tecnicas de to apostila

TCNICAS DE ATERRAMENTO

TCNICAS DE ATERRAMENTOAPOSTILA

Marcos Andr da Frota Mattos

MARCOS ANDR


ESTRUTURA DO CURSO INTRODUO

Eletromagnetismo Circuitos BSICA

Linhas de Transmisso Antenas Materiais

GENERALIDADES

Impedncia X Resistncia Caminho de Retorno

Eletrodos de Terra SOLO

Malhas de Terra

Predial INSTALAES

Industrial EquipamentosMARCOS ANDR


TCNICAS....................................................................................................................................1 DE ...................................................................................................................................................1 ATERRAMENTO.........................................................................................................................1 Marcos Andr..................................................................................................................................1 ESTRUTURA DO CURSO............................................................................................................2 1 INTRODUO ......................................................................................................................9 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 COMPATIBILIDADE ELETROMAGNTICA ...........................................................9 ESTRUTURA DO CURSO..........................................................................................10 RAZES PARA ATERRAR........................................................................................10 ATERRAMENTO DE SEGURANA.........................................................................11 ATERRAMENTO DE SINAL (CEM).........................................................................11 SISTEMA ELTRICO .................................................................................................11 FONTES DE CORRENTE PARA O TERRA .............................................................12 Descargas Atmosfricas........................................................................................13 Sistemas Eltricos .................................................................................................14 Surtos de Manobra ................................................................................................15 Eletricidade Esttica..............................................................................................16 Sistemas Digitais...................................................................................................19 Outras Formas de Onda ........................................................................................20

1.7.1 1.7.2 1.7.3 1.7.4 1.7.5 1.7.6 2

ELETROMAGNETISMO ....................................................................................................21 2.1 2.2 2.3 INTRODUO ............................................................................................................21 CAMPO ELETROMAGNTICO ................................................................................21 CARACTERSTICAS DO MEIO ................................................................................22 Condutividade Eltrica - ....................................................................................22 Permissividade Eltrica - ....................................................................................22 Permeabilidade Magntica - ..............................................................................23 Velocidade de Propagao....................................................................................23

2.3.1 2.3.2 2.3.3 2.3.4 2.4

TEORIA DAS IMAGENS............................................................................................24 MARCOS ANDR

TCNICAS DE ATERRAMENTO 3 CIRCUITOS .........................................................................................................................27 3.1 3.2 INTRODUO ............................................................................................................27 ELEMENTOS DE CIRCUITOS ..................................................................................27 Indutor...................................................................................................................27 Capacitor ...............................................................................................................30 Resistor .................................................................................................................31 Impedncia............................................................................................................31 No Linearidades ..................................................................................................32

3.2.1 3.2.2 3.2.3 3.2.4 3.2.5 4

ANTENAS............................................................................................................................33 4.1 4.2 INTRODUO ............................................................................................................33 DIPOLO ELTRICO....................................................................................................33 Bsico (Dipolo Hertziano) ....................................................................................33 Dipolo ...................................................................................................................34

4.2.1 4.2.2 4.3 4.4

MONOPOLO ELTRICO............................................................................................34 DIPOLO MAGNTICO...............................................................................................35 Bsico....................................................................................................................35 Laos de Corrente .................................................................................................36

4.4.1 4.4.2 5

LINHAS DE TRANSMISSO ............................................................................................37 5.1 5.2 INTRODUO ............................................................................................................37 PAR DE CONDUTORES.............................................................................................37 Campo Eltrico .....................................................................................................38 Campo Magntico.................................................................................................38 Regra da Mo Direita............................................................................................39 Tenso Eltrica......................................................................................................39 Corrente Eltrica ...................................................................................................39 Parmetros Geomtricos e Fsicos ........................................................................39 Parmetros da Linha - RLCG - Parmetros Eltricos...........................................40 Impedncia Caracterstica.....................................................................................41

5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.2.4 5.2.5 5.2.6 5.2.7 5.2.8 5.3

MULTICONDUTORES ...............................................................................................41 MARCOS ANDR

TCNICAS DE ATERRAMENTO 5.4 5.5 CABO E PLANO PARALELO....................................................................................42 FITA E PLANO EM PARALELO ...............................................................................43 Impedncia............................................................................................................43

5.5.1 5.6

PROPAGAO DE ONDAS ......................................................................................44 Velocidade de Propagao....................................................................................44 Tempo de Propagao...........................................................................................44 Equaes de Propagao.......................................................................................44 Reflexes...............................................................................................................45 Terminal Resistivo ................................................................................................46 Terminal Indutivo .................................................................................................47 Terminal Capacitivo..............................................................................................47 Juno de duas Linhas ..........................................................................................48 Linha com Pra-raios em Derivao.....................................................................49

5.6.1 5.6.2 5.6.3 5.6.4 5.6.5 5.6.6 5.6.7 5.6.8 5.6.9 5.7 5.8

LINHAS DE TRANSMISSO ELETRICAMENTE CURTAS .................................49 LINHAS LONGAS.......................................................................................................51 Modelo de linha TLM...........................................................................................51

5.8.1 6

MATERIAIS.........................................................................................................................52 6.1 6.2 ELETRODOS ...............................................................................................................52 CABOS DE ATERRAMENTO....................................................................................52 Cabo de Cobre.......................................................................................................53 Fio de Ao-Cobre..................................................................................................53 Arame de Ao .......................................................................................................53 Barras de Ao Inoxidvel......................................................................................54 Cordoalhas ............................................................................................................54

6.2.1 6.2.2 6.2.3 6.2.4 6.2.5 6.3

CONEXES .................................................................................................................54 Conectores.............................................................................................................54 Soldas....................................................................................................................55

6.3.1 6.3.2 7

CAMINHO DE RETORNO .................................................................................................56 7.1 INTRODUO ............................................................................................................56 MARCOS ANDR

TCNICAS DE ATERRAMENTO 7.2 EQUIPOTENCIALIZAO........................................................................................57 Potencial de Passo.................................................................................................59 Barra de Equalizao do Terra..............................................................................59 7.2.1 7.2.2 7.3 7.4 7.5 8

UM NICO PONTO TERRA ......................................................................................59 VRIOS PONTOS DE TERRA...................................................................................60 ATERRAMENTO HBRIDO.......................................................................................61

RESISTNCIA X IMPEDNCIA DE TERRA...................................................................62 8.1 8.2 INTRODUO ............................................................................................................62 IMPEDNCIA DE TERRA NO SOLO.......................................................................62 Impedncia de Corrente Contnua ........................................................................63 Impedncia com Correntes Senoidais...................................................................64 Impedncia Varivel no Tempo............................................................................65 Impedncia Impulsiva...........................................................................................65

8.2.1 8.2.2 8.2.3 8.2.4 9

ELETRODOS DE TERRA...................................................................................................67 9.1 INTRODUO ............................................................................................................67 Resistividade do Solo, .......................................................................................67 Permissividade e Permeabilidade .........................................................................69 Estratificao do Solo ...........................................................................................69 Lenol Fretico .....................................................................................................70

9.1.1 9.1.2 9.1.3 9.1.4 9.2

ELETRODOS ...............................................................................................................70 Eletrodo Semi-Esfrico.........................................................................................71

9.2.1 9.3

HASTES VERTICAIS..................................................................................................72 Haste Vertical........................................................................................................72 Hastes Verticais em Linha ....................................................................................73 Hastes Formando um Quadrado............................................................................74

9.3.1 9.3.2 9.3.3

Hastes em Crculo .........................................................................................................74 9.4 FIOS HORIZONTAIS ..................................................................................................75 Linha na Superfcie ...............................................................................................75 Linha Enterrada.....................................................................................................75 MARCOS ANDR

9.4.1 9.4.2

TCNICAS DE ATERRAMENTO 9.4.3 9.4.4 9.5 Linhas em Paralelo na Superfcie .........................................................................75 Dois Fios em Paralelo ...........................................................................................75

FIOS RADIAIS.............................................................................................................76 Fios Cruzados........................................................................................................76 Eletrodo em L .......................................................................................................76 Eletrodo em Y .......................................................................................................76

9.5.1 9.5.2 9.5.3 9.6

ANIS...........................................................................................................................77 Anel na Superfcie.................................................................................................77 Anel Enterrado ......................................................................................................77 MALHA DE TERRA ...................................................................................................77 ESFRICOS .................................................................................................................78 Semi-Esfera...........................................................................................................78 Esfera Enterrada....................................................................................................78

9.6.1 9.6.2 9.7 9.8 9.8.1 9.8.2 9.9

DISCOS ........................................................................................................................79 Disco na Superfcie ...............................................................................................79 Disco Enterrado ....................................................................................................79

9.9.1 9.9.2 9.10 9.11

NO LINEARIDADES NO SUBSOLO......................................................................79 SIMILARIDADE..........................................................................................................80 Campo Eltrico Crtico de Ionizao do Solo - Ec................................................80 Regio de Descarga...............................................................................................80 Dimenses Caractersticas S ou H do Eletrodo ....................................................81 Impedncia de Impulso de um Eletrodo ...............................................................82

9.11.1 9.11.2 9.11.3 9.11.4 10 10.1 10.2 10.3

MALHA DE TERRA .......................................................................................................85 INTRODUO ............................................................................................................85 TENSO DE PASSO ...................................................................................................85 PERFORMANCE EM TRANSITRIOS ....................................................................86 Indutncia Elevada................................................................................................86 rea Efetiva ..........................................................................................................86

10.3.1 10.3.2 10.4

CARACTERSTICAS CONSTRUTIVAS...................................................................86 MARCOS ANDR

TCNICAS DE ATERRAMENTO 10.4.1 10.4.2 10.4.3 10.4.4 10.5 Hastes Verticais no Permetro da Malha...............................................................86 Hastes Alinhadas...................................................................................................87 Brita.......................................................................................................................87 Malha Atratora ......................................................................................................87

MODELO ADOTADO.................................................................................................87 Resistncia do Elemento .......................................................................................87 Indutncias ............................................................................................................87 Condutncia ..........................................................................................................89 Capacitncia..........................................................................................................90

10.5.1 10.5.2 10.5.3 10.5.4 11 11.1 11.2 11.3

MEDIES ......................................................................................................................94 INTRODUO ............................................................................................................94 RESISTNCIA DE ELETRODOS ..............................................................................94 EQUIPAMENTOS DIGITAIS .....................................................................................95 Resoluo Vertical ................................................................................................95 Taxa de Amostragem ............................................................................................96 Nyquist..................................................................................................................96 Capacidade de Armazenamento............................................................................96

11.3.1 11.3.2 11.3.3 11.3.4 12 12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 13 13.1 13.2 13.3

INSTALAES PREDIAIS ............................................................................................97 ATERRAMENTO EM PRDIOS................................................................................97 USO DA ESTRUTURA METLICA..........................................................................97 ATERRAMENTO ESTRELA......................................................................................98 ATERRAMENTO EM ILHAS.....................................................................................99 PLANOS TERRA.......................................................................................................100 USO COMBINADO...................................................................................................100 INSTALAES INDUSTRIAIS ...................................................................................101 INTRODUO ..........................................................................................................101 MANUTENO ........................................................................................................101 INTERIORES .............................................................................................................101 Inflamveis e Explosivos ....................................................................................101 MARCOS ANDR

13.3.1

TCNICAS DE ATERRAMENTO 13.3.2 13.3.3 13.3.4 13.4 Controle, Fabricao, Transporte........................................................................102 Escritrios ...........................................................................................................102 Tcnicas de Aterramento da Eletricidade Esttica..............................................102

INSTALAES .........................................................................................................102 Torre de Telecomunicaes ................................................................................102 Subestaes .........................................................................................................104 Rede de Distribuio...........................................................................................105 Planta...................................................................................................................105

13.4.1 13.4.2 13.4.3 13.4.4 14 14.1 14.2 14.3

EQUIPAMENTOS .........................................................................................................107 INTRODUO ..........................................................................................................107 GENERALIDADES ...................................................................................................107 EQUIPAMENTOS ELETRNICOS .........................................................................107 Placas de Circuito Impresso................................................................................107 Equipamento .......................................................................................................108 Dois Equipamentos .............................................................................................108 Aterramento de Cabos Blindados .......................................................................110 Aterramento de Equipamentos em Comunicao (Rede de Computadores)......110

14.3.1 14.3.2 14.3.3 14.3.4 14.3.5 14.4 14.5

EQUIPAMENTOS INDUSTRIAIS ...........................................................................111 ELETRODOMSTICOS............................................................................................111

1 INTRODUO

1.1

COMPATIBILIDADE ELETROMAGNTICA (interferncia eletromagntica) Blindagem: cabos, bastidores, ambientes Emissividade e Susceptibilidade MARCOS ANDR

TCNICAS DE ATERRAMENTO Filtros e Supressores Protetores Aterramento ESD (Descarga Eletrosttica) Descarga Atmosfrica (proteo, fenomenologia etc.) Medies Componentes Harmnicas Etc.

1.2

ESTRUTURA DO CURSO Introduo Bsica Generalidades Solo Instalaes

1.3

RAZES PARA ATERRAR

O aterramento teve o seu incio histrico com a proteo de edificaes contra descargas atmosfricas. Com a grande utilizao da energia eltrica, surgiu a necessidade de proteger as pessoas contra choques originados nas instalaes eltricas. Este ltimo uso do aterramento ainda a principal finalidade deste. Com o passar do tempo verificou-se que equipamentos eltricos deveriam ser aterrados para terem um melhor funcionamento e mesmo para que pudessem operar. Nos dias atuais, os todos equipamentos eltricos e eletrnicos tm ligaes com um ponto terra. Equipamentos mecnicos, qumicos e at mesmo biolgicos so, por vezes, aterrados para se garantir a segurana e o seu bom funcionamento. No incio, o aterramento consistia simplesmente em ter um caminho para o solo (planeta Terra), da as palavras aterramento, aterrar, terra etc. Sabemos que muitos equipamentos eltricos e eletrnicos no esto em contato com o solo do planeta e ainda assim tem o seu terra. Esses equipamentos fazem parte da eletrnica embarcada e dos dispositivos portteis. Do ponto de vista econmico o grande retorno do investimento no aterramento est na manuteno ininterrupta do servio. Em muitos casos os gastos em reparos e substituies de equipamentos so inferiores s perdas causadas pela parada da produo, do telemarketing e das comunicaes de compra e venda (telefone, internet, fax, telex etc.). MARCOS ANDR

TCNICAS DE ATERRAMENTO Nesta prtica, levantado um panorama dos diversos sistemas eltricos que se integram e dos seus respectivos Sistemas de Aterramento. O Sistema de Aterramento direcionado a uma determinada freqncia, a um tipo de sistema eltrico, a um tamanho do sistema, a um arranjo do sistema e segurana. Procuramos colocar o Sistema de Aterramento como sendo uma atividade tcnica ao invs de ser uma questo de filosofia ou de arte.

1.4

ATERRAMENTO DE SEGURANA

O aterramento de segurana visa integridade fsica das pessoas. Preservar a integridade dos equipamentos eltricos e eletrnicos tambm funo do aterramento.

1.5

ATERRAMENTO DE SINAL (CEM)

O aterramento de sinal visa ao funcionamento de mquinas e equipamentos dentro das especificaes do fabricante. O aterramento de sinal apenas uma das tcnicas adotadas para se eliminar ou reduzir a interferncia em equipamentos e sistemas eletro-eletrnicos. Esses sistemas podem estar no ar, no mar, na terra ou no espao. Outros mtodos que devem ser empregados na eliminao ou reduo de rudos so; blindagem, filtragem, balanceamento, isolao agrupamento, distanciamento, orientao, controle de impedincia do circuito, projeto e disposio de cablagem, controle de freqncia. Esses mtodos so prticas abordadas pela Compatibilidade Eletromagntica. Esse ramo da Engenharia tem tido grande expanso nos anos recentes, por causa do aumento da densidade de equipamentos e dispositivos eletro-eletrnicos e do aumento da susceptibilidade destes.

1.6

SISTEMA ELTRICO

O Sistema Eltrico complexo envolvendo tenses que variam de poucos volts nos sistemas digitais at vrias centenas de milhares de volts nos sistemas de transmisso de potncia. Em todas as etapas do sistema eltrico, encontramos aterramentos das mais variadas tecnologias, para que possam atender s necessidades locais. A Erro! A origem da referncia no foi encontrada.ilustra o Sistema Eltrico em suas diferentes etapas. A interligao total dos terras no existe atravs de condutores metlicos. Esta interligao ocorre pelo solo. Em especial, a interligao do neutro aterrado do sistema com o terra do consumidor deve ser feita ou no conforme as normas tcnicas especificam, Figura 1.2. A interligao pelo solo resulta em correntes esprias no subsolo de grandes cidades. Essas correntes influenciam em dispositivos de proteo, danificam concretos e provocam corroso. Alm disso, partes metlicas encontradas no subsolo e na superfcie, como adutoras, fundaes de prdios e instalaes, trilhos, canos e tubos etc., influenciam os sistemas de aterramento. Essa influncia varia de modo particular para cada caso.

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Figura 1.1: Sistema eltrico

Figura 1.2: A ligao do terra do consumidor com o neutro da concessionria depende da regulamentao estabelecida pelas normas tcnicas

1.7

FONTES DE CORRENTE PARA O TERRA Existem diversas fontes de corrente para o terra: Sobretenses de Origem Atmosfrica; Sobretenses de Origem no Sistema; Sobretenses de Origem Eletrosttica; Tenso Geradas por Campos Eletromagnticos Externos; Acoplamentos de Dispositivos e Equipamentos; MARCOS ANDR

TCNICAS DE ATERRAMENTO etc. As tenses indesejadas tm caractersticas que permitem serem agrupadas.

1.7.1 Descargas Atmosfricas As sobretenses de origem atmosfricas so descargas atmosfricas que atingem diretamente a instalao eltrica, a mecatrnica, a qumica, a telefnica, a de informtica ou a biolgica, podendo causar grande estrago. Descargas eltricas que atingem pontos prximos tambm geram sobretenses nos equipamentos a serem aterrados. As descargas atmosfricas ou raios podem ocorrer entre nuvens, dentro de uma nuvem ou entre nuvem e terra. Existem, tambm, descargas atmosfricas em erupes vulcnicas e tempestades de areia. As que nos mais interessam so as que ocorrem entre a nuvem e a terra. Estima-se que elas sejam, aproximadamente 20% do total das descargas atmosfricas. O raio pode ter origem na terra ou na nuvem, sendo mais comum origem na nuvem. Ele pode ser positivo ou negativo sendo o mais comum negativo. Os raios podem cair mais de uma vez no mesmo local, embora pouco provvel. O ndice que mede a quantidade de descargas atmosfricas em um local se chama Nvel Cerunico. Esse ndice o registro do nmero de dias de trovoadas por ano em uma regio. As descargas atmosfricas, como esto associadas com as ocorrem, por sua vez, com mais freqncia, nas regies tropicais. medida que nos aproximamos dos plos da Terra, elas diminuem em quantidade. Uma descarga atmosfrica tem uma forma de onda complexa que mostrada na Figura 1.3. O primeiro pico de corrente o mais conhecido e pode ser aproximado por uma equao com dupla exponencial, Figura 1.4:

Figura 1.3: Forma de onda de uma descarga atmosfrica . Em geral, esta curva leva 1,2 s para atingir o valor mximo e 50 s para atingir, na descida o valor mdio do valor de pico, sendo este o padro adotado para ondas de tenso e para ondas de correntes. Outras curvas como esta podem ocorrem em uma mesma descarga MARCOS ANDR

TCNICAS DE ATERRAMENTO atmosfrica. A primeira destas curvas chamada de corrente de retorno, as demais so chamadas de correntes de retorno subseqentes. Entres as correntes de retorno, pode haver correntes menores com longa durao.

Figura 1.4: Dupla exponencial, Vp - valor de pico da tenso ou de corrente Descargas atmosfricas emitem campos eletromagnticos com formas de onda semelhantes s das correntes eltricas dessas descargas. Esses campos, ao atingirem cabos telefnicos, cabos de energia e equipamentos, geram correntes e tenses indesejadas. Estas correntes e tenses tm forma de onda semelhante s do raio. Tais fenmenos so chamados de descargas atmosfricas indiretas.

1.7.2 Sistemas Eltricos Os sistemas eltricos de energia tambm geram correntes e tenses indesejadas. O sistema de proteo se encarregar de colocar estas tenses no sistema de aterramento. As tenses e correntes esprias so transitrias e oriundas de chaveamentos ou abertura de um dispositivo de proteo. Os surtos de tenso e correntes aparecem a uma mudana brusca do equilbrio eltrico do sistema, e, para se retornar ao novo ponto de equilbrio, aparecem movimentaes de energia magntica e eltrica entre os dispositivos capacitivos e indutivos do sistema. As linhas e os transformadores de um sistema de distribuio so basicamente indutivos, isto , podem ser representados em muitos casos por indutores. Os sistemas de distribuio tm vrios bancos de capacitores para elevao da tenso e para a correo do fator de potncia. Ainda podemos considerar que 50-75% da carga composta de motores eltricos, que so basicamente indutivos e podem ser representados simplesmente por indutores em muitos casos. Um circuito RLC, Figura 1.5, pode nos dar uma idia razovel da rede eltrica. O indutor L representa as linhas de distribuio, os motores eltricos e os transformadores; o capacitor C, os bancos de capacitores para elevao de tenso e correo de fator de potncia; e o resistor R, as perdas nas linhas e mquinas. A fonte de tenso representa a tenso do sistema eltrico. A freqncia de oscilao da sobretenso oriunda de um circuito RLC .

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Figura 1. 5: Circuito RLC com fonte senoidal

No desligamento de uma carga aparece uma configurao como na Figura 1.6, em que h troca de energia entre o capacitor e o indutor da carga.

Figura 1. 6: Circuito RLC, troca de energia entre o indutor e o capacitor Os transitrios podem ser de curta durao, levando um a dois ciclos de 60bHz. As manobras com transformadores e capacitores provocam esse tipo de transitrio. Os de longa durao, durando vrios ciclos, aparecem em faltas e abertura de condutores. Em geral, os transitrios atingem at o dobro da tenso nominal.

1.7.3 Surtos de Manobra Os chaveamentos na rede eltrica provocam surtos no sistema. Esses surtos so duplas exponenciais, como ilustrado na Figura 1.4. As relaes entre frente de onda e o tempo para retornar a 50% do valor de pico so: 50/(1.000 a 5.000) s 300/(1.000 a 5.000) s 1.000/(5.000 a 10.000) s [Switching surges-Selection of typical waves for insulation coordination, IEEE TPAS, out/1976]. Com o terra, os equipamentos so protegidos contra tenses eltricas acima do desejado, so as chamadas sobretenses.

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TCNICAS DE ATERRAMENTO 1.7.4 Eletricidade Esttica Os materiais so formados por tomos. Os tomos so compostos de prtons, eltrons e neutros. Os prtons e neutros formam o ncleo do tomo. Os eltrons giram em torno do ncleo. Os prtons tm carga positiva, os eltrons tm carga negativa e o neutro no tem carga eltrica. Com a separao dos eltrons do tomo aparece uma carga eltrica negativa e outra positiva, que so chamadas de ons. O deslocamento desses ons provoca a corrente eltrica. A fora de atrao das cargas positivas pelas negativas provoca a tenso eltrica. 1.7.4.1 Descarga eletrosttica A Descarga Eletrosttica causada pela carga esttica e tem a forma de onda como na Figura 1.4. Esta dupla exponencial tem tempo de subida de 1bns e tempo de queda at 50% do valor de pico de 5bns; estes valores so padres. Existem vrios modos de separar a carga esttica ou eletricidade esttica. Ao se esfregar dois materiais isolantes, pode causar transferncia de carga eltrica de um material para outro.

Exemplo 1.1 Esfregar ... Pente no cabelo; Rgua de plstico na roupa; Sapato de borracha no carpete; Capa de nylon na cadeira de plstico; Solventes passando por tubos de ao; Hlices misturadoras girando dentro de tintas.

Com a separao de cargas aparece uma tenso entre os dois materiais. Essa tenso pode provocar a desrupo do ar circundante. O atrito de um isolante com um condutor tambm pode causar separao de cargas.

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Figura 1. 7: Descarga eletrosttica entre corpo humano e boto em painel de controle. A alta tenso aparece imediatamente antes do faiscamento. Se o Corpo 1 ou o Corpo 2 estiver em contato com um condutor a carga descarregada sem faiscamento, ver Figura 1. 7. O grau de transferncia de carga de um material para outro depende do tipo de material. A tabela a seguir mostra uma lista de materiais que quando atritados produzem eletricidade esttica. Lista de Materiais - em ordem do mais positivo para o mais negativo: ARPELE HUMANA

ASBESTOS VIDRO, MICA CABELO HUMANO NYLON L PELE ANIMAL COURO SEDA ALUMNIO PAPEL ALGODO MADEIRA AO

(juntas de vedao)

(roupa etc.)

(solas de sapato) (roupas) (metal) (embalagens) (roupa) (mveis, escadas etc.) (tachos, tubos etc.) MARCOS ANDR

TCNICAS DE ATERRAMENTO CERA DE VEDAO BORRACHA DURA MYLAR EPOX-VIDRO NQUEL, COBRE PRATA OURO, PLATINA POLISTIRENE ACRLICO POLIESTER CELULOSE POLIURETANO POLITILENO POLIPROPILENO PVC SILICONE, TEFLON Os materiais no incio da lista tendem a ceder eltrons, tornando-se positivamente carregados. Os materiais no fim da lista tendem a aceitar eltrons, tornando-se negativamente carregados. (tubos etc.) (metal) (metal) (metal) (solas de sapato) (tipo de plstico)

Exemplo 1.2 Esfregando cabelo humano com PVC, haver transferncia de eltrons do cabelo para o PVC. Vento, brisa, correntes de ar em ao provocam transferncia de eltrons do ar para o ao. # Andar com sapato de borracha em carpete de nilon e tocar em metal (maaneta, equipamentos, placas de circuito impresso etc.) A lista de materiais mostrada no o nico fator que determina a separao de cargas. Outros fatores influenciam na separao de cargas: maciez da superfcie, limpeza da superfcie, rea de contato da superfcie, presso do contato etc. Pode haver separao de carga mesmo quando dois corpos de mesmo material esto em contato. No material condutor a carga, rapidamente, se espalha pela superfcie do condutor, diminuindo as chances de descargas eltricas. Em materiais isolantes, a carga fica localizada no MARCOS ANDR

TCNICAS DE ATERRAMENTO ponto de contato, facilitando a descarga eletrosttica. A tenso que aparece entre os materiais quando muito prximos pode ir a 15.000V ou mais. Esta elevada tenso provoca o rompimento do ar (30.000V/cm). Quando um corpo isolante (nilon, por exemplo) carregado se aproxima de um corpo condutor (ao, por exemplo) provoca separao de carga, por induo, neste condutor, veja Figura 1.8.

Figura 1. 8: Corpo de nilon carregado nas proximidades de um corpo de ao provoca separao de cargas.

Processo da Descarga Eletrosttica 1231.3: Andar com sapato de borracha em carpete de nilon e tocar em um metal (maaneta, equipamentos, placas de circuito impresso etc.). Eltrons so transferidos do carpete para o sapato de borracha. A carga negativa do sapato induz carga positiva na parte inferior do corpo (material condutor), o que produz carga negativa na parte superior do corpo. A carga negativa da parte superior do corpo flui via mo (ou dedo), atraindo para a regio do maquinrio, prxima a mo, carga positiva. Surge uma alta tenso entre a mo e o equipamento, provocando uma fasca no ar entre os dois. Descargas eletrostticas de at 3.500bVolts no so perceptveis pelos humanos mas podem causar ignio. Atrito de materiais, colocando carga em um material isolante A proximidade do material isolante com um condutor carrega este por induo Este condutor posto prximo de outro condutor e a descarga ocorre Exemplo

1.7.5 Sistemas Digitais Nos sistemas digitais a forma de onda mais utilizadas a trapezoidal, conforme ilustrada na Figura 1. 9. MARCOS ANDR


Figura 1. 9: Pulsos digitais. o tempo de subida do pulso e T o perodo dos pulsos.

1.7.6 Outras Formas de Onda Formas de onda quaisquer so formadas nos equipamentos devido a acoplamento de campos eletromagnticos de origem interna ou externa. Os campos externos so oriundos da prpria natureza, de radio comunicao, estaes de TV, walkie-talkie, linhas de distribuio e transmisso de energia etc.

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2 ELETROMAGNETISMO

2.1

INTRODUO

Em um estudo de aterramento devemos ter em mente os princpios bsicos do eletromagnetismo. Isto nos auxiliar no entendimento de processos e sistemas de conduzir correntes, tenses e cargas esprias para fora dos nossos sistemas e equipamentos.

2.2

CAMPO ELETROMAGNTICO

O campo eltrico est associado ao campo magntico e vice-versa. Esta afirmao tem sido observada e usada no nosso dia a dia. A propagao de ondas de rdio, TV, telefonia celular, radar, e tantas outras esto calcada nesta associao de campos. O campo magntico quando varia atravs do tempo gera um campo eltrico. O campo eltrico quando varia atravs do tempo gera um campo magntico. O campo gerado sempre aparece ao redor do primeiro, como ilustrado na Figura 2. 1. Este fenmeno faz com que um campo gerando o outro leve a chamada propagao eletromagntica ou onda eletromagntica. Um fsico chamado Maxwell colocou em forma de equaes esta associao de campos. Estas equaes so as Equaes de Maxwell:

em que: H J B E Campo Magntico Densidade de Corrente Densidade de Fluxo Magntico Campo Eltrico MARCOS ANDR [A/m] [A/m2] [T] [V/m]

TCNICAS DE ATERRAMENTO D Densidade de Fluxo Eltrico Densidade de Carga [C/m2] [C/m3]

Figura 2. 1: O campo magntico H em movimento cria um campo eltrico E ao seu redor, o anlogo tambm verdadeiro. Um campo eltrico tambm pode ser formado por cargas eltricas paradas ou em movimento. O campo magntico por sua vez pode ser formado por cargas eltricas em movimento (corrente eltrica). Esta propagao eletromagntica no est somente nas telecomunicaes e radares mas tambm nos sistemas eltricos como os Sistemas de Aterramento. Devemos lembrar aqui a regra da mo direita, esta diz que estando o dedo apontando o sentido da corrente eltrica os demais dedos esto apontando o sentido do campo magntico.

2.3 2.3.1

CARACTERSTICAS DO MEIO Condutividade Eltrica -

A condutividade eltrica est associada s perdas Joules do meio. Isto significa que o campo eletromagntico (ou onda eletromagntica) atenua na sua passagem por aquele meio. Alguns meios so ditos sem perdas. No caso do espao livre isto verdadeiro. Em outros meios em que as perdas so desprezveis tambm so chamados de sem perda, como o caso do ar. O solo um meio com perdas, e dependendo do tipo do solo a condutividade eltrica varia. Materiais como o cobre, o alumnio e o ferro as perdas so pequenas mas no o suficiente para serem desprezadas em todos os casos.

2.3.2

Permissividade Eltrica -

A permissividade eltrica indica as caractersticas eltricas de um material. Est associada aos efeitos capacitivos do meio e a velocidade de propagao de uma onda eletromagntica. A Tabela 2.1 lista a permeabilidade relativa a do vcuo (ob=b8,854.1012 bF/m) de alguns materiais isolantes. Os diferentes tipos de solo tambm tm diferentes valores de permissividade. MEIO MARCOS ANDR r

TCNICAS DE ATERRAMENTO Ar Polietileno Polietileno Celular Teflon Polietileno Poliestireno Nylon Borracha de Silicone Polivinilclorido (PVC) Resina epxi Delrin Vidro epxi Mylar Poliuretano Tabela 2. 1: Permissividade Relativa 1,0 1,6 1,8 2,1 2,3 2,5 3,0 3,1 3,5 3,6 3,7 4,7 5,0 7,0

2.3.3

Permeabilidade Magntica -

A permeabilidade magntica est associada s caractersticas magnticas do material. Em geral os diversos tipos de solo tem a mesma permeabilidade magntica do vcuo. No vcuo a permeabilidade b=b40010-7bH/m.

2.3.4 Velocidade de Propagao A velocidade de propagao de uma onda eletromagntica depende do tipo de meio em que est se propagando. Uma forma aproximada para obtermos a velocidade de propagao de uma onda em um meio :

Uma equao para velocidade de propagao mais precisa : MARCOS ANDR


em que b=b2f e f - freqncia.

2.4

TEORIA DAS IMAGENS

A teoria das imagens diz que cargas eltricas acima de um condutor perfeito, plano e infinito tm o seu campo eltrico refletido de volta. Isto corresponde a substituirmos o plano por uma carga igual de sinal contrrio a uma distncia duas vezes maior que a da carga original ao plano. Podemos dizer que o campo refletido formado pela carga que usamos para substituir o plano, e a esta chamamos de carga imagem. A Figura 2.2 ilustra esta situao para diferentes configuraes de cargas.

Figura 2.2: Imagens de cargas acima do nvel do plano condutor perfeito Esta teoria das imagens indispensvel quando da obteno de diversos parmetros eltricos de vrios componentes de um Sistema Eltrico ou de um Sistema de Aterramento. O uso desta teoria facilita o uso e o entendimento dos circuitos de aterramento. Como uma corrente eltrica formada por cargas em movimento, formar uma imagem em um plano condutor, como ilustrado na Figura 2.3. A superfcie da terra pode, por aproximao, ser considerada plana e perfeitamente condutora em muitos clculos de parmetros eltricos. Paredes de prdios e casas, bastidores, armrios metlicos entre outras superfcies so refletoras de campos eltricos o que permite que o substituamos por imagens e assim facilitar o nosso clculo.

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Figura 2.3: Imagens de correntes em condutores acima do solo Um condutor de descida de um sistema de proteo contra descargas atmosfricas, ver Figura 2.4, tem quatro imagens refletidas. Uma das imagens esta na parede e as outras duas no cho. Para anlises de 60bHz e descargas atmosfricas, considerar apenas para clculo de parmetros um par de condutores paralelos no espao livre. Em alguns casos anlise de descargas atmosfricas e transitrios que tenham em seus componentes harmnicos freqncias mais elevadas e relevantes, considerar um clculo de parmetros mais completo.

Figura 2.4: Imagens do condutor de descida do sistema de pra-raios Um condutor passando por uma canaleta na superfcie do solo, como mostrado na Figura 2.5, tem cinco imagens refletidas. Duas destas imagens so nas laterais, uma inferior e duas nas diagonais. Este conjunto de imagens mais o condutor real correspondem a seis condutores imersos no espao livre, como tambm mostrado na Figura 2.5. O clculo dos parmetros do condutor real leva em considerao o efeito das imagens.

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Figura 2.5: Condutor singelo passando por canaleta no solo e seis condutores no espao livre

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3 CIRCUITOS

3.1

INTRODUO

Todos os sistemas eltricos so compostos por elementos de circuitos. Esses elementos podem ser capacitores, indutores, transformadores, motores, transistores, circuitos integrados, fios, cabos, antenas, chaves etc. Destes elementos, trs so bsicos: indutor, capacitor e resistor. Em sistemas de aterramento, os elementos bsicos tambm esto presentes e so de relevada importncia em projetos de aterramento.

3.2

ELEMENTOS DE CIRCUITOS

3.2.1 Indutor Um fio esticado tem uma indutncia associada. O valor da indutncia depende das caractersticas geomtricas e das caractersticas magnticas do material. Com isso, o comprimento do fio e o seu dimetro influenciam no valor da indutncia. Se o fio for enrolado, a sua indutncia alterada. Se colocarmos prximo ao fio ferro ou ferrite (ou outro material ferromagntico qualquer), o valor da indutncia aumenta. Os indutores comerciais so, em geral, feitos com fios de cobre enrolados em ferro ou ferrite. Como exemplos temos as antenas de ferrites de rdio e os ncleos de transformadores. Um simples pedao de fio ou cabo tambm so indutores. A representao de um indutor mostrada na Figura 3.1.

Figura 3.1: Representao de um indutor Os indutores tm a caracterstica de atenuar mais intensamente as altas freqncias. Isto faz do indutor um elemento importante em filtros. Em aplicaes de aterramento esta propriedade pode vir a ser til em alguns casos mas em muitos outros se torna um empecilho ao bom aterramento. MARCOS ANDR

TCNICAS DE ATERRAMENTO A relao entre tenso e corrente atravs de um indutor dada por v = Ldi/dt.

Exemplo 3.1 Podemos calcular aproximadamente o di/dt da frente de onda de uma dupla exponencial. Para isto tomamos uma reta que interliga o incio da onda como o seu pico, Figura 3.2. Neste caso, di/dt = Ip/1,2bs; se Ipb=b100bkA temos di/dtb=b8,3x1010bA/s. Se este impulso estiver passando por um indutor com indutncia Lb=b10nH, a queda de tenso no indutor de Ldi/dt = 10x10-9x8,3x1010b=b830bV !

Figura 3.2: A frente de onda da dupla exponencial aproximada por uma reta ligando os pontos (0,0) com o ponto (1,2s, Ip)

Exemplo 3.2 Na onda trapezoidal da Figura 3.3, a variao no tempo da frente de onda di/dt=10x10-3/10-9, isto , di/dt=10x106A/s. A queda de tenso em um indutor, L=1H, v=Ldi/dt=10-6x10 x106=10V!

Figura 3.3: Frente de onda de um trapzio

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TCNICAS DE ATERRAMENTO Para uma freqncia determinada, f, temos: , em que e XL uma reatncia indutiva.

Exemplo 3.3 Qual a queda de tenso em um indutor de 1bH, quando da passagem de uma corrente de 1bA a uma freqncia de 1bMHz? Clculo: L = 1H= 10-6H f =1MHz=106Hz I = 1A

A queda de 6,28 volts. # Com elevados valores de di/dt a queda de tenso, v, no indutor tambm ser elevada. Em corrente contnua em que di/dtb=b0 a corrente passa pelo indutor sem provocar queda de tenso. Na passagem de impulso quando frente de onda tem uma variao grande da corrente no tempo a queda de tenso tambm grande. Isto leva o indutor a ser usado como filtro para as di/dt maiores. No domnio da freqncia este processo exemplificado na Tabela 3.1.

Tabela 3.1: Variao da reatncia indutiva com a freqncia. Indutor (n) 14 14 14 14 14 Freqncia (Hz) 60 3.000 20bk 1bM 100bM XL() 5,27b 263,9 1,76bm 88bm 8,8

Observao: 14bnH o valor aproximado da indutncia de pernas de componentes passivos. MARCOS ANDR


3.2.2 Capacitor Dois condutores separados por um isolante formam um capacitor e o smbolo mostrado na Figura 3.4. Desta forma, os cabos de uma linha de distribuio que esto separados pelo ar formam um capacitor. Aparece tambm uma capacitncia entre um destes cabos e a terra, pois est tambm um condutor e est separada pelo ar. As espiras de uma bobina tambm formam capacitores. Estas espiras esto separadas por isolantes. As trilhas de circuitos impressos esto separadas por isolantes e por isto formam capacitores. Podemos citar vrios exemplos de capacitores alm dos comerciais.

Figura 3.4: Representao de um capacitor Uma das caractersticas dos capacitores est em facilitar a passagem da corrente com o aumento da freqncia. A relao entre a tenso e a corrente em um capacitor

. Para uma freqncia determinada, f, temos: , em que XC uma reatncia capacitiva.

Exemplo 3.4 Qual a queda de tenso em um capacitor de 1bnF, quando uma corrente alternada de 1bA e freqncia de 10bMHz esta passando por este?

Clculo: Cb =1bnF=10-9bF MARCOS ANDR

TCNICAS DE ATERRAMENTO f b= 10bMHz = 10 bHz I b= 10bA7

V = 1,59 V Com o aumento da freqncia a reatncia capacitiva diminui de valor, tendendo a um curto circuito, como ilustrado na Tabela 3.2. Tabela 3.2: Variao da reatncia capacitiva com a freqncia. Capacitor (nF) 1 1 1 1 1 Freqncia (Hz) 60 3.000 20bk 1bM 100bM XC() 2,65bM 53,0bk 7.958 159 1,59

3.2.3 Resistor Um condutor qualquer tem perdas que so caracterizadas pela resistncia do condutor passagem da corrente eltrica. Estas perdas em geral so a transformao da energia eltrica em trmica. A representao simblica de um resistor mostrada na Figura 3.5.

Figura 3.5: Representao de um resistor A relao entre a tenso e a corrente em um resistor v = Ri, que a lei de Ohm.

3.2.4 Impedncia Uma impedncia dada pela relao entre a tenso e a corrente eltrica de um componente, ou de forma simplificada pela relao:

MARCOS ANDR


ou

Os elementos de um sistema eltrico, como o sistema de aterramento, so formados por resistncias, indutncias e capacitncias, isto , so formados de impedncias. Qualquer componente eltrico tem indutncia, capacitncia e resistncia. Desse modo, mais apropriado falarmos com freqncia em impedncias. A relao entre a tenso e a corrente em uma impedncia V = ZI no domnio da freqncia.

3.2.5 No Linearidades Os elementos de circuitos podem sofrer variaes quando a tenso e a corrente sobre o elemento variarem. Fatores fsicos externos tambm influenciam estes elementos, como so os casos da temperatura e da umidade. Por causa dessas variaes, estes elementos no se comportam de forma linear. A resistncia em um cabo ou fio aumenta de valor devido ao efeito pelicular. Com o crescimento da freqncia ou de di/dt a corrente tende a se concentrar na superfcie do fio ou cabo, causando um aumento da resistncia.

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4 ANTENAS

4.1

INTRODUO As antenas so dispositivos condutores que convertem ondas eletromagnticas em

correntes eltricas ou convertem correntes eltricas em ondas eletromagnticas. Os sistemas de aterramento como bons condutores tambm radiam e captam ondas eletromagnticas. Deste modo, estes cabos, eletrodos, placas e etc. podem vir a ser uma fonte importante de interferncia e de emisso de ondas, causando problemas custosos. Uma introduo em antenas relevante para se entender os sistemas de aterramento moderno. As antenas podem ser do tipo eltrica ou do tipo magntica. Para estes dois tipos existem vrias configuraes geomtricas para as diferentes aplicaes. A seguir discutiremos as duas antenas mais bsicas e aonde podemos encontr-las em sistemas de terra.

4.2

DIPOLO ELTRICO

4.2.1 Bsico (Dipolo Hertziano) O dipolo hertziano uma antena infinitesimal e por isto a mais bsica de todas as antenas eltricas. O seu entendimento e as equaes que modelam o comportamento deste dispositivo imaginrio tem emprego na anlise de outras antenas mais complexas e de condutores (fios e cabos). Em vrias situaes fios e cabos curtos podem ser considerados dipolos hertzianos. Esta aproximao facilita consideravelmente e com bons resultados o levantamento de campos radiados por estes fios e cabos. A Figura 6.1 mostra o posicionamento dos campos eltricos e magnticos gerados por um dipolo hertziano.

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Figura 6.1: Dipolo eltrico - antena linear

4.2.2 Dipolo Os dipolos eltricos, Figura 6.2, so antenas lineares com equaes e parmetros mais complexos do que os encontrados no dipolo hertziano. Este tipo de antena bsico para o estudo de conjuntos de antenas entre outros tipos. Esta antena tambm tem aplicaes prticas.

Figura 4.2: Dipolo eltrico conectado a um cabo coaxial

Exemplo 4.1 Antenas usadas em medies.

4.3

MONOPOLO ELTRICO Esta antena muito comum no nosso dia a dia. As aplicaes so variadas e de fcil

construo. A anlise de radiao de diversas estruturas condutoras, como trelias, linhas de transmisso, descargas atmosfricas, malhas de terra etc., pode ser feita com facilidade MARCOS ANDR

TCNICAS DE ATERRAMENTO utilizando-se dos princpios e equaes deste tipo de antena. Exemplo 4.2 Antenas de rdio difuso; Antenas de rdios de automveis; Antenas de aparelhos receptores de TV e de rdio; Linhas de transmisso; Qualquer fio ou cabo, incluindo os fios e cabos terra; As hastes de aterramento.

4.4

DIPOLO MAGNTICO Os dipolos magnticos so anis de corrente, o nome dipolo adotado por analogia com o

dipolo eltrico. O dipolo eltrico bsico um anel de corrente com um dimetro infinitesimal. Embora no existente na prtica as equaes obtidas deste dipolo so de grande utilidade nos casos prticos onde encontramos anis de corrente.

4.4.1 Bsico Como o dipolo eltrico hertziano, existe por associao de nomenclatura o dipolo magntico infinitesimal. Este dipolo a base para diversas anlises de outros laos de correntes usados na prtica, como antenas e laos de corrente. A Figura 6.3 mostra o posicionamento dos campos eltricos e magnticos gerados por um dipolo magntico ou lao de corrente.

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TCNICAS DE ATERRAMENTO Figura 4.3: Dipolo magntico

4.4.2 Laos de Corrente Na avaliao de aterramentos, laos de correntes formados por condutores e eletrodos de terra so de extrema importncia. O lao introduz no circuito eltrico uma indutncia que aumenta o impedimento da passagem da corrente eltrica. Uma outra conseqncia do lao o campo eltrico radiado por este, Figura 6.4. Este campo pode vir a acoplar com outros componentes do circuito causando rudos indesejados.

Figura 4.4: Lao de corrente formado por fios ou cabos; d a largura do lao e h a altura do lao e b(=h.d). o fluxo magntico gerado pela corrente i(t) ou o fluxo magntico que gera a corrente i(t).

Exemplo 4.3 Eventuais laos formados por cabos terra; O quadriculado de uma malha de terra forma dipolos magntico; Anis usados como eletrodos de terra; Antenas de ferrite em receptores AM.

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5 LINHAS DE TRANSMISSO

5.1

INTRODUO Existem vrios tipos de linhas de transmisso no nosso dia a dia. Podemos citar as linhas

de transmisso de energia eltrica (69kV 750kV ou mais, suspensas por com torres metlicas), linhas de distribuio de energia eltrica (13,8kV, sustentadas por postes), linhas de transmisso de dados digitais (cabos de impressoras, cabos de modem, cabos de controle-PLC, linhas telefnicas etc.), linhas de dados analgicos (cabos telefnicos), cabos de alimentao (127V, 220V etc.), antenas lineares etc. As linhas de transmisso aparecem em diversas configuraes geomtricas e em diferentes tipos de meios. As linhas de transmisso formadas de pares de fios ou cabos em paralelo, cabos coaxiais, cabos paralelos a planos condutores, multi-condutores em paralelo, cabos verticais ou em configuraes quaisquer. A forma mais usual de se iniciar a anlise de linhas de transmisso com um par de condutores em paralelo no espao livre.

5.2

PAR DE CONDUTORES Dois condutores cilndricos paralelos, como na Figura 4.1, com uma corrente i(t) fluindo

por eles e uma tenso v(t) entre estes, separados por um material isolante (dieltrico) formam uma linha de transmisso. Este par de condutores em paralelo forma a forma mais simples e mais facilmente estudada. A seguir vrios aspectos desta linha sero apresentados.

MARCOS ANDR


Figura 5.1: Linha de Transmisso formada por par de condutores em paralelo. v(t) a tenso eltrica entre os condutores e i(t) a corrente eltrica entre os condutores.

5.2.1 Campo Eltrico As cargas em um condutor so opostas s no outro condutor, o que forma um campo eltrico entre estes condutores. A Figura 4.2 ilustra o campo formado por uma linha de transmisso a dois condutores paralelos.

Figura 5.2: Linhas de Campo Eltrico em uma linha de transmisso

5.2.2 Campo Magntico A corrente passando pelos condutores forma um campo magntico entre estes. Este campo magntico praticamente nulo acima dos condutores. A Figura 4.3 ilustra o campo magntico em um para de condutores.

Figura 5.3: Linhas de Campo Magntico em uma linha de transmisso MARCOS ANDR

TCNICAS DE ATERRAMENTO 5.2.3 Regra da Mo Direita

Figura 5.4: Regra da mo direita A regra da mo direita indica o sentido do campo magntico H conhecendo-se o sentido da corrente i(t), ou vice-versa. O dedo polegar indica a direo da corrente e os demais dedos indicam a direo do campo magntico, como ilustrado na Figura 5.4.

5.2.4 Tenso Eltrica A Tenso Eltrica de uma linha de transmisso a integral do campo eltrico entre os condutores. Isto , o resultado final do efeito do campo eltrico sobre os condutores:

5.2.5 Corrente Eltrica A corrente eltrica em uma linha de transmisso um fluxo de eltrons dentro dos condutores. Este fluxo gerado pelo campo magntico da linha de transmisso.

5.2.6 Parmetros Geomtricos e Fsicos Altura - distncia entre os condutores; Dimetro dos condutores; Meio - (tipo de isolantes: ar, plsticos, resinas; areia, pedra, argila etc.); MARCOS ANDR

TCNICAS DE ATERRAMENTO Condutor (cobre, alumnio, ao, solo etc.);

5.2.7 Parmetros da Linha - RLCG - Parmetros Eltricos

Os parmetros eltricos so obtidos a partir dos parmetros geomtricos e fsicos da linha de transmisso.

A Resistncia da Linha est relacionada com o dimetro e a condutividade eltrica do condutor:

[/m]. A Indutncia da Linha, Lext, obtida a partir da permeabilidade magntica e da altura e dimetro do condutor: [H/m], =400 [nH/m]. A Capacitncia da Linha o resultado da permissividade do meio e da distncia entre os condutores alm do dimetro dos condutores:

[F/m]. Um capacitor so dois condutores separados por um dieltrico, isto o que temos com uma linha de transmisso. A Condutncia, G, de uma Linha representa as perdas transversais da linha. Estas perdas so atravs do meio isolante. Em muitos clculos este valor pode ser desprezado por ser muito pequeno com influencia nfima nos resultados. No caso de condutores nus enterrados a condutncia da maior relevncia. O meio externo a linha, neste caso o solo, condutor. MARCOS ANDR


5.2.8 Impedncia Caracterstica A Impedncia Caracterstica obtida de forma aproximada por:

ou no domnio da freqncia:

A forma exata da impedncia obtida pela relao entre a tenso e a corrente: Z = V/I. Exemplo 5.1 Cabos de alimentao de eletrodomsticos e mquinas de escritrios, pares telefnicos, estais de ao, condutores de descida de sistemas de proteo contra descargas atmosfrica, canaletas metlicas, tubos metlicos, cabos terra, componentes de estruturas metlicas, fiao residencial etc.

5.3

MULTICONDUTORES Em geral as linhas de transmisso so compostas de vrios condutores em paralelos como

ilustrado na Figura 4.5. Neste caso, existe uma capacitncia entre cada dois condutores, uma indutncia prpria do condutor, uma indutncia entre cada dois condutores (indutncia mtua), e uma resistncia para cada condutor.

Figura 5.5: Linha de transmisso com vrios condutores MARCOS ANDR


Exemplo 5.2 Linhas trifsicas de alta tenso, em caso de circuito duplo geminado com cabos pra-raios podem chegar at 26 cabos em paralelo ou mais. Linhas de distribuio em geral tem trs condutores em paralelo. Quando a linha de distribuio acompanhada por circuito secundrio pode haver sete cabos em paralelo. Cabos telefnicos possuem dezenas, centenas ou mesmo milhares de pares de assinantes juntos mais a blindagem. Placas de circuito impresso tem casos com 32 trilhas em paralelo. Cabos para ligao com impressoras e outros perifricos tem oito ou mais fios em paralelo. Cabo terra e suas imagens.

5.4

CABO E PLANO PARALELO Uma linha de transmisso tambm pode ser formada por um plano condutor e um cabo ou

fio acima deste, como ilustrado na Figura 4.6.

Figura 5.6: Cabo condutor paralelo a plano condutor Parmetros Exemplo 5.3 MARCOS ANDR

TCNICAS DE ATERRAMENTO Sistema de corrente contnua a um cabo condutor, o retorno feito pela terra; Distribuio de potncia eltrica monofsica, retorno pela terra; Estais e cabos de ao; Fios e cabos terra.

5.5

FITA E PLANO EM PARALELO Um tipo de linha de transmisso muito encontrado no dia a dia a fita e plano em

paralelo, veja Figura 5.7. Este tipo de linha de transmisso muito usado quando precisamos aterrar altas freqncias. A capacitncia pode ser aumentada com facilidade com o aumento da largura a da fita. O aumento da capacitncia diminui a impedncia da linha de transmisso, facilitando a passagem da corrente.

Figura 5.7: Linha de transmisso em fita e plano em paralelo; a a largura da fita e h distncia da fita ao plano.

5.5.1 Impedncia A impedncia de uma fita acima de um plano pode ser calculada aproximadamente pela equao: Zc = (377/ r)(h/a), para a >> h. Exemplo 5.4 MARCOS ANDR

TCNICAS DE ATERRAMENTO Fitas de aterramento so muito comuns. As trilhas de circuito impresso so em alguns casos fitas acima de plano condutor.

5.6

PROPAGAO DE ONDAS Quando submetemos uma linha de transmisso a um campo eletromagntico este adere

linha e passa a se deslocar como um trem sobre trilhos. As rodas so como a corrente eltrica e os eixos que mantm os pares de rodas unidos como a tenso eltrica. Os trilhos so como os condutores.

5.6.1 Velocidade de Propagao A velocidade desta onda eletromagntica dada pela equao

com boa aproximao.

5.6.2 Tempo de Propagao O tempo de propagao o tempo que leva a onda eletromagntica do incio ao fim da linha. Isto , ao ligarmos uma corrente e tenso no incio da linha, esta vo levar um tempo para chegarem na outra ponta da linha. Este tempo o tempo de propagao

=l/v, onde l o comprimento da linha

5.6.3 Equaes de Propagao As equaes que descrevem a propagao de uma onda em uma linha de transmisso so conhecidas como Equaes do Telegrafista. Estas equaes so complexas, necessitando na maioria dos casos o uso de computador para a soluo. Em casos muito simples de reflexes podemos usar o diagrama de Lattice. As Equaes do Telegrafista so:

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5.6.4 Reflexes Um trem se encontra um obstculo no fim da linha bate e arremessado de volta, causando um enorme estrago. Uma onda de tenso e de corrente ao atingir um obstculo no fim da linha tambm arremessada de volta, neste caso pode ocorrer uma elevao de tenso ou de corrente causando rompimento de isolao ou sobreaquecimento. A tenso resultante sempre a soma da tenso chegando com a tenso que esta retornando: Tenso Total = Tenso Incidente + Tenso Refletida Vt = Vr + Vi.. E, para a corrente: Corrente Total = Corrente Incidente + Corrente Refletida I t = I r + I i. O obstculo pode mudar dependendo do caso. Se tivermos uma linha aberta, um curto circuito, uma resistncia casada, um capacitor, um indutor ou uma combinao de diversos componentes. Para o caso de linha aberta onda de corrente retorna com o sinal trocado, anulando assim a onda incidente. A onda de tenso volta com o mesmo sinal, neste caso dobra o valor da tenso pois tambm se soma a tenso incidente. Em um curto circuito a onda de tenso retorna com o valor do sinal trocado e a onda de corrente retorna com o mesmo sinal. Neste caso o valor da corrente duplica pois o sinal retornado se soma ao sinal incidente.

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TCNICAS DE ATERRAMENTO 5.6.5 Terminal Resistivo Quando a linha termina em uma resistncia com valor igual ao da impedncia de linha no h um retorno das ondas de tenso e de corrente no retornam, Figura 4.8. Nas situaes em que a resistncia assume um valor qualquer a tenso refletida : Vr = [(r-z)/(z+r)]Vi e a corrente refletida Ir = [(z-r)/(z+r)]Ii,. Em que Vi a tenso incidente e Ii a corrente incidente.

Figura 5.8: Linha com terminal resistivo. Reflexo em linha de Zcb=b400 e Rb=b200 Reflexo com resistncia de 800 na carga, resistncia do gerador de 200 e impedncia MARCOS ANDR

TCNICAS DE ATERRAMENTO caracterstica da linha de 400 .

5.6.6 Terminal Indutivo Linha de transmisso terminada por um indutor, Figura 5.9. O indutor pode representar um motor, um transformador, um rel etc.

Figura 5.9: Linha com terminal indutivo. Uma fonte de tenso degrau aplicada a uma linha de 400 de impedncia caracterstica, carga indutiva de 10mH e resistncia da fonte de 400 . Trs curvas so mostradas no grfico: uma no incio da linha (FONTE), outra no meio da linha (MEIO) e a terceira no fim da linha, onde fica o indutor (CARGA).

5.6.7 Terminal Capacitivo Linha de transmisso terminada por um capacitor, Figura 5.10.

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Figura 5.10: Linha com terminal capacitivo. Uma fonte de tenso degrau aplicada a uma linha de 400 de impedncia caracterstica, carga capacitiva de 40bnF e resistncia da fonte de 400 . Trs curvas so mostradas no grfico: uma no incio da linha (FONTE), outra no meio da linha (MEIO) e a terceira no fim da linha, onde fica o indutor (CARGA).

5.6.8 Juno de duas Linhas Duas linhas de transmisso conectadas com impedncias caractersticas diferentes sofrem reflexo de ondas na juno, Figura 5.11. Esta reflexo proporcional relao das impedncias. A ligao de uma linha com mais de uma linha tambm sofre reflexo. Junes de condutores de descida de pra-raios com condutores terra so exemplos de linhas com impedncias diferentes. Vrios cabos terra se unindo em um nico cabo terra outro exemplo de junes de linhas.

Figura 5.11: Juno de duas linhas de transmisso com impedncias Z1 e Z2

MARCOS ANDR

TCNICAS DE ATERRAMENTO 5.6.9 Linha com Pra-raios em Derivao Em muitos casos encontramos resistores, Figura 5.12, indutores, capacitores, uma combinao dos trs ou outros equipamentos ligados a uma linha de distribuio ou em cabos terra. Um exemplo muito comum o de pra-raios em derivao em linhas de distribuio. Os capacitores e os indutores so muitas vezes ligados a cabos terra.

Figura 5.12: Linha de distribuio com resistncia em derivao representando um praraios e o aterramento. Uma fonte de tenso degrau aplicada a uma linha de 400 de impedncia caracterstica, carga resistiva de 400 , resistncia da fonte de 400 e derivao resistiva de 400 no meio da linha. Trs curvas so mostradas no grfico: uma no incio da linha (FONTE), outra no meio da linha (MEIO) e a terceira no fim da linha, onde fica o indutor (CARGA).

5.7

LINHAS DE TRANSMISSO ELETRICAMENTE CURTAS As linhas de transmisso podem ser consideradas curtas ou longas. Esta idia de

comprimento esta associada a uma noo de tamanho eltrico. Uma linha eletricamente curta tem vrias facilidades quanto ao modelo para represent-la. Isso facilita muito ao clculo dos MARCOS ANDR

TCNICAS DE ATERRAMENTO valores de tenso e corrente. Se l solo = 330 .m h = 2,40bm a = 0,005bm R = (330/(2 x 3,14159 x 2,40) x ln((2 x 2,4)/0,005)R = 150,3b

Reatncias do Circuito de Aterramento f = 1bMHz = 106bHz XC = 1 1 = = 4,22 6 (C / 2) 2 10 5 15,08 10 9 / 2

(

)

X L = L = 2 10 6 5 0,738 10 6 = 23,185

Na figura 8.22 mostrada a tenso ao longo deste cabo de aterramento. Notar que a tenso praticamente inalterada em todo o percurso. A fonte de 0,01 A.

Figura 8.22: Curvas de tenso na fonte, no meio e no eletrodo de terra. Esta curva foi calculada com os dados do exemplo anterior.

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10 MALHA DE TERRA

10.1 INTRODUO

Estes sistemas de aterramento so estudados para se conhecer o mecanismo do processo de uma descarga sobre uma linha de transmisso ou mesmo equipamentos. Estas descargas podem ter por origem falhas em sistemas de grande porte ou mesmo descargas atmosfricas. Conhecendo estes mecanismos facilmente podemos suprir os equipamentos de protees, e muitos gastos desnecessrios com superdimensionamento do sistema podem ser evitados. Este modelo tem algumas limitaes que so: Admitir uma distribuio inicial uniforme de corrente pela grade, isto para possibilitar o clculo da indutncia; O modelamento adotado para grades quadradas, na prtica nada impede que formas adversas sejam usadas; A resistncia de aterramento da grade foi calculada assumindo a grade como um circuito equivalente de uma placa circular, e sua indutncia efetiva calculada pelo balano de energia; No considerar o efeito corona no subsolo; Desprezar a capacitncia da grade; Ignorar a umidade do solo. Como os autores esto estudando um sistema de proteo contra raios, alguns parmetros estudados por eles ficaram fora dos padres comumente usados, como por exemplo, a forma de onda aplicada que ao contrrio da 6/12bs aqui empregada poderia ser aplicada a forma de onda empregada em ensaios de transformadores que de 1,2/20bs e tambm 0,1/50, 1,2/50, 6/12bs etc.

10.2 TENSO DE PASSO

A tenso de passo para em estado estacionrio, 60bHz, diferente para a tenso de passo durante transitrios. As descargas atmosfricas levam aos transitrios mais rigorosos e a elevadas tenses de passo. MARCOS ANDR

TCNICAS DE ATERRAMENTO O campo eltrico tangencial na superfcie do solo determina a tenso de passo.

10.3 PERFORMANCE EM TRANSITRIOS

de extrema importncia conhecer a performance de uma malha de terra, Figura 9.1, durante transitrios rigorosos, assim como em 60bHz. Conhecer o comportamento nestas situaes relevante para a proteo de pessoal e das instalaes. Uma malha de terra adequadamente projetada melhora o desempenho dos equipamentos de proteo.

Figura 9.1: Malha de terra e o tempo de propagao, i ,da corrente eltrica do ponto A ao ponto B, e o tempo de propagao, E, do campo eltrico.

10.3.1 Indutncia Elevada

Uma malha de terra tem em geral uma elevada indutncia. Esta impede o escoamento de altas freqncias. Esquemas de aterramento alternativos so feitos para contornar esta limitao das malhas de terra.

10.3.2 rea Efetiva

A rea Efetiva define a rea tima da grade para dissipar um determinado impulso.

10.4 CARACTERSTICAS CONSTRUTIVAS 10.4.1 Hastes Verticais no Permetro da Malha

As malhas de terra tm em geral indutncia elevada, o que dificulta a eliminao de MARCOS ANDR

TCNICAS DE ATERRAMENTO freqncias ou variaes de correntes, di/dt, maiores. Para facilitar o escoamento destas correntes so adicionadas no contorno da malha hastes verticais. Estas hastes tm em geral reduzem a indutncia local que esto conectadas, facilitando assim a passagem de freqncias e de di/dt mais elevados.

10.4.2 Hastes Alinhadas

Para se evitar a circulao de altas freqncias e di/dt elevados (impulsos), de origem em casas de controle e monitorao, na malha de terra costuma-se fazer um terra local, porm interligado com a malha. Este terra local geralmente de hastes verticais em srie fora da regio onde se encontra a malha. A interligao com a malha principal pode ser feita atravs de uma pequena indutncia para que haja uma barreira para as altas freqncias.

10.4.3 Brita

Uma camada de brita para a proteo da rea da malha colocada com 10cm de espessura ou mais. Esta camada de brita evita a evaporao de gua, mantendo o solo mido.

10.4.4 Malha Atratora

Para evitar a circulao das elevadas correntes de descargas atmosfricas na malha de terra pode-se liga-la a uma outra malha com dimenses menores instalada nas proximidades. Esta malha menor por ser pequena pode ser construda em camadas do solo de menor resistividade, geralmente mais profunda. A ligao entre as malhas deve ser feita com fitas ou feixe de condutores por ter menor impedncia, facilitando assim a passagem da corrente.

10.5 MODELO ADOTADO

Para o equacionamento matemtico os autores descreveram alguns parmetros bsicos que sero usados no modelamento matemtico, tais como:

10.5.1 Resistncia do Elemento

a resistncia de cada elemento da grade de aterramento que por ser muito pequena foi desprezada para o equacionamento matemtico.

10.5.2 Indutncias

Este o parmetro que mais influi no clculo do desempenho dos sistemas de aterramento. Leva-se em conta a indutncia prpria de cada elemento e a indutncia mtua entre MARCOS ANDR

TCNICAS DE ATERRAMENTO os condutores. As equaes adotadas so vlidas somente para baixa freqncias

10.5.2.1

Indutncia Prpria

[H] em que l - comprimento do elemento da grade; a - raio do elemento da grade.Exemplo 9.1

Avaliar a indutncia prpria de um cabo terra a uma profundidade de 4m e raio de 5bmm.Clculo:

l = 4bm

a = 5bmm = 5.10-3bmL = 0,0134 H

#Exemplo 9.2

Qual a reatncia indutiva para o cabo do Exemplo 10.1, submetido a uma freqncia de 100bMHz?Clculo:

L = 0,0134 H = 0,0134.10-6bH f = 100bMHz = 108bHzXL = 8,42 .

#

10.5.2.2

Indutncia Mtua

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em que

=1+m+d =1+d =m+d

Se, como na Figura 10.2, os condutores se sobrepem deve entrar com valor de d negativo.

Figura 9.2: Parmetros geomtricos entre dois elementos da malha de terra

Exemplo 10.3

A Figura 10.3 mostra os parmetros geomtricos entre dois elementos de uma malha de terra.

Figura 9.3: Malha de terra e as dimenses entre dois elementos

#10.5.3 Condutncia

a resistncia para o terra de cada elemento horizontal da grade de aterramento, esta resistncia a condutncia distribuda para a referncia que obtida por:

[S] em que d - profundidade do aterramento.

Exemplo 10.4

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TCNICAS DE ATERRAMENTO Avaliar a resistncia de terra de um cabo de 4bm de comprimento a uma profundidade de 0,5bm e de raio 5bmm, em solo de limo.Clculo:

lb=b4bm hb=b0,5bm

a = 5bmm = 5.10-3bm = 100 .mG = 0,324 S Rterra = 3,09

# 10.5.4 Capacitncia

Esta a capacitncia do elemento da malha para a referncia que pode ser desprezada. Isto pode facilmente ser comprovado se tomarmos como um valor tpico de capacitncia da ordem de 10bnF/m para um solo com constante dieltrica de 9,0 e resistncia inferior a 3.000b/m (baixa resistividade). A constante de tempo obtida de: = 0,01 a 0,1 s. Um clculo esttico do campo eltrico da malha poder-se-ia obter a capacitncia. Assim, c = Q/V. Para o clculo computacional utilizado um para representao de um elemento horizontal, que eletricamente representado na Figura 10.4.

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TCNICAS DE ATERRAMENTOFigura 9.4: Representao do elemento horizontal

Exemplo 9.5

Qual o circuito equivalente de um cabo de 4bm enterrado a 0,5bm e de raio 5bmm?Clculo:

Os parmetros do circuito equivalente foram obtidos no Exemplo 9.1, Exemplo 9.2 e Exemplo 9. 4 . O resultado mostrado na Figura 9.5 .

Figura 9.5: Circuito equivalente de um cabo enterrado de 4bm, a uma profundidade de 0,5bm. Para fb=b100bHz tem-se XLb=b8,42b. #

Como dito anteriormente, sob o ponto de vista do fluxo de corrente pela grade foi adotado como um equivalente de uma placa circular, portanto a melhor representao para uma clula da grade, pode ser mostrada pela Figura 10.6.

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TCNICAS DE ATERRAMENTOFigura 9.6: Representao de uma clula da grade

Onde os ns da grade foram numerados de 1 a N para as linhas e de 1 a M para as colunas temos um nmero total de M x N de ns. Eletrodos verticais so colocados na periferia da grade, como geralmente feito em grandes sistemas de aterramento. Equacionando o sistema atravs da anlise nodal de circuitos temos o clculo necessrio para predizer a performance da malha de terra. As vantagens deste mtodo so: Pode-se tomar qualquer configurao de grade de aterramento; Como a tenso pode ser determinada em qualquer n, a impedncia ao impulso definida como a mxima taxa de tenso induzida facilmente determinada; Alterando o vetor de corrente de injeo nodal, estaremos considerando a injeo do impulso em diferentes ns da grade; Os barramentos verticais podem facilmente ser modelados por algoritmos, que no acarretaria maiores problemas. Este processo considera que o aterramento est em solos uniformes de baixa resistividade (solo = 100 .m) o que os permite desprezar a possibilidade de ionizao do solo, que poderia complicar a realizao do mesmo j que elementos no lineares teriam que ser acrescentados. Como entrada para excitao adotado um impulso de corrente descrito por uma dupla exponencial 6/12 s, onde: b[A] Outras formas de onda de corrente injetadas podem ser usadas para estudar a performance da malha de terra sob situaes adversas. A rea Efetiva da malha de terra pode ser verificada com estes clculos. Uma maior impedncia e tenso em um malha de terra aparece nos vrtices. Esta afirmao esta calcada em medies e simulaes numricas. A Figura 9.7 ilustra o que ocorre com a impedncia de entrada vista pelo impulso. Na Figura 9.7a, a impedncia dos elementos vista em paralelo pelo impulso, isto , a impedncia a metade da impedncia do elemento. Na Figura 9.7c , onde quatro elementos se juntam, a impedncia vista pelo impulso de entrada igual a da impedncia do elemento.

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Figura 9.7: Impedncia vista por um impulso injetado no ponto a de uma malha de terra: A - o pulos injetado no vrtice da malha; B - o pulso injetado na borda da malha; C - o pulso injetado no meio da malha; D - o pulso injetado no meio da malha com uma haste vertical neste n.

Para melhorar o aterramento de freqncias elevadas costuma-se colocar uma haste de terra no n da malha em que se aterra este equipamento gerador desta corrente de alta freqncia. Esta tcnica a aplicao do caso D da Figura 9.7.

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11 MEDIES

11.1 INTRODUO

O equipamento usado na medio da resistncia de terra do tipo Megger. Esta medio no pode ser feita em tempo chuvoso ou sujeita a chuva. Para medies que envolvem estruturas de concreto deve-se esperar dois dias de sol para que possam secar. recomendado que a medio seja repetida a 900 do alinhamento original, quando possvel. Deve-se observar que estruturas metlicas, concreto armado, canos e outros metais podem influenciar as medies e a resistncia de terra. Quando o eletrodo de aterramento a prpria estrutura de fundao da edificao praticamente invivel a medio da resistncia de terra desta estrutura, isto devido as grandes dimenses desta.

11.2 RESISTNCIA DE ELETRODOS

Para medir a resistncia de terra de um eletrodo de terra usa-se o esquema mostrado na Figura 10. 1. Os eletrodos P e C do equipamento so hastes de 50bcm de comprimento e devem ser colocadas no solo com as mos, quando possvel, para evitar danos mecnicos. A resistncia de terra obtida da equao R=V/I. A tenso V a diferena de potencial entre o eletrodo T e a haste P. A corrente I a que circula entre o eletrodo T e a haste C.

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Figura 10.1: Esquema para medio da resistncia de terra de um eletrodo

Alguns equipamentos mais modernos permitem a medio tambm da resistividade do solo.

11.3 EQUIPAMENTOS DIGITAIS 11.3.1 Resoluo Vertical

Figura 10.2: V a resoluo vertical

Em geral a resoluo vertical medida em bits, tal como: 8 bits, 10 bits, 12 bits etc. A resoluo de 8 bits = 255 decimal de 1/255.

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TCNICAS DE ATERRAMENTO11.3.2 Taxa de Amostragem

Nmero de pontos medidos por unidade de tempo (segundos).Figura 10.3: Intervalo de amostragem t

A Freqncia de Amostragem o inverso da taxa de amostragem.

11.3.3 Nyquist

A freqncia de Nyquist a maior freqncia que se pode representar com um intervalo t de amostragem. A freqncia de Nyquist igual a 1/(2t).

11.3.4 Capacidade de Armazenamento

o tamanho da memria de armazenamento do equipamento de medio (osciloscpio digital, digitalizador etc). A unidade de medida em geral em bytes.

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12 INSTALAES PREDIAIS

12.1 ATERRAMENTO EM PRDIOS

H dois tipos de filosofias bsicas de aterramento em prdios: Aterramento em Ilhas de Terra interconectadas por apenas um ponto; Aterramento Estrela, em todos os condutores do prdio so interligados. Uma terceira opo de aterramento a aplicao combinada dos dois tipos anteriores.

12.2 USO DA ESTRUTURA METLICA

Usa-se a estrutura de vergalhes do concreto armado como um caminho para a terra. Como estes so muitos a impedncia para a terra bastante reduzida. Aparentemente o sistema convencional de amarrao dos vergalhes antes da concretagem suficiente para permitir uma boa passagem para a corrente. Em alguns casos as ferragens das vigas so soldadas com as ferragens dos pilares para garantir uma passagem confivel da corrente. O processo de soldagem deve ser acompanhado por tcnicos especializados, uma vez que altas temperaturas podem vir a enfraquecer os vergalhes. O concreto higroscpico, isto , permite que a gua se acumule no seu interior. Esta umidade se mistura a sais do concreto, criando assim um meio condutor. Embora este meio seja de baixa condutividade ele colabora com a ferragem na conduo da eletricidade. O aterramento no solo feito por meio das estacas (concreto armado). Estas por serem vrias e por atingirem uma grande profundidade permitem termos uma baixa resistncia de terra. Estas tambm permitem que a corrente seja espalhada em uma maior rea. Ainda no existem verificaes satisfatrias dos danos que as descargas atmosfricas possam causar na ferragem. Como sabemos os ferros quando aquecidos a determinadas temperaturas enfraquecem e uma descarga atmosfrica possui componentes de corrente de grande energia e durao. Um modo de minimizar o superaquecimento da ferragem seria de usar o sistema de proteo contra descargas atmosfricas convencional em adio a estrutura de concreto armado. A conexo ferragem deve ser por meio de rabichos de ferros que foram soldados nos vergalhes das vigas antes da concretagem (consulte sempre um engenheiro civil nestes casos). Esta conexo de terra do mesmo tipo de ao usado na ferragem para evitar a corroso MARCOS ANDR

TCNICAS DE ATERRAMENTO galvnica. Estes rabichos devem ficar a altura das caixas de tomadas de energia eltrica, telefone etc (em geral a 30bcm do piso no acabado.), veja figura 1.

Figura 11.1: Aterramento em ferragens do concreto armado

12.3 ATERRAMENTO ESTRELA

Figura 11.2: Interligao dos metais em uma edificao

Este procedimento visa unir o maior nmero possvel de condutores para se ter uma grande massa condutora. Esta tcnica de fcil instalao e permite a obteno de uma grande massa condutora. Uma desvantagem colocar todos os tipos de rudos de terra diretamente em contato. A capacitncia de um condutor cilndrico vertical dada por: MARCOS ANDR


Figura 11.3: Parmetros geomtricos da capacitncia de uma haste vertical

12.4 ATERRAMENTO EM ILHAS

Nesta tcnica os equipamentos so distribudos em planos terra isolados do plano terra geral do pavimento, figura 4. Estes planos de terra so chamados de ilha de terra. Equipamentos so agrupados nestas ilhas de terra de acordo com o tipo de rudo de terra emitido por estes. As ilhas de aterramento so interconectadas por via de um nico ponto, esta interconexo de cabos de sinal, potncia ou de terra, figura 5.

Figura 11.4: Esquema para construo de planos de terra ilhados

Figura 11.5: Ambiente com ilhas de terra

A cablagem de terra se une em multiponto ou em um nico ponto. Em cada andar tem pelo menos um ponto de aterramento que est ligado ao terra geral da estrutura. Aparecem dificuldades de manuteno neste sistema. Descuidos na instalao de novos equipamentos no prdio podem danificar o sistema de aterramento. O plano de terra e o plano isolante tem apenas alguns milmetros de espessura e fragilidade mecnica. MARCOS ANDR


12.5 PLANOS TERRA

Os planos de terra so feitos por placas metlicas condutoras ou por malhas metlicas. Estes planos tm uma baixa indutncia e alta capacitncia para o terra. Quando a corrente de terra contnua ou de baixa freqncia equipotencializao na placa praticamente atingida. Para transitrios e altas freqncias (10bMHz1.000bMHz) no h equipotencializao do potencial. Como os plano de terra de placas de circuito impresso, os plano de terra de ilhas de aterramento proporcionam o menor caminho para a corrente de retorno e a menor impedncia. A tenso de passo fica reduzida ao mnimo. Grades de ao ou grades feitas com ferro para a construo civil so usadas dentro do piso de concreto, no subsolo so usadas grades de material no corrosivo como o cobre. Nas grades feitas com vergalhes para a construo civil devem ser soldadas a cada vrtice. Algumas vezes telas de arame galvanizado usado em alambrados e galinheiros podem ser usadas. Quando menor o tamanho da quadrcula mais prximo de um plano contnuo a grade.

Figura 11.6: Propagao de corrente em plano condutor.

12.6 USO COMBINADO

Equipamentos muito sensveis ou muito emissivos podem ficar em ilhas de terra e o restante da instalao eltrica e equipamentos eletrnicos ficam ligados em estrela.

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13 INSTALAES INDUSTRIAIS

13.1 INTRODUO

As instalaes industriais devem ser analisadas caso a caso. Cada instalao tem as suas particularidades que exigem procedimentos de aterramento adequados. Neste captulo algumas instalaes so mostradas com os respectivos sistemas de terra. Estes sistemas de terra podem ser usados como base para outras plantas. Dentro das caractersticas gerais de cada sistema de aterramento podemos adequa-lo a outras situaes.

13.2 MANUTENO

As garras-jacar para aterramento tm de ser mantidas sempre limpas para garantir uma boa passagem da corrente. Conexes com porcas e parafusos tm de estar sempre bem apertadas, a verificao peridica importante, principalmente em locais com vibraes mecnicas. Verificar se as conexes esto sempre livres de tintas e vernizes. Os cabos terra tm de estar sempre mostra para facilitar a inspeo. Em locais de passagem os cabos devem ser protegidos de rodas metlicas, pneus, ps, caixas e caixotes etc.

13.3 INTERIORES 13.3.1 Inflamveis e Explosivos

Conectar sempre ao terra as estantes metlicas, portas condutoras, pontes rolantes, grades e outros em almoxarifados e galpes para guardar produtos inflamveis produtos inflamveis e explosivos. Aterrar os motores eltricos e as esteiras rolantes. Em instalaes com atmosfera inflamvel aterrar todas as bombonas metlicas, toneis, misturadores, carrinhos, baldes, tubos em geral. Os flanges das conexes dos tubos tm sempre um by-pass para garantir a boa ligao com a terra. Em alguns casos pode ser necessrio sapato especial para o pessoal, estes sapatos mantm o indivduo aterrado, isto descarrega a descarga esttica acumulada na pessoa. Caminhes tanques e outros veculos de transporte de material inflamvel ou explosivo so aterrados por correntes ou por tiras condutoras que ficam em permanente contato com a pavimentao ou solo.

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TCNICAS DE ATERRAMENTO13.3

tecnicas de to apostila

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