Visão geral:
Os principais factores a considerar a fim de se obter uma medição precisa da resistência à terra nos sistemas eléctricos são discutidos, especialmente o sistema de medição da geometria, incluindo as distâncias mínimas a ter em conta.
- Introdução
- Natureza física da resistência da terra
- Método de medição
- Queda do Método Potencial
- Equipamento de Medição de Resistência à Terra
- Números do documento
Introdução:
O sistema de ligação à terra é um elemento essencial para o sistema de segurança eléctrica e é necessário para tal:
Permitir a activação de dispositivos de protecção quando existe uma falha de isolamento eléctrico. Equalizar o potencial das partes condutoras que podem ser acessadas simultaneamente, com o potencial da terra circundante, a fim de evitar que as pessoas sejam expostas a tensões perigosas. Permitir que o feixe de energia se dissipe em segurança. Reduzir as interferências electromagnéticas. Devido ao facto de se tratar de um sistema concebido para garantir a segurança, a sua eficácia deve ser verificada. A difusão do valor de resistência é o parâmetro mais relevante para testar um sistema de piso de qualidade e a capacidade de desempenhar a sua função. No entanto, a medição correcta deste parâmetro necessita de satisfazer vários requisitos, que serão discutidos no presente documento.
Natureza física da resistência da terra:
Compreendendo a terra, a resistência física natural ajudar-nos-á a avaliar as condições que devem ser cumpridas para se obter uma medição correcta.
De acordo com a sua definição, a resistência de dois terminais e a sua resistência é definida como o quociente entre a tensão aplicada nos terminais e o fluxo de corrente entre eles como resultado dessa tensão. O valor da resistência (Eq.1 Equação 1) (R=p.L/A) depende do tipo de material (resistividade) e das suas dimensões físicas (área de superfície e comprimento da resistência), como mostra a figura 1.
Apenas um dos terminais é evidente na resistência da terra. Para encontrar o segundo terminal deve-se recorrer à sua definição: Resistência da Terra é a resistência que existe entre a electricidade acessível por um eléctrodo enterrado e outro ponto da terra, que está distante (Figura 2).
A ideia é que em torno do volume da terra perto de um eléctrodo enterrado, através de uma corrente injectada, todo o planeta é o volume equipotencial relacionado com a corrente. Qualquer ponto de volume equipotencial (Figura 3) pode ser considerado como o segundo eléctrodo da resistência do solo.
A fim de justificar a afirmação acima, analisemos geometricamente a resistência na área do eléctrodo enterrado que, no exemplo seguinte, é suposto ser hemisférica (Figura 4).
A corrente injectada no solo através dos eléctrodos enterrados sai em todas as direcções, com uma densidade uniforme (assumindo que o solo é electricamente homogéneo), e deve posteriormente passar pelas várias camadas ilustradas na Figura 4. Cada camada oferece uma resistência à passagem da corrente, que é proporcional à resistividade do solo e à espessura da camada (comprimento da resistência na Figura 1), e inversamente proporcional à camada da zona, de acordo com a eq.1. A resistência total é então a soma de muitas pequenas resistências em série. A espessura é definida arbitrariamente como suficientemente fina para examinar ambas as superfícies das camadas da mesma zona (requisito necessário para aplicar eq. 1).
Na verdade, a espessura é infinitesimal e a soma das resistências é integral, como indicado no eq. 2, onde r0 é o raio do hemisfério enterrado.
A fim de permitir uma visualização física mais fácil do fenómeno, podemos imaginar a estrutura de uma cebola, formada por um grande número de camadas muito finas, cada uma das quais representa uma das resistências da série.
O importante conceito a ser observado é que, uma vez que o solo de resistividade deveria ser homogéneo e a espessura das camadas é a mesma, o único elemento que é modificado (aumenta), uma vez que o eléctrodo desaparece da superfície, é a camada. Na figura 4, pode ver-se que a superfície S3 é muito maior do que a superfície S1. À medida que a superfície aumenta, a resistência diminui na mesma proporção e, portanto, a contribuição das camadas remotas para a resistência total tende a ser negligenciável.
Os cálculos de um eléctrodo hemisférico mostram que na região mais próxima, a uma distância equivalente a 10 vezes o raio do eléctrodo, 90% da resistência total é concentrada. Por outras palavras, a resistência das camadas fora desta gama não é significativa. E como não há resistência, não há queda potencial. Bom. Consequentemente, fora da região mais próxima do eléctrodo (chamada zona de resistência), toda a terra está com o mesmo potencial.
Método de medição:
A fim de medir a resistência de ligação à terra, temos de aplicar uma tensão entre os seus terminais que faça passar uma corrente através dela. Um dos terminais é o sistema de aterramento em contacto com E. O segundo, de acordo com a definição, é qualquer outro ponto do solo, que na realidade está muito longe do primeiro. Para realizar a medição, devemos colar um eléctrodo auxiliar H nesse ponto. O segundo eléctrodo terá inevitavelmente o seu próprio terreno, resistência e zona de resistência.
Se olharmos para a figura 5, veremos que sim:
o nosso objectivo é medir a resistência à terra do eléctrodo E. No entanto, se uma medição convencional da resistência entre os pontos E e H for realizada através da medição da tensão e corrente circulante, obtemos a soma da resistência à terra de ambos os eléctrodos e não a resistência à terra do eléctrodo E. A diferença pode ser muito importante uma vez que, devido ao seu próprio estatuto de eléctrodo auxiliar, as dimensões de H são muito pequenas em comparação com E, pelo que a sua contribuição para a resistência total pode ser muito importante e a probabilidade de um erro é considerável.
O conceito de “longe”, anteriormente utilizado sem fazer mais precisões, é agora clarificado. De facto, o eléctrodo auxiliar H pode ser considerado suficientemente afastado do sistema de resistência à terra que está a ser medido quando as suas respectivas zonas de resistência não se sobrepõem. Neste caso, todo o volume fora das zonas de resistência está, muito aproximadamente, no mesmo potencial, o que torna possível o desenvolvimento do seguinte método de medição.
Método de Queda Potencial
Um terceiro eléctrodo S é utilizado para evitar o erro introduzido pela resistência à terra do eléctrodo H, a haste S está localizada em qualquer ponto fora das zonas de influência de E e H, resultando numa geometria semelhante à mostrada na Figura 6.
Este arranjo é conhecido como queda potencial e o método é o mais comummente utilizado para a medição da resistência à terra, em que a separação das zonas de resistência é obtida com um grau razoável de distâncias entre os eléctrodos. A corrente flui através do sistema de terra E e do eléctrodo auxiliar H, e a tensão é medida entre E e o terceiro eléctrodo S. Esta tensão é a queda potencial que a corrente de teste produz na resistência do sistema de terra, Rx, que nesta forma pode ser medida sem ser afectada pela terra, a resistência da haste H.
A regra dos 62%
Muitas publicações referentes ao Método de Queda de Potencial indicam que, para se obter uma medição correcta, os três eléctrodos devem estar bem alinhados e a distância entre E e S deve ser de 61,8% da distância entre E e H (Figura 7). Este conceito vem de um cuidadoso desenvolvimento matemático para o caso particular de um eléctrodo hemisférico.
No entanto, esta configuração não é fácil de aplicar na vida real. O primeiro problema que enfrenta é que a geometria da terra real é complexa e difícil de assimilar com um hemisfério, a fim de determinar com precisão o seu centro, a partir do qual as distâncias podem ser medidas com precisão suficiente. Além disso, nas áreas urbanas é difícil encontrar locais para colocar as varas, e é raro existirem locais disponíveis que correspondam aos requisitos da regra dos 62% (em relação ao alinhamento e às distâncias).
Felizmente, utilizando os mesmos cálculos que o método anterior, podemos derivar outra geometria, que é mais fácil de aplicar. Considerar juntar E e H com a linha recta que atravessa esse segmento no seu ponto médio e é perpendicular ao segmento mencionado. Ao colocar o eléctrodo em qualquer ponto da linha recta, os valores medidos da resistência estão entre 0,85 e 0,95 do valor real da resistência da terra do eléctrodo. Depois multiplicar o valor medido por 1,11 da resistência correcta da terra dá o valor, com um erro de menos de ± 5%. Observou-se também que à medida que a tensão do eléctrodo se afasta do segmento EH, a área onde o valor medido está dentro da gama indicada da tolerância torna-se mais ampla, tornando o método mais tolerante a alterações na posição da tensão no eléctrodo.
Talvez o erro da proposta possa parecer demasiado elevado. A fim de avaliar este ponto, vamos citar o Dr Tagg: “… vamos notar que não é necessário um elevado grau de precisão. Erros de 5-10% [na medição da resistência à terra] podem ser tolerados…. Isto porque uma resistência do solo pode variar com as mudanças de clima ou temperatura, e, uma vez que tais mudanças podem ser consideráveis, não faz sentido lutar por uma elevada precisão”.
Testadores de Resistência à Terra e Testadores de Resistência à Terra
- O instrumento pode medir a resistência e resistividade com 2, 3 ou 4 eléctrodos.
- O instrumento pode ser alimentado por baterias padrão tipo C ou por baterias.
- As medições podem ser simplificadas através da utilização de pinças actuais.
Condições normais de funcionamento:
- Correntes erráticas durante a medição AC+DC: max. 24V.
- Corrente de teste: máx. 225mA.
- Medição de voltagem: máx. 40V.
- Frequência de corrente de teste: 128Hz.
- Temperatura de trabalho: 0…40°C.
- Tensão de alimentação (para recarregar a bateria): 230V.
Saiba mais sobre medição da resistência à terra . com o Telemeter na secção Telemeter
