Aterramento em sistema industriais – Reflexões para seleção e uso nas instalações elétricas industriais

Resumo

Em sistemas elétricos industriais uma das características mais difíceis de escolha durante o desenvolvimento de um projeto corresponde ao método de aterramento do neutro. Os fatores impactantes na escolha, não podem ser analisados lado a lado individualmente ou comparados em termos de custos. Assim, em planta industrial qual método de aterramento deve ser utilizado? O entendimento dos fenômenos elétricos e do avanço tecnológico provocou mudanças nos sistemas, onde, historicamente havia uma tendência natural para o uso de sistemas não aterrados. Dessa maneira, este trabalho objetiva apresentar através de reflexões sobre a metodologia, a compreensão dos sistemas de aterramento atualmente utilizados, e assim, permitir ao projetista efetuar aseleção para uso em sistemas elétricos de plantas industriais, onde possa obter os melhores resultados de proteção no sistema elétrico.

Palavras-Chave – aterramento industrial. sistemas com neutro isolado e aterrado. aterramento de sistema trifásico.

Abstract

In industrial electrical systems, one of the most difficult characteristics to choose during the development of a project corresponds to the neutral grounding method. The factors impacting the choice cannot be analyzed side by side individually or compared in terms of costs. So, in an industrial plant, which grounding method should be used? The understanding of electrical phenomena and technological advances caused changes in systems, where, historically, there was a natural tendency to use ungrounded systems. In this way, this work aims to present, through reflections on the methodology, the understanding of the grounding systems currently used, and thus, allow the designer to make the selection for use in electrical systems of industrial plants, where he can obtain the best protection results in the electrical system.

Keywords – industrial grounding. systems with isolated and grounded neutral. grounding of three-phase system.

Osvaldo R. Cruz Filho – Engº Eletricista, DSc.

Profº Titular – CEFET-RJ

1 Introdução.

Uma interrupção em um sistema elétrico corresponde a deixar de fornecer tensão, ou seja, quando um equipamento de proteção atua interrompendo o circuito. Os afundamentos de tensão ocorrem durante esse período de falta, mas nem sempre vão resultar em interrupção (Lamoree et al -1994). Na ocorrência de uma falta fase-terra em um sistema elétrico industrial, ocorre um afundamento momentâneo de tensão que permanece no sistema até que o ponto de falta seja isolado pela proteção ou por um operador humano. Muitas vezes, quando acontece esse tipo de ocorrência, muitos equipamentos podem ser desconectados do sistema, causando uma errada impressão de falha de seletividade na coordenação da proteção do sistema elétrico. Como os controles dos vários equipamentos estão ligados em tensão alternada e sua sensibilidade é alta quando há afundamentos de tensão, e em outros casos, as referências de tensão não estão adequadamente aterradas.

Esses problemas no sistema elétrico podem ser evitados na etapa de desenvolvimento do projeto elétrico através do conhecimento do modo de operação dos equipamentos e da adoção de uma filosofia de configuração que atenda aos requisitos de qualidade de energia, inclusive sob condições de falta. É necessário conhecer os tipos de ocorrências comuns em sistemas elétricos industriais e criar meios de proteger o sistema da melhor maneira possível sem comprometer o processo de produção. Alguns desses aspectos que devem ser observados podem ser resumidos em:sistemas com neutro isolado e sistemas com neutro aterrado.

2 Sistemas com neutro isolado

Pouco antes do século vinte começou a operação dos sistemas trifásicos. Por bibliografias, imagina-se que os primeiros sistemas trifásicos foram operados em delta não aterrado pela razão prática de que somente três condutores são necessários para alimentar cargas trifásicas (Owen -1997). Nesse sistema nenhuma corrente de falta flui quando ocorre a primeira falta à terra, o que é ainda considerado uma vantagem em algumas aplicações, embora seja introduzido um risco ao choque elétrico. Os sistemas com neutro isolado podem aparentemente apresentar a vantagem de não terem, de imediato, a sua operação afetada quando da ocorrência de um curto-circuito entre fase e terra, podendo este último ser eliminado na ocasião que o operador humano assim achar conveniente. Na verdade, ocorre que o operador humano geralmente nunca tem tempo para procura o ponto de curto, e de repente, pode ter que enfrentar uma interrupção de energia de âmbito muito maior caso ocorra um segundo curto para a terra em outra fase.

Existem outros inconvenientes do sistema isolado talvez mais sérios do que o descrito, como as sobretensões prologadas entre duas fases e terra. Com isto, em um sistema isolado, um curto-circuito entre uma fase e a terra irá impor as outras duas fases uma sobretensão de 73%. Portanto, é imprescindível que se localize o ponto em que ocorreu o curto-circuito e se trate de isolá-lo antes que as citadas sobretensões prolongadas e anormais possam causar sobreaquecimentos e futuras rupturas nos isolamentos de equipamentos ou de outros circuitos do sistema. Na verdade, um sistema nunca terá a neutro completamente isolada da terra; os sistemas ditos isolados são realmente acoplados à terra mediante a capacitância para a terra dos componentes, conforme indicado na figura 1.

Figura 1 – Sistema com neutro isolado

Fonte: Do próprio autor.

Devido a este acoplamento capacitivo para a terra, os sistemas isolados ficam sujeitos a perigosas sobretensões (cinco ou mais vezes a tensão normal) resultantes de contatos intermitentes no ponto de curto para a terra (arcing grounds) ou devido a um curto-circuito para a terra através de uma reatância indutiva. Isto poderá ocasionar danos importantes nos isolamentos dos equipamentos ligados ao sistema (Madergan – 2012). Além disso, nos sistemas isolados, quando se verifica um curto-circuito entre uma fase e terra, as outras duas fases podem ficar sujeitas a perigosas sobretensões transitórias por ocasião de simples operações de manobra. Não será, portanto, surpresa que haja falhas em equipamentos ligados em locais remotos do ponto em que se deu o curto-circuito. Os curtos-circuitos para a terra, num sistema isolado, são de localização extremamente difícil e laboriosa. Todos estes inconvenientes, que podem afetar profundamente a operação normal dos sistemas industriais, têm afastado os projetistas do uso de sistemas isolados.

3 Sistemas com neutro aterrado

Com a finalidade de reduzir ao mínimo as desvantagens dos sistemas isolados, a prática principalmente nos Estados Unidos da América do Norte e crescente no Brasil, nos idos de 1970, passou a aterrar o neutro dos sistemas elétricos indústrias (Costa, Paulo F – 2014). Existem, realmente, apenas dois principais métodos de uso corrente:

1. a) Aterramento por reatância.
2. b) Aterramento por resistência.

O aterramento sólido, isto é, aquele efetuado através de uma ligação na qual não foi intencionalmente incluída nenhuma impedância, pode ser considerado um caso particular de aterramento por reatância, pois os vários componentes do sistema sempre possuem uma determinada reatância a eles inerente, conforme mostrado na figura 2.

Figura 2 – Aterramento por reatância

Fonte: Do próprio autor.

Nos sistemas com o neutro aterrado por reatância a corrente de curto-circuito entre fase e terra é maior do que nos sistemas aterrados mediante resistência. Ela será de 100% ou mais da corrente trifásica de curto-circuito nos sistemas aterrados solidamente e será de 25% ou mais da corrente trifásica de curto-circuito nos sistemas aterrados por reator.

Nos sistemas com neutro aterrado por resistência, a corrente de curto-circuito entre fase e terra fica em geral, compreendida entre 1% a 25% da corrente trifásica de curto-circuito, conforme adotarmos um alto ou um baixo valor para a resistência do resistor. Nesse caso, não seria econômico aplicar resistores para valores superiores a 25% da corrente trifásica de curto-circuito, pois as perdas em kW, através do resistor iriam torná-lo de custo proibitivo, ver figura 3.

Figura 3 – Aterramento por resistência

Fonte: Do próprio autor.

Portanto, conforme descrito para os sistemas aterrados, o valor da corrente de curto-circuito entre fase e terra em percentagem da corrente de curto-circuito trifásica pode ser considerado um critério para reconhecer o método de aterramento a ser usado em uma determinada indústria. Sistema aterrado mediante uma reatância para ficar livre de sobretensões transitórias elevadas, torna-se necessário que a relação entre a reatância de sequência zero (X₀) e a reatância sequência positiva (X₁) seja igual ou inferior a 10 .Como a corrente de curto trifásica  (I_3F) e igual a razão entre a tensão entre fase e neutro E_N e a reatância de sequência positiva X₁ e a corrente de curto trifásica (I_3F) é igual a relação entre 3 vezes a tensão fase neutro e a soma das reatâncias de sequência zero (X₀), positiva (X₁) e negativa (X₂), a relação entre essas correntes, fazendo-se a reatância de sequência positiva (X₁) ser igual a reatância de sequência negativa  (X₂) , como é usual,  e  X₀ menor que 10 X₁, teremos:

Esse fato nos mostra a razão pela qual o valor da corrente de curto-circuito entre fase e terra é 25% da corrente de curto-circuito trifásica e representa o ponto de transição entre o aterramento por resistência e o aterramento por reatância. Outro fator importantíssimo a ser considerado nos sistemas de aterramento, principalmente em média tensão, é o tipo de para-raios a ser usado. Entre as várias características que definem os para-raios, existe a tensão nominal. Esta é a máxima tensão à frequência nominal do sistema, que pode ficar sujeito um para-raios, sem que ele, logo após ter escoado para a terra a corrente associada a um surto de tensão, cesse de interromper ou evitar a drenagem para a terra da corrente elétrica normal do sistema.

Portanto, a fim de que se verifique a segunda condição, é necessário que a tensão a que o para-raios esteja submetido no momento antes de se verificar o surto, seja igual ou inferior sua tensão nominal.

Conclui-se que, ao se selecionar e aplicar um para-raios, deve-se tomar as devidas providências para que a sua tensão nominal seja superior as prováveis sobretensões prolongadas, a frequência nominal, a que possa estar sujeito. Desta forma teremos certeza que, se o surto atingir o para-raios, quando este estiver submetido a essa sobretensão, ele descarregará a corrente de surto e voltará a sua condição de isolamento. Usualmente as sobretensões selecionadas para servir como base a este critério são aquelas que aparecem entre duas fases do sistema, quando se verifica um curto para a terra na outra fase, conforme está esquematizado na figura 4. Estas sobretensões dependem essencialmente da forma de aterramento do neutro do sistema.

Figura 4 – Sobretensões

Fonte: Do próprio autor.

Se a relação entre a reatância de sequência zero (X₀) e a de sequência positiva (X₁) for igual ou inferior a 3 e a relação entre a resistência de sequência zero (R₀) e a reatância de sequência positiva for igual ou inferior a 1, as sobretensões máximas acima referidas não irão ultrapassar de 80% da tensão entre fases. Em caso contrário poderão atingir 100% dessa tensão. Portanto, nessas condições podemos utilizar para-raios com uma tensão nominal de aproximadamente 80% da tensão entre fases, e estes são comumente denominados de para-raios 80% ou do tipo “para sistemas aterrados”. Caso contrário teremos de usar para-raios com uma tensão nominal de aproximadamente 100% da tensão entre fases, sendo esses comumente denominados de para-raios 100% ou do tipo “para sistemas isolados”. 0 fato importante é que os para-raios 80% são mais baratos do que os para-raios 100% e protegem melhor o sistema do que estes últimos. Portanto, há sempre mais interesse em usar para­ raios do tipo 80% do que os do tipo 100%.

A condição na relação de X₀/X₁ igual ou menor do que 3, corresponde a uma corrente de curto-circuito entre fase e terra igual ou superior a 60% da corrente trifásica de curto-circuito. Portanto, nos sistemas aterrados por reatância, se a corrente de curto-circuito entre fase e terra for superior a 60% da corrente trifásica de curto-circuito e a relação entre a resistência de sequência zero e a reatância de sequência positiva for igual ou inferior a 1 poderemos usar para-raios do tipo “para sistemas aterrados” (80%).

Assim, com os limites estabelecidos para o uso de reatância e de resistência no aterramento a escolha do método de aterramento a ser usado dependera de qual será a consideração a ser estabelecida: limitação das correntes de curto entre fase e terra ou a proteção fornecida pelos para-raios. Se for efetuado o aterramento por resistência, teremos correntes de curto-circuito entre fase e terra relativamente pequenas (1 a 25% da corrente trifásica de curto-circuito), mas não poderemos usar para-raios tipo “para sistemas aterrados” (80%), diminuindo, portanto, a proteção contra descargas atmosféricas e surtos de tensão. Se aterrarmos por reatâncias, teremos correntes de curto-circuito entre fase terra elevadas, mas haverá a possibilidade de usar para-raios do tipo para “sistemas aterrados “(80%).

A visão geral dessas condições leva a que se possa identificar os fatores básicos que irão influenciar preponderantemente na seleção do método de aterramento para um sistema elétrico industrial.

1. Possibilidade aos equipamentos elétricos sofrerem danos mecânicos e térmicos devido as correntes de fase-terra.
2. Sensibilidade e seletividade de proteção dos reles, diretamente relacionados a corrente de terra disponível.
3. Qualidade de proteção que se deseja para os para-raios, bem como nível de proteção exigido.
4. Situações de anomalia que possam a vir acontecer resultantes de sobretensões transitórias.

4 Avaliação de cada método de aterramento

4.1 Aterramento por reatância

Um sistema é aterrado por reatância quando o aterramento é efetuado mediante uma impedância cujo principal elemento é uma reatância.

Esse método de aterramento pode ser dividido em dois tipos a saber:

Aterramento sólido.

Aterramento por reator.

Embora no aterramento solido se utilize uma ligação direta do neutro do sistema a terra, haverá sempre no caso de um curto-circuito entre fase e terra, uma certa reatância própria dos equipamentos, no caminho a ser percorrido pela corrente de terra. Assim, será feita uma avaliação de cada caso individualmente.

Aterramento sólido

É estabelecido que um sistema elétrico é solidamente ou diretamente aterrado, quando esse sistema é aterrado através de uma ligação adequada na qual não foi intencionalmente incluída nenhuma impedância. Usualmente, em uma instalação industrial este aterramento é efetuado ligando o neutro dos transformadores abaixadores solidamente a terra. O aterramento solido do neutro de um gerador elétrico não deve ser utilizado, pois há o risco de se danificar a máquina no caso de um curto-circuito entre fase e terra, neste caso, a corrente de curto-circuito poderá exceder a corrente de curto-circuito trifásica que constitui um limite superior para os geradores, de acordo com as normas. Caso o neutro não esteja disponível (sistemas trifásicos em triângulo) utiliza-se um transformador de aterramento com o seu neutro solidamente ligado a terra como mostrado na figura 5.

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Figura 5 – Transformador em Zig-Zag

Fonte: Do próprio autor.

Com o aterramento sólido do neutro do transformador poderemos usar, normalmente, para-raios do tipo para sistemas solidamente aterrados. Entretanto, deve ser observado que haverá sempre uma certa reatância na ligação para a terra devido a reatância dos próprios componentes do sistema. Desta maneira, para a absoluta certeza de que podemos usar para-raios do tipo para sistemas solidamente aterrados, deve ser verificado se X₀ ≤ 3X₁; R₀≤ X₁; X₀ ≤ 10X_1.

Este tipo de aterramento deixa, normalmente, o sistema livre de sobretensões transitórias excessivas.

Com o aterramento sólido, mediante uso de um transformador de aterramento, é necessário calcular-se cuidadosamente a reatância desse transformador para que se verifiquem as relações anteriormente estabelecidas. Este valor da reatância depende do interesse que tenhamos ou não de usar para-raios do tipo para sistema com neutro solidamente aterrado.

Se houver interesse, o valor dessa reatância (X_T) pode ser calculado através da expressão:

Se desejarmos abrir mão do emprego de para-raios do tipo para sistema solidamente aterrado, mas continuando a impor a condição de livrarmos o sistema de sobretensões transitórias excessivas, o valor de X_T pode ser obtido pela expressão:

Sendo E a tensão entre fases do sistema e kVAcc a capacidade de interrupção do sistema, ambas no ponto de instalação do transformador de aterramento.

Em (2) procura conservar a relação  X₀ / X₁ = 3, em (3) procura conservar a relação X₀ / X₁ = 10, sendo que, em ambas condições está se admitindo que seja praticamente constituída pela reatância do transformador de aterramento (X_T).

A corrente I_FT será 60 % da corrente de curto-circuito trifásica quando X₀ / X₁ = 3 ou será 25% da corrente de curto-circuito trifásica quando X₀ / X₁ = 10. Convém verificar se a corrente de curto para a terra é suficiente para operar os dispositivos de proteção.

O aterramento sólido do neutro do transformador ou o aterramento sólido mediante um transformador de aterramento é o mais utilizado para os sistemas industriais de tensão igual ou inferior a 600 volts, ou para aqueles, de tensão superior a 15.000 volts. Os sistemas de tensão superior a 15.000 volts são geralmente constituídos por circuitos de distribuição aéreos, onde há grande interesse em se usar para-raios do tipo para sistemas solidamente aterrados, não só para obter-se uma melhor proteção contra descargas atmosféricas, como também por motivos de razões econômica no projeto.

Por outro lado, estes sistemas, de 15.000 volts, raramente alimentam diretamente máquinas rotativas, portanto, não há tanto interesse em reduzir a corrente de terra, no caso de um curto-circuito entre fase e terra. Cabe lembrar que as máquinas rotativas podem ser seriamente avariadas caso circule por elas uma elevada corrente de curto-circuito.

Este método de aterramento nos sistemas de tensão inferior a 600 volts é muito mais utilizado, devido necessidade de se ter uma corrente de curto para a terra suficientemente alta, para acionar os dispositivos protetores do sobrecorrente, sendo a tensão relativamente baixa, assim, o perigo de choque, devido circulação da corrente de terra através das estruturas metálicas é muito menor do que em sistemas de tensões maiores.

Resumindo, o aterramento sólido caracteriza-se pelas correntes de curto-circuito para a terra de valor usualmente elevado, podendo atingir 100% ou mais da corrente trifásica de curto-circuito. Na ocorrência de um curto-circuito para a terra em uma das fases, as outras duas ficarão geralmente livres de sobretensões permanentes, permitindo o emprego de para-raios do tipo para sistemas solidamente aterrados.

Aterramento por reator

Nos sistemas industriais, o aterramento por reator é usado apenas com geradores elétricos. Ao aterrar o neutro de um gerador elétrico mediante um reator, deve-se avaliar a condição para que a corrente no estator devido a um curto-circuito para a terra não ultrapasse a corrente trifásica de curto-circuito, valor máximo para o qual os geradores são projetados de acordo com as normas pertinentes. Para atender a essa condição devemos ter a reatância do gerador X_G  sendo igual a diferença entre a reatância subtransitória (X”_d) de eixo do gerador, por fase, e X₀ a reatância de sequência zero do gerador, por fase, dividido por 3. Dessa maneira, assumindo um curto-circuito entre fase-terra nos terminais do gerador, a corrente para terra será dada por:

As reatâncias de sequência positiva, negativa e zero são obtidas combinando-se as reatâncias de sequência positiva, negativa e zero do gerador, dos motores elétricos existentes com a dos outros componentes do sistema, supridos por ele. Neste caso, toma-se a reatância de sequência positiva do gerador e motores síncronos igual a reatância transitória de eixo, por fase.

4.2 Aterramento por resistência

Diz-se que um sistema é aterrado por resistência quando este sistema é aterrado através de uma impedância cujo principal elemento é uma resistência. Este método de aterramento pode ser dividido em dois casos.

1. a) Aterramento por resistor de baixa resistência.
2. b) Aterramento por resistor da elevada resistência.

A diferença fundamental entre estes dois casos reside no valor da corrente de curto-circuito para a terra a eles associada. No primeiro caso esta corrente de ordem de 1 a 25% da corrente trifásica de curto-circuito e no segundo o seu valor usualmente é inferior a 1% da corrente trifásica decurto­ circuito.

a) Aterramento por resistor de baixa resistência.

Uma instalação industrial poderá ser aterrada por resistor de baixa resistência, ligando o neutro de um ou mais geradores ou transformadores à terra mediante um resistor. Se o neutro não for disponível, pode ser usado um transformador de aterramento em Zig-Zag, com o seu neutro ligado à terra através de um resistor conforme mostrado na figura 6.

Figura 6 – Transformador em Zig-Zag com resistor.

Fonte: Do próprio autor.

O resistor é calculado de modo que o seu valor permita que a corrente de curto-circuito para a terra seja suficiente para operar convenientemente os reles do sistema. Por outro lado, esta corrente deve ser limitada a valores razoavelmente baixos (da ordem de 20% a 25% da corrente trifásica de curto-circuito). Como, em geral, admite-se que a resistência do resistor seja o fator preponderante na limitação da corrente de terra, desprezando-se as demais impedâncias do sistema ela poderá ser obtida através da relação entre a tensão entre fase e neutro do sistema e a corrente I_G    I_G de terra, de valor mínimo para operação desses reles.

No caso de ser usado um transformador de aterramento (enrolamento em ziguezague), a resistência a ser inserida no neutro deste transformador será determinada também com anteriormente. A reatância “X_T” deste transformador será determinada através da relação entre a reatância de sequência zero dividida por 10.

Pois, nessa condição, não será possível utilizar para-raios para sistema solidamente aterrado. Assim, teremos para a reatância do transformador a expressão final igual a descrita em (3).

Este tipo de aterramento, com os valores usuais­ das resistências usadas, livra o sistema de sobretensões transitórias excessivas. Contudo, no caso de um curto-circuito entre uma fase e terra, as sobretensões permanentes entre as outras duas fases e terra são praticamente idênticas as que existiriam em um sistema isolado, isto é, estas sobretensões permanentes seriam praticamente iguais a tensão entre fases. Desta maneira devem ser utilizados para-raios do tipo para sistemas isolados. O aterramento mediante uso de resistor talvez seja o mais utilizado para os sistemas industriais na tensão compreendida entre 600 a 15.000 volts. Entretanto, quando tais sistemas forem muito pequenos, isto é, quando a corrente de curto-circuito para a terra não for excessiva (4.000 amperes no máximo), é possível de ser usado o aterramento sólido.

1. b) Aterramento por resistor de alta resistência

Embora possam ser reconhecidas as vantagens dos sistemas com neutro aterrado, pode em certos casos, devido a circunstâncias especiais da operação, se evitar o disparo seletivo dos disjuntores de proteção do sistema devido a curtos para a terra, de forma a se poder usufruir certas vantagens peculiares que se apresentam nos sistemas isolado. Contudo, será sempre considerado intolerável a possibilidade de ocorrerem sobretensões transitórias de valor elevado. A solução neste caso será a de usar um aterramento do neutro do sistema elétrico mediante um resistor de resistência de alto valor (Nelson et al – 1999). De forma a evitar as sobretensões transitórias excessivas, em um sistema de aterramento dessa natureza, que muito se aproxima de um sistema isolado, deve ser observado que a resistência do resistor não deve ultrapassar a reatância capacitiva trifásica para a terra.

Nessa condição temos:

Para um curto-circuito a terra, a corrente através do resistor deverá ser igual ou superior a corrente capacitiva trifásica do sistema, para terra:

Para subestações que possuam transformadores com neutro acessível, o aterramento pode ser feito diretamente mediante um resistor de resistência elevada ou mediante um transformador monofásico de distribuição, como na figura 7.

Figura 7 – Transformador monofásico para aterramento

Fonte: Do próprio autor.

A escolha de uma ou outra modalidade de instalação recai na análise econômica. Se for ser utilizado o transformador monofásico no neutro, a resistência a ser ligada no secundário será determinada pela expressão:

Nesta expressão N representa a relação entre as tensões primaria e secundária do transformador monofásico de aterramento. Usualmente o transformador monofásicode aterramento é selecionado para uma tensão primária igual atensão entre fases do sistema elétrico (embora possa ser iguala tensão fasee neutro) e a tensão secundária de 120 ou 240 volts. O transformador monofásico de aterramento deve ser selecionado para operação contínua e sua capacidade pode ser obtida em função da tensão primária (volts) e da corrente capacitiva trifásica (amperes) para terra:

No aterramento direto um rele de sobrecorrente atuará um alarme, no caso de curto para terra, enquanto no aterramento por transformador monofásico, essa operação será feita por um rele de tensão. A corrente de curto-circuito para terra é usualmente menor que que 1% da corrente de curto-circuito trifásica, mas, nunca deverá ser menor que a corrente capacitiva para terra (Costa, Paulo F – 2014). Os para raios a serem utilizados devem ser para sistemas isolados e as sobretensões transitórias que poderão eventualmente ocorrer não serão excessivas.

Conclusões

Dentre as propriedades particulares, o arco elétrico em seu estado de plasma atinge 20.000ºC, provocando a fusão e a evaporação de materiais condutores e isolantes. Provoca a sobrepressão através da rápida expansão de gases, e uma alta pressão interna em quadros e painéis, capaz de romper portas e a estrutura desses equipamentos. Devido ao pouco conhecimento sobre o arco elétrico, no passado, julgava-se que o choque elétrico era a causa fundamental dos acidentes envolvendo a eletricidade. Através da pesquisa e ensaios com testes feitos em laboratórios determinaram que as queimas eram causadas por arcos elétricos de falta à terra. Com isto, foram desenvolvidas medidas de segurança para o controle do arco elétrico as quais implicaram em desenvolvimento de projetos de quadros e painéis como o tipo de aterramento para o sistema elétrico.

Os sistemas de neutro solidamente aterrado requerem eficiência no projeto e na operação de sistemas elétricos, pois são produzidas altas magnitudes de corrente de falta à terra, aproximadamente da mesma magnitude dos valores de curto trifásico. Nesses sistemas de aterramento as correntes de fuga fase-terra são responsáveis pelos potenciais de passo e de toque, ou riscos de arco, devido a junções ou conexões imperfeitas no caminho de retorno das correntes fase-terra em eletrodutos e bandejamentos. A queima do núcleo de ferro nos motores por faltas à terra em enrolamentos é realmente preocupante, assim, as indústrias mantém somente na baixa tensão (BT) o uso de sistema solidamente aterrado, por requerer um sistema de proteção mais simples, e aceitam a probabilidade de perda destrutiva de motores de BT somente se ocorrer uma eventual falta a terra nesses equipamentos. Pode ser utilizado para raios de 80% ou para sistemas solidamente aterrados.

Os sistemas com aterramento do neutro por resistência de baixo valor somente foram viáveis a partir da introdução dos transformadores de corrente (TC) toroidais do tipo sensor de terra ou “ground sensor”. Nestes, o sistema trifásico de cablagem passam no interior do toroide, com isso se as três correntes estiverem equilibradas, a soma delas se anula. Em caso de uma falta a terra ocorrer, uma tensão secundária é induzida e uma corrente irá circular. Assim, foi possível limitar a corrente curto franco a terra em 50A, para aplicar resistor de baixo valor no neutro do transformador. Esse sistema de aterramento passou a fazer parte da preferência das plantas industriais que possuem um número relativo grande motores instalados. Nos sistemas elétricos em média tensão, 2,4kV e 4,16kV nas indústrias, há necessidades de se fazer o aterramento com resistor de resistência limitadora de curto fase terra na faixa de 50 a 400A. Devem ser usados para-raios do tipo para sistemas isolados devido as possíveis sobretensões transitórias no caso um curto para a terra fazendo com que as outras duas fases fiquem com sobretensão igual a tensão entre fases.

Os sistemas com aterramento do neutro por resistência de alto valor em sistemas de baixa tensão podem ser usados contanto que o projeto do sistema no todo (proteção e seletividade) preveja a localização e remoção da primeira falta a terra para não levar a uma escalada de falta fase-fase. O resistor inserido no neutro nas condições de falta à terra, permitiria que uma corrente” I_R” fluísse no resistor, com valor mínimo, igual à corrente total capacitiva do sistema, previamente identificada como” 3I_co.”. Esse sistema controla as sobretensões transientes durante faltas à terra, minimiza os danos de arco elétrico e energia incidente no ponto de falta, e permite a operação contínua do sistema com uma falta à terra através do desenvolvimento de detectores de falta a terra, que indicam o local da falta e, assim, fornecem uma efetiva supervisão de isolamento da instalação. O risco de arco elétrico para faltas à terra em sistemas de 480V com o neutro aterrado por alta resistência é muito baixo, como há para os sistemas solidamente aterrados, pois as correntes de falta fase-terra estão geralmente limitadas a 5A. Assim, os para raios a serem usados serão para sistemas isolados. Não devem ser utilizados em sistemas de média tensão devido as correntes capacitivas que podem causar danos a motores.

BIBLIOGRAFIA

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