Sistemas de Proteção Elétrica e Ligações à Terra

Proteção Contra Descargas Atmosféricas

Proteção Primária (Externa) – destina-se a proteger as pessoas e a estrutura contra o impacto direto da descarga atmosférica. Esta proteção é assegurada através da implementação de um sistema contra sobretensões, tais como, para-raios ionizante (PDI), ponta de Franklin e Gaiola de Faraday. Através destas metodologias, o raio é captado por um sistema apropriado e conduzido até à terra por um circuito adequado, com as devidas características de segurança.

Proteção Secundária (Interna) – destina-se a proteger os equipamentos contra sobretensões geradas pela descarga do raio, por comutação na rede elétrica e induções eletromagnéticas. A proteção é feita por dispositivos que limitam a diferença de potencial aos terminais de carga.

Esquemas de Ligação à Terra (ELT)

ELT Tipo TN-C:

Por que razão não se podem utilizar dispositivos diferenciais na proteção de pessoas no ELT do tipo TN-C? Num dispositivo diferencial, para calcular a corrente diferencial é necessário interromper o neutro e as fases. No esquema TN-C, o condutor neutro (N) e o condutor de proteção (PE) estão combinados num único condutor (PEN). Visto que é proibido interromper o condutor de proteção, não é possível utilizar dispositivos diferenciais na proteção das pessoas no esquema TN-C.

Em ELT do tipo TN e do tipo IT, para calcular a tensão de contacto não é necessário conhecer a corrente de defeito nem a impedância da malha de defeito. É necessário saber o valor da impedância da malha de defeito para calcular a tensão de contacto no esquema TT. No esquema TN e IT, apenas é necessário saber o valor de m e da tensão simples (230V), para calcular a tensão de contacto. Após calcular a tensão de contacto, é necessário verificar nas curvas de segurança o tempo máximo de atuação de proteção do dispositivo, consoante o valor de UL (25 ou 50 V). É necessário garantir que o dispositivo de proteção contra curto-circuito atue num tempo inferior ao tempo indicado na curva de segurança.

ELT Tipo TN-C-S:

• Todas as massas da instalação estão ligadas ao ponto comum da alimentação, por meio de condutores PE;
• Ponto ligado à terra é em regra o neutro;
• No ELT TN qualquer defeito de isolamento resulta num CC F-N;
• Para proteção contra este defeito usa-se dispositivo de proteção com sobreintensidades;
• Usando PEN temos vantagens económicas ao nível da poupança de um condutor;
• Elevadas correntes de defeito aumentam o risco de incêndio;
• Legislação impõe que o condutor PEN apareça a montante do condutor PE porque se for ao contrário é criado um divisor de corrente que torna o condutor PE num condutor ativo.

Explique porque razão, nos ELT do tipo TN, os circuitos terminados por tomada devem obrigatoriamente adotar a versão TN-S? Ainda neste âmbito, qual o valor previsível da tensão de contacto numa situação de defeito?

Pelas regras técnicas, todo o circuito de tomadas tem de ser obrigatoriamente protegido com dispositivos diferenciais. Para garantir o bom funcionamento do dispositivo diferencial, é necessário interromper o condutor Neutro. No esquema TN-C isso é impossível, pois o condutor neutro e o de proteção são o mesmo condutor, sendo que o condutor de proteção nunca poderá ser interrompido. Deste modo, é utilizado o esquema TN-S nos circuitos finais de tomadas, pois o condutor de proteção é separado do condutor neutro.

ELT Tipo IT:

A tensão de contacto ao 2º defeito pode ser metade do valor da tensão de contacto indireto no ELT em TN. A tensão de contacto do TN é: [Fórmula ou valor não especificado no original]. No IT, ao 2º defeito, é originada uma dupla malha de defeito, comparativamente ao TN. Logo a tensão de contacto é: [Fórmula ou valor não especificado no original].

O esquema IT caracteriza-se por todas as partes ativas se apresentarem isoladas da terra ou religadas através de uma elevada impedância. As massas da instalação encontram-se diretamente ligadas à terra. A principal vantagem deste esquema é a garantia da continuidade de serviço, na presença de um primeiro defeito de isolamento. Ao nível das desvantagens, apresenta a necessidade de ter pessoal especializado para atuar rapidamente no primeiro defeito, e um controlo e monitorização permanentes da instalação.

ELT Tipo TT:

• Todas as massas devem ser interligadas através de condutores de proteção e ligadas ao mesmo elétrodo terra;
• Ponto neutro da alimentação ligado à terra de alimentação;
• Proteção de pessoas utiliza interruptor diferencial;
• Disparo ao 1º defeito;
• Neste esquema, os defeitos entre a fase e a massa originam a circulação de uma corrente de defeito na malha e a impedância desta malha de defeito limita o valor da corrente de defeito, não sendo possível garantir a proteção de pessoas contra contactos indiretos, com os dispositivos de proteção contra sobreintensidades;

Vantagens:

• Solução mais simples no estudo e na instalação;
• Não necessita de vigilância permanente em exploração (apenas controlo periódico de DDR);

Desvantagens:

• Possibilidade de aumento de custos para a prevenção de disparos intempestivos e seletividade dos diferenciais.

Deve-se utilizar dispositivos diferenciais na proteção de pessoas contra contactos indiretos? Verdadeiro. A impedância da malha de defeito limita o valor da corrente de defeito, o que torna, na prática, impossível garantir a proteção das pessoas contra os contactos indiretos com os tradicionais dispositivos de proteção contra sobreintensidades. Podem ser utilizados caso as resistências da malha de defeito forem muito baixas, o que é difícil de acontecer. Deste modo, devem ser utilizados dispositivos diferenciais na proteção de pessoas.

Tipos de Potência em Grupos Geradores

Potência de Emergência (Stand By Power) – máxima potência que um grupo gerador pode fornecer durante uma falha de rede, trabalhando a baixa carga variável durante um tempo não superior a 200h/ano. A potência média, em períodos de 24h, não deve ultrapassar os 70%.

Potência Principal “Contínua” (Prime Power) – potência máxima que um grupo gerador pode oferecer em funcionamento contínuo a uma carga variável durante um período de tempo ilimitado de horas por ano.

Potência em Contínuo (Continuous Operating Power) – máxima potência que um grupo gerador pode fornecer em contínuo trabalhando a uma carga contínua durante um número ilimitado de horas por ano.

Proteção e Coordenação de Circuitos

Soluções de Proteção com 3 Aparelhos:

• Interruptor + contactor + relé térmico;
• Disjuntor magneto-térmico + contactor + relé térmico;
• Disjuntor magnético + contactor + vav.

Curvas de operação:

• A – 1,05 a 1,2 In;
• B – Curva de operação do relé térmico;
• C – Condição de fadiga térmica;
• D – Limite do relé térmico;
• F – Capacidade de corte da Icc do disjuntor;
• E – Capacidade de corte do Icc do disjuntor e contactor;
• G – Curva de operação do disjuntor do tipo MA.

Vantagens de disjuntor + contactor + relé térmico: manutenção reduzida, facilidade de interrupção em caso de manutenção; boa compatibilidade entre equipamentos.

Curva de funcionamento de um disjuntor com regulação eletrónica (proteção e coordenação da proteção):

• Ir - Sobrecarga da regulação da corrente de disparo do relé;
• Im – Corrente de atuação do disparador magnético;
• Ii – Corrente de cc do relé;
• Icu – Poder de corte último (valor máximo de corrente que pode ser cortada sem o dispositivo danificar).

Será necessário verificar as curvas de fadiga térmica para condutores de cobre e alumínio isolados a PVC e outros materiais isolantes se:

• O dispositivo de proteção contra sobrecargas não se encontrar colocado na origem do circuito a proteger;
• O dispositivo de proteção protege uma canalização pré-fabricada, em que o parâmetro (I²t) é indicado pelo fabricante;
• O condutor neutro ou de proteção possui uma secção no mínimo igual a metade da secção das fases respetivas;
• O dispositivo de proteção é do tipo temporizado ou com regulação.

Componentes de um Sistema Para-Raios

Baseado na imagem:

• a) Ponta Captora – Capta a descarga atmosférica e direciona-a para o condutor de baixada e serve para proteger a estrutura envolvente.
• b) Mastro – Elemento responsável por elevar e suportar o captor.
• c) Ligação ao mastro – Peça responsável por realizar a conexão entre o mastro e o condutor de baixada, que deve ter um elemento de adaptação mecânica que garanta o contacto elétrico permanente.
• d) Fixação mural – Fixar o mastro a uma estrutura metálica/betão.
• e) Condutor de baixada – Condutor responsável por conduzir a corrente da descarga atmosférica, do para-raios até ao sistema de terras.
• f) Fixação para condutor de baixada – Peça responsável por fixar o condutor de baixada à estrutura.
• g) Contador de descargas – Equipamento responsável por fazer a contagem das descargas.
• h) Ligador amovível – Permite desligar o sistema de terras para proceder às medições.
• i) Proteção mecânica da baixada – Protege o condutor de baixada contra impactos mecânicos com tubos ou calhas de proteção.
• j) Caixa de visita – Permite aceder aos condutores de terra.
• k) Elétrodo de terra – Pode ser enterrado verticalmente ou horizontalmente no solo e permite dissipar a corrente da descarga atmosférica para o solo.

Instalações de Ligação à Terra

Definições e Requisitos:

Instalação de ligação à terra é um conjunto de um ou vários elétrodos de terra interligados e dos condutores de proteção e de terra correspondentes.

Requisitos de uma instalação de ligação à terra são:

• Cumprimento de normas e regulamentos aplicáveis;
• Baixa impedância;
• Fiável, robusto do ponto de vista mecânico e resistente à corrosão;
• Tempo de vida expectável igual ou superior ao da instalação.

Resistência de terra é a resistência elétrica entre o elétrodo de terra e a terra.

Tipos de Terra:

Terras distintas - Circuitos de terra suficientemente afastados para que o potencial de um deles não sofra uma variação superior a 5% da que experimenta o outro quando este último é percorrido por uma corrente elétrica.

Terra única - Terra com funções de terra de serviço e terra de proteção.

Terra das massas (proteção) – Circuito de terra ao qual são ligados todos os elementos condutores da instalação que, normalmente, estão sem tensão ou com tensões não perigosas, mas sujeitos a uma passagem fortuita de corrente, que provoca diferenças de potencial perigosas e não previstas entre esses elementos.

Terra da alimentação (serviço) – Circuito de terra a que são ligados unicamente partes dos circuitos elétricos para influenciar as condições da exploração, quer limitando o potencial dos condutores em relação ao solo, quer permitindo o funcionamento das proteções.

Objetivos e Fatores do Solo:

Objetivos da realização de uma eficaz e segura ligação à terra:

• Assegurar que as pessoas não estejam expostas ao perigo de eletrocussão;
• Providenciar meios para conduzir correntes elétricas para a terra sob condições normais ou em situações de defeito sem exceder os limites operativos dos equipamentos ou afetar a continuidade de serviço;

Principais fatores que determinam a resistividade do solo:

• A sua natureza;
• A humidade;
• A temperatura;
• A granulometria;
• Compactação dos solos e pressão a que estão submetidos;
• Composição química e concentração dos sais dissolvidos na água contida nos solos.

Medição e Melhoria da Resistência de Terra

Método Volt-Amperimétrico:

São enterrados no solo dois elétrodos de terra auxiliares (T1 e T2) distanciados do elétrodo de terra a medir (T). É necessário fazer circular uma corrente entre T e T1. T2 deve ser colocado a meio de T e T1, medindo-se a queda de tensão entre T e T2. Obtidos os valores da corrente e da tensão, através da lei de Ohm, é calculada a resistência de terra em T. Para que não exista influência entre os elétrodos de terra, T1 e T2 devem ser colocados o mais afastado possível de T. Em regra, a distância entre T e T2 é de 20 metros e de 20 metros entre T e T1. Para confirmar os valores obtidos, devem ser feitas duas outras medições, deslocando T2 cerca de 6 metros tanto para um lado como para o outro da sua posição inicial. Se os 3 resultados forem da mesma ordem de grandeza o resultado será a média dos mesmos. Se não, terão de ser repetidos.

Processos para diminuir o valor da resistência de terra são:

• Aumentar a profundidade a que o elétrodo se encontra enterrado;
• Aumentar o comprimento das varetas enterradas no solo;
• Aumentar a superfície das chapas ou das fitas em contacto com o solo;
• Instalação de elétrodos adicionais em paralelo.

4 métodos de medição da resistividade do solo:

• Método de Wenner;
• Palmer;
• Elétrodo central;
• Haste vertical.

Utilização de Anéis nas Fundações:

“Em regra, a melhor solução para os elétrodos de terra, consiste na utilização de anéis colocados na base das fundações dos edifícios, estabelecidos durante a construção destes”. A afirmação é verdadeira. A utilização de anéis nas bases das fundações dos edifícios apresenta múltiplas vantagens, tais como:

• Não necessitam de trabalhos suplementares de aterro;
• São estabelecidos a uma profundidade que permite salvaguardá-los de situações climatéricas sazonais;
• Garantir um bom contacto com o solo;
• Podem ser usados como sistema de terras do estaleiro, no início da construção;
• Utilizar, no máximo, a área do edifício e reduzir ao mínimo o valor da resistência de terra;
• Devem ser colocados a uma profundidade mínima de 0,8m.