Realização das Medições de Resistência de Aterramento

  1. Método da regra de 62% Este método é baseado na teoria de que os resultados da medição da resistência de aterramento são influenciados pela distância do ponto de medição em relação ao eletrodo de aterramento principal. O método funciona da seguinte maneira: primeiro, três eletrodos (o eletrodo de potencial, o eletrodo de corrente e o eletrodo de aterramento principal) são usados. O eletrodo de potencial está localizado entre o eletrodo de potencial e o eletrodo de aterramento principal, geralmente 20 metros ou mais. Por outro lado, o eletrodo de corrente está localizado a uma distância considerável do eletrodo de aterramento principal. A regra dos 62% diz que a melhor maneira de avaliar a resistência de aterramento é colocar o eletrodo de potencial a 62% da distância total entre o eletrodo de aterramento principal e o eletrodo de corrente. Essa posição específica é determinada pela distribuição do campo elétrico no solo. A medição da resistência mostra a resistência do eletrodo de aterramento principal com maior precisão quando o eletrodo de potencial está a 62% de distância. Isso reduz o impacto de outros eletrodos ou fatores. Após encontrar a posição certa, o eletrodo de corrente é usado para introduzir corrente no sistema, e a queda de potencial é medida entre o eletrodo de aterramento principal e o eletrodo de potencial. O terrômetro calcula a resistência de aterramento com esses dados.

Imagem 01: Medida de Resistência de Aterramento no Eletrodo de Aterramento que engloba o QGBT e o Transformador (25,03 ohms) Imagem 02: Imagem geral do ponto utilizado, mostrando o eletrodo de aterramento utilizado.

Imagem 03: Eletrodos Auxiliares Imagem 04: Visão Aproximada do Eletrodos Auxiliares

  1. Método da Queda de Potêncial O método da Queda de Potencial é uma técnica amplamente utilizada para medir a resistência de aterramento em sistemas elétricos. Esse método se baseia na ideia de que a resistência de aterramento do eletrodo em teste pode ser calculada injetando uma corrente elétrica no sistema de aterramento e medindo a diferença de potencial que surge entre dois pontos no solo. Da mesma forma como no método anterior, iremos utilizar os três pontos, sendo eles o ponto de aterramento e os dois eletrodos. A distância entre os eletrodos deve ser suficiente para garantir que os campos elétricos gerados não interfiram uns nos outros, o que poderia distorcer os resultados. Uma corrente elétrica é injetada no solo através do eletrodo de corrente, e o terrômetro mede a diferença de potencial entre o eletrodo de aterramento principal e o eletrodo de potencial. Como a resistência é a relação entre a tensão e a corrente, o terrômetro utiliza a leitura de tensão (potencial) e a corrente injetada para calcular a resistência de aterramento. O método da Queda de Potencial requer medições em várias distâncias do eletrodo de potencial para garantir a precisão. Isso é feito movendo o eletrodo de potencial ao longo da linha entre o eletrodo de corrente e o eletrodo principal em pequenos incrementos. Então, as leituras de resistência são examinadas para determinar onde as variações se estabilizam. Isso indica que outros fatores, como a proximidade dos eletrodos, não afetam a medição. Esse ponto de estabilidade mostra a resistência real do sistema ao aterramento. O método da Queda de Potencial é muito apreciado porque é preciso e permite medições sem desligar o sistema de aterramento. Por outro lado, a instalação dos eletrodos auxiliares requer um espaço considerável, o que pode ser um obstáculo em locais confinados. Figura 3: Método da Queda de Potencial Fonte: NBR15749, página 4.

2.1 Medições e Testes De acordo com o método e com as explicações citadas anteriormente, foi realizado algumas medições do ponto de aterramento que engloba um transformador 380/220V de 100 kVA e um QGBT 220/127V de (200A), conforme imagens abaixo: Imagem 07: Medida de Resistência de Aterramento no Eletrodo de Aterramento que engloba o QGBT e o Transformador, a uma distância de 20m (EC) e 12m (EP) (25,03 ohms)

Imagem 10: Visão Aproximada do Eletrodos Auxiliares Imagem 11: QGBT 220/127 (200A)

Imagem 12: Transformador 380/220V de 100 kVA Logo, realizadas as três determinações se calcula a medida: (R1 + R2 + R3) / 3 = R media (01). (25,03 + 22,99 + 22,25) / 3 = 23,42 ohms Se esse valor está com um erro de 5% com relação a cada um dos valores, poderemos adotar este como verdadeiro, portanto as medições e o resultado econtrado é verdadeiro.

  1. Método Seletivo Em sistemas complexos, onde vários eletrodos de aterramento estão conectados e a medição exige o valor de resistência de um eletrodo específico sem interferir com os outros, esse método é particularmente útil. O conceito fundamental do método seletivo é injetar uma corrente conhecida através do eletrodo de aterramento do teste e depois calcular a queda de potencial resultante. Esse método difere principalmente do método da Queda de Potencial porque usa um dispositivo que pode identificar a contribuição da resistência de um único eletrodo em um sistema com vários aterramentos.

Imagem 13: Medida de Resistência de Aterramento no Eletrodo de Aterramento que engloba o QGBT e o Transformador (28.54 ohms) Imagem 14: Visão Aproximada do Eletrodos Auxiliares

Imagem 15: QGBT 380/220V (125A) Imagem 16: Transformador 380/220V de 100 kVA