Executar circuitos de terra e de proteção contra descargas atmosféricas (UC01782)

Há um pacote premium desta unidade: um PowerPoint editável de 100 ou mais diapositivos, um manual em PDF e dois testes com correção. Esta sebenta continua gratuita.

Introdução

Quase todos os acidentes elétricos graves em instalações de baixa tensão têm uma origem em comum: uma corrente que encontrou um caminho que ninguém previu, muitas vezes através de uma pessoa. A ligação à terra existe para dar a essa corrente um caminho seguro e para fazer disparar a proteção a tempo. A proteção contra descargas atmosféricas existe para fazer o mesmo com a corrente muito mais violenta de um raio. Esta sebenta ensina a executar esses circuitos: escolher o regime de neutro, dimensionar e ligar elétrodos e condutores de terra, montar a proteção em quadros elétricos, instalar um sistema de proteção contra descargas atmosféricas, escolher e ligar descarregadores de sobretensões e, no fim, medir e verificar que tudo funciona.

O percurso segue a ordem de trabalho de um instalador. Começamos pelo perigo (contactos diretos e indiretos) e pela leitura de esquemas. Estudamos depois os três regimes de neutro (TT, TN e IT), os elétrodos e condutores de terra, e o quadro elétrico onde a proteção se materializa. Segue-se o mundo dos raios: o risco, o sistema externo de captores e condutores de descida, as distâncias de separação, os descarregadores de sobretensões e as estruturas especiais. Fechamos com os instrumentos, os testes de continuidade e de resistência de terra, o equipamento de proteção individual e as normas de segurança e saúde no trabalho.

Objetivos de aprendizagem (referencial): executar ligações de terra de serviço e de proteção; instalar sistemas de proteção contra descargas atmosféricas; efetuar testes e verificação de sistemas de proteção de instalações. Os contextos de trabalho são edifícios residenciais, edifícios de comércio e serviços e instalações industriais.

Uma nota sobre números e normas. Em segurança elétrica, um valor errado pode ser mais perigoso do que nenhum valor. Por isso, o instalador calcula a partir de fórmulas e de dados do projeto e, quando um valor vem de uma tabela das Regras Técnicas das Instalações Elétricas de Baixa Tensão (RTIEBT), aprovadas pela Portaria n.º 949-A/2006, de 11 de setembro, ou da série de normas EN 62305, vai ler essa tabela na redação em vigor, nunca de memória. A atividade de execução e de exploração de instalações elétricas está enquadrada pela Lei n.º 14/2015, de 16 de fevereiro, que define os requisitos de acesso e de exercício da atividade das entidades e dos profissionais responsáveis.

Como estudar com esta sebenta. Cada capítulo tem explicação, tabelas de consulta e, quando há cálculo, um exemplo resolvido passo a passo. Refaz as contas antes de leres a solução. Sempre que possível, repete as medições com os instrumentos reais e acompanha um profissional experiente: o que se aprende com as mãos fica.

1. Perigos da corrente elétrica: contactos diretos e indiretos

A corrente elétrica que atravessa o corpo humano produz efeitos que dependem da intensidade, da duração e do percurso. Em ordem crescente de gravidade, surgem a perceção (formigueiro), as contrações musculares que impedem de largar o condutor, as dificuldades respiratórias, a fibrilhação ventricular (o coração perde o ritmo e deixa de bombear) e, para correntes ou tempos maiores, queimaduras graves e paragem cardíaca. As correntes que importam são da ordem dos miliamperes: é por isso que a proteção das pessoas se faz com dispositivos que atuam a 30 mA, e não à escala dos amperes dos disjuntores comuns.

A corrente no corpo é dada pela lei de Ohm: I = U / R. A tensão que aparece entre dois pontos tocados em simultâneo chama-se tensão de contacto. A resistência do corpo varia muito: é menor com a pele molhada, com contacto de grande área e com a pessoa descalça sobre pavimento húmido. Em locais húmidos, como casas de banho, cozinhas industriais, estaleiros e zonas exteriores, o perigo aumenta, e por isso a regulamentação fixa tensões de contacto limite mais baixas ou exige proteção suplementar.

Contacto direto e contacto indireto

O referencial separa dois tipos de contacto, e cada um tem a sua família de medidas de proteção.

Uma massa é uma parte condutora de um equipamento que se pode tocar e que, em funcionamento normal, não está sob tensão, mas pode ficar em caso de defeito (a carcaça de um motor, a caixa de um quadro metálico, o corpo de um aparelho de classe I). Uma parte condutora estranha à instalação é um elemento metálico que não faz parte da instalação elétrica mas pode introduzir um potencial, tipicamente o da terra: uma tubagem de água, uma estrutura metálica do edifício.

Medidas de proteção contra contactos diretos

• Isolamento das partes ativas: o isolamento só se retira por destruição (o revestimento de um cabo).
• Barreiras ou invólucros: impedem o acesso às partes ativas; o grau de proteção IP indica o que o invólucro impede de entrar (dedos, ferramentas, poeiras, água). Um quadro só abre com ferramenta ou chave.
• Obstáculos e afastamento: reservados a locais de acesso restrito a pessoal qualificado.
• Proteção suplementar por dispositivo diferencial de alta sensibilidade (corrente diferencial estipulada não superior a 30 mA): não substitui as medidas anteriores, complementa-as.
• Muito baixa tensão de segurança (SELV): alimentação com tensão tão baixa que o contacto não é perigoso.

Medidas de proteção contra contactos indiretos

A medida mais usada em baixa tensão é o corte automático da alimentação. Tem três ingredientes que têm sempre de existir em conjunto: a ligação das massas à terra através de condutores de proteção, a equipotencialidade das partes condutoras e um dispositivo de proteção (disjuntor, diferencial ou fusível) que corta a alimentação num tempo suficientemente curto. Outras medidas, que se aplicam em condições particulares, são o uso de equipamento de classe II (com isolamento duplo ou reforçado, sem ligação à terra), a separação elétrica e as ligações equipotenciais locais não ligadas à terra.

Classes dos equipamentos

Exemplo resolvido · a corrente que passa numa pessoa

Uma pessoa descalça toca na carcaça de uma máquina que ficou em tensão. Admite uma tensão de contacto de 230 V e uma resistência total do percurso de 2300 Ω.

1. Aplicar a lei de Ohm: I = U / R.
2. I = 230 / 2300 = 0,1 A = 100 mA.
3. Comparar com o limiar de proteção de 30 mA: a corrente é mais de três vezes superior. Sem corte rápido, o risco é muito grave.
4. Se a massa estiver ligada à terra e houver diferencial de 30 mA, o dispositivo dispara assim que a fuga à terra ultrapassa o seu valor de funcionamento, antes de a pessoa tocar ou com a pessoa a receber um choque muito breve.

A conclusão prática é que a pessoa nunca deve ser o caminho de menor resistência: o caminho preferido da corrente de defeito tem de ser o condutor de proteção.

2. Ler esquemas e quadros: simbologia, unifilares e multifilares

Antes de ligar um único condutor, o instalador lê o projeto. O desenho é a linguagem comum entre quem projeta, quem monta e quem inspeciona. Um esquema mal lido leva a uma ligação trocada, e numa ligação de terra uma troca pode deixar uma carcaça perigosa sem que nada o denuncie até ao primeiro defeito.

Tipos de esquemas

Símbolos que um instalador de terra tem de conhecer

Os símbolos seguem a normalização internacional (série IEC 60617). Para os circuitos de terra e proteção, os mais importantes são:

• Terra: três traços horizontais decrescentes ligados a uma linha vertical. O símbolo é o mesmo para o elétrodo, para o terminal de terra e para o condutor de proteção, e varia a notação (PE, MET, CT).
• Condutor de proteção (PE): traço com a cor verde-amarela na legenda e a letra PE.
• Neutro (N) e fases (L1, L2, L3): com a identificação nas extremidades.
• Disjuntor, interruptor-seccionador, diferencial, fusível, contactor, relé térmico: cada um tem o seu símbolo; o diferencial mostra o toroide somador, o disjuntor mostra o contacto com disparo.
• Descarregador de sobretensões: um varistor ou espaçador entre o condutor ativo e a terra, com o seu tipo indicado.

Cores e identificação dos condutores

Em Portugal, a identificação dos condutores segue as normas harmonizadas e as RTIEBT: o condutor de proteção é verde e amarelo e esta combinação não pode ser usada para mais nada; o condutor neutro é azul claro; as fases são, em regra, castanho, preto e cinzento. O instalador respeita estas cores sem exceção, porque quem fizer a manutenção depois confia nelas.

Exemplo resolvido · ler um unifilar de quadro

Um quadro de habitação tem no unifilar: um interruptor-seccionador geral; um diferencial 40 A / 30 mA; quatro disjuntores (iluminação 10 A, tomadas 16 A, forno 25 A, máquina de lavar 16 A) e uma barra de terra.

1. Seguir a alimentação do cima para baixo: entra o cabo de alimentação, passa pelo seccionador e pelo diferencial.
2. Perguntar: que circuitos ficam atrás do diferencial? Aqueles que, no desenho, estão ligados à saída dele. Se um circuito estiver ligado antes do diferencial, está sem proteção diferencial.
3. Identificar os traços oblíquos: um circuito monofásico mostra três condutores (fase, neutro, proteção). Se o desenho do circuito do forno mostrar apenas dois, falta o PE: erro de projeto ou de leitura.
4. Verificar a barra de terra: todos os condutores de proteção dos circuitos terminam nela, e dela sai o condutor de terra para o elétrodo.

Os esquemas e o regime de neutro

O mesmo quadro desenha-se de forma diferente consoante o regime de neutro. Num TT há um elétrodo de terra do utilizador com a sua barra de terra e um diferencial. Num TN o condutor de proteção vem do distribuidor ou da origem da instalação. Num IT aparece o controlador permanente de isolamento. O desenho é a primeira prova de que o projetista escolheu e aplicou um regime. Ao ler o esquema, procura sempre a resposta a estas perguntas: de onde vem a terra, onde estão os diferenciais e qual é o regime anunciado.

3. Ligações à terra de serviço e de proteção: conceitos base

A palavra "terra" aparece em duas funções distintas, e é essencial distingui-las.

Num mesmo sistema as duas existem. No regime TT, por exemplo, o distribuidor liga à terra o ponto neutro do seu transformador (terra de serviço), e o utilizador liga à terra as massas da sua instalação (terra de proteção), com elétrodos separados.

O que é "a terra" para a eletricidade

Para a corrente, a terra é uma massa de condução enorme e de resistência muito baixa, mas não nula. Quando uma corrente de defeito entra no solo a partir de um elétrodo, o potencial do solo não é uniforme: em torno do elétrodo forma-se uma "bacia" de potencial, mais alto junto ao elétrodo e a descer com a distância. A diferença de potencial entre dois pontos do solo à distância de um passo chama-se tensão de passo, e a diferença entre a massa tocada e o solo onde a pessoa pisa é a tensão de contacto. O dimensionamento da terra serve para manter estes valores abaixo dos limites seguros e para permitir que a corrente de defeito seja suficiente para o dispositivo disparar.

Os elementos de uma instalação de terra

A rede de terra de uma instalação é composta por:

1. Elétrodo de terra: peça condutora enterrada, em contacto íntimo com o solo, que dispersa a corrente (estaca, fita, condutor, malha, ferro de fundação).
2. Condutor de terra: liga o elétrodo ao terminal principal de terra.
3. Terminal principal de terra (barra principal de terra): ponto onde convergem o condutor de terra, os condutores de proteção, os condutores de ligação equipotencial principal e, se existir, o condutor de terra funcional.
4. Condutores de proteção (PE): ligam as massas ao terminal principal de terra.
5. Condutores de ligação equipotencial principal: ligam ao terminal principal as partes condutoras estranhas à instalação que entram no edifício (tubagem de água, de aquecimento, estruturas metálicas).
6. Condutores de ligação equipotencial suplementar: onde for exigido, ligam entre si massas e partes condutoras simultaneamente acessíveis.

Ligação equipotencial principal

O objetivo é que, à entrada do edifício, todas as partes condutoras fiquem ao mesmo potencial que a terra da instalação. Assim, mesmo que um defeito eleve o potencial da terra, não aparece diferença perigosa entre a tubagem de água e a carcaça de um aparelho. A tubagem de gás e a canalização de água de abastecimento público, quando metálicas, ligam-se à equipotencialidade, mas nunca são usadas como elétrodo de terra, nem sozinhas nem como complemento de outro elétrodo, e a ligação à rede de gás obedece às regras do respetivo instalador qualificado.

Exemplo resolvido · tensão de contacto num regime TT

Numa moradia em TT, o elétrodo de terra da instalação tem R_A = 40 Ω. O diferencial é de 300 mA. A carcaça de um forno fica em tensão por defeito. Admite um limite de tensão de contacto de 50 V.

1. A condição de proteção no TT é R_A × I_Δn ≤ U_L.
2. R_A × I_Δn = 40 × 0,3 = 12 V.
3. 12 V ≤ 50 V: a condição verifica-se com folga.
4. Mesmo que o diferencial seja substituído por outro de 30 mA, o produto desce para 40 × 0,03 = 1,2 V, ainda menos.
5. Máxima R_A admissível com este diferencial: 50 / 0,3 = 166,7 Ω.

Repara que, quanto mais sensível o diferencial, mais folga existe para a resistência de terra. É por isso que o diferencial de 30 mA é a solução-padrão para o TT.

4. O regime TT

As letras que designam os regimes de neutro (ou esquemas de ligação à terra) têm sempre o mesmo significado, e conhecê-las permite decifrar qualquer designação.

• Primeira letra: a situação da origem da alimentação (do transformador) em relação à terra. T significa que um ponto (o neutro) está ligado diretamente à terra. I significa que a origem está isolada da terra, ou ligada através de uma impedância elevada.
• Segunda letra: a situação das massas da instalação em relação à terra. T significa que as massas estão ligadas diretamente a uma terra própria, independente da terra da alimentação. N significa que as massas estão ligadas ao ponto da alimentação ligado à terra, normalmente o neutro, através do condutor de proteção.
• Letras seguintes (só no TN): S significa condutor neutro e condutor de proteção separados; C significa neutro e proteção combinados num só condutor (PEN).

TT: neutro à terra, massas a uma terra própria

No regime TT, o neutro do distribuidor está ligado à terra (terra de serviço do distribuidor) e as massas da instalação do cliente estão ligadas a um elétrodo de terra próprio (terra de proteção do utilizador), eletricamente independente da primeira.

É o regime típico das instalações alimentadas em baixa tensão pela rede pública, como habitações, pequenos comércios e serviços, em Portugal. Também é o regime em que o utilizador tem a responsabilidade total da sua terra, e por isso é o mais relevante para o executor.

O percurso da corrente de defeito

Em caso de defeito de isolamento entre uma fase e uma massa, a corrente de defeito percorre este circuito: fase, defeito, massa, condutor de proteção, elétrodo de terra do utilizador, solo, elétrodo do neutro do distribuidor, neutro e transformador. Este percurso inclui duas resistências de terra (a do utilizador R_A e a do distribuidor R_B), que são normalmente valores de dezenas de ohms. A corrente é por isso limitada, em geral a poucos amperes, valor demasiado baixo para fazer disparar um disjuntor de proteção contra sobreintensidades, mas suficiente para o dispositivo diferencial.

Por esta razão, no TT usa-se o corte automático por dispositivo diferencial. A condição que se tem de verificar é:

R_A × I_Δn ≤ U_L

em que R_A é a resistência do elétrodo de terra das massas mais a dos condutores de proteção (em ohm), I_Δn é a corrente diferencial estipulada do dispositivo (em ampere) e U_L é a tensão de contacto limite convencional (50 V em condições normais; valor mais baixo em locais especiais).

Tabela de apoio: resistência máxima admissível

A tabela seguinte aplica a condição para U_L = 50 V. É um cálculo, não um valor tabelado: se U_L for inferior, o resultado desce na proporção.

Isto significa que, em teoria, um diferencial de 30 mA aceita terras de resistência alta. Na prática, não se projeta a terra para o limite: uma terra de resistência muito alta é instável (varia com a estação do ano, com a humidade do solo), e uma terra de baixa resistência é também importante para as sobretensões e para os descarregadores. Procura-se sempre um valor o mais baixo que seja razoável, e verifica-se com medição.

Exemplo resolvido · a corrente de defeito no TT

Uma carcaça fica em tensão a 230 V. R_A = 45 Ω, R_B (terra do neutro do distribuidor) = 10 Ω, resistências dos condutores desprezáveis.

1. Resistência total do circuito de defeito: 45 + 10 = 55 Ω.
2. Corrente de defeito: I_d = 230 / 55 = 4,18 A.
3. Tensão na carcaça (queda em R_A): U = 4,18 × 45 = 188 V, muito acima dos 50 V.
4. Um disjuntor de 16 A não dispara com 4,18 A (está abaixo do seu limiar magnético e térmico). Sem diferencial, a carcaça fica perigosa indefinidamente.
5. Com diferencial de 30 mA, 4,18 A é cerca de 139 vezes a corrente de funcionamento: dispara em milésimos de segundo.

A lição é que, no TT, o diferencial é indispensável; sem ele, a terra sozinha não protege.

Regras de execução no TT

• O elétrodo de terra do utilizador é independente de qualquer outro elétrodo que alimente o neutro; as massas de toda a instalação ligam-se à mesma terra, ou a terras diferentes protegidas cada uma pelo seu diferencial.
• O diferencial deve estar na origem da instalação ou nos circuitos que protege. Usa-se muitas vezes um diferencial de maior valor (tipo S, seletivo) na origem e diferenciais de 30 mA nos circuitos finais, de modo que um defeito num circuito não deixe todo o edifício às escuras.
• O condutor de proteção acompanha o cabo do circuito, e nunca se interrompe com um aparelho de corte.

5. O regime TN

No regime TN, o neutro da alimentação está ligado à terra e as massas da instalação ligam-se a esse mesmo ponto, através do condutor de proteção, e não a uma terra independente. A corrente de defeito entre fase e massa volta à origem por um percurso metálico (o condutor de proteção) e não pelo solo. Como a impedância desse percurso é baixa, a corrente de defeito é elevada, comparável a um curto-circuito, e é suficiente para fazer disparar um disjuntor ou fundir um fusível de forma rápida.

As três variantes

Uma regra fundamental no TN-C-S: depois do ponto de separação, o neutro e o condutor de proteção nunca se voltam a ligar um ao outro, porque isso criaria um caminho paralelo para a corrente de neutro através das massas.

A condição de proteção no TN

A proteção contra contactos indiretos faz-se por dispositivos de proteção contra sobreintensidades (ou por diferenciais) e a condição é:

Z_s × I_a ≤ U_0

em que Z_s é a impedância do circuito de defeito (da fonte, do condutor ativo até ao ponto de defeito e do condutor de proteção de volta à fonte), em ohm; I_a é a corrente que provoca o funcionamento do dispositivo no tempo exigido, em ampere; e U_0 é a tensão nominal entre fase e terra (230 V na rede de baixa tensão em Portugal).

O tempo máximo de corte vem de uma tabela das RTIEBT, em função da tensão e do tipo de circuito, e é sempre da ordem das décimas de segundo nos circuitos terminais comuns; consulta-se na redação em vigor. Para disjuntores com disparo magnético, o disparo ocorre em tempos muito inferiores a esse limite, e por isso, na prática, I_a é a corrente de disparo magnético.

Curvas dos disjuntores e corrente de disparo

Para garantir o disparo magnético usa-se o limite superior da banda: curva B, 5 I_n; curva C, 10 I_n; curva D, 20 I_n.

Estes são valores de referência usuais. Sem a ficha técnica do disjuntor, usa-se sempre o limite superior da banda. Nalguns fabricantes a curva D termina mais cedo, por exemplo em 14 I_n, pelo que se confirma o limite na ficha técnica do fabricante antes de dar o circuito por conforme, e nunca se adota um valor mais baixo do que o da banda sem esse documento.

Exemplo resolvido · verificar a proteção num TN

Um circuito de tomadas é protegido por um disjuntor C16. A medição da impedância do circuito de defeito deu Z_s = 0,85 Ω. U_0 = 230 V.

1. Corrente de disparo magnético garantida: I_a = 10 × 16 = 160 A.
2. Corrente de defeito efetiva: I_d = U_0 / Z_s = 230 / 0,85 = 270,6 A.
3. Condição: I_d ≥ I_a, isto é, 270,6 A ≥ 160 A. Verifica-se.
4. Equivalente: Z_s máxima = U_0 / I_a = 230 / 160 = 1,4375 Ω. Como 0,85 Ω ≤ 1,4375 Ω, o disparo é garantido.

Um segundo circuito igual mede Z_s = 1,60 Ω: I_d = 230 / 1,60 = 143,75 A, abaixo de 160 A. Não se verifica. As soluções são encurtar o cabo, aumentar a secção, mudar para curva B (com I_a = 5 × 16 = 80 A, o limite de Z_s sobe para 230 / 80 = 2,875 Ω e 143,75 A já excede 80 A) ou instalar um diferencial.

O papel do diferencial no TN

Em TN-S pode usar-se o diferencial como dispositivo adicional, e deve usar-se como proteção suplementar de 30 mA nos circuitos exigidos pelas RTIEBT. Em TN-C não se usa diferencial a jusante do PEN, porque o neutro e o condutor de proteção são o mesmo condutor e o toroide não deteta a diferença.

6. O regime IT

No regime IT, a origem da alimentação está isolada da terra (ou ligada por uma impedância elevada) e as massas da instalação ligam-se a uma terra própria, individualmente, em grupos ou coletivamente. O objetivo do IT é a continuidade de serviço: no primeiro defeito de isolamento, a corrente de defeito é muito pequena (fecha-se por capacidades da instalação e pela impedância de ligação à terra) e não é perigosa. Por isso a alimentação não é cortada no primeiro defeito.

Onde se usa

Nos locais em que um corte inesperado tem custos muito altos ou riscos próprios: blocos operatórios de hospitais, linhas de produção contínua, processos industriais perigosos, instalações de segurança, algumas aplicações marítimas. Para o executor, o IT é mais raro mas tem regras próprias que importa conhecer.

Os requisitos do IT

1. Controlador permanente de isolamento (CPI): dispositivo que monitoriza a resistência de isolamento da instalação em relação à terra e emite um alarme sonoro e visual ao primeiro defeito.
2. Limitador de sobretensão (descarregador) na origem, em alguns casos, para proteger contra contacto entre a média e a baixa tensão.
3. A condição do primeiro defeito: a tensão de contacto resultante da corrente de primeiro defeito tem de ser inferior ao limite, o que se exprime por R_A × I_d ≤ U_L, em que I_d é a corrente de primeiro defeito, de valor muito baixo.
4. Ao segundo defeito (em outro condutor ativo, noutra massa), a situação passa a ser um curto-circuito entre dois condutores ativos através das massas e dos condutores de proteção. Aí aplicam-se as regras do TN (se as massas estão todas interligadas) ou do TT (se as massas têm terras separadas), e a proteção tem de cortar a alimentação.

Exemplo resolvido · primeiro defeito num IT

Numa linha de produção contínua em IT, a corrente de primeiro defeito estimada é I_d = 0,4 A (o valor depende das capacidades da instalação). A terra das massas tem R_A = 15 Ω. U_L = 50 V (valor de referência; em locais especiais aplicam-se as regras próprias da RTIEBT).

1. Tensão de contacto no primeiro defeito: U = R_A × I_d = 15 × 0,4 = 6 V.
2. 6 V ≤ 50 V: sem perigo, a alimentação continua e o CPI dá alarme.
3. Calcular a R_A máxima para o limite de 50 V com esta I_d: 50 / 0,4 = 125 Ω.
4. A equipa de manutenção tem agora um prazo para localizar e eliminar o defeito, antes de aparecer um segundo, que seria perigoso.

Comparação rápida dos três regimes

7. Selecionar o regime de neutro e adequar os materiais

A aptidão pedida no referencial é selecionar os regimes de neutro para as instalações, e o critério de desempenho é adequar o regime de neutro e os materiais à instalação a proteger. Na prática, o regime de neutro de uma instalação alimentada pela rede pública é-lhe imposto pelo distribuidor: em instalações de utilizadores ligados à rede pública de baixa tensão, o regime é normalmente o TT. Só nas instalações com posto de transformação próprio (grandes edifícios de serviços, indústrias) é que o projetista tem liberdade de escolha entre TT, TN e IT.

Critérios de escolha

Adequar os materiais ao regime

• No TT: diferenciais de alta sensibilidade (30 mA) para tomadas e locais húmidos; diferenciais temporizados (tipo S) à cabeça; elétrodo de terra de boa qualidade e de manutenção simples.
• No TN: disjuntores com curvas e comprimentos de cabo compatíveis com a impedância do circuito de defeito (a impedância tem de ser baixa); condutor de proteção com secção coerente com a dos condutores ativos; cuidado com o PEN.
• No IT: CPI, sinalização de alarme, descarregador na origem e procedimentos de pesquisa de defeitos.

Exemplo resolvido · escolher o regime para três locais

1. Moradia ligada à rede pública: regime TT, imposto pelo distribuidor. Executa-se o elétrodo de terra, o condutor de terra, a barra principal e o diferencial de 30 mA nos circuitos de tomadas.
2. Fábrica de produção contínua com posto de transformação próprio, com máquinas que não podem parar: o projetista pode optar por IT nos circuitos críticos, com CPI e equipa de manutenção treinada; os restantes circuitos podem ser TN-S.
3. Edifício de escritórios com posto de transformação próprio e sala de servidores: TN-S em geral, com cuidado extra nas ligações equipotenciais e nos descarregadores de sobretensões.

O instalador não escolhe sozinho: segue o projeto. Mas tem de perceber a escolha para executar corretamente e para detetar incoerências.

8. Elétrodos de terra: tipos, materiais e dimensionamento

O elétrodo de terra é o elemento que faz a passagem da corrente do condutor para o solo. A sua qualidade determina a resistência de terra (R_A), a grandeza que se mede no fim e que decide se o diferencial protege ou não. Determinar as especificações de elétrodos de terra e ligá-los são duas das aptidões do referencial.

Tipos de elétrodos

Materiais e corrosão

Os materiais admitidos (cobre, aço revestido a cobre, aço galvanizado a quente, aço inoxidável) e as dimensões mínimas dos elétrodos constam de tabelas da RTIEBT e das normas de componentes de ligação à terra e de proteção contra descargas (série EN IEC 62561, que substituiu a série EN 50164). Consulta-se sempre a redação em vigor e o projeto. O que um executor tem de saber de cor é a lógica:

• O elétrodo tem de resistir à corrosão durante toda a vida da instalação, e à ação mecânica da cravação.
• Metais diferentes em contacto, em solo húmido, formam par galvânico: o menos nobre corrói-se. O cobre ligado a aço galvanizado enterrado acelera a corrosão do galvanizado. Evitam-se misturas sem proteção.
• As ligações enterradas são os pontos fracos: usam-se ligadores adequados, soldadura exotérmica ou aperto mecânico de qualidade, e protegem-se contra a humidade.

Resistividade do solo

A resistência de um elétrodo é proporcional à resistividade do solo (ρ), expressa em ohm-metro (Ω·m). Esta varia em ordens de grandeza com o tipo de terreno, com a humidade e com a temperatura. Terrenos argilosos e húmidos conduzem muito melhor do que areia seca, calcário ou rocha. Não se confia em valores de livro: mede-se no local, ou assume-se um valor prudente e verifica-se depois a resistência obtida.

Fórmulas de dimensionamento (ordem de grandeza)

Para um primeiro cálculo, usam-se expressões aproximadas, que servem para decidir o comprimento a cravar ou a enterrar. O valor definitivo é sempre o medido.

Dois elétrodos muito próximos "partilham" o mesmo volume de terra e, por isso, a redução de resistência é menor do que a ideal. Afastar as estacas por, pelo menos, o seu comprimento melhora o resultado.

Exemplo resolvido · quantas estacas para chegar a um valor de resistência

Uma moradia em TT precisa de uma terra com R_A ≤ 30 Ω. O solo tem ρ ≈ 100 Ω·m e usam-se estacas de L = 3 m.

1. Resistência de uma estaca: R ≈ ρ / L = 100 / 3 = 33,3 Ω.
2. Uma estaca não chega (33,3 Ω > 30 Ω).
3. Com duas estacas afastadas de 3 m: R ≈ 33,3 / 2 = 16,7 Ω no caso ideal. Com interferência, admite-se que fica entre 17 e 22 Ω.
4. Este valor cumpre o objetivo e deixa margem para a variação sazonal.
5. Depois da execução, mede-se com o telurímetro; se o valor medido for superior ao esperado, acrescenta-se uma terceira estaca ou aumenta-se o comprimento.

Exemplo resolvido · fita enterrada

Uma vala de 20 m com fita de cobre, num solo de ρ = 100 Ω·m: R ≈ 2 ρ / L = 2 × 100 / 20 = 10 Ω. É um bom resultado, e por isso a fita em vala é a solução preferida em obra nova, quando a vala dos cabos está aberta.

Boa execução do elétrodo

• Cravar a estaca na vertical, protegendo a cabeça com um acessório para não a deformar.
• Deixar acessível uma caixa de visita (poço de inspeção) com a ligação do condutor de terra e uma junta de ensaio (seccionável) para permitir a medição sem desmontar a instalação.
• Tirar fotografias antes de tapar a vala e registar posições, comprimentos e materiais.
• Repor a terra em camadas, compactando, sem pedras junto ao elétrodo.
• Nunca usar canalizações de gás como elétrodo de terra, em circunstância nenhuma, nem canalizações de água de abastecimento público. Ambas se ligam à ligação equipotencial principal, mas nenhuma delas conta como elétrodo de terra, nem sozinha nem como complemento de outro elétrodo.

9. Condutores de terra, de proteção e de ligação equipotencial

Os condutores que ligam todos os elementos do circuito de terra têm funções distintas e, por isso, nomes e regras distintos.

Como determinar a secção de um condutor de proteção

A aptidão do referencial é determinar as especificações de condutores de proteção. Há dois métodos reconhecidos pelas RTIEBT, que são alternativos:

1. Método da tabela: a secção do condutor de proteção é escolhida em função da secção dos condutores de fase do circuito, de acordo com a tabela das RTIEBT para condutores de proteção, na redação em vigor; vale para um condutor de proteção do mesmo material que os condutores de fase. Se o resultado não for uma secção normalizada, usa-se a imediatamente superior. Este é o método do dia a dia.
2. Método de cálculo: a secção mínima que suporta, sem se danificar, a energia da corrente de defeito até ao corte:

S ≥ √(I² × t) / k

em que S é a secção do condutor de proteção em mm², I² × t é a energia específica deixada passar pelo dispositivo de proteção (em A²·s, obtida na curva do fabricante), e k é um fator que depende do material do condutor, do seu isolamento e das temperaturas inicial e final, e que consta de uma tabela das normas. Dentro do enunciado de cada problema, o valor de k é um dado.

Em qualquer dos métodos respeita-se ainda o mínimo mecânico de secção para condutores de proteção, que varia consoante o condutor esteja ou não protegido por uma conduta ou integrado num cabo, e que consta das RTIEBT. Nos exercícios deste curso, por prudência didática, calculam-se os dois métodos, compara-se o resultado com o mínimo mecânico e adota-se a maior das três secções.

Exemplo resolvido · método de cálculo

Um circuito é protegido por um disjuntor cujo fabricante indica, para a corrente de defeito prevista, uma energia específica I² × t = 50 000 A²·s. Para o condutor de cobre em causa, k = 143 (valor dado pelo enunciado).

1. S ≥ √(I² × t) / k = √50 000 / 143.
2. √50 000 = 223,6.
3. S ≥ 223,6 / 143 = 1,56 mm².
4. A secção calculada é 1,56 mm². A secção normalizada imediatamente acima é 2,5 mm².
5. Por prudência didática, comparar com o método da tabela e com o mínimo mecânico, e adotar a maior das três. Se a tabela exigir 4 mm² por causa dos condutores de fase, o PE é de 4 mm².

Condutores de ligação equipotencial

A secção dos condutores de ligação equipotencial principal e suplementar obedece a regras próprias das RTIEBT, que dependem da secção do maior condutor de proteção e do tipo de ligação (massa a massa, massa a parte estranha, parte estranha a parte estranha), com mínimos e máximos. Consultam-se na redação em vigor. O que se exige na execução é:

• ligar com abraçadeiras próprias para tubagem, nunca com a tubagem soldada;
• identificar a ligação com uma etiqueta "Não desligar";
• fazer a ligação em local acessível, antes de qualquer válvula, contador ou junta isolante que interrompa a continuidade;
• proteger o condutor contra o dano mecânico.

Regras de ouro na instalação dos condutores de proteção

• Cor verde-amarela em todo o percurso; não se usa para outra função.
• Nenhum dispositivo de corte (interruptor, seccionador, fusível) no condutor de proteção.
• Ligações acessíveis para verificação e manutenção, apertadas com o binário correto, com terminais adequados à secção (terminal de olhal, ponteira tubular).
• Em ligações enterradas, a resistência elétrica do contacto não pode degradar-se: usa-se material compatível e anticorrosivo.
• Em ligações móveis (ficha, cabo flexível), o condutor de proteção é o último a soltar-se num arranque: costuma ser deixado mais comprido do que os condutores ativos, para ser o último a ficar em tração.

10. O quadro elétrico: características e componentes

O quadro elétrico é onde se concentram a distribuição e a proteção. É, muitas vezes, também o ponto onde se ligam o condutor de terra, os condutores de proteção e os descarregadores de sobretensões. Um instalador de terra tem de conhecer o quadro como a palma da mão.

Características de um quadro

Componentes principais

• Pente e barramentos: o pente (barramento em forma de pente) distribui a fase pelos aparelhos modulares em fila; os barramentos de cobre distribuem a corrente de maior valor. Há barramentos de neutro e de terra.
• Barra de terra (de PE): onde terminam todos os condutores de proteção. Liga ao condutor de terra e à massa do próprio quadro. Cada parafuso recebe, em regra, um condutor.
• Disjuntor: dispositivo que protege contra sobrecargas e curtos-circuitos e permite manobra manual.
• Disjuntor geral e disjuntores parciais: o geral corta toda a instalação; os parciais protegem cada circuito.
• Interruptor-seccionador: abre e fecha em carga e dá a posição de corte visível, sem proteção contra sobreintensidades.
• Dispositivo diferencial: interruptor diferencial ou bloco diferencial acoplado a um disjuntor; deteta a diferença entre a corrente que entra e a que sai.
• Contactor: aparelho de manobra comandado por bobina, para ligar e desligar cargas à distância.
• Relé térmico: protege motores contra sobrecarga; atua por aquecimento de uma lâmina bimetálica.
• Sinalizadores luminosos e acústicos: indicam estado (presença de tensão, defeito, alarme).
• Transformadores e fontes de alimentação: criam as tensões auxiliares do comando (por exemplo, 24 V) e as alimentações de baixa tensão para sensores e relés.
• Descarregadores de sobretensões (DPS): protegem contra surtos de origem atmosférica ou de manobra; ligam-se entre os condutores ativos e a barra de terra.

Diferencial: os tipos que se encontram

Exemplo resolvido · caracterizar um quadro

Pede-se a caracterização de um quadro de uma pequena loja, em TT, com 12 circuitos, potência contratada de 13,8 kVA monofásica, e uma sala de arrumos húmida.

1. Corrente de serviço máxima (cálculo de verificação): I = P / U = 13 800 / 230 = 60 A. Um geral de 63 A é adequado.
2. Invólucro: embutido, de classe II, IP2X nas zonas secas; para a sala de arrumos húmida, se houver um sub-quadro, um IP mais elevado.
3. Diferenciais: um tipo S à cabeça e diferenciais de 30 mA nos circuitos de tomadas e de iluminação exterior, segundo o projeto.
4. Barra de terra dimensionada para o número de circuitos mais a reserva; cada parafuso um condutor.
5. DPS no quadro principal, com a ligação à barra de terra o mais curta possível.
6. Reserva: pelo menos dois módulos livres.

11. Circuitos de proteção das instalações

O referencial pede o conhecimento dos circuitos de proteção das instalações de iluminação, de tomadas, de sinalização, de alarme e de utilizações especiais. A lógica é a mesma: cada circuito tem a sua proteção contra sobreintensidades, a sua proteção diferencial e o seu condutor de proteção.

Princípios comuns

1. Um circuito, uma proteção: o disjuntor protege o cabo do circuito, e a sua corrente estipulada tem de ser compatível com a corrente admissível do cabo e com a carga.
2. A proteção coordena-se com a terra: no TT, o diferencial deve estar a montante; no TN, a impedância do circuito de defeito tem de garantir o disparo.
3. O condutor de proteção chega a todos os pontos, mesmo quando o aparelho é de classe II (a caixa de aparelhagem pode ser metálica, o ponto de luz pode ser trocado por um aparelho de classe I mais tarde).

Iluminação

Os circuitos de iluminação alimentam pontos de luz com baixa potência. A proteção é dada por disjuntores de baixa corrente e curva B ou C, e o condutor de proteção é ligado às armaduras metálicas e às luminárias de classe I. Em iluminação exterior, em locais húmidos ou em piscinas, aplicam-se exigências particulares: grau IP, diferencial de 30 mA e, em certos locais, tensão reduzida.

Tomadas

Os circuitos de tomadas de uso geral alimentam cargas portáteis, que o utilizador liga e desliga, muitas vezes com as mãos húmidas. É aqui que a proteção diferencial de alta sensibilidade (30 mA) é exigida pelas RTIEBT nas condições que estas fixam, e que o condutor de proteção tem de estar sempre presente na tomada. Uma tomada com o terminal de terra mal ligado, ou sem ligação, é uma das causas mais frequentes de acidentes domésticos.

Sinalização e alarme

Circuitos de sinalização (campainhas, indicadores) e de alarme (intrusão, incêndio, gás) são em geral alimentados em muito baixa tensão por transformadores ou fontes de alimentação. Conservam-se isolados da rede (transformador de segurança) e, quando a tensão do secundário é de segurança, não se ligam à terra de proteção; o primário e a carcaça da fonte, sim. Estes circuitos têm de continuar a funcionar em caso de falha de energia, pelo que costumam ter bateria de apoio, e a sua cablagem convém separada da de potência para evitar interferências.

Utilizações especiais

Aqui entram locais e equipamentos com exigências adicionais: casas de banho e duches, piscinas, saunas, estaleiros, instalações agrícolas, circuitos para bombas de calor, carregadores de veículos elétricos, motores com variador. As exigências dependem da secção específica das RTIEBT aplicável. Em regra:

• diferencial de 30 mA, muitas vezes do tipo A ou superior;
• ligações equipotenciais suplementares em locais com banheira ou duche;
• graus de proteção IP adequados ao ambiente;
• circuito dedicado, com proteção própria, para cargas de potência elevada.

Tabela resumo

Exemplo resolvido · escolher a proteção de um circuito de máquina de lavar

Um circuito dedicado de máquina de lavar, em TT, alimentado por cabo cuja corrente admissível, nas condições de instalação, é de 20 A. A máquina consome 2,3 kW a 230 V.

1. Corrente de serviço: I = 2300 / 230 = 10 A.
2. A corrente estipulada do disjuntor tem de satisfazer I_b ≤ I_n ≤ I_z: 10 A ≤ I_n ≤ 20 A. Um disjuntor de 16 A cumpre.
3. A máquina é um recetor portátil de classe I numa área húmida: proteção por diferencial de 30 mA.
4. Curva: C16 chega para o arranque do motor.
5. Terra: condutor de proteção com a secção definida pela tabela das RTIEBT, chegando à ficha com terminal de terra.

12. Regras e procedimentos de montagem de dispositivos de proteção em quadros

Montar bem é tão importante como escolher bem. Um disjuntor correto com um aperto mal dado aquece, falha e pode iniciar um incêndio. Esta secção do referencial pede o conhecimento das regras de montagem: instalação de disjuntores, geral e parciais, interruptores, contactores e relés; ligação de cabos e ligação à terra.

Sequência de montagem

1. Ler o esquema e confirmar o quadro, o material e a lista de componentes.
2. Garantir a ausência de tensão (ver o capítulo de segurança) e preparar a bancada ou o local de trabalho.
3. Fixar a calha DIN e o invólucro.
4. Montar o geral à cabeça (seccionador ou disjuntor), depois o diferencial e depois os parciais, pela ordem do esquema.
5. Ligar o pente aos aparelhos, com os dentes introduzidos até ao fundo e sem cortar ou deformar.
6. Ligar os cabos aos terminais: descarnar o comprimento certo, cravar a ponteira, apertar no binário do fabricante.
7. Ligar a barra de terra à massa do quadro e ao condutor de terra, e os condutores de proteção de cada circuito à barra.
8. Montar os descarregadores com a ligação mais curta possível.
9. Etiquetar todos os circuitos e fazer um esquema atualizado dentro do quadro.
10. Testar (continuidade, isolamento, teste de diferenciais) antes de energizar.

Regras de ligação

• Um condutor por borne quando o borne não for dimensionado para dois, e nunca dois condutores de secções muito diferentes no mesmo parafuso.
• Ponteiras tubulares em condutores flexíveis, para evitar que os fios se espalhem.
• Aperto com chave dinamométrica quando o fabricante indicar o binário; um aperto insuficiente aquece, um excessivo danifica o borne.
• Ordem de ligação da terra: liga-se o condutor de proteção primeiro, e é o último a desligar-se. Se o condutor de proteção ficar longo demais, deixa-se uma folga em arco, para ser o último a ficar sob tensão mecânica.
• Barra de terra com bornes numerados; cada circuito ligado a um borne identificado.
• Neutro e proteção separados em TN-S; nunca ligar a barra de neutro à de terra a jusante do ponto de separação.
• Cores: verde-amarelo para proteção, azul claro para neutro.
• Separação entre cabos de potência e de comando, quando exigida.

Ordem de proteção e seletividade

O disjuntor geral deve ter capacidade de corte adequada ao curto-circuito previsível no local e deve ser seletivo em relação aos parciais: um defeito num circuito deve ser eliminado pelo parcial desse circuito, sem disparar o geral. Para o diferencial, a seletividade obtém-se com a temporização (tipo S) e com valores de I_Δn crescentes para a origem.

Exemplo resolvido · seletividade entre diferenciais

Um quadro tem um diferencial de 300 mA tipo S à cabeça, e diferenciais de 30 mA nos circuitos de tomadas.

1. Um defeito com 100 mA num circuito de tomadas: o diferencial de 30 mA do circuito dispara (100 mA ≫ 30 mA).
2. O diferencial de 300 mA à cabeça só atua com correntes próximas ou acima de 300 mA, e tem ainda uma temporização que deixa o diferencial do circuito atuar primeiro.
3. Resultado: só o circuito com defeito fica sem energia. O resto do edifício continua em serviço.
4. Se ambos fossem instantâneos e de 30 mA, um defeito num circuito podia fazer disparar a cabeça e deixar tudo às escuras.

Verificação final da montagem

• Binário e aperto de todos os bornes revistos.
• Continuidade da barra de terra e de todos os PE confirmada com ohmímetro.
• Nenhum fio solto, nenhum isolamento comprimido por um parafuso.
• Tampas e proteções interiores colocadas, ficando só as manetes acessíveis.
• Esquema atualizado e legível, identificação dos circuitos completa.

13. Descargas atmosféricas: o fenómeno e a análise de risco

Um raio é uma descarga elétrica entre a nuvem e o solo (ou entre nuvens) que transporta correntes de dezenas a centenas de milhares de amperes durante tempos de microssegundos. Para uma estrutura, o perigo não vem apenas do impacto direto: vem do calor, das forças eletrodinâmicas, das tensões de passo e de contacto em redor, e dos campos eletromagnéticos que induzem sobretensões em cabos e equipamentos, mesmo a algumas centenas de metros do ponto de impacto.

Fontes de dano

A série EN 62305 (proteção contra descargas atmosféricas) distingue quatro fontes de dano, consoante o ponto de impacto:

E três tipos de dano: ferimentos em seres vivos (D1), danos físicos (D2) e falha de sistemas elétricos e eletrónicos (D3). Daqui resultam os tipos de perdas: perda de vida humana, perda de serviço público, perda de património cultural e perda de valor económico.

Análise de risco

A necessidade de proteção e o seu nível determinam-se por uma avaliação de risco segundo a EN 62305-2: compara-se o risco calculado com um risco tolerável. O cálculo usa a densidade de raios ao solo da região, as dimensões e a localização da estrutura, a sua utilização, o tipo de linhas que a servem e as medidas de proteção já existentes. O resultado indica:

• se é necessário um sistema de proteção contra descargas atmosféricas (SPCDA);
• que nível de proteção (I a IV) deve ter;
• que medidas complementares (descarregadores, blindagens, equipotencialização) são exigidas.

O executor não faz normalmente a avaliação de risco, que é parte do projeto, mas tem de ler os seus resultados, de executar o SPCDA ao nível exigido e de saber que o nível I é o mais exigente e o IV o menos exigente.

Níveis de proteção

Os valores concretos (probabilidades, correntes de projeto) constam da EN 62305-1 na versão em vigor. O que o executor aplica são os parâmetros que dependem do nível: raio da esfera rolante, dimensão da malha, distância entre condutores de descida e distância de separação.

Zonas de proteção contra raios (LPZ)

Divide-se a estrutura em zonas, cada uma com um ambiente eletromagnético definido:

À fronteira de cada zona, todas as linhas que a atravessam (energia, dados, tubagens metálicas) são ligadas à equipotencialidade, diretamente ou através de descarregadores de sobretensões. É este o princípio que organiza o trabalho de proteção interna.

14. O sistema de proteção contra descargas atmosféricas: captores

Um SPCDA completo tem duas partes: a proteção externa (o que intercepta e descarrega o raio) e a proteção interna (o que impede faíscas perigosas e sobretensões dentro da estrutura). A parte externa tem três componentes: o sistema de captores, os condutores de descida e o sistema de terra.

Captores

O captor (terminal de captação) é o elemento que intercepta o raio. Os tipos são:

• Hastes (pontas de captação, para-raios de haste): varões verticais fixados à cobertura ou a mastros. O antigo "para-raios de Franklin" é um exemplo.
• Condutores horizontais em fio ou fita, ao longo de cumeeiras e arestas.
• Malha sobre a cobertura plana.
• Cabos tensionados entre mastros, para estruturas amplas.
• Elementos naturais da estrutura, como chapas metálicas de cobertura de espessura e continuidade adequadas, desde que cumpram as condições da norma de proteção externa.

Métodos para posicionar os captores

A EN 62305-3 admite três métodos, que podem ser combinados:

1. Método da esfera rolante: imagina-se uma esfera, de raio R determinado pelo nível de proteção, a rolar sobre a estrutura. Os pontos onde a esfera toca a estrutura são os pontos suscetíveis de receber um raio e têm de estar protegidos por um captor. O espaço que a esfera não consegue tocar é a zona protegida.
2. Método do ângulo de proteção: cada captor protege um cone cujo ângulo depende do nível e da altura. Funciona bem para estruturas simples e de pequena altura.
3. Método da malha: a cobertura é coberta por uma malha de condutores, cuja dimensão máxima depende do nível. Adequado a superfícies planas.

Valores dos parâmetros por nível de proteção

Estes valores são os de referência da EN 62305-3. Confirma-os sempre na versão em vigor da norma e no projeto antes de executar.

O ângulo de proteção depende da altura do captor e do nível; lê-se num gráfico da norma. Para alturas maiores do que o raio da esfera, o método do ângulo não é aplicável, e usa-se a esfera rolante ou a malha.

Raio de proteção pela esfera rolante

Para um captor vertical de altura h (acima do plano de referência) e uma esfera de raio R, o raio da zona protegida ao nível do solo é:

r_p = √( h × (2R - h) )

e, ao nível de um plano a altura h_x (inferior a h), o raio protegido é:

r_x = √( h × (2R - h) ) - √( h_x × (2R - h_x) )

Estas expressões são consequência geométrica de a esfera tocar o topo do captor e o solo. Valem para um captor isolado e com h ≤ R.

Exemplo resolvido · o que protege um captor de 10 m

Um mastro de 10 m, nível de proteção III (R = 45 m). Pretende-se o raio protegido ao nível do solo e a um plano de h_x = 4 m.

1. Ao nível do solo: r_p = √(10 × (90 - 10)) = √(10 × 80) = √800 = 28,28 m.
2. A 4 m de altura: √(4 × (90 - 4)) = √(4 × 86) = √344 = 18,55 m.
3. r_x = 28,28 - 18,55 = 9,73 m.
4. Comparar com o nível II (R = 30 m): r_p = √(10 × 50) = 22,36 m, bem menor. Quanto mais exigente o nível, menor a zona protegida por captor, e mais captores são precisos.

Exemplo resolvido · malha numa cobertura plana

Uma cobertura plana de 30 m × 18 m, nível III (malha de 15 × 15 m, no máximo).

1. Direção de 30 m: dividir em troços de, no máximo, 15 m, isto é, 30 / 15 = 2 troços, logo 3 linhas a cada 15 m (nos bordos e a meio).
2. Direção de 18 m: 18 / 15 = 1,2, logo são precisos 2 troços de 9 m, isto é, 3 linhas.
3. Linhas ao longo dos 30 m: 3 linhas × 30 m = 90 m, afastadas de 9 m.
4. Linhas ao longo dos 18 m: 3 linhas × 18 m = 54 m, afastadas de 15 m.
5. Comprimento total de condutor da malha: 90 + 54 = 144 m, mais as ligações às descidas.
6. Verificação das células: 9 × 15 m, ambas ≤ 15 m: cumpre.

Regras de execução dos captores

• Fixar a intervalos regulares, com suportes adequados ao tipo de cobertura (telha, painéis, membrana), sem comprometer a impermeabilização.
• Proteger as massas metálicas salientes da cobertura (chaminés, ventilações, antenas) ou ligá-las ao sistema de captação.
• Não deixar cantos vivos nem ângulos menores do que um mínimo, para não concentrar o campo; as curvas devem ter raio generoso.
• Usar condutores e acessórios com certificação conforme a série EN IEC 62561 (que substituiu a série EN 50164) de componentes de proteção contra descargas atmosféricas.
• Cuidado com o par galvânico: não misturar cobre e alumínio ou aço zincado em contacto direto no exterior.

15. Condutores de descida e sistema de terra do SPCDA

Os condutores de descida conduzem a corrente do raio dos captores até ao sistema de terra. Devem ser curtos, diretos e múltiplos, para dividir a corrente e reduzir as tensões induzidas.

Princípios

• Vários percursos paralelos: num SPCDA não isolado, a regra é que haja, em regra, pelo menos duas descidas, distribuídas pelo perímetro e o mais afastadas possível, com exceções admitidas pela norma. Quantos mais caminhos, menor a corrente em cada um e menor o campo.
• Percurso mais curto e retilíneo possível: laços e curvas apertadas aumentam a tensão induzida e favorecem o salto de faísca.
• Distribuição uniforme à volta do perímetro, com distâncias entre descidas dependentes do nível (tabela do capítulo anterior).
• Ligação à equipotencialização: as descidas ligam-se a um anel horizontal ou a pontos de ligação em vários níveis, em edifícios altos.
• Junta de ensaio em cada descida, a uma altura de acesso, para medir a resistência e isolar o sistema; só se abre para ensaio e volta a fechar-se.
• Proteção mecânica perto do solo, por exemplo um tubo de proteção em material adequado, no troço acessível a pessoas.
• Uso de componentes naturais: pilares de betão armado com continuidade garantida, fachadas metálicas contínuas, ferros da estrutura, desde que a continuidade elétrica seja verificada.

Número de descidas pelo perímetro

Uma forma simples de estimar é dividir o perímetro da estrutura pela distância típica do nível e arredondar por excesso, e confirmar com o mínimo de duas.

Exemplo resolvido · número de descidas

Um edifício retangular de 30 m × 18 m, em nível III (distância típica 15 m) e, para comparação, em nível II (10 m).

1. Perímetro: 2 × (30 + 18) = 96 m.
2. Nível III: 96 / 15 = 6,4, arredondado por excesso: 7 descidas.
3. Nível II: 96 / 10 = 9,6, arredondado por excesso: 10 descidas.
4. Confirmar que 7 e 10 são ambos superiores ao mínimo de 2. Colocar as descidas nos cantos primeiro e distribuir as restantes de forma a nenhuma distância exceder a máxima.
5. Em nível III, 96 / 7 = 13,7 m entre descidas (≤ 15 m). Em nível II, 96 / 10 = 9,6 m (≤ 10 m).

Sistema de terra do SPCDA

O sistema de terra do raio escoa a corrente para o solo. Mais do que um valor numérico de resistência, a norma privilegia a forma e as dimensões do conjunto de elétrodos, que devem dispersar a corrente de modo eficaz e baixar as sobretensões. Dois arranjos principais:

Os comprimentos mínimos dos elétrodos dependem do nível de proteção e da resistividade do solo, e vêm de um gráfico da EN 62305-3. Em ambos os casos, a ligação com o terra da instalação elétrica faz-se por equipotencialização: um único sistema de terra para todos os fins (proteção elétrica, SPCDA, sinal) é a solução recomendada. Separar as terras causa diferenças de potencial perigosas durante um raio.

Regras de execução do sistema de terra

• Enterrar o anel Tipo B pelo menos a 0,5 m do solo (medida típica) e a cerca de 1 m de distância das paredes, para reduzir as tensões de passo; confirmar com o projeto e a norma.
• Ligar o anel aos ferros de fundação e às descidas.
• Colocar caixa de visita com junta de ensaio.
• Em solos de resistividade alta, aumentar o comprimento dos elétrodos em vez de procurar um valor mínimo de resistência a qualquer custo.
• Proteger as ligações enterradas.

16. Distância de separação e ligações equipotenciais de proteção

Quando um raio percorre um condutor de descida, aparece nele uma tensão elevada. Se houver uma massa metálica ou um cabo elétrico demasiado perto, pode saltar uma faísca entre o condutor de descida e o objeto. Por isso, a norma exige uma distância de separação mínima, ou então a ligação equipotencial desses elementos ao SPCDA.

Distância de separação

A expressão base da EN 62305-3 é:

s = k_i × (k_c / k_m) × l

em que s é a distância de separação (m), k_i depende do nível de proteção, k_c depende da forma como a corrente se divide pelos condutores de descida (obtém-se da norma, para a configuração em causa), k_m depende do material entre os dois pontos e l é o comprimento do condutor, medido do ponto considerado até à ligação equipotencial mais próxima.

Exemplo resolvido · distância de separação

Uma descida única (k_c = 1) com comprimento l = 12 m até à ligação equipotencial mais próxima, em nível III (k_i = 0,04).

1. Separação com ar entre a descida e o objeto: s = 0,04 × (1 / 1) × 12 = 0,48 m.
2. Se o espaço entre o objeto e a descida for de betão ou tijolo: s = 0,04 × (1 / 0,5) × 12 = 0,96 m.
3. Se a distância real entre a descida e uma conduta metálica for de 0,30 m, ela é menor do que 0,48 m: tem de aumentar-se a distância ou ligar a conduta ao SPCDA por equipotencialização.
4. Com mais do que uma descida, k_c é menor do que 1 e a distância de separação diminui; o valor é lido na norma.

Ligação equipotencial de proteção contra raios

A alternativa à distância de separação é ligar o elemento ao sistema, e fazer o mesmo na entrada das linhas na estrutura. A regra: todas as partes condutoras que atravessam a fronteira da zona (tubagens metálicas, estruturas, cablagens com blindagem) ligam-se à barra de equipotencialidade, diretamente ou através de descarregadores quando se trata de linhas ativas, que não podem ser ligadas diretamente.

SPCDA isolado e não isolado

Um sistema não isolado tem os condutores de descida em contacto com a estrutura (ou muito perto, respeitando a distância de separação). Um sistema isolado tem os captores e as descidas afastados da estrutura, em mastros próprios, para que a corrente do raio não passe por ela. O isolado usa-se quando a estrutura não deve ser percorrida pela corrente do raio, por exemplo em armazéns de matérias inflamáveis, e em certos telhados de materiais combustíveis.

17. Descarregadores de sobretensões (DPS)

Os descarregadores de sobretensões (DPS, em inglês SPD) são o equivalente elétrico de uma válvula de alívio: em funcionamento normal comportam-se como um circuito aberto, e quando a tensão ultrapassa um limiar conduzem a corrente do surto para a terra e limitam a tensão que chega aos equipamentos. Dimensionar descarregadores de sobretensões e ligá-los corretamente são duas aptidões do referencial.

Origem das sobretensões

• Descargas atmosféricas diretas ou perto das linhas e estruturas.
• Manobras na rede (comutação de grandes cargas, disparo de proteções).
• Defeitos na rede.

Categorias de sobretensão e tensão suportável dos equipamentos

A norma de coordenação de isolamento classifica os equipamentos em quatro categorias de sobretensão, consoante a posição na instalação e a sua sensibilidade. Para a rede de 230/400 V, as tensões suportáveis ao choque são:

Tipos de DPS

Parâmetros a ler na ficha do DPS

Os valores de U_c exigidos para cada regime de neutro (TT, TN, IT), os esquemas de ligação e os valores mínimos de I_imp e I_n constam das RTIEBT, da norma de seleção e instalação de DPS e da EN 62305, na redação em vigor.

Coordenação e regra das ligações curtas

O DPS só limita a tensão se a ligação à terra for muito curta. Cada metro de condutor nos dois ramos (da linha ao DPS e do DPS à barra de terra) soma uma queda de tensão indutiva (U = L·di/dt) que se acrescenta ao U_p. Como ordem de grandeza para um surto 8/20 µs de cerca de 10 kA, estima-se cerca de 1 kV por metro; não é um valor normativo e varia com a corrente e com o condutor. Nos exercícios usa-se este valor como dado do enunciado. O nível de proteção efetivo na entrada do equipamento é:

U_p,ef = U_p + ΔU (condutores)

O comprimento total das ligações deve ser o mais curto possível (na prática, da ordem de 0,5 m no máximo), e a norma de seleção e instalação de DPS (RTIEBT, secção 534, na redação em vigor) fixa o limite aplicável. Usa-se ainda uma ligação em "V" (o condutor da linha passa pelos bornes do DPS e continua), para evitar o efeito de derivação.

Exemplo resolvido · o comprimento do cabo que estraga a proteção

Um equipamento de categoria II (U_w = 2,5 kV). Um DPS Tipo 2 com U_p = 1,2 kV. Considera-se, por enunciado, ΔU = 1 kV por metro.

1. Com ligações de total 0,5 m: ΔU = 0,5 kV, U_p,ef = 1,2 + 0,5 = 1,7 kV. Menor do que 2,5 kV: protege.
2. Se o instalador deixar 1,5 m de cabo no total, por falta de cuidado: ΔU = 1,5 kV, U_p,ef = 1,2 + 1,5 = 2,7 kV. Maior do que 2,5 kV: não protege.
3. Moral: um DPS excelente com cabos longos é pior do que um DPS médio com cabos curtos. Mede-se o cabo e corta-se o excesso.

Escolha e instalação: roteiro

1. Identificar o regime de neutro, a tensão e a existência de SPCDA exterior ou linhas aéreas.
2. Escolher o Tipo (1 na origem se houver SPCDA exterior ou linha aérea, 2 no quadro, 3 junto de equipamento sensível).
3. Verificar U_c e U_p contra a tensão da rede e a suportável do equipamento.
4. Escolher I_n ou I_imp de acordo com o projeto.
5. Garantir a proteção de reserva que o fabricante indica.
6. Ligar com condutores curtos, com a secção que o fabricante indica, à barra principal de terra.
7. Se houver dois DPS em cascata, respeitar a distância mínima ou a indutância de desacoplamento do fabricante.
8. Verificar o indicador de estado do DPS no fim da instalação e incluir a verificação nas manutenções.

Exemplo resolvido · escolher o tipo de DPS

Um armazém industrial com SPCDA exterior de nível III e linha de alimentação enterrada, quadro geral e um quadro de comando de máquinas sensíveis a 12 m do geral.

1. Existe SPCDA exterior: a corrente de raio pode entrar na instalação. Tipo 1 (ou combinado Tipo 1+2) no quadro geral.
2. Quadro de comando de máquinas, a 12 m: Tipo 2 no quadro de comando, para limitar o surto residual e a indução.
3. Equipamentos sensíveis dentro do quadro (autómato, fonte de alimentação): Tipo 3 junto deles, se a ficha do equipamento o recomendar.
4. Cada DPS com a sua proteção de reserva e ligação curta.

18. Proteção de estruturas especiais

O referencial inclui a proteção de estruturas especiais. São estruturas em que as consequências de um raio vão além do que se espera num edifício comum, ou em que a forma e a função tornam a solução corrente inadequada. Aqui o executor segue o projeto específico, quase sempre elaborado por uma equipa especializada, e as normas aplicáveis a cada caso. Nunca improvisa.

Famílias de estruturas especiais

Princípios que se mantêm

• A avaliação de risco manda: o nível e as medidas vêm do projeto.
• O sistema de terra único e equipotencializado é sempre a regra de ouro.
• A proteção interna (equipotencialização, DPS, blindagens) é tão importante como a externa.
• Em atmosferas explosivas, qualquer ligação que possa produzir faísca é motivo de revisão do projeto antes de executar.
• Toda a intervenção em estruturas especiais requer plano de segurança próprio e, muitas vezes, autorização de trabalho.

Exemplo resolvido · estrutura especial: parque fotovoltaico em cobertura

Uma cobertura de armazém com 60 painéis fotovoltaicos, com SPCDA exterior existente de nível III.

1. Verificar se os painéis ficam dentro da zona protegida pelos captores. Se não, acrescentar captores a uma distância de separação adequada dos painéis (não os tocar), pois os painéis e a estrutura podem ser percorridos por corrente e criar faíscas.
2. Ligar a estrutura metálica de suporte ao sistema de equipotencialização.
3. Instalar DPS no lado de corrente contínua (junto ao inversor) e DPS no lado de corrente alternada (no quadro).
4. Encaminhar cabos positivo e negativo lado a lado, formando uma espira de área mínima, e afastados das descidas.
5. Medir continuidade e resistência de terra no fim e registar.

19. Instrumentos de medida e verificação e ferramentas do eletricista

Sem medição, uma instalação de terra é apenas uma suposição. O referencial pede o conhecimento dos instrumentos de medida e verificação e das ferramentas de eletricista, e a aptidão de os utilizar em instalações de baixa tensão.

Instrumentos

Os instrumentos de verificação de segurança elétrica seguem a série de normas EN 61557 (equipamentos para ensaio, medição ou monitorização de medidas de proteção), e o instrumento deve ter certificado de calibração válido. Um instrumento fora de calibração dá números sem valor.

Ferramentas do eletricista

• Chaves e alicates isolados (1000 V), marcados e inspecionados; a isolação danificada obriga a retirar a ferramenta de serviço.
• Descarnador, alicate de corte, alicate de crimpar, chave dinamométrica para bornes.
• Cravadora (martelo próprio e acessório de cravação) para estacas de terra; serra, lima, berbequim para trabalho em calha e quadro.
• Ponteiras, terminais, abraçadeiras de terra, fita isoladora, etiquetas de identificação.
• Escada isolante ou plataforma elevatória, quando se trabalha em altura.

Regras de boa utilização

• Verificar o instrumento antes de o utilizar: cabos e pontas sem danos, bateria carregada, categoria de medição adequada ao local (categoria III ou IV para quadros e origem de instalação).
• Testar o detetor de tensão num ponto com tensão conhecida, antes e depois de verificar a ausência de tensão.
• Selecionar a gama correta, e começar pela mais alta quando se desconhece o valor.
• Registar o valor, a unidade, a data e o instrumento utilizado.

20. Testes de continuidade e verificação de cablagens e ligações

A verificação de uma instalação nova ou alterada tem uma ordem lógica: primeiro o exame visual e depois os ensaios, com a instalação sem tensão nos que o exigem. O referencial pede que se efetuem testes de continuidade e se verifiquem cablagens e ligações.

Exame visual

Antes de medir, olha-se. Verifica-se:

• identificação e cores dos condutores, em especial do condutor de proteção;
• ligações apertadas, ponteiras bem cravadas, nada exposto;
• secções e proteções coerentes com o projeto;
• presença de terminais de terra em tomadas e aparelhos de classe I;
• existência e correta fixação das ligações equipotenciais principais, com etiquetas;
• DPS com indicador de estado em condições, ligações curtas;
• placas de identificação e esquema atualizado no quadro.

Ensaio de continuidade dos condutores de proteção e das ligações equipotenciais

Mede-se a resistência entre o terminal principal de terra e cada ponto de ligação das massas, de cada tomada e de cada ligação equipotencial. Usa-se um ohmímetro de baixa resistência que injeta uma corrente de ensaio de valor adequado (a norma do instrumento fixa o mínimo), para distinguir uma ligação sólida de uma ligação que apenas "faz contacto" e aquece sob corrente real.

Procedimento:

1. Garantir a instalação sem tensão e os circuitos desligados da alimentação.
2. Compensar a resistência dos cabos de ensaio (função "nulo" do instrumento) para medir apenas o circuito.
3. Ligar uma ponta ao terminal principal de terra e a outra ao ponto a medir (borne de terra da tomada, carcaça, tubagem).
4. Ler o valor e registar. A resistência esperada é muito baixa e proporcional ao comprimento e à secção do condutor.
5. Verificar a polaridade e a continuidade dos condutores ativos e do neutro nos circuitos, sempre que o instrumento o permita.

O cálculo do valor esperado é simples:

R = ρ_cond × L / S

onde ρ_cond é a resistividade do material do condutor (cerca de 0,0175 Ω·mm²/m para o cobre a 20 °C), L o comprimento do condutor (m) e S a secção (mm²).

Exemplo resolvido · valor esperado na continuidade de um PE

Um condutor de proteção em cobre de 2,5 mm², com 24 m de comprimento, entre a barra de terra e uma tomada.

1. R = 0,0175 × 24 / 2,5 = 0,42 / 2,5 = 0,168 Ω.
2. Admite-se uma margem pequena por ligações e temperatura.
3. Uma leitura medida de 0,17 a 0,20 Ω é coerente.
4. Uma leitura de 1,8 Ω é cerca de dez vezes superior: sinal de uma ligação defeituosa (aperto, oxidação) ou de condutor interrompido em parte. Não se energiza sem corrigir.

Ensaio da resistência de isolamento

Realiza-se com o megóhmetro, a instalação sem tensão, com os equipamentos sensíveis desligados (eletrónica, DPS, lâmpadas LED, variadores) para não os danificar. A tensão de ensaio e os valores mínimos de resistência de isolamento constam da tabela das RTIEBT para a tensão nominal do circuito, na redação em vigor; para circuitos de 230/400 V, o ensaio faz-se com tensão contínua do nível indicado nessa tabela. Mede-se entre condutores ativos e terra, e entre condutores ativos.

Continuidade em sistemas de proteção contra raios

Nos SPCDA, mede-se a continuidade elétrica entre captores, condutores de descida e anéis, e a resistência de cada descida e do sistema de terra pela junta de ensaio. O valor deve ser coerente com o projeto, e a diferença entre descidas parecidas denuncia ligações defeituosas.

Registo

A cada medição corresponde uma linha num relatório: circuito, ponto, valor medido, valor esperado ou limite, instrumento, data, executante e conformidade. O que não está registado, para efeitos de verificação, não foi feito.

21. Medir a resistência de terra de proteção de uma instalação

A resistência do elétrodo de terra mede-se com o telurímetro. Medir a resistência de terra de proteção de uma instalação é uma aptidão do referencial.

Método de queda de potencial (3 pontos)

O princípio é injetar uma corrente alternada no solo entre o elétrodo a medir (E) e um elétrodo auxiliar de corrente (C), afastado, e medir a tensão entre E e um elétrodo auxiliar de potencial (P), colocado entre os dois. O instrumento calcula R = U / I.

Para o resultado ser correto, P tem de estar fora das zonas de influência de E e de C, isto é, na zona onde o potencial do solo é praticamente constante. Uma regra prática (recomendação da IEEE 81, válida para solo aproximadamente homogéneo) coloca P a cerca de 62% da distância entre E e C (regra dos 62%). Em solo não homogéneo o resultado confirma-se pelas leituras de verificação. A distância E-C deve ser grande em relação às dimensões do elétrodo.

Procedimento

1. Pôr a instalação sem tensão antes de tocar no elétrodo: seccionar, bloquear e sinalizar o aparelho de corte e verificar a ausência de tensão com detetor testado antes e depois. Só então desligar o elétrodo da instalação, na junta de ensaio, para medir só o elétrodo. Atenção: com o elétrodo desligado, as massas ficam sem terra, pelo que a instalação tem de permanecer sem tensão durante todo o ensaio e a tensão só se repõe depois de a junta de ensaio estar fechada e a continuidade confirmada. Se não for possível tirar a tensão, não se desliga o elétrodo: mede-se por um método que o dispense, a medição de impedância do circuito de defeito, ou a pinça de terra, que só serve em sistemas em malha e não serve para um elétrodo isolado, aceitando a limitação indicada no quadro de outros métodos, a seguir.
2. Cravar os elétrodos auxiliares C e P em linha com E, nas distâncias definidas, em solo compacto.
3. Ligar os cabos ao instrumento (E, P, C), sem cruzamentos nem enrolamentos.
4. Medir. Repetir deslocando P para mais perto e mais longe (cerca de 10% da distância E-C) e comparar. Se as três leituras forem coerentes, o valor é fiável. Se divergirem, afastar mais C.
5. Registar o valor, as distâncias, o estado do solo (seco ou húmido) e a data. Religar o elétrodo.

Outros métodos

Interpretar o resultado

O valor medido não vale por si: compara-se com o valor exigido. No TT, calcula-se R_A,máx = U_L / I_Δn e verifica-se se R_A medido é inferior, com folga para a variação sazonal (o solo seco no verão conduz pior). Em instalações novas, quando a medição é feita em período húmido, convém aplicar uma margem de segurança antes de dar o valor por bom.

Exemplo resolvido · calcular a posição do elétrodo de potencial

Uma estaca de 3 m. Escolhe-se a distância E-C de 40 m (grande face às dimensões do elétrodo).

1. P a 62% de 40 m: 0,62 × 40 = 24,8 m de E, em linha com C.
2. Medições de verificação: P a 90% da posição (22,3 m) e a 110% (27,3 m).
3. Leituras obtidas: 28,4 Ω com P a 90% da posição, 28,0 Ω na posição de 62% e 28,3 Ω a 110%. As três diferem menos de 1,5% entre si: o valor 28,0 a 28,4 Ω é fiável e adota-se a leitura da posição de 62%, 28,0 Ω, como na ficha 02.
4. Se o objetivo era R_A ≤ 30 Ω, o elétrodo cumpre, com uma margem pequena (2 Ω).
5. Decisão prudente: como a medição foi em tempo húmido, acrescentar uma estaca para dar margem à seca.

Exemplo resolvido · confirmar a condição do TT com a medição

Medido R_A = 28 Ω. O diferencial de 30 mA protege o circuito de tomadas e um de 300 mA protege o resto.

1. Tensão de contacto máxima, com 30 mA: 28 × 0,03 = 0,84 V.
2. Tensão de contacto máxima, com 300 mA: 28 × 0,3 = 8,4 V.
3. Ambas ≤ 50 V: condição verificada.
4. R_A,máx com 300 mA: 50 / 0,3 = 166,7 Ω. A medição (28 Ω) é muito inferior: grande folga.

22. Testes de funcionamento dos dispositivos de proteção de pessoas e equipamentos

Um dispositivo de proteção que nunca foi testado é uma esperança, não uma proteção. O referencial exige o teste de funcionamento dos dispositivos de proteção de equipamentos e pessoas e a verificação do funcionamento dos componentes de um quadro elétrico.

Testar o diferencial

1. Botão de teste (T): injeta uma pequena corrente de fuga artificial. O diferencial tem de disparar de imediato. É um teste funcional rápido e o utilizador deve fazê-lo periodicamente (os fabricantes recomendam uma periodicidade, tipicamente mensal).
2. Testador de diferenciais: injeta correntes de fuga calibradas e mede a corrente de disparo e o tempo de disparo. Aplicam-se: uma corrente igual a uma fração da I_Δn (o diferencial não pode disparar), a I_Δn e a múltiplos de I_Δn (disparo dentro dos limites de tempo da norma do produto ou das RTIEBT, na redação em vigor).
3. Registar o tempo e a corrente de disparo, e comparar com o limite do fabricante.

Se o diferencial não dispara ao pressionar o botão de teste, a regra é substituí-lo, não ligá-lo "assim mesmo".

Verificar a condição de proteção por sobreintensidades

• No TN: medir Z_s com o medidor de impedância de malha, e verificar que Z_s × I_a ≤ U_0, como se fez no capítulo do regime TN.
• No TT: medir R_A, ou a impedância de malha, e verificar que R_A × I_Δn ≤ U_L.
• No IT: verificar a calibração e o alarme do CPI com a resistência de ensaio; simular um primeiro defeito e confirmar o sinal de alarme.

Verificar os componentes de um quadro

Procedimento de teste de um quadro

1. Exame visual e verificação da ausência de tensão.
2. Continuidade da terra e do neutro.
3. Resistência de isolamento.
4. Energização controlada, por etapas: primeiro o geral, depois os parciais.
5. Medições de tensão.
6. Teste de diferenciais.
7. Teste de comando e sinalização com cada circuito.
8. Registo em relatório e entrega de documentação.

Exemplo resolvido · interpretar o resultado de um teste de diferencial

Um diferencial de 30 mA, com limite do fabricante de 300 ms a I_Δn, mede os resultados seguintes:

Conclusão: o dispositivo está conforme. Se, a 1 × I_Δn, tivesse demorado 410 ms, seria não conforme (410 ms > 300 ms), e o dispositivo teria de ser substituído.

23. Equipamentos de proteção individual e segurança e saúde no trabalho

O trabalho em instalações elétricas é uma atividade de risco: eletrocussão, arco elétrico, queda em altura, queimaduras, cortes, esforço físico. A prevenção assenta em procedimentos, equipamento e atitude. Aplicar as normas de segurança e saúde no trabalho e utilizar EPI são aptidões do referencial.

Hierarquia da prevenção

1. Eliminar o risco (trabalhar sem tensão).
2. Reduzir (proteções coletivas, barreiras, sinalização).
3. Proteger o trabalhador (EPI).

O EPI é a última barreira, nunca a primeira. Trabalhar sob tensão com luvas é uma exceção, com formação e procedimento próprios, e não um atalho.

Trabalhar sem tensão: a sequência de segurança

1. Seccionar a alimentação, abrindo todas as fontes possíveis.
2. Bloquear e sinalizar o aparelho de corte (cadeado pessoal, etiqueta com o nome), para impedir religação indevida.
3. Verificar a ausência de tensão com detetor adequado, testado antes e depois.
4. Colocar à terra e em curto-circuito, quando necessário (sobretudo quando exista possibilidade de retorno de tensão).
5. Proteger as partes em tensão vizinhas com isolantes ou barreiras e sinalizar a zona de trabalho.

Só depois se começa a trabalhar. A reposição de tensão faz-se com a ordem inversa e com aviso a todos os presentes.

EPI de uso na instalação de terra e proteção contra raios

Cuidados específicos destes trabalhos

• Abertura de valas para fitas e anéis: verificar a existência de outras redes enterradas (cabos, água, gás) antes de escavar, e escorar valas profundas.
• Cravação de estacas: ruído, risco de esmagamento das mãos, risco de atingir cabos enterrados.
• Instalação de captores em cobertura: queda em altura, telhas frágeis, nunca trabalhar com trovoada; quando se aproxima uma tempestade, interrompe-se o trabalho e desce-se.
• Medição de resistência de terra: cabos de ensaio estendidos no terreno são risco de tropeço; zonas de passagem sinalizadas; em caso de trovoada, fechar a junta de ensaio, recolher os cabos e suspender.
• Ensaios com tensão: manter terceiros afastados e sinalizar.
• Quadros em funcionamento: abertura só por quem tem habilitação, EPI adequado, ferramentas isoladas.

Enquadramento legal e regulamentar

• As Regras Técnicas das Instalações Elétricas de Baixa Tensão (RTIEBT), aprovadas pela Portaria n.º 949-A/2006, de 11 de setembro, na redação em vigor, fixam as exigências técnicas.
• A Lei n.º 14/2015, de 16 de fevereiro, estabelece os requisitos de acesso e exercício da atividade das entidades e profissionais responsáveis por projeto, execução e exploração de instalações elétricas.
• As normas de segurança e saúde no trabalho impõem avaliação de riscos, formação, fornecimento de EPI, sinalização e plano de emergência.
• A série EN 62305 (proteção contra descargas atmosféricas) e as normas de componentes (série EN IEC 62561) regem os SPCDA.

Exemplo resolvido · plano de segurança para medir uma terra

Medir a terra de uma moradia em TT, desligando o elétrodo na junta de ensaio.

1. Avisar os ocupantes e agendar a intervenção.
2. Desligar o disjuntor geral, bloquear com cadeado e etiqueta e verificar a ausência de tensão com detetor testado antes e depois; o cabo de entrada a montante do geral continua em tensão e não se toca.
3. Sinalizar a zona de cabos de ensaio no jardim.
4. EPI: calçado de segurança, luvas mecânicas, óculos.
5. Abrir a junta de ensaio, instalar os elétrodos auxiliares e medir.
6. Fechar a junta de ensaio, confirmar a continuidade com o ohmímetro e só depois levantar o bloqueio.
7. Repor tensão, testar os diferenciais e registar.
8. Se aparecer trovoada durante a medição, suspender, fechar a junta de ensaio, recolher os cabos de ensaio e abrigar-se.

24. Procedimento completo de uma intervenção e documentação

Os capítulos anteriores resumem-se numa sequência de trabalho que serve para qualquer instalação de terra e proteção. Seguir a sequência é uma forma de cumprir os procedimentos definidos, um dos critérios de desempenho do referencial.

Sequência de trabalho

1. Receber e ler o projeto: regime de neutro, diagrama unifilar, localização do elétrodo, níveis de proteção do SPCDA, especificações de materiais.
2. Planear: materiais, ferramentas, instrumentos calibrados, EPI, equipa, calendário, riscos.
3. Preparar o local e garantir a segurança (ausência de tensão, sinalização, redes enterradas).
4. Executar o elétrodo de terra, o condutor de terra e a barra principal de terra.
5. Executar as ligações equipotenciais principais e suplementares.
6. Montar e ligar o quadro: proteção, diferenciais, barras, DPS.
7. Executar o SPCDA (quando previsto): captores, descidas, juntas de ensaio, anel, equipotencialização.
8. Verificar (exame visual e ensaios): continuidade, isolamento, resistência de terra, impedância de malha, diferenciais, DPS.
9. Corrigir o que não cumpra e repetir os ensaios afetados.
10. Registar e entregar: relatório de ensaios, esquema atualizado, fotografias das partes enterradas, instruções de manutenção ao utilizador.

Critérios de desempenho: como se cumprem

Manutenção e inspeção periódica

Uma instalação de terra degrada-se: a corrosão ataca ligações, o solo seca, os DPS envelhecem e desgastam-se a cada surto. Prevê-se uma inspeção periódica das ligações, uma medição da terra e dos diferenciais em intervalos definidos pelas normas e pelo projeto, e uma verificação do estado dos DPS e do SPCDA depois de cada tempestade forte. A informação deve ficar guardada num dossiê da instalação.

Atitudes profissionais

O referencial refere ainda as atitudes: autonomia no âmbito das funções, responsabilidade pelas ações, organização, cooperação com a equipa, sentido crítico, resolução de problemas, empenho e respeito pelas regras e normas definidas. Em segurança elétrica, isto traduz-se em hábitos concretos: não confiar em marcas de outro profissional, verificar sempre, dizer "não sei" e pedir ajuda, recusar trabalhos sem condições de segurança e documentar o que se fez.

Exemplo resolvido · diagnóstico de uma terra com valor demasiado alto

Numa moradia em TT, o diferencial de 300 mA protege toda a instalação, e a medição dá R_A = 210 Ω. Condição: R_A × I_Δn ≤ 50 V.

1. R_A × I_Δn = 210 × 0,3 = 63 V, superior a 50 V. Não cumpre.
2. R_A,máx = 50 / 0,3 = 166,7 Ω. A terra está 43 Ω acima do limite.
3. Opções: (a) acrescentar estacas ou aumentar a fita enterrada para baixar R_A abaixo de 166,7 Ω; (b) substituir o diferencial por outro de 30 mA, com R_A,máx de 1667 Ω (a terra passa a cumprir, 210 × 0,03 = 6,3 V); (c) fazer ambas.
4. Boa prática: fazer ambas. O diferencial de 30 mA garante a proteção das pessoas; a melhoria da terra reduz sobretensões e estabiliza o valor ao longo do ano.
5. Voltar a medir, registar e arquivar.

Erros comuns

• Considerar que a terra sozinha protege num TT: sem diferencial, a corrente de defeito é demasiado baixa para fazer disparar um disjuntor.
• Ligar o neutro ao condutor de proteção a jusante do ponto de separação num TN-C-S, criando um caminho paralelo para a corrente de neutro.
• Usar o condutor verde-amarelo para outra função ou ligá-lo através de um aparelho de corte.
• Ligar a canalização de gás, ou a canalização de água de abastecimento público, como elétrodo de terra.
• Aceitar a primeira leitura do telurímetro sem repetir com o elétrodo de potencial deslocado.
• Medir a resistência do elétrodo pelo método de queda de potencial sem o desligar na junta de ensaio, ou desligá-lo com a instalação em tensão.
• Cabos longos nos DPS, que anulam a proteção do aparelho.
• Colocar DPS sem proteção de reserva quando o fabricante a exige.
• Misturar metais (cobre com aço galvanizado) enterrados, acelerando a corrosão.
• Esquecer a junta de ensaio nas descidas e nos elétrodos.
• Deixar descidas com curvas apertadas ou laços junto a massas, sem respeitar a distância de separação.
• Contar apenas com a terra do SPCDA como única terra, em vez de unificar os sistemas de terra.
• Dar a instalação por concluída sem ensaios e sem registo.
• Trabalhar em cobertura com trovoada a aproximar-se.
• Usar ferramentas não isoladas em quadros em serviço.
• Pensar que o EPI substitui a ausência de tensão.
• Confiar num valor de tabela de memória em vez de consultar a norma na redação em vigor.

Glossário

• Barra principal de terra (terminal principal de terra): ponto onde convergem o condutor de terra, os condutores de proteção e de ligação equipotencial principal.
• Captor: elemento do SPCDA que intercepta o raio (haste, fio, fita, malha).
• Categoria de sobretensão: classificação do equipamento (I a IV) pela tensão suportável ao choque.
• Condutor de descida: condutor que leva a corrente do raio do captor ao sistema de terra.
• Condutor de proteção (PE): condutor que liga as massas ao terminal principal de terra; verde-amarelo.
• Condutor de terra: condutor que liga o elétrodo de terra ao terminal principal de terra.
• Contacto direto: contacto de uma pessoa com uma parte ativa.
• Contacto indireto: contacto de uma pessoa com uma massa posta acidentalmente em tensão.
• Controlador permanente de isolamento (CPI): dispositivo do regime IT que monitoriza o isolamento e dá alarme ao primeiro defeito.
• Corrente diferencial estipulada (I_Δn): valor de corrente de fuga para o qual o diferencial é projetado para disparar.
• Descarregador de sobretensões (DPS): dispositivo que limita sobretensões e escoa a corrente de surto para a terra.
• Distância de separação: distância mínima entre a descida do SPCDA e massas ou cabos, para evitar o salto de faísca.
• Elétrodo de terra: peça condutora enterrada em contacto com o solo que dispersa a corrente.
• Equipotencialidade (ligação equipotencial): ligação de partes condutoras para as manter ao mesmo potencial.
• Esfera rolante: método geométrico de posicionamento de captores baseado numa esfera de raio dependente do nível de proteção.
• Esquema multifilar: esquema que mostra todos os condutores.
• Esquema unifilar: esquema que mostra cada circuito com um só traço.
• Impedância do circuito de defeito (Z_s): impedância total do percurso da corrente de defeito.
• Junta de ensaio: ligação seccionável que permite medir um elétrodo ou uma descida.
• LPZ: zona de proteção contra raios, com ambiente eletromagnético definido.
• Massa: parte condutora de um equipamento acessível ao toque, normalmente sem tensão.
• Nível de proteção (LPL): grau de exigência do SPCDA, de I (máximo) a IV (mínimo).
• PEN: condutor que combina as funções de neutro e de proteção.
• Regime de neutro (esquema de ligação à terra): relação entre a origem da alimentação, as massas e a terra (TT, TN, IT).
• Resistência de terra (R_A): resistência do elétrodo de terra ao solo, mais a dos condutores de proteção, em ohm.
• Resistividade do solo (ρ): propriedade do terreno que determina a resistência de um elétrodo, em Ω·m.
• RTIEBT: Regras Técnicas das Instalações Elétricas de Baixa Tensão, aprovadas pela Portaria n.º 949-A/2006.
• SPCDA: sistema de proteção contra descargas atmosféricas.
• Telurímetro: instrumento que mede a resistência de um elétrodo de terra.
• Tensão de contacto: tensão a que fica sujeita uma pessoa que toca simultaneamente em duas partes condutoras.
• Tensão de passo: diferença de potencial entre dois pontos do solo à distância de um passo.
• Tensão limite convencional (U_L): tensão de contacto máxima admissível, 50 V em condições normais.
• TN, TT, IT: designações dos regimes de neutro; a primeira letra descreve a fonte, a segunda as massas.

Síntese

A segurança elétrica começa por impedir o contacto direto (isolamento, invólucros) e o contacto indireto (ligação das massas à terra, equipotencialidade e corte automático). A leitura de esquemas unifilares e multifilares e o conhecimento das cores dos condutores evitam trocas perigosas. Os regimes de neutro definem como a corrente de defeito regressa à fonte: no TT, a terra do utilizador é independente e a proteção faz-se por diferencial (R_A × I_Δn ≤ U_L); no TN, o condutor de proteção volta à fonte e a proteção faz-se por disjuntor (Z_s × I_a ≤ U_0); no IT, a fonte está isolada e o primeiro defeito apenas dá alarme, com o CPI. Os elétrodos de terra (estacas, fitas, anéis, fundações) dimensionam-se pela resistividade do solo e medem-se. Os condutores de proteção e de equipotencialidade têm secção definida pela tabela da RTIEBT ou pelo cálculo, e ligam-se ao quadro elétrico, cuja montagem exige aperto correto, identificação e diferenciais coordenados. A proteção contra descargas atmosféricas resulta de uma avaliação de risco, e a execução obedece ao nível de proteção: captores posicionados por esfera rolante, ângulo ou malha, condutores de descida múltiplos, terra única e equipotencializada, distância de separação e ligação equipotencial. Os descarregadores de sobretensões (Tipo 1, 2 e 3) escolhem-se por U_c, U_p e correntes de descarga, e ligam-se com condutores curtos. Nas estruturas especiais segue-se sempre o projeto específico. Tudo se confirma com ensaios (continuidade, isolamento, resistência de terra, impedância de malha, diferenciais, DPS), com instrumentos calibrados, EPI e procedimentos de segurança, e fica registado. Nos valores de normas, consulta-se a redação em vigor.

Exercícios resolvidos

1. Um diferencial de 100 mA protege um circuito num TT. Qual é a resistência de terra máxima, com U_L = 50 V?

Resolução: R_A,máx = U_L / I_Δn = 50 / 0,1 = 500 Ω.

2. Num TT, R_A = 60 Ω e R_B = 12 Ω. Calcula a corrente de defeito e a tensão na massa para um defeito franco a 230 V.

Resolução: I_d = 230 / (60 + 12) = 230 / 72 = 3,19 A. Tensão na massa = 3,19 × 60 = 191,7 V. Só um diferencial protege.

3. Num TN, um disjuntor B20 protege um circuito com Z_s medida de 1,1 Ω. U_0 = 230 V. Verifica a condição.

Resolução: I_a = 5 × 20 = 100 A. I_d = 230 / 1,1 = 209,1 A. 209,1 A ≥ 100 A: verifica-se. Z_s,máx = 230 / 100 = 2,3 Ω.

4. Para um C25 num TN, qual a Z_s máxima que garante o disparo magnético?

Resolução: I_a = 10 × 25 = 250 A; Z_s,máx = 230 / 250 = 0,92 Ω.

5. Duas estacas idênticas de 33 Ω estão em paralelo, bem afastadas. Qual a resistência ideal do conjunto?

Resolução: R = (33 × 33) / (33 + 33) = 1089 / 66 = 16,5 Ω (ideal; na prática, ligeiramente superior por interferência).

6. Uma fita enterrada de 30 m em solo de 80 Ω·m. Resistência aproximada?

Resolução: R ≈ 2 ρ / L = 2 × 80 / 30 = 160 / 30 = 5,33 Ω.

7. Condutor de proteção de cobre, I² × t = 80 000 A²·s e k = 143 (dado). Secção mínima calculada?

Resolução: S ≥ √80 000 / 143 = 282,8 / 143 = 1,98 mm²; adota-se a secção normalizada imediatamente superior (2,5 mm²) e compara-se com a da tabela das RTIEBT e com o mínimo mecânico, adotando, por prudência didática, a maior das três.

8. Telurímetro: E-C = 50 m. Onde se coloca P pela regra dos 62%? E onde se verifica?

Resolução: 0,62 × 50 = 31 m de E. Verificações a 90% (27,9 m) e a 110% (34,1 m).

9. Esfera rolante, nível II (R = 30 m), mastro de 8 m. Raio protegido ao nível do solo?

Resolução: r_p = √(8 × (60 - 8)) = √(8 × 52) = √416 = 20,40 m.

10. Perímetro de 120 m, nível IV (20 m entre descidas). Quantas descidas?

Resolução: 120 / 20 = 6. Exatamente 6 descidas, distribuídas a ≤ 20 m. Se fossem 121 m, seriam 7.

11. s com k_i = 0,06 (nível II), k_c = 1, k_m = 1 e l = 8 m.

Resolução: s = 0,06 × (1 / 1) × 8 = 0,48 m.

12. DPS com U_p = 1,0 kV, ligações de 0,8 m no total, equipamento de categoria II (2,5 kV). Protege?

Resolução: U_p,ef = 1,0 + 0,8 × 1 = 1,8 kV ≤ 2,5 kV: protege.

13. Continuidade: cobre 4 mm², 30 m. Resistência esperada do PE?

Resolução: R = 0,0175 × 30 / 4 = 0,525 / 4 = 0,131 Ω.

14. Um diferencial de 30 mA disparou em 360 ms a 1 × I_Δn, com limite de 300 ms. Conclusão?

Resolução: 360 ms > 300 ms: não conforme, o dispositivo é substituído e o ensaio repetido.

15. Qual a diferença entre a terra de serviço e a terra de proteção?

Resolução: a de serviço liga um ponto do circuito ativo (por exemplo o neutro da fonte) à terra para estabilizar as tensões; a de proteção liga as massas à terra para proteger pessoas e bens em caso de defeito de isolamento.