a efetividade do eletrodo de - cinase · significativamente as diferenças de potenciais nas...

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

proelco@uol.co,.br

(019) 99112 0110

OBRIGADO PELAATENÇÃO!

“Deixe aqui todas suas esperanças, Vós que entrai!”

Aviso na porta doinferno: