Curso de aterramento módulo 2 rev2

Curso de aterramento módulo 2 rev2

(Parte 1 de 3)

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ÍNDICE DE FIGURAS4
ÍNDICE DE TABELAS4
ÍNDICE DE GRÁFICOS4
ÍNDICE DE ESQUEMAS5
ÍNDICE DE CIRCUITO5
1. MEDIDAS DE POTENCIAL6
1.1. MEDIDA DE POTENCIAL DE TOQUE6
1.2. MEDIDA DE POTENCIAL DE PASSO7
1.3. P OTENCLAL DE TANSFERÊNCIA7
2. RESISTI VIDADE DO SOLO8
2.1. CROQUIS DE MEDIÇÃO8
ESPAÇAMENTO ENTRE OS ELETRODOS9
APRESENTAÇÃO DOS RESULTADOS DA MEDIÇÃO9
MEDIÇÕES9
2.3. MÉTODO DE MEDIÇÃO10
MÉTODO DE WENNER10
MÉTODO DE SCHLUMBERGER12
MÉTODO DO ELETRODO CRAVADO A DIVERSAS PROFUNDIDADES12
2.4. ANÁLISE DAS MEDIDAS14
2.5. PRINCÍPIO DE MEDIÇÃO15
2.6. EXEMPLO DE MEDIÇÃO DE RESISTIVIDADE DO SOLO16
2.7. EXEMPLO DE FOLHA DE MEDIÇÃO DA RESISTIVIDADE17

SUMÁRIO 2.2. CUIDADOS QUE SE DEVEM TOMAR ANTES DE INICIAREM AS

ATERRAMENTO19

3. PROCEDIMENTO PARA MEDIÇÃO DA RESISTÊNCIA DE

MEDIÇÕES19
ELETRODOS19
3.3. MÉTODOS DE MEDIÇÃO DA RESISTÊNCIA DE ATERRAMENTO20
MÉTODO DA QUEDA DE POTENCIAL - REGRA DOS 62%20
MÉTODO DA INTERSEÇÃO DAS CURVAS23
MÉTODO DA INCLINAÇÃO DA CURVA26
MÉTODO DOS TRÊS POTENCIAIS27
RESISTÊNCIA DE ATERRAMENTO DE ELETRODOS PROFUNDOS27
3.5. PRINCÍPIO DE MEDIÇÃO28
3.6. EXEMPLO DE MEDIÇÃO DE ATERRAMENTO30
MÉTODO DA QUEDA DE POTENCIAL30
MÉTODO DA INTERSECÇÃO DAS CURVAS30

3.1. CUIDADOS QUE SE DEVEM TOMAR ANTES DE SE INICIAREM AS 3.2. CURVA DE DISTRIBUIÇÃO DOS POTENCIAIS ENTRE DOIS 3.4. EXTRAPOLAÇÃO DE MEDIDAS DE RESISTIVIDADE DE SOLOS E MÉTODO DA INCLINAÇÃO DA CURVA.............................................................31

MÉTODO DOS TRÊS POTENCIAIS32
ANÁLISE DOS RESULTADOS32
DADOS DA MEDIÇÃO DE ATERRAMENTO3
3.7. VALOR MÁXIMO DA RESISTÊNCIA DO ATERRAMENTO37
3.8. EXEMPLO DE FOLHA DE MEDIÇÃO DA RESISTÊNCIA40
4. APLICAÇÕES PRÁTICAS41

3 5. BIBLIOGRAFIA CONSULTADA ..................................................................... 4

4 ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1: Medida de Potencial de Toque6
Figura 2: Extrapolação do Potencial de Toque6
Figura 3: Medida de Potencial de Passo7
Figura 4: Croquis de medição de resistividade8
Tabela 1: Tabela para registro dos valores medidos9
Tabela 2: Valores de13 k
Tabela 3: Dados de medição para resistividade do solo16
Tabela 4: Valores médios dos valores medidos16
aterramento23

ÍNDICE DE TABELAS Tabela 5: Locação da haste de tensão em função da maior distância do sistema de

aterramentos25
Tabela 7: Valores de resistências medidos25
Tabela 8: Coeficientes de TAGG e ROMANO27
Tabela 9: Variação da resistência com a profundidade28
Tabela 10: Resultados30
Tabela 1: Valores medidos de resistência de aterramento para malhas grandes30
Tabela 12: Valores medidos de resistência para o método da inclinação da curva31
Tabela 13: Valores medidos para o método dos três potenciais32
Tabela 14: Dados de medição3
Tabela 15: Relação ddv em função do coeficiente µ39

Tabela 6: Distâncias para o cravamento das hastes para medição de grandes

Gráfico 1: Variação de K(z)1
Gráfico 2: Resistência x profundidade14
Gráfico 3: Tensão x distãncia20
Gráfico 4: Tensão x afastamento da haste sonda2
Gráfico 5: Curvas de resistência x distância para malhas grandes26
Gráfico 6: Resistência x distância31
Gráfico 7: Resistência x distância (d=7)34
Gráfico 8: Resistência x distância (d=10)34
Gráfico 9: Resistência x distância (d=14)35
Gráfico 10: Resistência x distância (d=30)35
Gráfico 1: Resistência x distância (d=40)36
Gráfico 12: Resistência x distância (d=50)36

ÍNDICE DE GRÁFICOS Gráfico 13: Resistência x distância (d=60)....................................................................37

5 ÍNDICE DE ESQUEMAS

Esquema 1: Medição pelo método de Wenner10
Esquema 2:Medição pelo método de Sshlumberger12
21
Esquema 4: Medição de aterramento de malhas grandes24

Esquema 3: Medição da resistência de aterramento pelo método da queda de potencial

Circuito 1: Circuito equivalente para medição da resistividade15
Circuito 2: Circuito equivalente para medição do aterramento28

ÍNDICE DE CIRCUITO Circuito 3: Circuito equivalente simplificado ................................................................ 29

1.1. Medida de Potencial de Toque

Para determinação do potencial de toque, utilizam-se duas placas de cobre ou alumínio, com superfícies bem polidas, de dimensões 10x20cm e com um terminal próprio para interligação com os terminais do voltímetro. Essas dimensões simulam a área do pé humano e, para simular o peso, deve-se colocar 40kg sobre cada placa (admitindo um peso humano de 80kg).

Figura 1: Medida de Potencial de Toque

Deve ser usado um voltímetro de alta sensibilidade (alta impedância interna) e intercalar entre os pontos de medição uma resistência com o valor de 1000Ω para simular a resistência do corpo humano. A seguir, mede-se o potencial entre o solo (placa colocada a 1m de distância do pé da estrutura) e a estrutura metálica no ponto de alcance da mão, com a resistência inserida entre estes dois pontos.

Deve-se efetuar a medida em todos os quadrantes do solo, com relação a estrutura, e verificar se os pontos da estrutura, onde se aplica o voltímetro, estão limpos, livres de pinturas, óxidos, etc.

Figura 2: Extrapolação do Potencial de Toque

Para a extrapolação desse valor de tensão, devido à corrente aplicada ao solo, para valores referidos à máxima corrente de curto-circuito fase-terra, pode-se considerar extrapolaçâo linear, supondo que a terra mantenha as características resistivas invariáveis para altas correntes. Exemplo: Se para 5A o potencial de toque é 10V, para uma corrente de curto de

1000A, o valor de é 2000V. Na prática, os valores medidos devem ser menores do toqueV que os valores determinados pelos limites de segurança. 1.2. Medida de Potencial de Passo

Para a medida do potencial de passo, são utilizados duas placas de cobre ou alumínio, como descritas no item anterior, que serão colocadas no solo espaçadas de 1m. deverá ser aplicado um peso de 40kg a cada placa para simular o peso do corpo humano e inserir entre os dois pontos uma resistência de 1000Ω .

Figura 3: Medida de Potencial de Passo

O potencial obtido, medido com voltímetro de alta impedância interna, deverá ser extrapolado para valores de corrente de curto-circuito fase-terra, como já foi explicado no item anterior. Na prática, também deve-se ter valores medidos abaixo dos valores especificados pelos limites de segurança.

1.3. Potenclal de Tansferência

É o produto da corrente de curto-circuito fase-terra pelo valor da resistência de aterramento do terra considerado.

Tcca IRV φ×=ciatransferên

Notar que para um valor de resistência de aterramento, o potencial de transferência será linear com a corrente de curto circuito, ou seja, com a potência de curto-circuito fase-terra disponível.

8 2. RESISTIVIDADE DO SOLO

A resistividade do solo é definida como sendo numericamente igual a resistência de um cubo de 1 de aresta. A NBR 7117 define a resistividade como sendo a resistência elétrica entre faces opostas de um cubo homogêneo e isótropo, cuja aresta mede uma unidade de comprimento.

R LA =×ρ e como LA=⇔=1 logo R=ρ

A resistividade depende do tipo de solo, da temperatura, da umidade, salinidade, formação geológica, etc. Como normalmente a medição da resistividade do solo é um subsidio para a execução de um projeto de aterramento, este deverá vir acompanhado pelo croquis de medições assinalando a direção e o sentido das medições.

Dependendo da importância do projeto, será necessário obter: a) índice pluviométrico; b) temperatura máxima, mínima e média da região; c) amostras do solo; d) índice de umidade do solo; e) perfil do solo; f) tipo de solo, características da camada superficial, etc.

2.1. CROQUIS DE MEDIÇÃO

Quando não indicado no projeto, deve ser elaborado um croquis de medição indicando os pontos medidos, direção e sentido das medições. A NBR-7117 recomenda um número mínimo de 5 pontos de medição para uma área de até 10.000m2 conforme figura 4.

Figura 4: Croquis de medição de resistividade

Onde: A,B,C,D e E são os pontos da medição. Para áreas maiores que 10.000m2, deve subdividir-se em áreas menores ou iguais a 10.000m2.

9 ESPAÇAMENTO ENTRE OS ELETRODOS

A NBR-7117 e a literatura de um modo geral consideram como valores de espaçamentos as distâncias seguintes: 1, 2, 4, 8, 16, 32, 64 m. Deve ser montada a tabela 1.

Tabela 1: Tabela para registro dos valores medidos dm() R()Ωmedido ρπ =2 (xm)aRΩ

As medições devem conter o máximo de informações que serão úteis a execução do projeto tais como: a) solo terraplenado ou não; b) solo compactado ou não; c) características da camada superficial (tipo de solo); d) solo úmido ou não (camada superficial); e) época do ano (seca ou chuvosa) f) profundidade média de cravação das hastes e o método utilizado

2.2. CUIDADOS QUE SE DEVEM TOMAR ANTES DE INICIAREM AS MEDIÇÕES

•Certificar-se que o instrumento usado na medição esteja aferido;

•Certificar-se que as hastes estejam isentas de gordura e apresentem resistência mecânica de cravação;

•Certificar-se que as hastes estejam alinhadas;

•Certificar-se que as hastes estejam cravadas a uma mesma profundidade. Deve ser adotado a profundidade de 15 cm como sendo a mínima aceitável;

•Certificar-se que não esteja havendo interferência de tensões induzidas. Isso pode ser verificado medindo-se o potencial induzido no solo. Alguns equipamentos são providos de filtros de modo a não permitir que correntes espureas interfiram na medição.

10 2.3. MÉTODO DE MEDIÇÃO

Este método faz uso de quatro hastes cravadas no solo, em linha reta e igualmente espaçadas entre si segundo o esquema 1:

Esquema 1: Medição pelo método de Wenner

a a a b

A equação para a determinação da resistividade do solo é deduzida aplicando-se o método das imagens. O potencial na haste de tensão e podem ser calculados pelas equações abaixo: Et1 Et2

Como
ρπ=

ba b a

1 Embora normalizada pela ABNT-7117, IEEE-80 e IEEE-81, essa fórmula não é formalmente correta, pois os eletrodos de medição são de fato hastes e não pontos. S. Baishiki e outros chegaram a seguinte equação:

b ln

, onde E e F

1 Onde:

ρ - Resistividade calculada do solo ()Ω×m

R - Resistência medida pelo instrumento ()Ω a- Espaçamento entre as hastes ()m

Fazendo ba z= temos: ()ρππ=

z KzaR

Se = z b calculada pela seguinte equação simplificada, conhecida como a fórmula de Palmer: ρπ=2aR×××

Traçando-se um gráfico de ()Kz x z temos:

Gráfico 1: Variação de K(z)

K(z)

O método considera que praticamente 58% da distribuição de corrente que passa entre as hastes externas ocorre a uma profundidade igual ao espaçamento entre as hastes. Portanto, para efeito de medição, considera-se que o valor da resistência elétrica medida é relativa a uma profundidade a do solo.

MÉTODO DE SCHLUMBERGER Seja o esquema 2:

Esquema 2:Medição pelo método de Sshlumberger A ~

ρ e a

Se ab=⇔ρπ=2aRe os dois métodos conduziriam aos mesmos resultados.

MÉTODO DO ELETRODO CRAVADO A DIVERSAS PROFUNDIDADES O método consiste em cravar uma haste a profundidades crescentes, medindo-se a

cada profundidade a resistência de aterramento. Como R l lx x x ou

GKlx=ρ. Derivando-se em relação a ρ obtemos: dGdl K=ρ∴ ρ=K dGdl

Com os valores medidos, traça-se um gráfico deGlx . Desejando-se saber qual o valor da resistividade em determinada faixa de profundidade do solo, calcula-se ∆∆G l nessa

13 faixa e determina-se ρ.

mos o gráfico de Rlx ao invés de Glx . A seguir temos a tabela 2 com os valores de K já corrigidos conforme nota 2

Tabela 2: Valores de k

KK K K

Tomando como exemplo os dados do item tabela 2 obtemos o gráfico 2.

ρ φ φ ρln ln

2 A rigor

14 Gráfico 2: Resistência x profundidade

Resistência x profundidade

Resi stênci

R x l

Desejando-se saber a resistividade do solo a uma profundidade de aproximadamente 2m procedemos da seguinte maneira:

2.4. ANÁLISE DAS MEDIDAS

Concluído o processo de medição, deve-se calcular a média aritmética dos valores das resistividades para cada espaçamento, ou seja:

in j jn= =

Onde:

- Resistividade média para o espaçamento aj n - Número de medições efetuadas para o afastamento aj

- Valor da j-ésima medição da resistividade com o afastamento a j

q- Número de espaçamentos empregados

Em seguida calcula-se o desvio de cada medida em relação ao valor médio de

acordo com a seguinte equação: ()() a j j v v100%.

A NBR-7117 é omissa quanto aos critérios de aceitação, mas a literatura indica o seguinte critério: se o desvio for superior a 50%, essa medição deve ser desprezada, ou ainda deverão ser refeitas as medições no local.

2.5. PRINCÍPIO DE MEDIÇÃO Seja o circuito abaixo:

Circuito 1: Circuito equivalente para medição da resistividade

Onde:

Rv - Resistência interna do voltímetro()Ω

Rg - Resistência interna do gerador()Ω

E - Tensão do gerador (V) V - Valor indicado no voltímetro (V) A corrente que circula por R é, supondo um voltímetro ideal:

R gc c g c

R R V E Rg

É imprescindível que RRReRcctt121,,2 sejam desprezíveis. Pode ser necessário reduzir ReRc1 c2 por meio de soluções de cloreto de sódio. O erro deste método pode ser estimado da seguinte maneira:

R R Rtt v c g

A precisão estaria bastante melhorada se fosse elevada a tensão e a resistência interna do gerador, bem como a resistência interna do voltímetro.

16 2.6. EXEMPLO DE MEDIÇÃO DE RESISTIVIDADE DO SOLO

Seja os seguintes valores de resistência medidos pelo método de Wenner: Tabela 3: Dados de medição para resistividade do solo am() R1 R2 R3 R R R Rmedio ρmedio 2 110 108 50 52 48 45 68,83 865

4 93 95 42 41 35 30 56,0 1407 8 71 67 25 20 34 20 39,50 1985 16 35 28 12 10 13 9 17,83 1792 32 8 6,5 7 5 3 4,5 5,67 1139

A verificação dos desvios em relação a média pode ser visto na tabela 4 a seguir. Tabela 4: Valores médios dos valores medidos

Como podemos observar, os desvios δ1 e δ2 são superiores a 50% e devem ser desprezados ou considerados como uma região à parte.

2.7. EXEMPLO DE FOLHA DE MEDIÇÃO DA RESISTIVIDADE

Método de Wenner/Schlumberger

1
2
4
8
16
32
64

dm() R()Ω ρ(Ω×m) OBSERVAÇÕES

TERRAPLENADO: SIMNÃO
COMPACTADO:SIM NÃO
ESTAÇÃO DO ANO: SECACHUVOSA

19 3. PROCEDIMENTO PARA MEDIÇÃO DA RESISTÊNCIA DE ATERRAMENTO

É a oposição a passagem da corrente elétrica que circula pelo aterramento. Pode ser calculada medindo-se a elevação de potencial e a corrente que circula pelo aterramento e em seguida aplicando-se a lei de Ohm onde REI =.

Os sistemas de aterramento devem atender os seguintes requisitos:

•Permitir o escoamento à terra das correntes perigosas produzidas por defeitos ou por sobretensões;

•Criar uma zona equipotencial em certos locais, em cuja vizinhança podem escoar correntes de intensidade considerável como as devido as descargas atmosféricas ou correntes de falta.

3.1. CUIDADOS QUE SE DEVEM TOMAR ANTES DE SE INICIAREM AS MEDIÇÕES

•Certificar-se que o instrumento usado na medição esteja aferido;

•Certificar-se que os eletrodos auxiliares estejam isentos de gordura e apresentem resistência mecânica de cravação;

•Certificar-se que os eletrodos estejam alinhados;

•Certificar-se que os eletrodos estejam cravados a uma mesma profundidade. Deve ser adotada uma profundidade de cravação de 15cm como sendo a mínima aceitável;

•Certificar-se que não esteja havendo interferência de tensões induzidas. Isso pode ser verificado no próprio instrumento medindo-se o potencial induzido no solo. Alguns equipamentos são providos de filtros de modo a não permitir que correntes espúrias interfiram na medição;

•Certificar-se que nenhum dos equipamentos conectados ao aterramento estejam energizados.

3.2. CURVA DE DISTRIBUIÇÃO DOS POTENCIAIS ENTRE DOIS ELETRODOS

Se cravarmos dois eletrodos em um solo homogêneo e aplicarmos uma tensão E irá circular uma corrente entre os mesmos pela terra. Se adicionarmos um terceiro eletrodo e cravarmos a distâncias variáveis desde uma haste até a outra obteremos uma distribuição de potencial conforme pode ser visto no gráfico 3 .

20 Gráfico 3: Tensão x distãncia

TENSÃO x DISTÂNCIA

Tensão (V)

Como podemos constatar, a tensão aumenta com o afastamento em relação ao aterramento que se deseja medir. Cresce a taxas crescentes até atingir uma região de patamar e depois cresce a taxas decrescentes até atingir o valor máximo da tensão aplicada. Para se medir a resistência de aterramento, deve-se procurar a região de patamar variando-se o eletrodo sonda de modo que as variações de tensão sejam desprezíveis.

3.3. MÉTODOS DE MEDIÇÃO DA RESISTÊNCIA DE ATERRAMENTO

Existem diversos métodos, a maioria baseada na distribuição de potencial entre dois eletrodos. Alguns métodos são muito imprecisos, enquanto outros são laboriosos demais não estando inclusos neste trabalho. Dentre estes citamos: triângulo, estrela triângulo, quatro potenciais e aterramento morto.

MÉTODO DA QUEDA DE POTENCIAL - REGRA DOS 62%

Decorre diretamente da distribuição de potencial entre dois eletrodos. A resistência do aterramento é medida no patamar de inflexão da curva de potencial. O patamar de inflexão é função da maior dimensão do aterramento e da distância entre seu centro elétrico e a haste auxiliar mais afastada. Na tabela 5, encontramos uma relação das diversas distâncias levandose em consideração a maior dimensão do aterramento. Nos casos de aterramento composto de uma única haste, a maior dimensão é o comprimento da haste efetivamente enterrada, nos outros casos a maior distância do sistema. Seja o seguinte esquema:

Esquema 3: Medição da resistência de aterramento pelo método da queda de potencial I x d

Ex Et Ra

Onde:

Ra- resistência de aterramento (Ω)

Ex- potencial no aterramento (V)

Et- potencial na haste de tensão(V) I - corrente que circula no aterramento(A) x - distância entre a haste de tensão e o terra a ser medido(m) d- distância entre o eletrodo de corrente e o terra a ser medido(m) O potencial no aterramento é:

O potencial na haste de tensão é:

A resistência de aterramento, considerando bdesprezível, é :

Para que Rmed seja igual a Ra , é necessário que o termo entre parênteses seja igual a zero e, supondo que r seja desprezível, temos que xd=×0618,. Tal resultado dá origem ao método dos 62%, ou seja, para se medir a resistência de um sistema de aterramento deve-se locar o eletrodo de corrente auxiliar a uma distância tal que r possa ser desprezado e loca-se o eletrodo de tensão auxiliar (sonda) a 61,8% da distância entre o aterramento e o eletrodo de corrente auxiliar. Se r não pode ser desprezado, então x deve ser calculado pela seguinte equação:

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