a efetividade do eletrodo de - cinase · significativamente as diferenças de potenciais nas...
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A efetividade do eletrodo de
aterramento para as
correntes dos raios
Antônio R. PanicaliPROELCO
Antônio R. PanicaliPROELCO
...ou:VOCÊ AINDA ACREDITA EM
EQUALIZAÇÃO DE POTENCIAL???
Se acredita,
vai levar um
baita susto!
Conteúdo:
- Tipos de aterramento de SPDA
- Características das correntes dos raios x 60 Hz
- Comportamento dos aterramentos para as
correntes dos raios
- Equalização de potencial? Como assim???
- Alguns conselhos úteis
ATERRAMENTO
DESCIDAS
CAPTORES
ELEMENTOS DE UM SPDA
DESCIDAS
ATERRAMENTO
SPDA ESTRUTURAL
O mais recomendável quando
a continuidade elétrica das
ferragens puder ser garantida!
SPDA ESTRUTURAL
O mais recomendável quando
a continuidade elétrica das
ferragens puder ser garantida!
Aproveitamento parcial
das ferragens.
Aproveitamento parcial
das ferragens.
ELETRODO DE ATERRAMENTO DE SPDA (proteção contra raios)
Opção 1: ferragens das fundações desde que com continuidade galvânica
Opção 2: anel de aterramento com comprimento L=perímetro=2.p.re,
re=raio equivalente médio;
se re<l1, adicionar eletrodos próximos aos pontos de conexão com descidas
Pelo menos, 80% enterrado.
l 1 m
m
Class I
Class II
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 500 1 000 1 500 2 000 2 500 3 000
Class III-IV
IEC 2097/05
Instalar a 1m das paredes externas e
profundidade>0,5m
PS: se impossível anel externo,
Instalar anel internamente mas
proteger contra choques!!!!
ABNT NBR 5419-3 (2015) aterramento SPDA
Área A1
a ser considerada
área circular A2
raio médio r
Exemplo: prédio residencial
SPDA nível III, l1=5m
Não necessita
eletrodo
adicional !
Exemplo de cálculo de “raio equivalente”:
UMA DAS PRINCIPAIS FUNÇÃO DE UM ATERRAMENTO
É PERMITIR O ESCOAMENTO DA CORRENTE DO RAIO
PARA O SOLO, DE FORMA CONTROLADA, REDUZINDO A
PROBABILIDADE DE CENTELHAMENTOS ESPÚRIOS E
O SURGIMENTO DE TENSÕES PERIGOSAS.
MAS, COMO FICA A EQUALIZAÇÃO
DE POTENCIAL?
COMO SE COMPORTA UM
ELETRODO DE ATERRAMENTO PARA
CORRENTES DOS RAIOS?
A MESMA COISA QUE EM 60 Hz?
CARACTERISTICAS DOS RAIOS
Vários laboratórios no mundo
medem as correntes injetadas
pelos raios nas estruturas!
De Säntis northeastern Switzerland CONHECENDO MELHOR OS RAIOS
Vários laboratórios no mundo
medem as correntes injetadas
pelos raios nas estruturas!
Tp~3,5us / (5 a 250 kA)
Ts~0,2 us /(5 a 29 kA)Tp~2us / (4 a 90 kA)
RAIOS SÃO IMPULSOS DE CORRENTE ELÉTRICA
VARIAÇÃO RÁPIDA
ALTAS FREQUÊNCIAS
EFEITOS INDUTIVOS
T1 T2
CARACTERÍSTICAS TÍPICAS DE IMPULSOS DE CORRENTE DE UM RAIO
CO
RREN
TE [
A]
DURAÇÃO
VARIAÇÃO LENTA
FREQUÊNCIA MAIS BAIXAS
DISSIPAÇÃO DE ENERGIA
T1 T2
CARACTERÍSTICAS TÍPICAS DE IMPULSOS DE CORRENTE DE UM RAIO
fe(frequência equivalente inicial)= 1/(2.T1) Exemplo: T1=0,5ms fe=1 MHz
FREQUÊNCIA EQUIVALENTE DA FRENTE DE ONDA
CARACTERÍSTICAS TÍPICAS DE IMPULSOS DE CORRENTE DE UM RAIO
FREQUÊNCIA EQUIVALENTE DA CAUDA DE ONDA
T1 T2
fe(frequência equivalente final)~1/(2.T2) Exemplo: T2=0,5 ms* fe=1 kHz * Ordem de grandeza
T1 T2
RESUMINDO: RAIOS COMEÇAM COM ALTAS FREQUÊNCIAS E...
T1 T2
...E TERMINAM EM BAIXAS FREQUÊNCIAS!
ESPECTRO DE FREQUÊNCIA DOS RAIOS
60 Hz
16,6 ms
COMO UM ATERRAMENTO SE COMPORTA
PARA AS DIFERENTES FREQUÊNCIAS
200m
0,5m
SOLO:
=100 Ohm.m
er= 10
COMO UM ATERRAMENTO SE COMPORTA
PARA AS DIFERENTES FREQUÊNCIAS
200m
0,5m
SOLO:
=100 Ohm.m
er= 10
DZ~2.p.f.L.dx [Ohm]
L~1,5 mH/m
G~dx*s/2 [S]
s:condutividade [S/m]
dx
CIRCUITO EQUIVALENTE DE UM
ATERRAMENTO:
SOLO BOM (POUCO RESISTIVO)
<1000 Ohm.m
200m
0,5m
SOLO:
=100 Ohm.m
er= 10
Alta frequência:
DZ=2.p.f.L.dx
L~1,5 mH/m
e/ou
alta condutividade
dX
COMO UM ATERRAMENTO SE COMPORTA
PARA
FREQUÊNCIAS ALTAS
(PARTE INICIAL DOS RAIOS)
200m
0,5m
SOLO:
=100 Ohm.m
er= 10
Alta frequência:
XL=2.p.f.L.dx
L~1,5 mH/m
e/ou
alta condutividade
dXLef << Lfísico
COMO UM ATERRAMENTO SE COMPORTA
PARA
FREQUÊNCIAS ALTAS
(PARTE INICIAL DOS RAIOS)
DISTRIBUIÇÃO NÃO UNIFORME
DE CORRENTE E DE POTENCIAL
200m
0,5m
SOLO:
=100 Ohm.m
er= 10
Baixa frequência:
f~ 0Hz
Xtot= 0 Ohm
Distribuição
uniforme de corrente
COMO UM ATERRAMENTO SE COMPORTA
PARA AS
BAIXAS FREQUÊNCIAS
(CAUDA DAS DESCARGAS)
EQUALISAÇÃO DE POTENCIAL
Lefetivo=Lfísico
200m
0,5m
SOLO:
=100 Ohm.m
er= 10
DZ~2.p.f.L.dx [Ohm]
L~1,5 mH/m
G~dx*s/2 [S]
s:condutividade [S/m]
CIRCUITO EQUIVALENTE DE UM
ATERRAMENTO:
SOLO MUITO RESISTIVO e
ALTAS FREQUÊNCIAS
dx
EFEITO CAPACITIVO SE TORNA IMPORTANTE
200m
0,5m
SOLO:
=100 Ohm.m
er= 10s=0,01 [S/m]
-EXEMPLO-
2a
h
200m
z
x
Tipo de
solo
1 100
2 500
3 2000
]m.Ohm[
10 100 1 103
1 104
1 105
1 106
1 107
1
10
100
1 103
Frequency [Hz]
Lef [m
]
1 2 3
1000
100
10
1
10Hz 100 Hz 1000Hz 10kHz 100kHz 1MHz 10MHz
subsequente
primeira negativa
positivo25 kHz
ICLP-2008
10 Hz
POTENCIAL AO LONGO DO CONDUTOR DE TERRA
s=0,01 [S/m]
er= 10
100 Hz
s=0,01 [S/m]
er= 10
POTENCIAL AO LONGO DO CONDUTOR DE TERRA
25 kHz
s=0,01 [S/m]
er= 10
POTENCIAL AO LONGO DO CONDUTOR DE TERRA
1 MHz
s=0,01 [S/m]
er= 10
POTENCIAL AO LONGO DO CONDUTOR DE TERRA
5 MHz
s=0,01 [S/m]
er= 10
POTENCIAL AO LONGO DO CONDUTOR DE TERRA
CAMPO ÉLÉTRICO NA SUPERFÍCIE DO SOLO
10 Hz / T1~1000 [ms]
s=0,01 [S/m]
er= 10
CAMPO ÉLÉTRICO NA SUPERFÍCIE DO SOLO
100 Hz / T1~10ms
s=0,01 [S/m]
er= 10
CAMPO ÉLÉTRICO NA SUPERFÍCIE DO SOLO
25 kHz / T1~40ms
s=0,01 [S/m]
er= 10
CAMPO ÉLÉTRICO NA SUPERFÍCIE DO SOLO
1 MHz / T1~0,5ms
s=0,01 [S/m]
er= 10
CAMPO ÉLÉTRICO NA SUPERFÍCIE DO SOLO
5 MHz / T1~0,1ms
s=0,01 [S/m]
er= 10
FÓRMULA APROXIMADA DA RESISTÊNCIA DE TERRA
PARA BAIXA FREQUÊNCIA:
R=2./L
=100 ohm.m
L=200m
R~1 Ohm
FÓRMULA APROXIMADA DA RESISTÊNCIA DE TERRA
PARA BAIXA FREQUÊNCIA:
R=2./L
=100 ohm.m
L=200m
R~1 Ohm
700% de erro!!!
COM RELAÇÃO AO
VALOR DC
18% de erro
SIMULAÇÃO TRAGSYS
VELOCIDADE DA LUZ
NO VÁCUO:c= 300.000 km/s
NO SOLO: c/50 < V < c/2
INTERFACE TERRA/SOLO
neutro
BEP
neutro
DDP entre carcaça
e solo!
Potencial
do
aterramento
BEP
neutro
DDP entre carcaça
e solo!
Potencial
do
aterramento
DV=Lat.(dI/dt)
carcaça/eletrônica
DV
BEP
neutro
DDP entre carcaça
e solo!
Potencial
do
aterramento
DV=Lat.(dI/dt)
carcaça/eletrônica
DVBEPBEL
neutro
Na cauda da descarga
DDP=0!
Mas agora já é
tarde demais!!
Potencial
do
aterramento
BEP
ANEL 20m X 20m
Solo de =500 Ohm.m
Profundidade = 50 cm
BEP
I=50kA/1 ms
COMPORTAMENTO IMPULSIVO
DE ANEL DE ATERRAMENTO
Rbf=2. /Ltotal=2*500/80=12,5 Ohm
Rbf x Ipico=625 kV
ANEL 20m X 20m
Solo de =500 Ohm.m
Profundidade = 50 cm
BEP
Rimpulsivo=2/Lefetivo(8m+8m)=63 Ohm
Vimpulsivo= 3,1 MV !!!
I=50kA/1 ms10 100 1 10
31 10
41 10
51 10
61 10
71
10
100
1 103
Frequency [Hz]
Lef [m
]
re ]m.Ohm[
COMPORTAMENTO IMPULSIVO
DE ANEL DE ATERRAMENTO
AFASTAR ATERRAMENTO DO BEP
DAS CONEXÕES COM DECIDAS DO SPDA
SOLUÇÕES:
BEP
BLINDAR
BEP
Chapa metálica
Reduzir área de indução
I=50kA/1 ms
ANEL 20m X 20m
Solo de 500 Ohm.m
Profundidade = 50 cm
Vpainel/piso* ~ 10 kVBEP
Centelhamento
painel/piso
Icentelha
Vpainel/eletrônica
Chapa metálica
•Depende do dI/dt, das dimensões
e posição do loop
ÁREA DE INDUÇÃO
Ipico
50%.Ipico
3%.Ipico
2%.Ipico
A CORRENTE SE CONCENTRA NA DECIDA PRÓXIMA AO PONTO DE INCIDÊNCIA!
ABNT-NBR 5419-4 (2015)
Earth termination system
Bonding network
IEC 2200/05
Usar malhas mais densas em locais mais críticos.
0,6m x 0,6m
1,5m x 1,5m
5m x 5m
POTENCIAL DO ELETRODO ENTERRADO POTENCIAL NA SUPERFÍCIE DO SOLO
ANEL 50m X 25m, PROFUNDIDADE=50cm
SOLO HOMOGÊNEO: 100 Ohm.m
60 Hz
POTENCIAL DO ELETRODO ENTERRADO POTENCIAL NA SUPERFÍCIE DO SOLO
MALHA 50m X 25m, PROFUNDIDADE=50cm
SOLO HOMOGÊNEO: 100 Ohm.m
60 Hz
CONCLUSÕES:
1- Eletrodos de aterramento são fundamentais para dispersar
as correntes espúrias (raios, falhas da instalação, etc.) nos solos.
2- Também têm papel fundamental na atuação de sistemas de proteção
contra falhas de isolação.
3- Se projetados adequadamente, levando-se em conta seu comportamento
eletromagnético para surtos e frequências altas, podem reduzir
significativamente as diferenças de potenciais nas superfícies do solo.
Lembrando sempre que...
4- eletrodos de aterramento se comportam de maneiras totalmente
diferentes, dependendo de sua geometria, características do solo
modo de instalação e forma de onda dos sinais neles injetados.
ANTÔNIO R. PANICALI
(019) 99112 0110
OBRIGADO PELAATENÇÃO!
“Deixe aqui todas suas esperanças, Vós que entrai!”
Aviso na porta doinferno: