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Introdução
O objetivo deste artigo é proporcionar uma melhor compreensão da impedância de laço de defeito, também referida como impedância de laço de defeito à terra, para que sejam cumpridos os requisitos das regras de cablagem AS/NZS 3000 para segurança, conceção, instalação e ensaio de instalações eléctricas.
É possível calcular a impedância do circuito de falha manualmente ou usando um software. Cable Pro Web pode calcular com precisão a impedância do circuito de defeito.
Este documento fornece:
- A base teórica subjacente à impedância do circuito de defeito, que conduzirá a uma melhor compreensão por parte de quem tem de efetuar os projectos e cálculos.
- Um guia prático para executar os processos e procedimentos para atender aos requisitos da norma australiana e neozelandesa AS/NZS 3000:2018.
- Informações sobre como a impedância do loop de defeito é utilizada pelo software Cable Pro Web para calcular o tamanho do cabo de terra.
Fundamentos teóricos da impedância do laço de defeito
O circuito de falha de terra num sistema MEN inclui os seguintes componentes:
- O condutor de ligação à terra de proteção (PE), incluindo o terminal/conexão ou barra de ligação à terra principal e a ligação MEN.
- O caminho de retorno do neutro que consiste no condutor neutro (N) entre o terminal neutro principal e o ponto neutro do transformador.
- O caminho através do enrolamento do transformador.
- O condutor ativo (A) até ao ponto do defeito.
O loop de defeito à terra é normalmente considerado como sendo constituído pelas duas partes seguintes:
- Condutores a montante ou "externos" ao ponto de referência.
- Condutores a jusante ou "internos" ao circuito a partir do ponto de referência.
A figura 2 mostra o circuito de defeito à terra para um curto-circuito ativo-terra. No momento do defeito, a corrente fluirá através do loop de defeito à terra, sendo a sua magnitude limitada pela impedância total do percurso (Zs), que é obtida a partir da soma das impedâncias dos elementos individuais.
Requisitos das normas australianas
A AS/NZS 3000 Wiring Rules aplica-se em toda a Austrália e Nova Zelândia e é referência, no todo ou em parte, na legislação de todos os estados da Austrália e da Nova Zelândia. Por conseguinte, a conceção e a instalação de todos os circuitos eléctricos nestas regiões devem cumprir os requisitos mínimos desta norma.
Um requisito básico de segurança estabelecido na norma AS/NZS 3000 é a proteção das pessoas contra o "contacto indireto" com partes sob tensão. A desconexão automática da fonte de alimentação é a forma mais comum de satisfazer este requisito. No entanto, há um pouco mais do que isso.
Para estar em conformidade com as Regras de Cablagem, cada circuito de uma instalação eléctrica deve ser concebido de modo a que a desconexão automática da fonte de alimentação ocorra dentro de um período de tempo especificado, quando ocorrer um curto-circuito de impedância negligenciável entre o condutor de terra ativo e de proteção ou outra parte condutora exposta em qualquer ponto da instalação eléctrica.
Para cumprir este requisito da norma AS/NZS 3000 quando ocorre um defeito ativo para a terra, e esta é a parte importante, a impedância total do percurso do circuito de defeito (que consiste em todos os condutores, ligações e contactos, bem como os enrolamentos do transformador) deve ser suficientemente baixa para permitir o fluxo de corrente suficiente para garantir que o dispositivo de proteção funcione dentro do tempo especificado.
Por conseguinte, devem ser obtidas a impedância total efectiva do laço de defeito à terra (Zs) e a impedância máxima permitida do laço de defeito Zmax.
Cálculo da impedância real do laço de defeito (Zs)
A impedância total do laço de defeito à terra (Zs) é aproximadamente igual à soma das impedâncias de todos os componentes do circuito no percurso da corrente de impedância do laço de defeito apresentado na figura 2.
Ou seja, a impedância total do laço de defeito é igual a:
A impedância interna (Zint) é calculada como:
Um método preciso que a Cable Pro utiliza para determinar a impedância dos condutores no percurso do laço de defeito à terra é utilizar os dados de resistência e reactância indicados na norma AS/NZS 3008.1 - Instalações eléctricas - Seleção de cabos.
Para calcular a impedância externa (Zext), é utilizada a regra da AS/NZS 3000 de que pelo menos 80 % da tensão nominal de fase estará disponível na posição do dispositivo de proteção.
Cálculo da impedância máxima permitida do laço de defeito (Zmax)
A impedância real do circuito de defeito (Zs) deve ser inferior ao máximo permitido para garantir que o dispositivo de proteção do circuito dispara durante um defeito.
A impedância máxima permitida do circuito de defeito (Zmax) é calculada com base na classificação do dispositivo de proteção da seguinte forma:
Onde
Uo = Tensão de fase nominal.
Ia = Corrente que assegura o funcionamento automático do dispositivo de proteção.
Zmax = Impedância máxima do circuito de falha à terra.
Ia para o disjuntor é a corrente média de disparo, como se segue:
- Tipo B = 4 (típico) × corrente nominal
- Tipo C = 7,5 (típico) × corrente nominal
- Tipo D = 12,5 (típico) × corrente nominal
- Ia para os fusíveis são valores médios adequados da norma AS 60269.1.
Note que o valor real do multiplicador de disparo pode variar e no software Cable Pro este valor é alterado para corresponder à configuração real do dispositivo de proteção.
O valor da impedância máxima do laço de defeito à terra (Zmax) em relação à impedância total real (Zs) pode ser utilizado para determinar o tamanho adequado do cabo de terra (explicado abaixo).
Como calcular o tamanho do cabo de terra
A dimensão do cabo de terra tem de ser suficiente para garantir:
- Impedância adequada do laço de defeito à terra (Zs).
- Capacidade adequada de transporte de corrente para correntes de defeito à terra prospectivas durante um período de tempo pelo menos igual ao tempo de disparo da proteção do circuito associado (equação adiabática).
- Resistência mecânica adequada.
A seleção do tamanho do cabo de terra é determinada a partir de
(a) O quadro 5.1 da norma AS/NZS 3000:2018, que fornece as dimensões conservadoras dos cabos de terra em relação à maior dimensão do cabo ativo (ou soma, quando existem circuitos paralelos).
(b) Por cálculo - isto exige que se conheçam os pormenores do dispositivo de proteção. Ao calcular a dimensão do cabo de terra,deve ser assegurada uma impedância de loop de defeito à terra adequada.
