Proteção elétrica de pessoas e instalações_e-book

Proteção elétrica de
pessoas e instalações
Lucínio Preza de Araújo

Índice
Ação da eletricidade no corpo humano 3
Proteção das pessoas 4
O diferencial 6
Regimes de neutro da rede 9
Aparelhos de proteção de uma instalação elétrica 12
Proteção contra sobrecargas 15
Proteção contra curto-circuitos 16
Seletividade dos aparelhos de proteção 19
Subtensão 23
Sobretensão 24
Pára-raios 27
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Ação da eletricidade no corpo humano
A corrente elétrica ao atravessar o corpo humano provoca 3
efeitos:
• Contração dos músculos (tetanização)
• Queimaduras
• “Desorganização” completa no músculo cardíaco
(fibrilação ventricular)
Parâmetros a ter em conta na avaliação dos riscos:
U C Tensão de contacto (tensão a que o corpo fica sujeito)
I C Corrente que circula pelo corpo
R Resistência do corpo
T Tempo de passagem da corrente
Choque elétrico (eletrocussão)
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Protecção das pessoas
Nas instalações eléctricas de utilização devem ser adoptadas medidas destinadas a
garantir a protecção das pessoas contra os chamados choques eléctricos.
Segundo as R.T.I.E.B.T. (Parte 4 – Secção 41), nas instalações de utilização devem
ser tomadas medidas destinadas a garantir a protecção das pessoas contra os
contactos directos e os contactos indirectos.
Contacto direto
Se uma pessoa entra em
contacto com uma parte
activa de um elemento sob
tensão, por negligência ou
desrespeito das instruções
de segurança diz-se que
ficou submetida a um
contacto directo.
Proteção contra contactos diretos
Isolamento por construção (barreiras físicas ou invólucros).
Emprego de circuitos em MBTS (Muito Baixa Tensão de Segurança):
50V em locais secos ou 25V em locais húmidos.
Dispositivo diferencial de alta sensibilidade (6, 12 ou 30 mA).
Para protecção das pessoas contra os contactos directos as R.T.I.E.B.T (Secção 412)
preconizam essencialmente medidas preventivas que, em alguns casos podem ser
complementadas pela instalação de dispositivos diferenciais de alta sensibilidade (de 6,
12 ou 30 mA).
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Contacto indireto
Se uma pessoa entra em
contacto com um elemento que
está acidentalmente sob tensão
devido, por exemplo a um
defeito de isolamento, a
electrocussão é consequência
de um defeito imprevisível e
não da negligência da pessoa.
Esse contacto designa-se por
contacto indirecto.
Proteção contra contactos indiretos:
(Secção 413 das RTIEBT)
Utilização de aparelhos com a classe II de isolamento.
Separação de circuitos (utilização de um transformador de isolamento )
Ligação das massas dos aparelhos à terra.
Dispositivo diferencial
Para a protecção das pessoas contra os contactos indirectos no regime de neutro TT,
instala-se no início do circuito um disjuntor diferencial (DDR) ou interruptor diferencial
(ID) e ligam-se as massas metálicas dos equipamentos a um condutor de terra que
será ligado a um eléctrodo de terra.
A diferença
fundamental entre o
disjuntor diferencial e o
interruptor diferencial
reside no facto de o
disjuntor, além de ter
protecção diferencial
(contra as correntes de
fuga), tal como o
interruptor diferencial,
tem também protecção
magnetotérmica, isto é,
contra sobrecargas e
curto-circuitos. Portanto o
disjuntor é mais
completo, sendo o
interruptor utilizado
quando as outras
protecções (contra
sobrecargas e curtocircuitos)
já estão
asseguradas por outros
órgãos de protecção.
Transformadores de isolamento (230V/230V) são transformadores com igual número de espiras no
primário e no secundário cuidadosamente isolados, de forma que o circuito secundário esteja
completamente separado do circuito primário e, portanto da rede. Desta maneira, mesmo que haja um
contacto à massa não há retorno através da terra. Este processo emprega-se em máquinas de soldadura
elétrica, fornos elétricos e pode ser usado também nas casas de banho dos hotéis.
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O diferencial
O circuito de deteção do diferencial regista a diferença entre a corrente que “entra” (I F )
e a corrente que “sai” (I N ).
Caso haja diferença entre I F e I N regista-se uma corrente de fuga que vai excitar a
bobina de deteção que provoca o disparo do disjuntor diferencial.
Botão
ON/OFF
Botão de
teste
Relé de
detecção
Bobina de
detecção
Bobina do neutro
Resistência de
teste
NA AUSENCIA DE DEFEITO:
IF = IN (já que não há corrente de fuga para a terra).
ΦF = ΦN
ΦF – ΦN = 0
logo não há corrente induzida na bobina de detecção que acciona o relé. Os contactos
continuam fechados. A instalação funciona normalmente.
NA PRESENÇA DE UM DEFEITO DE ISOLAMENTO:
IF > IN (já que há corrente de fuga para a terra).
ΦF > ΦN
ΦF – ΦN ≠ 0
logo há corrente induzida na bobina de detecção que acciona o relé. Os contactos
abrem. A instalação é desligada.
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Sensibilidade de um diferencial
A sensibilidade de um aparelho diferencial é o valor da corrente resultante de um
defeito – Corrente diferencial - residual estipulada In – que faz abrir obrigatoriamente
o circuito defeituoso.
Existem aparelhos diferenciais de alta, média e baixa sensibilidade.
Sensibilidade
Alta (mA)
Média (mA)
Baixa (A)
In
6 – 12 – 30
100 – 300 – 500
1 – 3 – 5 – 10 – 20
O sistema deve garantir que a tensão de contacto seja inferior a 50V (massas não
empunháveis) ou 25 V (massas empunháveis), ou seja, que o aparelho de protecção
corte o circuito quando a tensão de contacto atingir os valores indicados. O produto da
resistência de terra de protecção pela intensidade de corrente que faz funcionar o
diferencial terá de ser inferior à tensão limite convencional definida (25V ou 50V).
R x In ≤ 25V
R x In ≤ 50V
Se houver massas empunháveis
Se não houver massas empunháveis
R – Resistência de terra de protecção em Ω.
In – Corrente de funcionamento do aparelho de protecção ou seja a corrente diferencial – residual estipulada do
aparelho diferencial.
Relação sensibilidade/resistência de terra
Valores máximos da resistência de terra em função da sensibilidade do aparelho de
protecção diferencial, por exemplo, se for de 500mA:
Se houver massas empunháveis
Se não houver massas empunháveis
R x In ≤ 25V →
R x In ≤ 50V →
R ≤ 25 : 0,5 →
R ≤ 50 : 0,5 →
R ≤ 50 Ω
R ≤ 100 Ω
Selecção de aparelhos diferenciais conforme os valores máximos da resistência de
terra.
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Terra de proteção
Terminal principal
de terra
Quadro de entrada
Condutor principal
de protecção
Condutores de
protecção
Barramento de terra do
quadro de entrada
Condutor de terra
Eléctrodo de terra
Terra de protecção
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Regimes de neutro da rede
Sistema TT
Deteção duma corrente de defeito que circula para a terra promovendo o corte da
alimentação através de dispositivos sensíveis à corrente diferencial.
T – Ligação directa do neutro à terra de serviço.
T – Massas ligadas directamente à terra de protecção.
Posto de transformação
MT
BT
Rede de distribuição
L1
L2
L3
N
N
Receptor
PE
Terra de serviço
Terra de protecção
O sistema TT é o mais comum, sendo aplicado na generalidade das alimentações de
energia eléctrica.
Vantagens:
Sistema mais simples no estudo e na concepção.
Fácil localização dos defeitos.
Desvantagem:
Corte da instalação ao primeiro defeito de isolamento.
Nota: Deve ser efectuado o teste periódico ao disjuntor ou interruptor diferencial.
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Sistema TN
Num primeiro defeito a corrente toma um valor baixo limitando uma possível subida do
potencial das massas. Não necessita de corte.
T – Ligação directa do neutro à terra de serviço.
N – Massas ligadas directamente ao neutro.
TN-C – Condutor neutro (N) e de protecção (PE) comuns (PEN)
Posto de transformação
MT
BT
Rede de distribuição
L1
L2
L3
N
PEN
Receptor
Terra de serviço
TN-S – Condutor neutro (N) e de protecção (PE) separados
Posto de transformação
MT
BT
Rede de distribuição
L1
L2
L3
N
N
PE
Receptor
Terra de serviço
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Utiliza-se fundamentalmente em certas instalações industriais e em redes onde é difícil
conseguir boas ligações à terra ou não é viável a utilização de dispositivos diferenciais.
Vantagens:
O esquema TN-C apresenta uma economia para a instalação porque elimina a
necessidade de um condutor.
Os aparelhos de protecção contra sobreintensidades podem assegurar a protecção
contra contactos indirectos.
Desvantagens:
Corte da instalação ao primeiro defeito de isolamento.
Precauções acrescidas para não ser cortado o condutor neutro que também é de
protecção.
Maiores riscos de incêndio devido às elevadas correntes de defeito.
Sistema IT
A corrente de defeito é transformada em curto-circuito cortado pelo dispositivo de
proteção contra sobreintensidades. As massas são mantidas num potencial não
perigoso.
I – Neutro isolado da terra ou ligado à terra por impedância de valor elevado.
T – Massas ligadas directamente à terra de protecção.
Posto de transformação
MT
BT
Rede de distribuição
L1
L2
L3
N
N
Z
Impedância
Receptor
PE
Terra de serviço
Terra de protecção
É o sistema mais indicado quando se pretende evitar o corte automático ao primeiro
defeito. As salas de operações nos hospitais são um exemplo de aplicação.
Vantagem:
Este sistema assegura a melhor continuidade de serviço em exploração.
Desvantagem:
Custo da instalação.
Necessita de técnicos de manutenção e conservação com preparação adequada.
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Aparelhos de protecção de uma instalação elétrica
Os aparelhos de protecção têm como função proteger todos os elementos que
constituem uma instalação eléctrica contra os diferentes tipos de defeitos que podem
ocorrer.
Os principais tipos de defeitos que podem ocorrer num circuito são:
Sobreintensidades
Sobretensões
Subtensões
Sobreintensidade
Se a corrente eléctrica de serviço (IB) ultrapassar o valor máximo (Iz) permitido nos
condutores diz-se que há uma sobreintensidade.
Por exemplo, demasiados aparelhos ligados simultaneamente num mesmo
circuito podem originar uma sobrecarga que é uma sobreintensidade em que a
corrente de serviço no circuito é superior ou ligeiramente superior à intensidade
máxima permitida nos condutores (IB>Iz).
Se, por exemplo, dois pontos do circuito com potenciais eléctricos diferentes
entram em contacto directo entre si estamos na presença de um curto – circuito
que é uma sobreintensidade em que a corrente de serviço no circuito é muito superior à
intensidade máxima permitida nos condutores (IB>>Iz).
Aparelhos de protecção contra sobreintensidades
Para proteger os circuitos contra sobreintensidades (sobrecargas ou curto – circuitos)
são usados disjuntores magnetotérmicos ou corta circuitos fusíveis que
interrompem automaticamente a passagem da corrente no circuito, evitando um
sobreaquecimento dos condutores que pode originar um incêndio.
Disjuntores de baixa tensão
Um disjuntor é constituído pelo relé, com um órgão de
disparo (disparador) e um órgão de corte ( o interruptor)
e dotado também de convenientes meios de extinção do
arco eléctrico (câmaras de extinção do arco eléctrico).
Como disjuntor mais vulgar fabrica-se o disjuntor
magnetotérmico que possui um relé electromagnético
que protege contra curto – circuitos e um relé térmico,
constituído por uma lâmina bimetálica, que protege
contra sobrecargas.
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Características dos disjuntores
• Corrente estipulada (vulgarmente designada por calibre): valor para o qual o
disjuntor não actua.
Correntes estipuladas: 10 – 16 – 20 – 25 – 32 – 40 – 50 – 63 – 80 – 100 – 125 A.
• Corrente convencional de não funcionamento: valor para o qual o disjuntor
não deve funcionar durante o tempo convencional.
• Corrente convencional de funcionamento: valor para o qual o disjuntor deve
funcionar antes de terminar o tempo convencional.
• Poder de corte: corrente máxima de curto-circuito que o disjuntor é capaz de
interromper sem se danificar.
Os poderes de corte estipulados normalizados são: 1,5 – 3 – 4,5 – 6 – 10 KA
EXEMPLO:
Calibre
(I n )
Corrente convencional de
não funcionamento (I nf )
Corrente convencional de
funcionamento (I 2 )
Poder de corte
(P dc )
16 A
18 A (1,13 x I n )
23 A (1,45 x I n )
6 KA
Para uma corrente estipulada do disjuntor ≤ 63A o tempo convencional é de 1 hora, para uma corrente
estipulada > 63 A o tempo convencional é de 2 horas.
Curva característica do disjuntor
Consoante os fabricantes, tendo em conta as zonas características de funcionamento,
podem definir-se vários tipos de disjuntores:
Tipo B (equivalente ao tipo L na
norma francesa e alemã): o seu
limiar de disparo magnético é baixo
(3 a 5 In), ideal para curto – circuitos
de valor reduzido. Utilizados
principalmente na proteção de
cargas resistivas.
Tipo C (equivalente ao tipo U e tipo
G na norma francesa e alemã
respectivamente): o seu limiar de
disparo magnético (5 a 10 In)
permite-lhe cobrir a maioria das
necessidades.
Tipo D (equivalente ao tipo D e tipo
K na norma francesa e alemã
respectivamente): o seu limiar de
disparo magnético alto (10 a 20 In)
permite utilizá-lo na protecção de
circuitos com elevadas pontas de corrente de arranque. Utilizados principalmente na
proteção de fortes cargas indutivas.
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Fusíveis
Um corta – circuito fusível é constituído por um fio ou lâmina
condutora, dentro de um invólucro.
O fio ou lâmina condutora (prata, cobre, chumbo…) é
calibrado de forma a poder suportar sem fundir, a intensidade
para a qual está calibrado.
Se a intensidade ultrapassar razoavelmente esse valor, ele
deve fundir (interrompendo o circuito) tanto mais depressa
quanto maior for o valor da intensidade da corrente.
Tipos de fusíveis
Fusível Gardy Fusível de rolo Fusível de facas Fusível cilíndrico
Tamanho Calibre Tamanhos mais usuais:
00
0
1
2
3
4
160A
200A
250A
400A
630A
1250A
5 x 20 mm
8,5 x 31,5 mm
10,3 x 38 mm
14 x 51 mm
22 x 58 mm
Características dos fusíveis
• Corrente estipulada (In) é a intensidade de corrente que o fusível pode suportar
permanentemente sem fundir.
Correntes estipuladas: 2 – 4 – 6 – 8 – 10 – 12 – 16 – 20 – 25 – 32 – 40 – 50 – 63 – 80 – 100 –
125 – 160 – 200 – 250 – 315 – 400 – 500 – 630 – 800 – 1000A
• Corrente convencional de não funcionamento (Inf) valor da corrente para o
qual o fusível não deve funcionar durante o tempo convencional.
• Corrente convencional de funcionamento (I2) valor da corrente para o qual o
fusível deve funcionar antes de terminar o tempo convencional
• Poder de corte (Pdc) é a máxima intensidade de corrente que o fusível é capaz
de interromper, sem destruição do invólucro do elemento fusível.
• Tensão nominal (Un) é a tensão que serve de base ao dimensionamento do
fusível, do ponto de vista do isolamento eléctrico.
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Curva característica do fusível
Curva intensidade - tempo de fusão – é a
curva que relaciona os valores da
intensidade à qual o fusível funde com o
respectivo tempo que o fusível demora a
fundir.
O fusível não funde para a sua intensidade
nominal (IN) ou calibre.
O fusível funde em B mais depressa do que
em A, visto que I é mais elevado em B.
2
Tipos de fusíveis
Fusíveis de acção lenta – tipo gG
Fusíveis que protegem contra sobrecargas e contra curto-circuitos os circuitos com
pontas de corrente não elevadas. Por exemplo, cargas resistivas (ação lenta).
Fusíveis de acção rápida – tipo aM
Fusíveis que protegem exclusivamente contra curto-circuitos. Destinam-se à proteção
de circuitos com fortes cargas indutivas. Por exemplo, motores.
Têm ação rápida e se o circuito a proteger necessitar de proteção contra sobrecargas,
terá de ser feita por outro dispositivo (por exemplo, relé térmico).
Protecção contra sobrecargas
A protecção contra sobrecargas das canalizações eléctricas é assegurada se as
características dos aparelhos de protecção respeitarem simultaneamente as seguintes
condições:
A corrente estipulada do dispositivo de protecção (In) seja maior ou igual à corrente de
serviço da canalização respectiva (IB) e menor ou igual que a corrente máxima
admissível na canalização (IZ).
IB ≤ In ≤ IZ
A corrente convencional de funcionamento do dispositivo de protecção (I2) seja menor
ou igual que 1,45 a corrente máxima admissível na canalização (IZ).
I2 ≤ 1,45 IZ
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Exercício de aplicação
Seleccione o calibre (In) do disjuntor de protecção contra sobrecargas de uma
canalização constituída por condutores H07V-U com secção de 2,5 mm 2 , em tubo, que
vai alimentar uma máquina de lavar roupa cuja intensidade de serviço (IB) é de 14,6 A.
IB = 14,6 A
s = 2,5 mm 2 → IZ = 19,5 A (Quadro 52-C1 - Parte 5 / Anexos das RTIEBT)
1ª condição:
IB ≤ In ≤ IZ
A intensidade nominal do disjuntor (In) terá que ser maior ou igual a 14,6 A (IB).
Sabendo que as correntes estipuladas dos disjuntores são de 10 – 16 – 20 – 25 – 32 – 40
– 50 – 63 – 80 – 100 – 125 A, encontramos nessa situação o disjuntor com uma
intensidade nominal de 16 A. Assim, a 1ª condição está verificada:
14,6 < 16 < 19,5
2ª condição:
I2 ≤ 1,45 x Iz
A corrente convencional de funcionamento (I2) do disjuntor de 16 A é de 23 A (1,45 x
In). A 2ª condição está verificada já que:
23 ≤ 1,45 x 19,5
23 < 28,3
O calibre ou a intensidade nominal do disjuntor a utilizar seria de 16A.
Protecção contra curto-circuitos
A protecção contra curto-circuitos das canalizações eléctricas é assegurada se as
características dos aparelhos de protecção respeitarem simultaneamente as seguintes
condições:
Regra do poder de corte: o poder de corte não deve ser inferior à corrente de curtocircuito
presumida no ponto de localização.
Icc ≤ Pdc
Regra do tempo de corte: o tempo de corte resultante de um curto-circuito em
qualquer ponto do circuito não deverá ser superior ao tempo correspondente à
elevação da temperatura do condutor ao seu máximo admissível.
Para curto-circuitos de duração até 5s, o tempo aproximado correspondente à elevação
da temperatura do condutor ao seu máximo admissível é dado pela expressão:
√t = K x (S / Icc)
t - tempo expresso em segundos
S – secção dos condutores em mm 2
Icc – corrente de curto-circuito em A, para um defeito franco no ponto mais afastado do circuito.
K – constante, variável com o tipo de isolamento e da alma condutora, igual a 115 para condutores de
cobre e isolamento em PVC.
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Exercício de aplicação
Verificar se o disjuntor de 16A anteriormente seleccionado para protecção contra
sobrecargas pode ser utilizado na protecção conta curto – circuitos sabendo que:
H07V-U 3G4mm 2
QE
H07V-U 3G2,5mm 2
MLR
5 m
10 m
Considere a resistividade do cobre (ρ) igual a 0,017 Ω.mm 2 / m
Regra do poder de corte
• Cálculo da resistência do conduto a jusante do quadro eléctrico (QE):
R = (ρ x l) / s → R = (0.017 x 10) / 2,5 → R = 0,068 Ω
• Cálculo da resistência do conduto a montante do quadro eléctrico (QE):
R = (ρ x l) / s → R = (0.017 x 5) / 4 → R ≈ 0,021 Ω
• Resistência total do condutor: 0,068 + 0,021 = 0,089 Ω
• Cálculo da corrente de curto – circuito:
Icc = U / R → Icc = 230 / 0,089 → Icc ≈ 2584 A
Se esse disjuntor tiver um poder de corte (Pdc) de 3KA pode ser utilizado, já que
cumpre a condição: Icc ≤ Pdc
NOTA: Os poderes de corte estipulados normalizados são: 1,5 – 3 – 4,5 – 6 – 10 KA
Regra do tempo de corte
O aparelho de proteção terá de cortar a corrente de curto-circuito num tempo inferior ao
calculado pela expressão:
√t = K x (S / Icc)
t - tempo de corte de um curto – circuito expresso em segundos
S – secção dos condutores em mm 2
Icc – corrente de curto-circuito em A, para um defeito franco no ponto mais afastado do circuito.
K – constante, variável com o tipo de isolamento e da alma condutora, igual a 115 para condutores de
cobre e isolamento em PVC.
√t = K x (S / Icc)
√t = 115 x (2,5 / 2584)
√t = 0,11
(√t) 2 = (0,11) 2
t = 0,0121 s
t = 12,1 ms
O disjuntor magnetotérmico corta a corrente de curto-circuito de 2584 A num tempo
inferior a 12,1 ms, como se pode observar nas curvas características a seguir
representadas, o tempo de corte seria de 6 ms.
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Selectividade dos aparelhos de protecção
Diz-se que há selectividade dos aparelhos de protecção quando em caso de defeito
apenas actua o aparelho de protecção imediatamente a montante do defeito.
Na prática a selectividade é garantida se:
• A intensidade nominal do corta circuito fusível colocado a montante for igual ou
maior a três vezes a intensidade nominal do corta-circuitos fusível colocado a
jusante (selectividade entre corta-circuitos fusível).
• A intensidade nominal do disjuntor colocado a montante for igual ou maior a
duas vezes a intensidade nominal do disjuntor colocado a jusante
(selectividade entre disjuntores).
• As curvas características do aparelho de protecção contra sobrecargas e do
aparelho de protecção contra curto-circuitos forem tais que actue o primeiro
aparelho situado a montante (selectividade entre disjuntores e corta –
circuitos fusível).
Selectividade entre corta-circuitos fusível
I N F 1 ≥ 3 x I N F 2
Exemplo:
Defeito
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Selectividade entre disjuntores
I N D 1 ≥ 2 x I N D 2
Defeito
Selectividade Parcial
Tempos de funcionamento iguais para corrente de defeito diferente.
Selectividade Parcial entre 2 disjuntores
Selectividade Total
Tempos de funcionamento diferentes para correntes de defeito diferentes.
Selectividade total entre 3 disjuntores
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Selectividade entre disjuntores e corta – circuitos fusível
Defeito
Como se pode ver pelo gráfico, para a mesma intensidade da corrente o fusível actua
primeiro que o disjuntor, assegurando-se assim a selectividade na protecção eléctrica.
Seletividade entre diferenciais
Diferencial geral do tipo S – Protecção selectiva
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* *
* Tipos de diferenciais em função das características de funcionamento:
Tipo G – Usos gerais – Característica de funcionamento instantânea.
Tipo S – Utilização com selectividade – Características de funcionamento selectiva em relação ao
aparelho do tipo G, obtida a partir e uma temporização fixa de disparo de 40 ms.
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Subtensão
A proteção contra a falta ou abaixamento de tensão deve ser estabelecida quando
existam equipamentos que possam sofrer avarias ou serem perturbados no seu normal
funcionamento, como é o caso dos motores e equipamentos informáticos ou outros
baseados na eletrónica.
As subtensões podem ocorrer por:
Excesso de carga ligada (originando quedas de tensão nas linhas e cabos)
Desequilíbrio acentuado na rede trifásica
Rotura de uma das fases
Contactos à terra de uma fase
Dispositivos de proteção contra os abaixamentos de tensão:
Relés sensíveis aos abaixamentos de tensão
Contatores sem encravamento.
Não é obrigatório prever dispositivos de protecção contra os abaixamentos de tensão
se as avarias causadas na instalação ou nos equipamentos constituírem um risco
aceitável e não representarem perigo para as pessoas.
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Sobretensão
As sobretensões (aumento da tensão) podem ser de origem externa (descarga
atmosférica) ou de origem interna (falsas manobras, deficiências de isolamento com
linhas de tensão mais elevada).
Descarregador de Sobretensão
Para a protecção contra sobretensões usa-se
um descarregador de sobretensões (DST) a
instalar à entrada da instalação (a montante ou
a jusante do dispositivo diferencial). Quando o
DST for estabelecido a montante do dispositivo
diferencial o maior inconveniente é resultante do
facto desse dispositivo não proteger as
instalações associadas ao DST e, por isso, há
perigo de choque elétrico para as pessoas.
De salientar que os DST não protegem as
instalações contra as descargas atmosféricas
directas seja sobre as redes de distribuição, seja
sobre os edifícios.
Relativamente aos efeitos indirectos nas
instalações eléctricas, os níveis das
sobretensões dependem do tipo de rede e
alimentação (aérea, subterrânea) e das características da alimentação.
Este tipo de protecção para a
segurança justifica-se porque é
comum nos dias de hoje, a
existência nas instalações de
equipamentos electrónicos
sensíveis, nomeadamente no
domínio da informática e telecomunicações que poderiam sofrer avarias.
Montagem de descarregadores de sobretensões
Por razões de eficácia da protecção, os descarregadores de sobretensões devem ser
instalados, em regra, na origem da instalação ou sua proximidade (quadro de entrada)
e são ligados de forma adequada entre os condutores activos (fase + neutro) e a terra.
N F
Ligação de um DST na rede monofásica no regime de
neutro TT.
PE
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Ligação de um DST na rede trifásica no regime de neutro TT.
As ligações dos DST ao terminal principal de terra devem ser feitas com condutores de
secção não inferior a 4 mm 2 , ou 10 mm 2 no caso do edifício ser dotado de pára-raios,
devendo o seu comprimento ser o mais curto possível.
Os DST não podem ficar instalados em locais com risco de incêndio ou de explosão.
Para que seja criteriosa a seleção dos DST a instalar, apresentam-se no quadro
seguinte os valores de sobretensões presumidas nas várias zonas de cada instalação,
desde a origem até aos equipamentos especiais.
Principais Caraterísticas de um DST
Imax (corrente máxima de descarga) é o pico de corrente máximo de uma forma de
onda curta que o DST é capaz e desviar à terra sem se danificar.
Nível de protecção de tensão Up – Este é o parâmetro que define a acção do
descarregador de sobretensões, limitando a tensão aos seus terminais a este valor.
Esta tensão deve ser menor que a tensão de isolamento dos aparelhos a proteger.
Tensão máxima de trabalho Uc – Valor da tensão a que um dispositivo de protecção
contra sobretensões pode estar permanentemente ligado; deve-se ter em consideração
a tensão nominal da rede Un e as tolerâncias possíveis.
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Exigência legal de protecção
A obrigação de protecção depende do:
- Tipo de alimentação (aérea, subterrânea ou mista)
- Nível ceráunico (NC) do local ou região.
Modo de alimentação da
instalação de BT
Nível ceráunico
Exigência de protecção
contra sobretensões
Rede subterrânea. Qualquer Não obrigatório.
Alimentação mista (aérea –
subterrânea).
Qualquer tipo, em edifícios
equipados com pára-raios.
NC ≤ 25 dias por ano. Não obrigatório.
NC > 25 dias por ano Recomendado ou Obrigatório .
Obrigatório.
Níveis ceráunicos em Portugal
Nível ceráunico – Número de dias
por ano em que se ouvem
trovoadas.
Esta variável traduz a probabilidade
de ocorrência de descargas
atmosféricas.
Obrigatório quando o nível das sobretensões transitórias seja superior ao nível de referência (4KV para
redes monofásicas e 6KV para as redes trifásicas).
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As sobretensões atmosféricas podem afectar os edifícios (descargas directas) e as
instalações eléctricas e de telecomunicações (efeitos indirectos).
As descargas directas são prevenidas com a utilização de pára-raios nos edifícios.
No que se refere aos efeitos indirectos a protecção é assegurada por dispositivos de
protecção designados por descarregadores de sobretensão (DST).
Pára-Raios
Conjunto de equipamentos cuja finalidade é proteger um edifício ou uma estrutura e o
respectivo conteúdo contra os efeitos perniciosos das descargas atmosféricas directas
neles incidentes.
NOTA: O Pára-raios deverá ficar colocado pelo menos a 2 metros do ponto mais alto
(segundo NP4426).
Para que um pára-raios seja tanto quanto possível económico e eficaz, o
correspondente projecto deve ser elaborado em coordenação com o projecto de
construção civil da estrutura a proteger.
Elementos fundamentais de um pára-raios
Captor, condutor de descida e eléctrodo de terra.
Condutor de
descida
Captor
Eléctrodo
de terra
Os materiais a utilizar nos diversos componentes dos pára-raios são o cobre, o ferro
galvanizado e o aço inoxidável.
Para evitar a corrosão das ligações, deve-se procurar que tanto quanto possível, todos
os elementos do sistema sejam compostos pelo mesmo tipo de material.
O sistema de protecção deverá ser construído de baixo para
cima, sendo a rede de terras imperativamente o primeiro
elemento a ser posto em funcionamento.
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Captor
Parte do pára-raios que se destina a interceptar as descargas atmosféricas incidentes
no volume a proteger.
Captor do tipo
Franklin
Captor ionizante
eletrónico
Captor ionizante
piezoelétrico
Captor perfil
especial
Captor arti
Haste vertica
Tipos de captores artificiais
Captor do tipo Franklin
São constituídas por um ou mais elementos condutores da mesma natureza (cobre ou
ferro galvanizado ou aço inoxidável).
Captores ionizantes ou de avanço à ignição
Consiste na capacidade do pára-raios antecipar a descarga atmosférica e definir o
percurso do raio.
Condutores de cobertura
Destinam-se a
conduzir a corrente de
descarga desde os
captores até às
descidas. Pela sua
posição elevada,
condutores podem
eles próprios, de
captores, integrando
caso sistemas de
condutores
emalhados do tipo
de Faraday.
captor artificial
(Gaiola de Faraday)
captor artificial
(haste vertical tipo Franklin)
(condutores de cobertura)
condutor de descida
estes
servir,
nesse
gaiola
Emalhado de condutores (Gaiola de Faraday)
É composto, a nível de cobertura, por um polígono, formado por condutores instalados
no perímetro superior da estrutura.
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Captores naturais
Podem ser usados como captores naturais os elementos metálicos existentes na parte
superior da estrutura a proteger e suficientemente dimensionados para suportar o
impacto directo de uma descarga, tais como coberturas de chaminés, clarabóias,
depósitos, tomadas de ar dos sistemas de climatização, etc.
Os captores naturais são integrados nos pára-raios através dos condutores de
cobertura.
captor artificial
(Gaiola de Faraday)
captor artificial
(haste vertical tipo Franklin)
(condutores de cobertura)
condutor de descida
Condutor de descida, simplesmente descida ou baixada
Parte do pára-raios destinada a conduzir a corrente
de descarga desde os captores até aos eléctrodos
de terra.
A descida pode ser artificial ou natural.
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Descidas artificiais
As descidas artificiais devem ser em
condutores nus de cobre (secção ≥ 16
mm 2 ), de ferro galvanizado ou de aço
inoxidável (secção ≥ 50 mm 2 ).
traçado a seguir pelas descidas deve ser
quanto possível rectilíneo e vertical, de
forma a minimizar o percurso entre os
elementos captores e a terra. O condutor
baixada deve ser o mais rectilíneo possível
evitando curvas.
As descidas devem ser, em regra,
instaladas à vista, fixadas à superfície
exterior da estrutura a proteger por meio de
elementos de suporte apropriados,
estabelecidos à razão de dois por metro, no
mínimo.
Deve-se realizar uma ligação à terra por
cada baixada.
Cada descida artificial deve ser dotada de
ligador destinado a efectuar as
verificações e medições necessárias.
Na baixada deve ser instalado,
obrigatoriamente um ligador amovível de forma a efectuarem-se medições de terra. O
valor da resistência de terra deve ser inferior a 10 Ohm.
A norma NP4426, recomenda a instalação de um contador de descargas para
verificação e manutenção do pára-raios. No caso de se aplicar um contador de
descargas, ele deverá ser aplicado acima do ligador amovível.
Abaixo do ligador amovível é instalada uma protecção mecânica de baixada com altura
não inferior a 2 metros para evitar actos de vandalismo e manter assim a conservação
da mesma.
Descidas naturais
Podem ser utilizadas como descidas naturais os elementos metálicos existentes na
estrutura a proteger que dêem garantias de continuidade eléctrica, apresentem baixa
impedância e possuam a robustez mecânica necessária.
Como exemplos de descidas naturais referem-se as guias de elevadores, as escadas
metálicas exteriores, etc.
Nas estruturas de betão armado, permite-se o aproveitamento da armadura metálica do
betão para a função de descida natural, condicionado à garantia de continuidade
eléctrica da mesma.
Eléctrodo de terra
Eléctrodo de terra
Dispositivo constituído por um corpo condutor ou por um conjunto de corpos
condutores em contacto íntimo com o solo assegurando uma ligação eléctrica com a
terra.
A ligação à terra tem como finalidade a dispersão na massa condutora da terra da
corrente proveniente de qualquer descarga atmosférica que incida no pára-raios.
Todos os pontos de ligação enterrados devem ser preservados dos efeitos da
humidade, por envolvimento em meio não higroscópico (massa ou fita betuminosa, por
exemplo).
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Condutor de descida
Ligador
O
de
um

Eléctrodo em anel
O eléctrodo de terra preferencial a utilizar num pára-raios é o eléctrodo em anel,
constituído por um condutor instalado na base das fundações do edifício ou embebido
no maciço de betão das fundações.
Nestes casos, o eléctrodo em anel deve, preferencialmente, ser constituído por ferro
galvanizado por imersão a quente.
Alternativamente pode ser utilizado um condutor em anel, enterrado a uma
profundidade de aproximadamente 0,80 m e envolvendo a estrutura a proteger.
Estrutura
a proteger
Eléctrodo
em anel
Se para as instalações eléctricas do edifício for utilizado um eléctrodo em anel este
deve ser também utilizado como eléctrodo do pára-raios.
Eléctrodo do tipo radial
Para estruturas de dimensões tais que o raio do eléctrodo em anel resulte inferior a 8
m, podem utilizar-se eléctrodos do tipo radial (em forma de “pata de ave”),
constituídos por três condutores (no mínimo de 6 a 8 m cada) derivados de um ponto
comum e enterrados horizontalmente no solo a uma profundidade mínima de 0,8 m.
Se não se optar pelo eléctrodo em anel, a cada descida deve corresponder um
eléctrodo de terra.
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Constituem eléctrodos de terra natural as estruturas metálicas enterradas que façam
parte ou penetrem no edifício ou estrutura a proteger. São ainda normalmente
utilizadas para aquele fim as fundações em betão armado, desde que a sua
continuidade eléctrica seja assegurada.
Devido ao facto de se tornar difícil verificar as características dos eléctrodos de terra
naturais e, sobretudo, pela dificuldade de garantir a manutenção daquelas
características ao longo do tempo a utilização do eléctrodos naturais não dispensa a
instalação de eléctrodos artificiais.
Ligações equipotenciais
Todas as canalizações ou estruturas condutoras enterradas (água, esgotos, ar
comprimido, combustíveis, electricidade, telecomunicações, etc.) cujo traçado se situe
a menos de 3 m de qualquer ponto do conjunto de eléctrodos de terra do pára-raios
devem ser interligadas com aquele conjunto de eléctrodos de terra por meio de
condutores de cobre (secção ≥ 16 mm 2 ), de ferro galvanizado ou de aço inoxidável
(secção ≥ 50 mm 2 ).
Prevenção da tensão de passo 1
A dissipação no solo de uma onda de corrente de descarga origina sempre o
aparecimento de um elevado potencial no conjunto de eléctrodos de terra e,
consequentemente, no terreno circundante, originando normalmente uma situação de
risco para as pessoas e animais que ali se encontrem.
Para diminuir a probabilidade de acidente por acção da tensão de passo, deve ser
tomada pelo menos uma das seguintes medidas:
- estabelecer no local, fazendo parte do eléctrodo de terra, um emalhado de
condutores horizontais enterrados no solo, não devendo as dimensões da malha
exceder 5 m x 5 m;
- prever na zona crítica um tapete de material isolante não higroscópico (asfalto
por exemplo) com uma espessura mínima de 50 mm;
- aumentar a profundidade dos eléctrodos de terra para valores superiores a 1 m.
Por outro lado, deve ser dada preferência, sempre que possível, a eléctrodos de
terra com a forma de anel em detrimento de eléctrodos do tipo radial.
1 A tensão de passo é a d.d.p. entre dois pontos à superfície da terra a uma distância de 1 metro.
Se num dado momento, existir no ponto A um potencial com o valor U A e ao mesmo tempo existir no ponto B,
distante 1 metro do ponto A, um potencial com o valor U B , então a tensão de passo neste local tem um valor U p que
é exactamente igual à diferença U A - U B , ou seja U p = U A - U B
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Conservação e exploração
Verificações e medições a realizar:
- o bom estado de conservação, de fixação e de funcionamento dos captores, das
descidas, dos elementos de ligação, etc., com confirmação, por medição da
respectiva continuidade eléctrica;
- o bom estado de funcionamento dos descarregadores de sobretensão existentes
no pára-raios;
- o valor da resistência de contacto do eléctrodo de terra, o qual não deve ser
superior em mais de 50% ao valor obtido aquando da primeira inspecção, nunca
devendo exceder 10 Ω.
NOTA:
Descarregador de sobretensões (DST ): Aparelho destinado a proteger o
equipamento eléctrico contra sobretensões transitórias elevadas e a limitar a duração e
amplitude da corrente.
Classificação dos edifícios e estruturas
Com o fim de aconselhar quais os edifícios e estruturas a equipar com um pára-raios
estes classificam-se quanto às consequências das descargas (CD) e quanto à altura
e implantação (AI).
Classificação das estruturas quanto às Consequências das Descargas (CD)
CD 1
Estruturas comuns
CD 2
Estruturas
envolvendo riscos
específicos
CD 3
Estruturas
envolvendo riscos
para as imediações
São estruturas sem riscos especiais e não incluídas
nos pontos seguintes.
Edifícios frequentados por grande número de pessoas
(escolas, hotéis, cinemas, centros comerciais,
quartéis, hospitais, etc.).
Edifícios cujo conteúdo seja de elevado valor
económico ou cultural (museus, bibliotecas, etc.).
Estruturas sujeitas a riscos de incêndio (armazéns de
cortiça, papel, etc.).
Estruturas onde existam elementos especialmente
sensíveis às sobretensões, nomeadamente
componentes electrónicos (computadores,
equipamentos de telecomunicações, etc.).
São estruturas cujo tipo de utilização pode fazer com
que os riscos esperados como consequência de uma
descarga atmosférica se estendam para o exterior do
volume a proteger (exemplos: estruturas contendo
produtos tóxicos, radioactivos, etc. e estruturas
sujeitas a risco de explosão).
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Classificação das estruturas quanto à Altura e Implantação (AI)
AI 1
Estruturas em
situação de
risco
atenuado.
AI 2
Estruturas em
situação de
risco normal.
AI 3
Estruturas em
situação de
risco
agravado.
A probabilidade de incidência das descargas atmosféricas vem
reduzida se:
- a estrutura se localiza numa área relativamente extensa e contínua
de estruturas de altura semelhante (cidade, florestas, etc.);
- a estrutura tem à sua volta e nas proximidades imediatas outras
estruturas ou objectos isolados, de altura significativamente superior;
- a estrutura se localiza num vale escarpado, cuja profundidade
exceda a altura da estrutura.
São estruturas cuja altura e implantação não alteram
significativamente a probabilidade de ocorrência de uma descarga
atmosférica, relativamente à probabilidade de incidência de uma
descarga no solo por elas ocupado.
A probabilidade de incidência de descargas atmosféricas considerase
grande se:
- a estrutura tem uma altura superior a 25 metros;
- a estrutura se salienta num terreno plano, afastado de árvores ou
de outras estruturas;
- a estrutura se localiza no alto de uma elevação de terreno
significativa;
- a estrutura está implantada junto de um desfiladeiro ou penhasco,
nomeadamente, na orla marítima.
Necessidade de protecção contra descargas atmosféricas
Estruturas em
situação de risco
atenuado
(AI 1)
Estruturas em
situação de risco
normal
(AI 2)
Estruturas em
situação de risco
agravado
(AI 3)
Estruturas comuns
(CD 1)
DISPENSÁVEL
ACONSELHÁVEL
ACONSELHÁVEL
Estruturas
envolvendo riscos
específicos
(CD 2)
ACONSELHÁVEL
NECESSÁRIO
NECESSÁRIO
Estruturas
envolvendo riscos
para as imediações
(CD 3)
NECESSÁRIO
NECESSÁRIO
NECESSÁRIO
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