Regimes de neutro em instalações de muito alta, média e baixa tensão

Figura 3 – Ligação do neutro à terra através de uma Bobina de Peterson e esquema da bobina

Quando ocorre um defeito a corrente capacitiva (I_C) é neutralizada pela corrente através da bobina (I_L), que é igual à corrente de defeito e à corrente capacitiva, mas desfasada desta de 180°, compensando também a corrente devida à capacidade entre os condutores da linha e a terra, corrente essa que varia com a configuração da rede.

Verifica-se assim a seguinte igualdade:

│I_C│ = 2│(√3)I│ = │3I│

O diagrama de tensões e correntes, a quando do defeito fase-terra, é o representado na Figura 4.

Figura 4 – Diagrama de tensões e correntes durante o defeito fase-terra

 

O factor de potência aproxima-se da unidade, o que facilita a extinção do arco eléctrico, visto que a tensão e a corrente têm um “zero” no mesmo instante.

No caso de um defeito transitório a bobina suprime o defeito de forma definitiva sem sobreintensidades e sem interrupção de serviço.

Se o defeito é permanente, a sobreintensidade é suprimida e é possível a continuação do funcionamento da instalação, embora com o potencial das fases sãs igual à tensão composta.

A bobina de Peterson utiliza-se habitualmente em redes de cabos subterrâneos muito longas, quando se exige que não haja disparo ao primeiro defeito.

As vantagens deste sistema são:

• Redução da corrente de defeito, mesmo que a capacidade entre as fases e a terra seja elevada.
• Extinção espontânea de defeitos não permanentes.
• A tensão de contacto é limitada no local do defeito.
• A instalação permanece em serviço mesmo em caso de um defeito permanente.
• O primeiro defeito é indicado através da corrente que circula através da bobine.

Em contrapartida, os inconvenientes são:

• Custo elevado, porque a bobina tem que ser adaptada à compensação das capacidades da linha.
• É necessário garantir que a corrente residual no sistema eléctrico durante o defeito não é perigosa para as pessoas ou equipamentos.
• Elevado risco de sobretensões transitórias no sistema elétrico.
• Necessita de pessoal treinado, para supervisionar o funcionamento do sistema.
• Dificuldade implementar o sistema de proteções para o primeiro defeito.

Reactância de neutro

A reactância de neutro, quando os transformadores têm os enrolamentos ligados em triângulo (d) é basicamente um transformador zig-zag, que cria um “neutro artificial”, como se representa na Figura 5, ao qual se pode associar ou não uma impedância.

Figura 5 – Ligação do neutro à terra através de impedância com transformador zig-zag

A tensão estipulada (4) da reactância tem que ser igual à tensão nominal da rede MT onde aquela está Instalada.

A corrente estipulada da reactância é definida pelo valor máximo da corrente de defeito fase-terra, sendo designada por 3I₀ (componente homopolar).

O valor da impedância homopolar por fase, Z₀, calcula-se de acordo com a expressão:

Z₀ = Un / ((√3).I₀)

Em Portugal, os valores normalizados pela EDP para o valor da impedância homopolar são 1000 A (redes subterrâneas) e 300 A (redes mistas – aérea/subterrânea), indicando-se na Tabela 1 os valores das correntes (3I₀) e impedâncias homopolares (Z₀), em função da tensão nominal da rede.

Tabela 1 – Correntes e impedâncias homopolares, em função da tensão nominal da rede

 

As vantagens deste sistema são as seguintes:

• Limita o valor das correntes de defeito.
• Proteções fáceis de implementar se a limitação da corrente for superior à corrente capacitiva no sistema.
• A impedância possui baixa resistência e não dissipa grande quantidade de energia térmica, assim sendo o tamanho pode ser reduzido.

Por outro lado as desvantagens são:

• A continuidade de serviço é degradada, o defeito tem de ser eliminado o mais rápido possível assim que ocorre.
• Quando os defeitos são eliminados, podem ocorrer sobretensões elevadas devido à ressonância que pode ocorrer entre as capacidades e a reatância da rede de distribuição.

Resistência de neutro

A resistência de neutro está ligada ao ponto de neutro (acessível) dos enrolamentos MT dos transformadores, como se representa na Figura 6.

Figura 6 – Ligação do neutro à terra através de uma resistência

 

Em funcionamento normal, o neutro do transformador está praticamente ao mesmo potencial da terra e a resistência é percorrida pela corrente residual, devido principalmente às harmónicas de 3ª ordem.

Em Portugal, os valores normalizados pela EDP para o valor da impedância homopolar são 1000 A (redes subterrâneas) e 300 A (redes mistas – aérea/subterrânea), indicando-se na Tabela 2 os valores das correntes homopolares (3I₀) e das resistências mínimas (R_min), em função da tensão nominal da rede.

Tabela 2 – Correntes e resistências mínimas, a 20 °C, em função da tensão nominal da rede

As vantagens deste sistema são as seguintes:

• Bom compromisso entre um valor baixo da corrente de defeito e fácil eliminação de sobretensões.
• Não exige equipamento com isolamento fase-terra dimensionado para tensões compostas (fase-fase).
• Sistemas de proteção simples e seletivos.

Já as desvantagens que o sistema apresenta são:

• A continuidade de serviço é bastante afetada e os defeitos à terra têm de ser eliminados o mais rápido possível (disparo ao primeiro defeito)
• O custo aumenta com o valor da tensão da rede e o valor máximo da corrente de defeito fase-terra

Na utilização destes sistemas existe uma situação particular, que são as redes que alimentam vários motores (como acontece nas redes industriais) ou que incluem geradores.

Nestes casos, pode ser requerido limitar a corrente de defeito fase-terra a valores baixos (≈ 20-50 A), para evitar que em caso de escorvamento, aconteça a destruição do circuito magnético da máquina, permitindo a sua reparação por simples bobinagem.

 

6. REDES DE DISTRIBUIÇÃO E UTILIZAÇÃO BT

A classificação dos regimes de neutro das redes de distribuição BT e as respectivas redes e instalações de utilização é estabelecida de acordo com a Norma IEC(7) 60364-4-41 e como definido nas Regras técnicas de Instalações Eléctricas de Baixa Tensão (RTIEBT) – Secção 312.2, sendo definidos três regimes:

• Regime TT
• Regime TN
• Regime IT

a) Regime TT

Neste regime o neutro da instalação e as massas metálicas são ligados à terra separadamente (terra de serviço e terra de protecção, respectivamente), como se representa na Figura 7.

Figura 7 – Sistema TT

O neutro da instalação é ligado à terra de serviço, não no ponto de neutro do transformador, mas sim no barramento de neutro do Quadro Geral de Baixa Tensão (QGBT).

Os eléctrodos de terra de serviço e de terra de protecção devem ser electricamente distintos (suficientemente afastados para que a corrente máxima susceptível de ser escoada por um deles não modifique, de forma significativamente, o potencial do outro).

De acordo com o Regulamento de Segurança de Subestações e Postos de Transformação e Seccionamento (RSSPTS) os valores das resistências da terra não devem ultrapassar os seguintes valores:

- Terra de serviço: 10 Ω

- Terra de protecção: 20 Ω

A generalidade das instalações de utilização BT usa o regime TT.

Se o defeito não for sólido a corrente de defeito é baixa e a protecção contra curto-circuitos pode não “ver” o defeito ou actuar num tempo demasiado longo..

Assim, a protecção das pessoas contra contactos indirectos é complementada com aparelhos de corte sensíveis à corrente diferencial-residual (interruptores e disjuntores diferenciais – sensibilidades habituais: 10 mA; 30 mA; 300 mA; 500 mA; 1 A).

Figura 8 – Aparelho de corte sensível à corrente diferencial-residual

Em situações normais, sem defeito, verifica-se que a soma das correntes que é vista pelo toro é nula, isto é:

I₁+I₂+I₃+I_N = 0

Em caso de defeito tal não acontece, isto é:

Onde I_F representa a corrente de defeito.

b) Regime TN

Neste regime o neutro da instalação é ligado à terra e a ligação das massas metálicas à terra é feita através do condutor de neutro, que se designa por PEN, como se representa na Figura 9.

Figura 9 – Sistema TN

O regime TN divide-se em dois esquema – Esquema TN-C, Esquema TN-S e Esquema TN-C-S.

i) Esquema TN-C

Neste esquema o condutor de neutro é também utilizado como condutor de protecção (PEN), como se representa na Figura 10, apenas podendo ser utilizado quando a secção do condutor de neutro é ≥ 10 mm2.

Figura 10 – Esquema TN-C

Fonte: RTIEBT

 

Neste esquema o condutor de neutro não pode ser cortado pelos aparelhos de corte e manobra.

Em Portugal o regime de neutro da rede pública de distribuição BT é o TN-C, verificando-se as seguintes condições (8):

• Nas redes aéreas o neutro é ligado à terra em vários postes ao longo do trajecto da rede (pontos singulares da rede tais como derivações, fins-de-linha, etc., e distâncias não superiores a 300 m nas canalizações principais).

• Nas redes subterrâneas o neutro é ligado à terra em cada armário de distribuição.
• A resistência global da terra de neutro, por cada saída do posto de transformação, não deve exceder 10 Ω.

Nas instalações de utilização com esquema TN-C o valor da corrente de defeito fase-terra é habitualmente elevado, pelo que a protecção contra curto-circuitos é, na generalidade dos casos, suficiente para complementar a protecção das pessoas contra contactos indirectos, desde que o tempo de corte não seja superior a 0,20 s para a tensão nominal fase-neutro de 230 V (RTIEBT).

Caso tal não possa ser garantido deverão ser usadas protecções diferenciais.

As vantagens mais significativas da utilização do esquema TN-C são a supressão de um pólo nos aparelhos de corte e de um condutor nos cabos (o condutor PE).

Em contrapartida  este esquema requer pessoal mais qualificado, aumenta os custos de manutenção/exploração (necessidade de controlo periódico da continuidade do neutro) e aumenta o risco de incêndio devido ao facto de as correntes de defeito fase-terra terem valores mais elevados.

ii) Esquema TN-S

Neste esquema os condutores de neutro (N) e de protecção (PE) são separados, como se representa na Figura 11. Este esquema utiliza-se quando a secção do condutor de neutro é ˂ 10 mm2 e não pode ser instalado a montante do regime TN-S.