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NBR 5422 – Draft 9 – Cap. 13 - Revisão em 10/2005Emissão 08-08-2006

13. SISTEMA DE ATERRAMENTO

13.1. Geral

13.1.1. Este capítulo tem por objetivo fixar critérios técnicos para projeto e instalação de sistemas de aterramento de linhas de transmissão, os quais deverão operar sobre condições atmosféricas adversas e manter os níveis de potencial de toque e passo, dentro de limites aceitáveis pelo ser humano.

13.1.2. Dependendo da situação da linha de transmissão, tipo e localização dos suportes, sistemas específicos de aterramentos deverão ser projetados, dentro dos critérios estabelecidos por esta norma.

13.1.3. Serão consideradas partes do sistema de aterramento: hastes encapsuladas (hastes envolvidos por concreto), fundações tipo grelha, tubulão ou similares e qualquer cabo metálico conectado à estrutura.

13.2. Normas de Referência

NBR-7117 – Medição da resistividade do solo pelo método dos quatro pontos (Wenner);

NBR-6533 – Estabelecimento de segurança aos efeitos da corrente elétrica percorrendo o corpo humano;

NBR-8449 – Dimensionamento de cabos pára-raios para linhas aéreas de transmissão de energia elétrica – Procedimento.

13.3. Dimensionamento de Sistemas de Aterramento

13.3.1. Premissas e Parâmetros

13.3.1.1. O projeto do sistema de aterramento de uma linha de transmissão deverá obedecer as seguintes premissas:

a) Escoar adequadamente as correntes do sistema elétrico causadas por induções e/ou curtos-circuitos;

b) Em locais de circulação constante de pessoas, garantir a segurança destas nas proximidades das estruturas, relativas às tensões de passo e de toque provenientes de eventuais curtos-circuitos nas linhas de transmissão;

c) Permitir o desempenho elétrico satisfatório da linha de transmissão, escoando adequadamente as correntes das descargas atmosféricas;

d) Suportar, sem danos, o aquecimento devido à passagem de correntes de curto circuito fase-terra;


e) Suportar solicitações mecânicas e ataque corrosivo do solo;

f) Evitar danos a equipamentos e instalações.

13.3.1.2. Os principais parâmetros para o dimensionamento do sistema de aterramento são:

a) Parâmetros do solo;

b) Valor da corrente de curto circuito que desce pelo suporte;

c) Duração da falta elétrica (tempo de atuação da proteção + tempo de atuação dos disjuntores).

13.3.2. Dimensionamento Mecânico e Elétrico

13.3.2.1 Condutores e hastes de Aterramento

a) Para durabilidade e confiabilidade adequadas, as hastes e os condutores de aterramento em contato com o solo, deverão ser resistentes à corrosão (Química ou ataque biológico, oxidação, formação de par galvânico, eletrólise, etc);

b) As hastes deverão ser mecanicamente resistentes para seu manuseio, instalação e operação.

13.3.2.2 Seções Mínimas dos Condutores de aterramento e Conexões

a) Por aspectos mecânicos e elétricos, as seções mínimas dos cabos de aterramento deverão ser:

Tabela 1 - Seções Mínimas dos Condutores de Aterramento

Cabo de Aço-Cobre 4AWG - 21,15 mm2

Cabo de Aço Galvanizado 4BWG - 28,75 mm2

b) Condutores de aterramento em ligas (qualquer) podem ser utilizados, desde que sua resistência elétrica seja equivalente aos exemplos citados acima;

c) Nos condutores de aterramento em alumínio, os efeitos de corrosão deverão ser considerados;

d) Os processos utilizados nas conexões (exotérmico ou aparafusadas) deverão garantir uma boa conexão elétrica e mecânica;

e) Na constatação de solos agressivos que contribuem para acelerar o processo de corrosão, condutores com bitolas superiores às indicadas na Tabela 1 poderão ser utilizados.


13.3.3 Dimensionamento Térmico

13.3.3.1 Geral

a) A corrente de curto-circuito utilizada para o dimensionamento dos condutores e hastes de aterramento deverá levar em consideração as previsões de expansão do sistema de geração e transmissão;

b) O dimensionamento térmico deverá ser feito levando-se em consideração a corrente que efetivamente circula no condutor de aterramento;

c) A elevação de temperatura no solo e ao redor do condutor de aterramento não deverá ser considerada nesta norma.

13.3.3.2 Cálculo da Seção Transversal mínima do Condutor de aterramento

a) A seção transversal dos condutores de aterramento dependerá da intensidade de corrente circulante e do tempo de duração do curto-circuito;

b) A seção transversal mínima do condutor de aterramento deverá ser calculada através da fórmula 1:

(1)

Onde:

A - Seção Transversal do condutor de aterramento, em [mm2];

I - Corrente de curto circuito a circular no condutor de aterramento, em amperes [A];

K - Constante K a ser utilizada de acordo com o material do condutor de aterramento, conforme tabela 2;

tf - Tempo de circulação da corrente no condutor de aterramento, em segundos [s];

f - Temperatura final do condutor de aterramento, em graus Celsius [ºC];

i - Temperatura inicial do condutor de aterramento, em graus Celsius [ºC];

- Constantes a ser utilizada de acordo com o material do condutor de aterramento, conforme tabela 2.


Para valores de e K, ver tabela a seguir:

Tabela 2 - Constantes para os Materiais

Material , em ºC K, em (As1/2)/mm2

Cobre 234,5 226

Alumínio 228,0 148

Aço 202,0 78

c) Para a condição onde o mesmo condutor de aterramento possuir uma parte aérea e outra enterrada, a densidade de corrente de curto-circuito G pode ser obtida através da Figura 1 para uma temperatura inicial de 20oC e temperatura final até 300o C;

d) Para a circulação de corrente de longa duração (tipo sistema com neutro isolado), as seções transversais recomendadas são mostradas na Tabela 3. Caso a temperatura exceda 300oC (Figura 1, curvas 1, 3 e 4) deverá ser escolhida a corrente com fator de conversão dada pela Tabela 3;

e) As curvas 1, 3 e 4 da Figura 1 são aplicáveis para uma temperatura final de 300oC e a curva 2 para temperaturas de 150oC;

f) A Tabela 3 contém fatores de conversão de densidade de curto-circuito referentes a outras temperaturas finais.

Tabela 3 – Fatores para Conversão de Corrente para Temperatura Inicial de 300oC para Outra Temperatura Final

Temperatura Final, ºC Fator de Conversão

400 1,20

350 1,10

300 1,00

250 0,90

200 0,80

150 0,70

100 0,60


Figura 1 – Densidade de Corrente de Curto-Circuito G para Condutores de Aterramento em Função do Tempo de Duração da Falta tf.

13.4. Critérios para o Projeto do Sistema de Aterramento

13.4.1 Os seguintes critérios deverão ser obedecidos para o projeto do sistema de aterramento para os suportes de linhas de transmissão:

13.4.1.1 O sistema de aterramento deverá ser definido e projetado utilizando-se valores de resistividade do solo do local onde será instalada a estrutura, de acordo com a norma NBR-7117.

13.4.1.2 A grelha ou a fundação poderá ser aproveitada como elemento do sistema de aterramento.

13.4.1.3 A configuração recomendada para o sistema de aterramento é radial, evitando-se contrapesos contínuos, salvo estudo específico para sua aplicação, utilizando-se os comprimentos sugeridos pela tabela 4 a seguir.


Tabela 4 - Valores Sugeridos para Definição do Aterramento

Faixa de Resistividade do Solo - xm

Comprimento L Sugerido em metros, para cada perna do

condutor de aterramento

Até 500 10 L 30

501 até 2000 40 L 50

2001 até 5000 50 L 80

5000 80 L 90

Obs.: O arranjo de aterramento é composto de 4 pernas (4xL)

lançadas radialmente a partir dos pés da estrutura.

13.4.1.4 Fica a critério do projetista da linha de transmissão a escolha de outra configuração para o sistema de aterramento, porém deverá ser definido e projetado, preferencialmente, baseado no comprimento efetivo do condutor de aterramento. Estudos específicos também podem ser empregados.

13.4.1.5 Para locais onde a alta resistividade do solo ou presença de obstáculos/obstruções impeça o lançamento de condutores de aterramento, estudo específico ou solução não convencional poderá ser utilizado.

13.4.1.6 O sistema de aterramento deverá se restringir, no máximo, a 1 (um) metro do limite da faixa e não deverá ser interligado com (salvo estudo específico):

a) Qualquer outra instalação existente;

b) Dutos, tubulações e correlatos;

c) Sistemas de aterramentos de linhas paralelas;

d) Qualquer outra atividade desenvolvida dentro da faixa (por exemplo, pivô central).


13.4.1.7 Limitar o uso de materiais isolantes (tintas, EPOXI ou similares) nas grelhas e outros tipos de fundações metálicas, assegurando um bom contato das mesmas com o solo.

13.4.1.8 Após a construção do sistema de aterramento, deverá ser medida a resistência do sistema de aterramento de cada estrutura ou definido um critério de amostragem significativa. Esta medição deve ser feita antes do lançamento e conexão dos cabos pára-raios na estrutura.

13.4.1.9 Caso os cabos pára-raios já estejam lançados, os mesmos deverão ser desconectados e eletricamente isolados da estrutura para realização das medições de resistência de aterramento da estrutura.

13.4.1.10 O sistema de aterramento da linha de transmissão será considerado bom ou aceitável, quando os resultados alcançados, considerando-se todo o sistema de aterramento da linha de transmissão, sejam avaliados juntamente com o desempenho operativo frente a descargas atmosféricas. Ações isoladas nos sistemas de aterramentos dos suportes poderão ser realizadas com objetivo de melhorar o desempenho da linha de transmissão.

13.4.1.11 O condutor de aterramento de suportes de concreto ou madeira deverá ser conectado às ferragens de fixação dos isoladores, através de um fio ou cabo de descida compatível com a corrente de curto-circuito circulante.

13.4.1.12 O condutor de aterramento deverá ser instalado a uma profundidade mínima de 0,3 metros e máxima de 1 metro. Recomenda-se uma profundidade de 0,5 metros, salvo em regiões agricultáveis, onde deverá ser igual ou superior a 0,7 metros.

13.4.1.13 As cercas de divisa que cruzam o sistema de aterramento, o eixo da linha de transmissão ou que estejam paralelas à mesma, deverão ser secionadas e/ou aterradas conforme critérios vigentes de cada empresa, com objetivo de mitigar os potenciais de transferência e toque em seres humanos e animais.

13.4.1.14 No caso de suporte situado nas proximidades da malha de aterramento de uma subestação, o projetista deverá avaliar, através de estudo técnico, se o sistema de aterramento deverá ou não ser interligado a esta malha.

13.4.1.15 O tratamento químico do solo através de sais não é recomendado, salvo materiais específicos para redução da resistividade ao redor de hastes, que não agridam o meio-ambiente, sejam atóxicos, não corrosivos, livre de manutenção e estável, ou seja, não deverão variar com alterações de temperatura e umidade. É recomendável um estudo específico para aplicação destes materiais.


13.4.1.16 Análise da estratificação do solo poderá ser efetuada, melhorando a utilização de hastes verticais com a finalidade de se aproveitar as camadas de resistividades mais baixas do solo. Esta análise poderá ser feita pela verificação do nível de água (NA) quando da escavação das cavas para fundações.

13.4.2 Em suportes localizados em área urbana, os seguintes critérios deverão ser observados:

13.4.2.1 O sistema de aterramento deverá ser definido e projetado utilizando-se valores de resistividade do solo medidos no local a ser instalado o suporte de acordo com a norma NBR-7117.

13.4.2.2 O sistema de aterramento deverá mitigar, a níveis admissíveis ao ser humano, os potenciais de passo e de toque que possam existir nas proximidades dos suportes, conforme limites especificados na NBR-6533.

13.4.2.3 O critério de cálculo da corrente que desce pelo suporte e da distribuição de corrente nas hastes, para cálculo dos potenciais perigosos, deverá ser baseado na norma NBR-8449, ou em outro critério consolidado tecnicamente.

13.4.2.4 O sistema de aterramento deverá ser limitado à faixa de passagem da linha e sempre que possível, deverá estar concentrado nas imediações das estruturas, não devendo lançar condutores de aterramento extensos (radiais), evitando-se contato com tubulações, dutos e similares, descartando a possibilidade de transferência de potencial.

13.4.2.5 Após a construção do sistema de aterramento especial, deverá ser feita a medição da resistência de aterramento de cada estrutura, preferencialmente, antes do lançamento e conexão dos cabos pára-raios no suporte. O sistema de aterramento deverá estar solidamente conectado (eletricamente) ao suporte ou aos condutores de aterramento externos.

13.4.3 A norma NBR-6533 deverá ser seguida para se calcular os potenciais admissíveis de passo e de toque, levando-se em consideração os valores de resistividade do solo, amplitude e duração da corrente de curto-circuito.


13.5. Construção dos Sistemas de Aterramento

13.5.1. Para se efetuar a instalação dos sistemas de aterramento, deverão ser observados diversos aspectos de segurança, visando manter a integridade física das pessoas envolvidas na sua instalação:

13.5.1.1. O sistema de aterramento deverá ser instalado e conectado ao suporte antes do lançamento dos cabos condutores e/ou pára-raios.

13.5.1.2. Medidas para preservação do condutor de aterramento poderão ser tomadas durante a construção para sua manutenção durante a vida útil da linha de transmissão. Exemplo: local passível de agricultura, a decisão da profundidade de 0,7 metros deverá ser tomada durante a construção e comunicada ao órgão de projeto.

13.5.1.3. Potenciais de transferência podem ocorrer nas proximidades dos suportes devido a existências de tubulações metálicas, cercas e/ou similares, cabos de telecomunicações, etc. Providências para evitar tais potenciais perigosos de transferências deverão ser tomadas.

13.5.1.4. Cuidados especiais para redes de telecomunicações paralelas às linhas de transmissão, estão fora do escopo desta norma e deverão ser tratados de forma específica considerando-se as normas vigentes de telecomunicações.

13.5.1.5. Na impossibilidade do lançamento do comprimento do condutor de aterramento definido pela tabela 4 (Devido a obstáculos), medidas alternativas para manter o comprimento original deverão ser tomadas, por exemplo, o lançamento paralelo (Mantendo-se a maior distância possível) de 2x30 metros em uma perna, mantendo-se os 60 metros originais.

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