proteção contra efeitos das correntes eletricas do choque e aterramento
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Mdulo ??Dimensionamento de instalaoeltrica pela demanda de consumo
Seminrios Tcnicos 2003Eletricistas e Tcnicos
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Mdulo 4 BProteo contra os efeitos dascorrentes eltricas do choqueeltrico e aterramento dainstalao de baixa tenso.
Seminrios Tcnicos 2003Eletricistas e Tcnicos
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Siemens Ltda. As informaes aqui contidas correspondem ao estado atualtcnico, e esto sujeitas a alteraes sem aviso prvio.
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sMdulo 04Proteo contra os efeitos das correntes eltricas do choqueeltrico e aterramentos da instalao de baixa tenso.
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sProteo contra os efeitos das correntes de choque eltrico e aterramentos da instalao de BT 2
ndice
Pgina
1. Aterramento1.1. Fundamentos 3
1.2. Eletrodos de aterramento independentes para equipamentos especficos 4
1.3. Tipos de aterramento 4
1.4. Eletrodos de Aterramento 4
1.5. Esquemas de Aterramento 6
1.5.1. Classificao dos esquemas 7
1.5.2. Esquemas TN-C, TN-S e TN-C-S 7
1.5.3. Esquema TT 9
1.5.4. Esquema IT 10
1.6. Aterramento de neutro 11
2. Efeito da corrente eltrica no corpo humano 11
3. A proteo contra choque na NBR 54103.1. Proteo contra choque por contato direto 14
3.1.1. Isolao 14
3.1.2. Barreiras ou Invlucros 14
3.2. Proteo contra choque por contato indireto 15
3.2.1. Proteo por seccionamento automtico da alimentao 16
3.2.2. Princpios bsicos 16
3.2.3. Ligaes equipotenciais 17
3.2.4. Esquema TN 18
3.2.5. Esquema TT 20
4. Dispositivos DR4.1. Princpio de funcionamento 23
4.2. Tipos de DR 24
4.3. Dispositivos DR 25
4.4. Principais caractersticas 27
5. Anotaes 31
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1. Aterramento
1.1. Fundamentos
Aterramento para muitos, ainda uma arte, para outros, ainda muito emprico. Para a NBR 5410 obrigatrio.
Um aspecto que preocupa a maioria dos tcnicos o eletrodo de aterramento (a malha de aterramento),
mas preciso ficar claro que, a malha somente uma parte do conjunto. Em muitas aplicaes no ,
sequer, a mais importante. E o mais crtico que do eletrodo de aterramento a grande preocupao o
valor da resistncia de terra. O que muitos ainda no sabem que um bom aterramento vai muito alm do
valor baixo de resistncia de terra. Para exemplificar, vamos admitir que uma malha tenha 1 ohm de
resistncia, este valor inegavelmente bom, mas qualquer pequena tempestade suficiente para queimar
as centrais telefnicas, telefones sem fios, aparelhos de fax e placas de fax-modem dos computadores.
Sejamos sinceros este aterramento est bom? Para a grande maioria das instalaes o eletrodo de
aterramento est bem definido, na norma NBR 5410 (edio de 1997).
Para comear, vamos definir o conceito de aterramento em instalaes eltricas de BT. Aterrar prover um
sistema ou instalao de um potencial de referncia e/ou de um caminho de baixa impedncia para a
corrente de falta.
Quanto ao primeiro aspecto da definio parece bem claro a todos, mas quanto ao segundo, ainda nos dias
atuais podemos encontrar muitas instalaes que ainda no consideram este aspecto muito importante.
Neste aspecto, a terra deve ser considerada um elemento do circuito por onde pode circular uma corrente,
seja ela, proveniente de uma falta ou descarga atmosfrica No caso da corrente de falta o fenmeno
eletrodinmico e a corrente percorre sempre um caminho fechado incluindo a fonte e a carga. No caso da
descarga atmosfrica o fenmeno eletrosttico a corrente circula pela terra para neutralizar as cargas.
Portanto pode-se concluir que:
A terra no um sumidouro de corrente
O aterramento implementado pelos eletrodos de aterramento, que so partes condutoras, que so
enterradas propositadamente ou j se encontram enterradas, e que garantem um bom contato eltrico com
a TERRA.
M~~
3
M~~
3
M~~
3
M~~
3
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1.2. Eletrodos de aterramento independentes para equipamentos especficos
Para que ainda insiste em exigir que seja instalado um eletrodo de aterramento separado para um
equipamento especfico, como o caso das exigncias de alguns para: computadores, centrais PABX,
centrais de alarmes, etc... A NBR 5410 determina no item 6.4.2.4 que em cada edificao deve existir um
terminal de aterramento principal (TAP), onde feita a ligao eqipotencial principal reunindo os seguintes
elementos:
! condutor de aterramento;
! condutores de proteo principais;
! condutores de equipotencialidade principais;
! condutor neutro, se disponvel;
! barramento de equipotencialidade funcional;
! condutores de equipotencialidade ligados a eletrodos de aterramento de outros sistemas (por exemplo,
SPDA).
1.3. Tipos de aterramento
A norma de instalao eltrica de Baixa Tenso classifica os aterramentos em dois tipos, segundo a sua
funo na instalao eltrica:
! aterramento funcional: aterramento de um condutor vivo (normalmente o neutro), objetivando o correto
funcionamento da instalao;
! aterramento de proteo: aterramento das massas e dos elementos estranhos, objetivando a proteo
contra choques (contatos indiretos).
1.4. Eletrodos de Aterramento
Resistncia de aterramentoA resistncia de aterramento (RT) a resistncia eltrica entre o TAP e a Terra de Referncia.
! Tipo de solo resistivo (ohm.m)
! Terreno orgnico mido 10 a 100
! Terreno orgnico no mido 100 a 200
! Terreno arenoso 400 a 800
! Terreno rochoso > 1000
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Tipo de eletrodo Dimenses mnimas Observaes
Tubo de ao zincado 2,40 m de comprimento e dimetro nominal de
25 mm
Enterramento totalmente vertical
Perfil de ao zincado Cantoneira de (20mmx20mmx3mm) com 2,40m de comprimento
Enterramento totalmente vertical
Haste de ao zincado Dimetro de 15 mm com 2,00 ou 2,40 m de
comprimento
Enterramento totalmente vertical
Haste de ao revestida de
cobre
Dimetro de 15 mm com 2,00 ou 2,40 m de
comprimento
Enterramento totalmente vertical
Haste de cobre Dimetro de 15 mm com 2,00 ou 2,40 m de
comprimento
Enterramento totalmente vertical
Fita de cobre 25 mm de seo, 2 mm de espessura e 10 m
de comprimento
Profundidade mnima de 0,60 m. Largura na
posio vertical
Fita de ao galvanizado 100 mm de seo, 3 mm de espessura e 10m de comprimento
Profundidade mnima de 0,60 m. Largura naposio vertical
Cabo de cobre 25 mm de seo e 10 m de comprimento Profundidade mnima de 0,60 m. Posio
horizontal
Cabo de ao zincado 95 mm de seo e 10 m de comprimento Profundidade mnima de 0,60 m. Posiohorizontal
Cabo de ao cobreado 50 mm de seo e 10 m de comprimento Profundidade mnima de 0,60 m. Posio
horizontal
Figura 1 - Eletrodos de aterramento convencionais
So qualidades esperadas de um bom eletrodo:
! Baixo valor de resistncia e impedncia de aterramento,! Invarincia da resistncia e impedncia de aterramento,! Distribuio espacial conveniente.
O eletrodo de aterramento preferencial o constitudo pelas armaduras de ao embutidas
no concreto das fundaes da edificaes (NBR 5410/97).
Quando o aterramento pelas fundaes no for praticvel, podem ser utilizados os eletrodos de aterramento
convenientes, observando-se que:
! o tipo e a profundidade de instalao dos eletrodos devem considerar as mudanas nas condies do
solo,
! o projeto do aterramento deve considerar a corroso dos eletrodos de aterramento.
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Vantagens do aterramento pelas fundaes:! O concreto em contato com o solo tem uma boa condutividade;
! Boa integrao com o SPDA (principalmente quando o SPDA utiliza a mesma filosofia);
! Boa equalizao nos andares, permite usar as colunas para a tomada de terra.
Aterramento nas fundaes:! Baixa resistncia e impedncia;
! Invivel de ser medida;
! Medio desnecessria, pois o mais importante, que a equipotencializao, est garantido.
Utilizao da ferragem da estrutura:! Melhor soluo atual, tcnica e econmica;
! As ferragens com os processos construtivos atuais apresentam ligao eltrica de boa qualidade;
! Naturalmente interligadas as fundaes.
No caso de fundaes em alvenaria ou de fundaes descontinuas o eletrodo de aterramento podeser:! Uma fita de ao(#100 mm 2 e 3 mm espessura);
! Uma barra de ao de construo (#100 mm 2 ).
! Deve estar imersa no concreto das fundaes, formando um anel em todo o permetro da estrutura.
! A fita ou a barra deve ser envolvida por uma camada de concreto com espessura mnima de 5 cm.
1.5 Esquemas de Aterramento
Como podemos facilmente concluir, com uma simples anlise, que o fator mais importante na limitao da
corrente de falta, o fato desta corrente ter no percurso eletrodos de aterramento. O esquema de
aterramento a classificao que define se a corrente de falta vai passar pelo eletrodo de aterramento ou
no o esquema de aterramento.
O conceito de esquemas muito til quando h necessidade de definir os aterramentos sem ambigidades.
Trata-se de uma classificao de todas as combinaes possveis de ligaes do condutor neutro e do
condutor de proteo nos eletrodos de aterramento ou seja, todas as combinaes possveis e/ou
aplicveis de interligaes entre os aterramentos: funcional e de proteo. Por esta classificao, o
aterramento do neutro e sua ligao com o condutor de proteo ficam completamente definidos com
apenas trs letras, sem deixar margem a dvidas.
O esquema de aterramento um importante fator na proteo contra choques por contatos indiretos e
contra sobretenses.
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Em uma instalao BT tpica, os esquemas de aterramento podem ser classificados, em funo de trs
fatores:
! Do modo de aterramento do neutro da alimentao e
! Do modo de aterramento das massas da instalao.
1.5.1 - Classificao dos esquemas
utilizada a seguinte simbologia para classificar os esquemas de aterramento em baixa tenso:
! Primeira letra designa a situao do neutro da instalao em relao terra:T = um ponto de alimentao (geralmente o neutro) est ligado diretamente terra; e
I = nenhum ponto da alimentao est ligado diretamente terra (neutro isolado ou ligado terra por
meio de uma impedncia de alto valor).
! Segunda letra indica a situao das massas da instalao eltrica em relao terra:T = massas esto ligadas diretamente terra, independentemente de haver ou no um ponto de
alimentao aterrado; e
N = massas esto ligadas ao ponto de alimentao aterrado (normalmente o neutro).
Pode-se verificar que a total liberdade na escolha do sistema de aterramento a ser usado na instalao s
existir quando o suprimento de energia da instalao for feito por subestao de alimentao do
consumidor. Quando o fornecimento de energia for em baixa tenso, a escolha do esquema de aterramento
a ser utilizado pelo consumidor limitada pelo concessionrio de energia eltrica. O fato de o neutro ser ou
no fornecido tambm pode restringir o usurio: o no-fornecimento do neutro implica a utilizao dos
esquemas TT.
1.5.2 - Esquemas TN-C , TN-S e TN-C-S
Estes esquemas apresentam uma corrente de falta da mesma ordem do curto-circuito faseneutro.
Portanto, permitido que as faltas sejam detectadas por dispositivos de proteo a sobrecorrente,
instalados em todos os condutores de fase, uma vez que foram dimensionados para atuar tambm se
ocorrer curto-circuito faseneutro. Neste caso, devem ser verificadas as caractersticas de atuao dos
dispositivos a sobrecorrente na deteco da falta para terra, com o objetivo de garantir que eles
efetivamente funcionem em tais situaes.
No clculo da corrente de curto-circuito devem ser consideradas as impedncias da fonte, dos condutores
de fase sob falta e do condutor de proteo. Para permitir este clculo, o condutor de proteo deve, a
princpio, caminhar ao lado dos condutores de fase, sem interposio de elementos ferromagnticos.
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Figura 2 - Esquema de aterramento TN-C
Figura 3 Esquema de aterramento TN-S
L
L
L
PENN
Aterramentode alimentao
Massa
L
L
L
N
PE
Aterramentoda alimentao
Massa
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sProteo contra os efeitos das correntes de choque eltrico e aterramentos da instalao de BT 9
Figura 4 Esquema de aterramento TN-C-S
1.5.3 - Esquema TT
No esquema TT, a corrente de falta limitada pela:
! Resistncia do eletrodo de aterramento do neutro, aumentada do valor da resistncia de limitao
eventualmente inserida entre o ponto neutro e a terra;
! Resistncia do eletrodo de aterramento das massas (ou do condutor de proteo); e
! Resistncia dos condutores (de fase e de proteo).
A corrente de falta no esquema TT, na prtica, situa-se pelo menos uma ordem de grandeza abaixo da
corrente de curto-circuito faseneutro. Portanto, mesmo que a corrente da primeira falta seja grande, no
permitido que sua deteco seja feita por dispositivos de proteo a sobrecorrente, pois estes tm limiar de
funcionamento muito elevado em comparao com o valor da corrente de falta. Neste caso, necessrio
recorrer aos dispositivos sensveis corrente diferencial, conhecidos como dispositivo DR.
Figura 5 Esquema TT
L1
L2
L3
N
Aterramentode alimentao
Massa
PE
L1
L2
L3
PEN
Aterramentode alimentao
Massa
PE
N
-
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1.5.4 - Esquema IT
O esquema IT implementado com o neutro isolado ou aterrado por meio de uma impedncia grande o
bastante para que a corrente de falta no seja suficiente para provocar o aparecimento de uma tenso de
contato superior ao valor da tenso de contato limite (tabela I). Neste caso, no obrigatria a interrupo
na primeira falta de isolamento, desde que as condies seguintes sejam respeitadas:
! Nos esquemas ITN e ITS, a resistncia de aterramento das massas da instalao Ra:
F
La I
UR
onde:
UL = tenso de contato limite; e
IF = corrente que circula no eletrodo de aterramento das massas em uma primeira falta.
! Um dispositivo supervisor de isolamento (DSI) deve sinalizar a apario da primeira falta na instalao,acionando um sinal sonoro ou visual, quando no os dois. Aps a apario de uma primeira falta, sua
deteco e eliminao requerem o uso de dispositivos sensveis corrente diferencial sobre cada circuito.
Quando a interrupo efetuada na primeira falta, a deteco de faltas deve ser realizada por
dispositivos sensveis corrente diferencial ou por dispositivo supervisor de isolamento que provoque a
interrupo geral da alimentao.
Figura 7 Esquema IT
L1
L2
L3
N
Aterramentode alimentao
Massa
PE
Impedncia *)
*) O Neutro pode ser isolado da
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1.6. Aterramento de neutro
Quando a instalao for alimenta em baixa tenso pela concessionria, o condutor neutro deve ser sempre
aterrado na origem da instalao. O aterramento do neutro provido pelos consumidores alimentados em
baixa tenso essencial para que seja atingido o grau de efetividade mnimo requerido para o aterramento
do condutor neutro da rede pblica, conforme critrio de projeto atualmente padronizado pelas
concessionrias de energia eltrica. Do ponto de vista da instalao, o aterramento do neutro na origem
proporciona uma melhoria na equalizao de potenciais essencial segurana.
No Brasil, as redes de distribuio pblica em baixa tenso so multiaterradas, isto , o condutor neutro
aterrado em diversos pontos.
2. Efeito da corrente eltrica no corpo humano
Contato direto Contato indiretoContato com partes vivas Contato com massa que ficou sob tenso
em condio de falta
O choque eltrico o efeito patofisiolgico da passagem da corrente eltrica pelo corpo humano. Essa
passagem afeta o corpo desde uma sensao de formigamento at disfunes circulatrias e respiratrias
podendo ainda causar, queimaduras. O grau de risco para a pessoa funo da intensidade da corrente,
das partes do corpo atravessadas, e da durao da passagem da corrente. Para proteger as pessoas contra
choque eltrico preciso primeiro conhecer qual o efeito da corrente eltrica no corpo humano. Para isto
foi realizado um grande estudo, pela IEC (Comisso Eletrotcnica Internacional), baseado nos estudos de
medicina relacionando o choque com efeitos fisiolgicos no corpo humano. O resultado deste estudo est
no documento IEC 479. Esta norma define regies, na curva durao do choque eltrico x intensidade, em
funo dos efeitos causados. Pode-se da, e assim a NBR 5410 o faz, extrair as condies em que segura
a instalao eltrica, conforme pode ser visto na figura a seguir.
Uc
ph
Uc
ph
Uc
3
Id Uc
3
Id
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Figura 8 - Zona tempo/corrente - trajeto mo esquerda - ps
A curva C1 da IEC 479-1 define os limites de intensidade da corrente/durao que no podem ser
superados. A NBR 5410 estabelece que se a tenso de contato UC puder ultrapassar o valor da tenso de
contato limite, a durao da tenso de defeito deve ser limitada pela interveno de dispositivos de proteo
apropriados. Baseado nestas informaes a NBR 5410 especifica as condies de seccionamento da
alimentao para garantir a proteo das pessoas que utilizam desta instalao. Alguns princpios bsicos
norteiam o seccionamento da alimentao, alem do fato dele ter que ser automtico. O seccionamento
automtico da alimentao destina-se a evitar que uma tenso de contato se mantenha por um tempo que
Zona 1 - Habitualmente nenhuma
reao
Zona 2 - Habitualmente nenhum efeito
patofisiolgico perigoso
Zona 3 - Habitualmente nenhum risco de
fibrilao
Zona 4 - Risco de fibrilao
C1: sem fibrilao ventricular
C2: 5% de probabilidade de fibrilao
ventricular
C3: 50% de probabilidade de fibrilao
ventricular
65
In - 10mA 30mA
1 2 3 4
10000
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500
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0,1 0,2 0,5 2 5 10 20 50 100 200 1000 10000mA
Corrente de fuga
Tem
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Leve formigamento0,1 mA
Pequena contrao muscular0,5 mA
Sem efeito perigoso at 5 segundos10 mA
Risco fibrilao cardaca30 mA
Parada cardaca500 mA
Reaes Fisiolgicas habituaisCorrente (mA)
Leve formigamento0,1 mA
Pequena contrao muscular0,5 mA
Sem efeito perigoso at 5 segundos10 mA
Risco fibrilao cardaca30 mA
Parada cardaca500 mA
Reaes Fisiolgicas habituaisCorrente (mA)
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possa resultar em risco de efeito fisiolgico perigoso para as pessoas, conforme definido na IEC 479-1. Esta
medida de proteo requer a coordenao entre o esquema de aterramento adotado e as caractersticas
dos condutores de proteo e dos dispositivos de proteo. A proteo contra contatos indiretos pelo
seccionamento automtico da alimentao do circuito s possvel se forem combinadas duas condies:
! a existncia de um caminho condutor para a corrente de falta fase-massa, denominado percurso da
corrente de falta, cuja constituio depende do esquema de aterramento adotado;
! a interrupo da corrente de falta fase-massa por dispositivo de proteo adequado e em um tempo
mximo, que depende de parmetros tais como a tenso de contato presumida, a probabilidade de
ocorrncia de uma falta e a probabilidade de uma pessoa tocar na massa do equipamento durante uma
falta.
A condio (1) requer a presena de condutores de proteo ligando todas as massas da instalao a um
sistema de aterramento, formando os percursos de corrente de falta, para os diversos esquemas de
aterramento.
A condio (2) exige a presena de dispositivos de proteo, cujas caractersticas so definidas de acordo
com o tipo de esquema de aterramento.
3. A proteo contra choque na NBR 5410
A proteo contra choque que visa impedir que uma pessoa ou animal domstico estabelea contato
involuntrio com alguma parte da instalao eltrica que esteja em potencial que seja perigoso para a sua
integridade fsica, este potencial pode ser originado tanto de uma parte da instalao que est energizada
para o seu funcionamento normal, quanto de uma parte que foi acidentalmente energizada. Uma instalao
eltrica tem que ser segura ter a devida proteo tanto em situao de funcionamento normal quanto
em uma situao de falta.
A proteo contra choques deve considerar os seguintes elementos da instalao eltrica partes vivas,
massas e elementos condutores estranhos instalao.
A proteo contra choque que visa impedir o acesso s partes vivas da instalao chamada de proteo
contra choque por contato direto.
A proteo que visa impedir o choque eltrico a partir de parte condutora da instalao que normalmente
no esta energizada, mas que se tornou energizada com um potencial perigoso normalmente devido a um
defeito na isolao bsica de um componente - conhecida como proteo contra choque por contato
indireto.
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A base tcnica para as prescries de proteo contra choque nas normas brasileiras o relatrio
IEC 479-1 que trata dos efeitos do choque eltrico no corpo humano. Portanto realizar a proteo contra
choques, no mbito das normas baseadas nesta filosofia, manter as partes acessveis das instalaes
dentro dos limites estabelecidos pela IEC 479-1. A proteo contra choques, portanto, independe do valor
da tenso nominal da instalao, dependendo somente da suportabilidade do corpo humano ao choque.
3.1. Proteo contra choque por contato direto
A proteo contra choque por contato direto visa impedir um contato involuntrio com uma parte condutora
destinada a ser submetida a uma tenso no havendo defeito. Esta regra se aplica igualmente ao condutor
neutro. A maneira de impedir este acesso constitui as medidas de proteo. Cada uma das medidas tem
caractersticas especficas. A proteo contra contatos diretos deve ser assegurada por meio de:
! proteo por isolao das partes vivas,
! proteo por meio de barreiras ou invlucros,
3.1.1. Isolao
A medida de proteo contra choque por contato direto por isolao considerada como realizada quando
a isolao recobrir o total da parte viva por material isolante capaz de suportar uma matria durvel aos
inconvenientes ou condies mecnicas, eltricas ou trmicas s quais ele pode ser submetida, alm disto
necessrio que esta matria isolante s possa ser retirada por destruio. No caso dos equipamentos e
materiais montados em fbrica, a isolao deve atender s prescries relativas s normas desses
equipamentos e materiais. Quando a isolao for feita durante a execuo da instalao, a qualidade desta
isolao deve ser verificada atravs de ensaios anlogos aos destinados a verificar a qualidade da isolao
de equipamentos similares industrializado. As tintas, vernizes, lacas e produtos anlogos no so,
geralmente, considerados como constituindo uma isolao suficiente no quadro da proteo contra os
contatos diretos.
3.1.2. Barreiras ou invlucros
Quando a isolao das partes vivas for invivel ou no for conveniente para o funcionamento adequado da
instalao. Estas partes devem estar protegidas contra o contato por barreiras ou invlucros. Estas barreiras
ou invlucros devem satisfazer a NBR 6146, norma que define condies exigveis aos graus de proteo
providos por invlucros de equipamentos eltricos e especifica os ensaios de tipo para verificao das
vrias classes de invlucros. As partes vivas devem estar no interior de invlucros ou atrs de barreiras que
confiram pelo menos o grau de proteo IP2X.
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As superfcies superiores das barreiras ou dos invlucros horizontais que sejam facilmente acessveis
devem atender pelo menos ao grau de proteo IP4X. As barreiras e invlucros devem ser fixados de forma
segura e possuir robustez e durabilidade suficientes para manter os graus de proteo e a apropriada
separao das partes vivas nas condies normais de servio, levando-se em conta as condies de
influncias externas relevantes. A supresso das barreiras, a abertura dos invlucros ou coberturas ou a
retirada de partes dos invlucros ou coberturas no deve ser possvel a no ser:
! com a utilizao de uma chave ou de uma ferramenta; e
! aps a desenergizao das partes vivas protegidas por essas barreiras, invlucros ou coberturas, no
podendo ser restabelecida a tenso enquanto no forem recolocadas as barreiras, invlucros ou
coberturas; ou
NOTA: Esta prescrio atendida com utilizao de intertravamento mecnico e/ou eltrico.! que haja interposta uma segunda barreira ou isolao que no possa ser retirada sem a
desenergizao das partes vivas protegidas por essas barreiras, e que impea qualquer contato com as
partes vivas.
3.2. Proteo contra choque por contato indireto
As partes condutoras expostas dos componentes da instalao eltrica, acessveis sem que seja necessrio
desmontar o componente, e que no fazem parte do circuito eltrico deste componente, separado das
partes vivas pela "isolao bsica". Falhas nesta isolao bsica tornaro vivas as partes condutoras
expostas do componente. Denomina-se contato indireto o toque de uma parte metlica normalmente no
energizada de um aparelho eltrico que foi tornada viva por uma falha da isolao. Devem ser adotadas
medidas para proteo contra esse risco. A proteo contra choque por contato indireto o conjunto de
prescrio que visa impedir que aparea na instalao uma tenso de contato que possa resultar em risco
de efeito fisiolgico perigoso para as pessoas (ver IEC 479-1). Esta tenso de contato pode aparecer na
massa dos equipamentos ou nos elementos condutores estranhos instalao, devido a um defeito de
isolamento. A figura 1 apresenta a tenso de contato em funo do tempo de exposio. O valor mximo da
tenso de contato que pode ser mantida indefinidamente, de acordo com a IEC 479-1, em condies
especificadas de influncias externas, chamado de Tenso de contato imite convencional (UL).
A proteo contra choque por contato indireto o conjunto de prescries que visam garantir que nenhuma
pessoa ficar sujeito a uma tenso perigosa em caso de falta da isolao em algum componente da
instalao. As principais medidas de proteo contra choque eltrico, prescritas pela NBR 5410, so:
Seccionamento automtico da alimentao;
Emprego de equipamentos da classe II ou por isolao equivalente;
Separao eltrica.
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sProteo contra os efeitos das correntes de choque eltrico e aterramentos da instalao de BT 16
3.2.1. Proteo por seccionamento automtico da alimentao
O seccionamento automtico da alimentao destina-se a evitar que uma tenso de contato se mantenha
por um tempo que possa resultar em risco de efeito fisiolgico perigoso para as pessoas (ver IEC 479-1).
Esta medida de proteo requer a coordenao entre o esquema de aterramento adotado e as
caractersticas dos condutores de proteo e dos dispositivos de proteo.
3.2.2. Princpios bsicos
A proteo por seccionamento automtico da alimentao baseia-se nos seguintes princpios:
! Aterramento as massas devem ser ligadas a condutores de proteo nas condies especificadas,para cada esquema de aterramento. Massas simultaneamente acessveis devem ser ligadas mesma
rede de aterramento individualmente, por grupos ou coletivamente.
! Tenso de contato limite a tenso de contato limite (UL) no deve ser superior ao valor indicado na
tabela 19. Aos limites indicados se aplicam as tolerncias definidas na IEC 38.
Natureza da corrente Situao 1 1) Situao 2 1)
Alternada, 15 Hz 1000 Hz 50 25
Contnua sem ondulao 2) 120 60
1) As situaes 1 e 2 esto conceituadas em 5.8.1.3.1;
2) Uma tenso contnua "sem ondulao" convencionalmente definida como apresentando uma
taxa de ondulao no superior a 10% em valor eficaz; o valor de crista mximo no deve
ultrapassar 140 V, para um sistema em corrente contnua sem ondulao com 120 V nominais,
ou 70 V para um sistema em corrente contnua sem ondulao com 60 V nominais.
Figura 9 - Valores mximos da tenso de contato limite UL (V)
! Seccionamento da alimentao um dispositivo de proteo deve seccionar automaticamente aalimentao do circuito ou equipamento protegido contra contatos indiretos por este dispositivo sempre
que uma falta entre parte viva e massa no circuito ou equipamento considerado der origem a uma
tenso de contato superior ao valor apropriado de UL.
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sProteo contra os efeitos das correntes de choque eltrico e aterramentos da instalao de BT 17
3.2.3. Ligaes eqipotenciais
Ligao eqipotencial principal Em cada edificao deve existir uma ligao eqipotencial principalreunindo os seguintes elementos:
! condutor(es) de proteo principal(is);
! condutores de equipotencialidade principais ligados canalizaes metlicas de utilidades e servios
(gua, gs aquecimento, ar condicionado, etc) e a todos os demais elementos condutores estranhos
instalao existentes, incluindo os elementos metlicos da construo e outras estruturas metlicas;
! condutor(es) de aterramento;
! eletrodo(s) de aterramento de outros sistemas (por exemplo: de sistemas de proteo contra descargas
atmosfricas (SPDA), de antenas, etc.);
! condutores de aterramento funcional, se existente.
3.2.3.1.Seccionamento da alimentao
Para que fique claro o conceito de secionamento da alimentao, vamos exemplificar com os desenhos a
seguir. Quando um equipamento apresentar um defeito de isolao provocando uma energizao da massa
do equipamento uma corrente circular pelo circuito, uma parte atravs do condutor de proteo e outra
pela pessoa que estiver em contato com a massa. Este circuito deve ser seccionado e a corrente
interrompida antes que possa ocorrer efeito fisiolgico perigoso para a pessoa.
Para que exista a corrente de falta, preciso que o aterramento das massas feche o circuito da corrente de
falta. A impedncia do caminho da corrente de falta determinada pelas caractersticas do condutor de
proteo e do esquema de aterramento. O esquema de aterramento vai determinar a magnitude da corrente
de falta e conseqentemente o tipo de dispositivo de proteo a ser usado. Enquanto os disjuntores e os
fusveis so eficazes quando a corrente de falta muito superior corrente nominal do circuito (da ordem
de dez, cem ou at mil vezes), o DR eficaz para corrente de falta de valores inferiores a corrente nominal.
A escolha do dispositivo deve ser feita baseado no esquema de aterramento da instalao. O fundamental
seguir a prescrio da NBR 5410 de que a alimentao deve ser secionada automaticamente sempre que
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sProteo contra os efeitos das correntes de choque eltrico e aterramentos da instalao de BT 18
uma falta energizar uma massa com nveis de tenso superior ao suportado com segurana pelo ser
humano.
preciso frisar, no entanto, que a norma estabelece que o seccionamento deve ser feito mesmo que
nenhuma pessoa esteja tomando choque, ou seja, basta que uma corrente de falta circule pelo condutor de
proteo. Porque seno, podemos imaginar que o seccionamento automtico da alimentao feito por um
DR de alta sensibilidade (corrente inferior a 30 mA) sem o condutor de proteo est em conformidade com
a norma e isto, definitivamente, no verdade, a utilizao do DR de 30 mA no dispensa o uso do
condutor de proteo.
O emprego do DR de alta sensibilidade prescrito na norma como proteo complementar, para prevenir
perigos de utilizao em casos de defeitos, como por exemplo, a quebra do condutor de proteo como
pode ser visto na figura a seguir. Portanto a utilizao do DR de alta sensibilidade no dispensa as demais
protees estabelecidas na norma, devendo ser entendida como uma proteo de retaguarda.
3.2.4. Esquema TN
Em um esquema TN todo defeito de isolamento um curto circuito fase neutro, sendo, pois permitido que a
deteco dos defeitos sejam efetuadas por dispositivos de proteo contra as sobrecorrentes instaladas em
todos os condutores de fase. Neste caso, obrigatria a verificao das caractersticas de funcionamento
dos dispositivos, atravs da a avaliao da corrente de curto circuito mnima. Quando a proteo
assegurada por dispositivos de proteo contra sobre intensidade, necessria a fim de verificar as
condies de funcionamento destes dispositivos.
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sProteo contra os efeitos das correntes de choque eltrico e aterramentos da instalao de BT 19
O clculo da corrente de curto circuito mnima deve considerar a impedncia do percurso da corrente de
falta, incluindo a fonte, os condutores de fase em defeito e o condutor de proteo. Para permitir este
clculo, o condutor de proteo deve, em princpio, caminhar ao lado dos condutores de fase sem
interposio de elementos ferromagnticos( armaduras, telas) ou fazer parte do mesmo eletroduto.
Devem ser obedecidas as prescries descritas a seguir:
! todas as massas devem ser ligadas por condutores de proteo ao ponto da alimentao aterrado
(neutro);
! o condutor de proteo deve ser aterrado na proximidade de cada transformador de potncia ou de
cada gerador da instalao. Se existirem outras possibilidades efetivas, recomenda-se o aterramento do
condutor de proteo em tantos pontos quanto possvel.
! O aterramento mltiplo do condutor de proteo, em pontos regularmente distribudos, pode ser
necessrio para garantir que, em caso de falta para massas ou para a terra, o potencial do condutor de
proteo e das massas que lhe so ligadas permanea to prximo quanto possvel do potencial local.
Em construes de porte, tais como edifcios de grande altura, ligaes eqipotenciais entre condutor
de proteo e elementos condutores estruturais locais, so indispensveis para assegurar o
desempenho da funo do condutor de proteo.
NOTA - Pela mesma razo, especifica-se ligar o condutor de proteo terra no ponto de entrada de
cada edificao ou propriedade.
! as caractersticas dos dispositivos de proteo e as impedncias dos circuitos devem ser tais que,
ocorrendo em qualquer ponto uma falta de impedncia desprezvel entre um condutor de fase e o
condutor de proteo ou uma massa, o seccionamento automtico se efetue em um tempo no mximo
igual ao especificado. Esta prescrio ser atendida se a seguinte condio for satisfeita:
oas UI.Z Onde:
Zs impedncia do percurso da corrente de falta;
Ia corrente que assegura a atuao do dispositivo de proteo num tempo no mximo igual ao
especificado
Uo tenso nominal entre fase e terra.
TransformadorL1N
PE
IF2
IF1
IF1 + IF2I F1
+ I F
2 IF1 IF2
TransformadorL1N
PE
IF2
IF1
IF1 + IF2I F1
+ I F
2 IF1 IF2
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sProteo contra os efeitos das correntes de choque eltrico e aterramentos da instalao de BT 20
NOTA - Numa instalao dada, o valor de Zs pode ser determinado por clculo ou por medies.
Uo Tempo de seccionamento (s)
(V) Situao 1 Situao 2
115, 120, 127 0,8 0,35
220 0,4 0,20
277 0,4 0,20
400 0,2 0,05
> 400 0,1 0,02
Uo = tenso nominal entre fase e terra, valor eficaz em corrente alternada
Figura 10 - Tempos de seccionamento mximos no esquema TN
No esquema TN podem ser usados os seguintes dispositivos na proteo contra contatos indiretos:
! dispositivos de proteo a sobrecorrente;
! dispositivos de proteo a corrente diferencial-residual (dispositivos DR).
3.2.5. Esquema TT
Nos esquemas TT a corrente de defeito limitada por:
! As resistncias dos eletrodos de aterramento: das massas e do neutro, esta ltima aumentada ao valor
da resistncia de limitao que pode ser inserida entre o ponto neutro e a terra.
! A resistncia das ligaes eventuais, utilizadas por interconexo das massas e do eletrodo de
aterramento.
Devido a esta limitao da corrente de defeito a sua magnitude no ser muito grande, muito menor que a
corrente de curto circuito fase neutro. A deteco de baixas correntes de fuga, que provoca uma
degradao lenta dos isolantes, no possvel com esses dispositivos cujo valor de funcionamento muito
elevado (muitas vezes sua corrente nominal), por isso que necessria a utilizao de dispositivos
sensveis corrente diferencial. Neste caso no permitido que sua deteco seja assegurada por
dispositivos de proteo contra sobrecorrentes; pois, o seu funcionamento seria muito difcil de ser
verificvel. A deteco dos defeitos efetuada por dispositivos sensveis corrente diferencial e provocam
a interrupo da alimentao, no necessitando a verificao das condies de disparo.
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Devem ser obedecidas as prescries descritas a seguir:
! todas as massas protegidas por um mesmo dispositivo de proteo devem ser ligadas por condutor de
proteo a um mesmo eletrodo de aterramento. Se forem utilizados vrios dispositivos em srie, esta
prescrio aplicvel a cada grupo de massas protegidas pelo mesmo dispositivo;
! no esquema TT, a proteo contra contatos indiretos por seccionamento automtico da alimentao
deve ser assegurada por dispositivos a corrente diferencial-residual (dispositivos DR);
! a seguinte condio deve ser atendida:
LnA UI.R
Onde:
RA a soma das resistncias do eletrodo de aterramento e dos condutores de proteo das massas;
In a corrente diferencial-residual nominal;
UL a tenso de contato limite.
NOTA - Quando, numa mesma instalao, algumas massas se encontrarem na situao 1 e outras na
situao 2, e ambas ligadas ao mesmo eletrodo de aterramento, ou a eletrodos de aterramento
aparentemente separados mas eletricamente confundidos, deve ser adotado o menor valor de UL.
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4. Dispositivos DR
Proteo complementar contra contatos diretos:
Circuitos que sirvam a pontos situados em locais contendo banheira / chuveiro (exceto circuitos que
alimentem pontos de luz com h > 2,5m)
Circuitos que alimentem tomadas de corrente em reas externas
Circuitos de tomadas de corrente em reas internas que possam alimentar equipamentos no exterior
Circuitos de tomadas de corrente de cozinhas, copas-cozinhas, lavanderias, reas de servio, garagens
e, no geral, a todo local interno molhado em uso normal ou sujeito a lavagens (podem ser excludas as
tomadas destinadas a alimentar refrigeradores e congeladores, desde que no diretamente acessveis)
Funo Dispositivos DR5SM1 / 5SZ
Protegem pessoas contra os efeitos nocivos causados por choques eltricos, por deteco da corrente
de fuga e desligamento imediato
Protegem tambm instalaes contra falhas de isolao, evitando perdas de energia e possveis focos
de incndio
Faixas de corrente de 25, 40, 63 e 125A para correntes de fuga de 30 e 500mA em 220/380VCA
Compatveis com a exigncia da norma NBR 5410/1997
Fixao rpida por engate sobre trilho
Acessrios: Contatos auxiliares 1NA + 1NF (5SM1)
Atendem ao Sistema N - modular standard
! Dispositivo DR - Dispositivo que interrompe a corrente de carga quando a corrente diferencial residual
atinge um determinado valor.
! Corrente Diferencial Residual - a soma algbrica dos valores instantneos das correntes que
percorrem todos os condutores vivos de um circuito em um dado ponto.
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sProteo contra os efeitos das correntes de choque eltrico e aterramentos da instalao de BT 23
Figura 11 Corrente diferencial-residual
4.1. Princpio de funcionamento
A corrente diferencial residual de um circuito sem defeito de isolamento seja na carga seja nos condutores,
zero. Este valor ideal, pois por imperfeio dos materiais isolantes de que so usados na fabricao dos
condutores e das isolaes bsicas das cargas existe uma pequena corrente diferencial residual natural.
O dispositivo DR um componente da instalao que secciona a alimentao da carga ou circuito quando a
corrente diferencial residual ultrapassa um determinado valor.
Para que o DR cumpra esta funo o dispositivo construdo de tal forma que todos os condutores vivos do
circuito passe por dentro de um toroide no interior deste dispositivo. Cada condutor induz um fluxo
magntico no toroide com uma intensidade proporcional intensidade da corrente e sentido proporcional ao
sentido da corrente. Pode-se facilmente concluir que o fluxo resultante no toroide proporcional corrente
diferencial residual do circuito. O dispositivo DR usa este fluxo, atravs de um sistema de deteco, para
comandar um dispositivo de interrupo que secciona a alimentao do circuito.
Como em um circuito sem falta a corrente diferencial residual muito baixa praticamente nula o dispositivo
no atua quando no circuito aparece uma falta, a corrente diferencial assume um valor alto e
conseqentemente o fluxo magntico tambm aumenta, o sistema de deteco envia um comando para o
dispositivo de interrupo que isola a parte com defeito.
R
S
T
N
I1
I2I3IN
PE
I
-
sProteo contra os efeitos das correntes de choque eltrico e aterramentos da instalao de BT 24
Figura 12 Princpio de funcionamento dos DRs
O DR pode ser encontrado em duas formas diferentes de implementao. Quando o sistema de deteco,
incluindo o toride, e o sistema de interrupo encontram-se presentes no mesmo equipamento
denominado dispositivo DR. Quando o sistema de deteco, incluindo o toride, e o sistema de interrupo
encontram-se em equipamentos distintos, o sistema de interrupo da corrente usado normalmente o
disjuntor e o DR um mdulo que se acopla a este disjuntor. A primeira opo usada nas instalaes
prediais e a segunda nas instalaes industriais.
4.2. Tipos de DRs
! AC Apenas corrente alternada
! A Corrente alternada e pulsante
! B Alternada, pulsante e CC pura
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sProteo contra os efeitos das correntes de choque eltrico e aterramentos da instalao de BT 25
4.3. Dispositivos DR
Figura 14 Dispositivos DR
Os Dispositivos DR ou Disjuntores DR de corrente nominal residual (In ) at 30 mA,so destinados a
proteo de pessoas,e, acima deste valor,so apropriados a proteo de instalaes eltricas.
Dispositivos DR ou Disjuntores DR do tipo AC so aplicados em circuitos de corrente alternada, sendo
resistentes sobretenses transitrias.So normalmente utilizados em instalaes eltricas prediais, como
tambm em instalaes eltricas industriais de caractersticas similares.
Os do tipo A (antigo B) so aplicados em circuitos de corrente alternada e contnua pulsante, sendo
fortemente resistentes s acentuadas sobretenses transitrias tpicas das grandes instalaes eltricas
industriais. Dispositivos DR de corrente nominal residual (In) de 10 mA, so utilizados em circunstncias
especiais,como,por exemplo,para proteo de pessoas que sofreram intervenes cirrgicas
delicadas,como a correo de distrbios cardacos.
Para projetos tpicos com circuitos de entrada e de distribuio, podem ser utilizados os Dispositivos DR que
atuam de forma seletiva, o que permite que seja desligada somente a parte da instalao que apresente
falha.
Dispositivo DR seletivo de caracterstica S, tem um retardo de disparo conforme prescrito pela norma IEC
1008. Para uma corrente nominal residual de 30 mA, o Dispositivo DR seletivo de caracterstica K, tem seu
disparo retardado em 10 ms acima dos valores normais de atuao, o que permite uma seletividade fina e
adequada proteo de pessoas.
Os Disjuntores DR, alm da proteo contra correntes de fuga terra, protegem as instalaes eltricas das
correntes de sobrecarga e curto-circuito. So aplicados Dispositivos DR ou Disjuntores DR normalmente
nas configuraes de rede TN-S (Fase/PE) e TT (Fase/N/PE).
Dispositivos DR obedecem a norma IEC 1008 e os Disjuntores DR a IEC 1009.
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sProteo contra os efeitos das correntes de choque eltrico e aterramentos da instalao de BT 26
Mdulo DR
O mdulo DR um componente da instalao que detecta a corrente diferencial residual e comanda a
interrupo no disjuntor. Esta opo dada sempre em disjuntores industriais, que seguem a norma NBR
60947-2. A interrupo ocorre no disjuntor, logo a capacidade de interrupo do conjunto definido pela
capacidade de interrupo do disjuntor.
O mdulo DR (Diferencial-Residual) foi concebido para ser montado posteriormente no disjuntor pelo
cliente. A combinao de disjuntor SENTRON VL e mdulo DR pode ser alimentada tanto pelo lado superior
como pelo inferior. Todos os disjuntores SENTRON VL com mdulo DR podem ser fornecidos com blocos
de contatos auxiliares e de alarme, bobina de mnima tenso e bobina de desligamento distncia, sendo
sua montagem dependente dos acessrios j existentes no disjuntor.
O mdulo DR detecta a presena de correntes diferenciais/residuais dentro dos sistemas de distribuio.
AplicaoProteo de pessoas em redes TT, IT e TN (ajuste In = 30mA, td instantneo). Proteo de instalaes e
equipamentos contra sobrecarga ou contra danos causados por faltas terra (proteo de falta terra).
O mdulo DR se vale de uma soma vetorial de todas as correntes de fase, acionando o trip do disjuntor
quando a corrente de falta terra ultrapassa os valores ajustados de corrente de atuao e de tempo de
retardo.
CaractersticasFcil montagem pelo cliente Kit para montagem lateral de acordo com DIN 50 023 para os disjuntores
SENTRON VL160X, sob cdigo de encomenda 3VL9112-5GB30 / 3VL9 112-5GB40.
O Boto de teste do mecanismo de disparo (trip) possibilita o teste funcional do bloco DR montado Boto de
reset/trip (por questo de segurana evita que o disjuntor seja religado antes que o boto de reset/ trip
tenha sido acionado)
O circuito para desligamento remoto do disjuntor no necessita de fonte de tenso externa (para os
disjuntores SENTRON VL160 at VL400). O cliente dever disponibilizar a chave remota e fiao dupla
Indicao via LED permite a superviso visual do mdulo DR:
! verde - I 25% de In
! verde + amarelo - 25% < I < 50% do valor ajustado de I.n
! verde + amarelo + vermelho I 50% do valor ajustado de In.
Contato de alarme reversvel (NAF) para os disjuntores VL160 at VL400, para indicao de disparo por
atuao do mdulo DR SENTRON VL160 VL400 disponveis para uso em at 690V CA "Power
disconnect" possibilita o teste dieltrico sem a necessidade de desconexo de cabos As caractersticas
funcionais do disjuntor no so prejudicadas pela insero do bloco DR Auto-alimentado, no necessitando
de tenso externa.
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sProteo contra os efeitos das correntes de choque eltrico e aterramentos da instalao de BT 27
4.4. Principais caractersticas para selecionar DR
! In (A)
! In (mA ou A)
! Un (V)
! Iint (A ou kA)
! f (Hz)
! N plos
Dispositivos DR Tipo AC5SM1 / 5SM3
Bipolares - Sensibilidade 30 e 300 mA " 25A, 40A, 63A e 80A
Tetrapolares - Sensibildade 30, 300 mA " 25A
Tetrapolares - Sensibilidade 30, 300 e 500 mA " 40A, 63A, 80A, 125A e 125A (selet. S)
Acessrios para 5SM1 Tipo AC/A) " Contato auxiliar 1NA + 1NF
Dispositivos DR Tipo A5SM1 / 5SZ
Bipolares - Sensibilidade 10 mA " 16A
Tetrapolares - Sensibilidade 30 mA " 40A (selet. K), 40A, 63A, 80A e 125A
- Sensibilidade 300 mA " 63A (selet. S), 160A
- Sensibilidade 500 mA " 63A, 125A, 160A, 224A
Ligao de DRs tetrapolares em redes a 2 condutores
O circuito do boto de teste utiliza o ltimo plo de Fase e o plo de Neutro
N
CARGACARGA
FN
N
CARGACARGA
F1F2
N
CARGACARGA
FN
N
CARGACARGA
F1F2
-
sProteo contra os efeitos das correntes de choque eltrico e aterramentos da instalao de BT 28
Como ligar no Esquema TN
Como ligar no Esquema TT
PEN
TN-C-S TN-S
L1L2L3NPE
N PE PEN
PEN
TN-C-S TN-S
L1L2L3NPE
N PE PEN
PEN
TN-C-S TN-S
L1L2L3NPE
N PE PEN
L1L2L3N
L1L2L3N
PEPE
L1L2L3N
L1L2L3N
PEPE
-
sProteo contra os efeitos das correntes de choque eltrico e aterramentos da instalao de BT 29
Boto de Teste
! Obrigatrio por norma
! Verificao peridica do funcionamento
Quadro Metlico Quadro MetlicoMontagem de um DR na entrada Montagem de dois DRs por setor
1
23
R Iteste
N
1
23
R Iteste
N
-
sProteo contra os efeitos das correntes de choque eltrico e aterramentos da instalao de BT 30
Quadro PlsticoMontagem de dois DRs por setores
Quadros de Distribuio Plsticos ( 1 fileira e 2 fileiras)
-
sProteo contra os efeitos das correntes de choque eltrico e aterramentos da instalao de BT 31
5. Anotaes
-
Mdulo ??Dimensionamento de instalaoeltrica pela demanda de consumo
Seminrios Tcnicos 2003Eletricistas e Tcnicos
s
FbricaSo Paulo:Rua Cel. Bento Bicudo, 111Lapa 05069-900Tel. (55 11) 3833-4511Fax (55 11) 3833-4655
VendasBelo Horizonte:Tel. (55 31) 3289-4400Fax (55 31) 3289-4444
Braslia:Tel. (55 61) 348-7600Fax (55 61) 348-7639
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Fortaleza:Tel. (55 85) 261-7855Fax (55 85) 244-1650
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Recife:Tel. (55 81) 3461-6200Fax (55 81) 3461-6276
Rio de Janeiro:Tel. (55 21) 2583-3379Fax (55 21) 2583-3474
Salvador:Tel. (55 71) 340-1421Fax (55 71) 340-1433
So Paulo:Tel. (55 11) 3817-3000Fax (55 11) 3817-3071
Mdulo 4 BProteo contra os efeitos dascorrentes eltricas do choqueeltrico e aterramento dainstalao de baixa tenso.
Seminrios Tcnicos 2003Eletricistas e Tcnicos
s
Produtos e Sistemas Industriais,
Prediais e Automao Siemens
Central de Atendimento Siemens
Tel. 0800-119484
e-mail: [email protected]
www.siemens.com.br
Siemens Ltda. As informaes aqui contidas correspondem ao estado atualtcnico, e esto sujeitas a alteraes sem aviso prvio.
Produzido em mai/03IND2-3/2129-CA