Uma das razões mais importantes para calcular o aterramento e a instalação é que ele protege as pessoas e os aparelhos da casa contra sobretensão. Se de repente um raio atingir uma casa ou por algum motivo houver um pico de energia na rede, mas ao mesmo tempo o sistema elétrico estiver aterrado, todo esse excesso de eletricidade irá para o solo, caso contrário haverá uma explosão que pode destruir tudo em seu caminho.
Equipamentos de proteção elétrica
O crescimento do consumo de eletricidade em todas as áreas da vida, em casa e no trabalho, exige regras claras de segurança para a vida humana. Numerosas normas nacionais e internacionais regem os requisitos para a construção de sistemas elétricos para garantir a segurança de pessoas, animais de estimação e bens ao usar aparelhos elétricos.
Os equipamentos de proteção elétrica instalados durante a construção de edifícios residenciais e públicos devem ser verificados regularmente para garantir uma operação confiável por muitos anos. As violações das regras de segurança em sistemas elétricos podem ter consequências negativas: ameaça à vida de pessoas, destruição de propriedade oudestruição da fiação.
Os regulamentos de segurança estabelecem os seguintes limites superiores para o contato humano seguro com superfícies vivas: 36 VCA em edifícios secos e 12 VCA em áreas molhadas.
Sistema de aterramento
O sistema de aterramento é um equipamento técnico absolutamente essencial para qualquer edifício, por isso é o primeiro componente de instalação elétrica a ser instalado em uma nova instalação. O termo aterramento é usado em engenharia elétrica para conectar propositadamente componentes elétricos à terra.
O aterramento de proteção protege as pessoas contra choque elétrico ao tocar em equipamentos elétricos em caso de mau funcionamento. Mastros, cercas, utilidades como tubulações de água ou gasodutos devem ser conectados com um cabo de proteção conectando-se a um terminal ou barra de aterramento.
Problemas de proteção funcional
O aterramento funcional não oferece segurança como o nome sugere, em vez disso, cria uma operação ininterrupta de sistemas e equipamentos elétricos. O aterramento funcional dissipa correntes e fontes de ruído para adaptadores de teste de terra, antenas e outros dispositivos que recebem ondas de rádio.
Eles determinam os potenciais de referência comuns entre equipamentos e dispositivos elétricos e, assim, evitam várias avarias em residências particulares, como TV ou cintilação de luz. O aterramento funcional nunca pode realizar tarefas de proteção.
Todos os requisitos para proteção contra choque elétrico podem ser encontrados nas normas nacionais. Estabelecer um aterramento de proteção é vital e, portanto, sempre tem precedência sobre o funcional.
Resistência máxima dos dispositivos de proteção
Em um sistema seguro para as pessoas, os dispositivos de proteção devem operar assim que a tensão de falha no sistema atingir um valor que possa ser perigoso para eles. Para calcular este parâmetro, você pode usar os dados de limite de tensão acima, escolha o valor médio U=25 VAC.
Os disjuntores de corrente residual instalados em áreas residenciais normalmente não irão para a terra até que a corrente de curto-circuito atinja 500 mA. Portanto, de acordo com a lei de Ohm, com U=R1 R=25 V / 0,5 A=50 ohms. Portanto, para proteger adequadamente a segurança de pessoas e bens, o aterramento deve ter uma resistência inferior a 50 ohms, ou R terra<50.
Fatores de confiabilidade do eletrodo
De acordo com as normas estaduais, os seguintes elementos podem ser considerados como eletrodos:
- estacas ou tubos de aço inseridos verticalmente;
- fitas ou fios de aço colocados horizontalmente;
- placas de metal embutidas;
- anéis de metal colocados em torno de fundações ou embutidos em fundações.
Tubos de água e outras redes subterrâneas de engenharia siderúrgica (se houver acordo com os proprietários).
Aterramento confiável com resistência inferior a 50 ohms depende de três fatores:
- Vista terrestre.
- Tipo e resistência do solo.
- Resistência da linha de aterramento.
O cálculo do dispositivo de aterramento deve começar com a determinação da resistividade do solo. Depende da forma dos eletrodos. A resistividade da terra r (letra grega Rho) é expressa em ohm metros. Isso corresponde à resistência teórica de um cilindro de aterramento de 1 m2, cuja seção transversal e altura são de 1 m. Exemplos de resistividade do solo em Ohm-m:
- solo pantanoso de 1 a 30;
- solo solto de 20 a 100;
- húmus de 10 a 150;
- areia de quartzo de 200 a 3000;
- calcário macio de 1500 a 3000;
- solo gramado de 100 a 300;
- terra rochosa sem vegetação - 5.
Instalação do dispositivo de aterramento
O loop de aterramento é montado a partir de uma estrutura composta por eletrodos de aço e tiras de conexão. Após a imersão no solo, o dispositivo é conectado ao painel elétrico da casa com um fio ou uma tira metálica semelhante. A umidade do solo afeta o nível de colocação da estrutura.
Existe uma relação inversa entre o comprimento do vergalhão e o nível do lençol freático. A distância máxima do canteiro de obras varia de 1 m a 10 m. Os eletrodos para cálculo de aterramento devem entrar no solo abaixo da linha de congelamento do solo. Para chalés, o circuito é montado com produtos metálicos: tubos, reforço liso, ângulo de aço, viga I.
Sua forma deve ser adaptada para penetração profunda no solo, a área da seção transversal do reforço é superior a 1,5 cm2. O reforço é colocado em uma fileira ou na forma de várias formas, que dependem diretamente da localização real do local e da possibilidade de montar um dispositivo de proteção. O esquema em torno do perímetro do objeto é frequentemente usado, porém, o modelo de aterramento triangular ainda é o mais comum.
Apesar do sistema de proteção poder ser feito de forma independente com o material disponível, muitos construtores compram kits de fábrica. Embora não sejam baratos, são fáceis de instalar e duráveis em uso. Normalmente, esse kit consiste em eletrodos revestidos de cobre de 1 m de comprimento, equipados com uma conexão rosqueada para montagem.
Cálculo da sequência total
Não existe uma regra geral para calcular o número exato de furos e dimensões da faixa de aterramento, mas a descarga da corrente de fuga é definitivamente dependente da área da seção transversal do material, portanto, para qualquer equipamento, o tamanho da faixa de aterramento é calculado com base na corrente que será transportada por essa faixa.
Para calcular o loop de terra, a corrente de fuga é calculada primeiro e o tamanho da faixa é determinado.
Para a maioria dos equipamentos elétricos, como transformador,gerador a diesel, etc., o tamanho da faixa de aterramento neutro deve ser tal que possa lidar com a corrente neutra deste equipamento.
Por exemplo, para um transformador de 100kVA, a corrente de carga total é de cerca de 140A.
A tira conectada deve ser capaz de transportar pelo menos 70A (corrente neutra), o que significa que uma tira de 25x3mm é suficiente para transportar a corrente.
Uma tira menor é usada para aterrar o gabinete, que pode conduzir uma corrente de 35 A, desde que 2 pontos de aterramento sejam usados para cada objeto como proteção de backup. Se uma tira se tornar inutilizável devido à corrosão, que quebra a integridade do circuito, a corrente de fuga flui através do outro sistema, proporcionando proteção.
Cálculo do número de tubos de proteção
A resistência de aterramento de uma única haste ou tubo de eletrodo é calculada de acordo com:
R=ρ / 2 × 3, 14 × L (log (8xL / d) -1)
Onde:
ρ=Resistência de aterramento (ohmímetro), L=Comprimento do eletrodo (metro), D=Diâmetro do eletrodo (metro).
Cálculo do solo (exemplo):
Calcule a resistência da haste isolante de aterramento. Tem um comprimento de 4 metros e um diâmetro de 12,2 mm, uma gravidade específica de 500 ohms.
R=500 / (2 × 3, 14 × 4) x (Log (8 × 4 / 0, 0125) -1)=156, 19 Ω.
A resistência de aterramento de um único eletrodo de haste ou tubo é calculada da seguinte forma:
R=100xρ / 2 × 3, 14 × L (log (4xL / d))
Onde:
ρ=Resistência de aterramento (ohmímetro), L=Comprimento do eletrodo (cm), D=Diâmetro do eletrodo (cm).
Definiçãoestrutura de aterramento
O cálculo do aterramento de uma instalação elétrica começa com a determinação do número de tubos de aterramento com diâmetro de 100 mm e 3 metros de comprimento. O sistema tem uma corrente de f alta de 50 KA por 1 segundo e uma resistividade de terra de 72,44 ohms.
Densidade de corrente na superfície do eletrodo de aterramento:
Poppy. densidade de corrente permitida I=7,57 × 1000 / (√ρxt) A / m2
Poppy. densidade de corrente permitida=7,57 × 1000 / (√72,44X1)=889,419 A / m2
A área da superfície de um diâmetro é de 100 mm. tubo de 3m=2 x 3, 14 L=2 x 3, 14 x 0,05 x 3=0,942 m2
Poppy. corrente dissipada por um tubo de aterramento=densidade de corrente x área da superfície do eletrodo.
Max. corrente dissipada por um tubo de aterramento=889,419x 0,942=838A, Número de tubo de terra necessário=Corrente de falha / Máx.
Número de tubo de aterramento necessário=50000/838=60 peças.
Resistência do tubo de aterramento (isolado) R=100xρ / 2 × 3, 14xLx (log (4XL / d))
Resistência do tubo de aterramento (isolado) R=100 × 72,44 / 2 × 3 × 14 × 300 × (log (4X300 / 10))=7,99 Ω / Tubo
Resistência total de 60 pedaços de terra=7,99 / 60=0,133 Ohm.
Resistência da faixa de aterramento
Resistência da faixa de aterramento (R):
R=ρ / 2 × 3, 14xLx (log (2xLxL / wt))
Um exemplo de cálculo de aterramento de loop é dado abaixo.
Calcule uma faixa de 12 mm de largura, 2200 metros de comprimento,enterrado no solo a uma profundidade de 200 mm, a resistividade do solo é de 72,44 ohms.
Resistência da faixa de aterramento (Re)=72, 44 / 2 × 3, 14x2200x (log (2x2200x2200 /.2x.012))=0, 050 Ω
A partir da resistência total acima de 60 pedaços de tubos de aterramento (Rp)=0,133 ohms. E isso é devido à faixa de terra áspera. Aqui resistência à terra líquida=(RpxRe) / (Rp + Re)
Resistência líquida=(0,133 × 0,05) / (0,133 + 0,05)=0,036 Ohm
Impedância de terra e número de eletrodos por grupo (conexão paralela). Nos casos em que um eletrodo é insuficiente para fornecer a resistência de terra necessária, mais de um eletrodo deve ser usado. A separação dos eletrodos deve ser de cerca de 4 m. A resistência combinada dos eletrodos paralelos é uma função complexa de vários fatores como o número e a configuração do eletrodo. Resistência total de um grupo de eletrodos em várias configurações de acordo com:
Ra=R (1 + λa / n), onde a=ρ / 2X3.14xRxS
Onde: S=Distância entre a haste de ajuste (metro).
λ=Fator mostrado na tabela abaixo.
n=Número de eletrodos.
ρ=Resistência de terra (ohmímetro).
R=Resistência de uma única haste no isolamento (Ω).
| Fatores para eletrodos paralelos em linha | |
| Número de eletrodos (n) | Fator (λ) |
| 2 | 1, 0 |
| 3 | 1, 66 |
| 4 | 2, 15 |
| 5 | 2, 54 |
| 6 | 2, 87 |
| 7 | 3.15 |
| 8 | 3, 39 |
| 9 | 3, 61 |
| 10 | 3, 8 |
Para calcular o aterramento de eletrodos uniformemente espaçados em torno de um quadrado oco, como o perímetro de um edifício, as equações acima são usadas com um valor de λ obtido da tabela a seguir. Para três hastes localizadas em um triângulo equilátero ou em forma de L, o valor λ=1, 66
| Fatores para eletrodos quadrados ocos | |
| Número de eletrodos (n) | Fator (λ) |
| 2 | 2, 71 |
| 3 | 4, 51 |
| 4 | 5, 48 |
| 5 | 6, 13 |
| 6 | 6, 63 |
| 7 | 7, 03 |
| 8 | 7, 36 |
| 9 | 7, 65 |
| 10 | 7, 9 |
| 12 | 8, 3 |
| 14 | 8, 6 |
| 16 | 8, 9 |
| 18 | 9, 2 |
| 20 | 9, 4 |
O cálculo do aterramento de proteção do loop para quadrados ocos é realizado de acordo com a fórmula do número total de eletrodos (N)=(4n-1). A regra geral é que as hastes paralelas devem ser espaçadas pelo menos duas vezes mais para aproveitar ao máximo os eletrodos adicionais.
Se a separação dos eletrodos for muito maior que seu comprimento, e apenas alguns eletrodos estiverem em paralelo, então a resistência de terra resultante pode ser calculada usando a equação usual para resistência. Na prática, a resistência de terra efetiva geralmente será maior que a calculada.
Normalmente, uma matriz de 4 eletrodos pode fornecer uma melhoria de 2,5 a 3 vezes.
Um conjunto de 8 eletrodos geralmente dá uma melhoria de talvez 5-6 vezes. A resistência da haste de aterramento original será reduzida em 40% para a segunda linha, 60% para a terceira linha, 66% para a quarta.
Exemplo de cálculo de eletrodo
Calculando a resistência total de uma haste de aterramento 200 unidades em paralelo, em intervalos de 4m cada, e se estiverem conectadas em um quadrado. A haste de aterramento é 4metros e um diâmetro de 12,2 mm, resistência de superfície de 500 ohms. Primeiro, a resistência de uma única haste de aterramento é calculada: R=500 / (2 × 3, 14 × 4) x (Log (8 × 4 / 0, 0125) -1)=136, 23 ohms.
A seguir, a resistência total da haste de aterramento no valor de 200 unidades em paralelo: a=500 / (2 × 3, 14x136x4)=0,146 Ra (linha paralela)=136,23x (1 + 10 × 0,146 / 200)=1,67 Ohm.
Se a haste de aterramento estiver conectada a uma área oca 200=(4N-1), Ra (em um quadrado vazio)=136, 23x (1 + 9, 4 × 0, 146 / 200)=1, 61 Ohm.
Calculadora de Solo
Como você pode ver, o cálculo do aterramento é um processo muito complexo, ele usa muitos fatores e fórmulas empíricas complexas que estão disponíveis apenas para engenheiros treinados com sistemas de software complexos.
O usuário só pode fazer um cálculo aproximado usando serviços online, por exemplo, Allcalc. Para cálculos mais precisos, você ainda precisa entrar em contato com a organização do projeto.
A calculadora online Allcalc irá ajudá-lo a calcular com rapidez e precisão o aterramento de proteção em um solo de duas camadas consistindo de um solo vertical.
Cálculo dos parâmetros do sistema:
- A camada superior do solo é areia altamente umedecida.
- Coeficiente climático- 1.
- A camada inferior do solo é areia altamente umedecida.
- Número de aterramentos verticais - 1.
- Profundidade do solo superior H (m) - 1.
- Comprimento da seção vertical, L1 (m) - 5.
- Profundidade da seção horizontal h2 (m)- 0,7.
- Comprimento da tira de conexão, L3 (m) - 1.
- Diâmetro da seção vertical, D (m) - 0,025.
- Largura da prateleira da seção horizontal, b (m) - 0,04.
- Resistência elétrica do solo (ohm/m) - 61.755.
- Resistência de uma seção vertical (Ohm) - 12.589.
- Comprimento da seção horizontal (m) - 1,0000.
Resistência de aterramento horizontal (Ohm) - 202.07.
Cálculo da resistência do aterramento de proteção está concluído. A resistência total à propagação da corrente elétrica (Ohm) - 11.850.
Ground fornece um ponto de referência comum para muitas fontes de tensão em um sistema elétrico. Uma das razões pelas quais o aterramento ajuda a manter uma pessoa segura é que a terra é o maior condutor do mundo, e o excesso de eletricidade sempre segue o caminho de menor resistência. Ao aterrar o sistema elétrico em casa, uma pessoa permite que a corrente vá para o solo, o que salva sua vida e a vida de outras pessoas.
Sem um sistema elétrico devidamente aterrado em casa, o usuário arrisca não apenas os eletrodomésticos, mas também a própria vida. É por isso que em cada casa é necessário não apenas criar uma rede de aterramento, mas também monitorar anualmente seu desempenho usando instrumentos de medição especiais.
