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02/09/2010
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SISTEMA DE PROTEO CONTRA
DESCARGAS ATMOSFRICAS
SPDA
CONSIDERAES INICIAIS
- A fim de se evitar falsas expectativas sobre o sistema deproteo(SPDA), necessrio fazer os seguintesesclarecimentos :
1 - A descarga eltrica atmosfrica (raio) um fenmeno da natureza absolutamente imprevisvel e aleatrio, tanto em relao s suas caractersticas eltricas (intensidade de corrente, tempo de durao, etc), como em relao aos efeitos destruidores decorrentes de sua incidncia sobre as edificaes.
2 - Nada em termos prticos pode ser feito para seimpedir a "queda" de uma descarga em determinadaregio. No existe "atrao" a longas distncias, sendoos sistemas prioritariamente receptores. Assim sendo,as solues internacionalmente aplicadas buscam tosomente minimizar os efeitos destruidores a partir dacolocao de pontos preferenciais de captao econduo segura da descarga para a terra.
3 - A implantao e manuteno de sistemas de proteo (pra-raios) sonormalizadas internacionalmente pela IEC (International EletrotecnicalComission) e em cada pas por entidades prprias como a ABNT(Brasil), NFPA (Estados Unidos) e BSI (Inglaterra).
4 - Somente os projetos elaborados com base em disposies destasnormas podem assegurar uma instalao dita eficiente e confivel.Entretanto, esta eficincia nunca atingir os 100 % estando, mesmoestas instalaes, sujeitas falhas de proteo. As mais comuns so adestruio de pequenos trechos do revestimento das fachadas deedifcios ou de quinas da edificao ou ainda de trechos de telhados.
CONSIDERAES INICIAIS
5 - No funo do sistema de pra-raios proteger equipamentos eletro-eletrnicos (comando de elevadores, interfones, portes eletrnicos, centrais telefnicas, subestaes, etc), pois mesmo uma descarga captada e conduzida a terra com segurana, produz forte interferncia eletromagntica, capaz de danificar estes equipamentos. Para sua proteo, dever ser contratado um sistema adicional, especfico para instalao de supressores de surto individuais (protetores de linha).
6 - Os sistemas implantados de acordo com a Norma, visam proteo da estrutura das edificaes contra as descargas que a atinjam de forma direta, tendo a NBR-5419 da ABNT como norma bsica.
CONSIDERAES INICIAIS
7 - de fundamental importncia que aps ainstalao haja uma manuteno peridicaanual a fim de se garantir a confiabilidade dosistema. So tambm recomendadas vistoriaspreventivas aps reformas que possamalterar o sistema e toda vez que a edificaofor atingida por descarga direta.
CONSIDERAES INICIAIS
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FORMAO DAS DESCARGAS ATMOSFRICAS
- Aps tantas civilizaes o homem acaboudescobrindo que o raio corrente eltrica e por issodever ser conduzida o mais rpido possvel para osolo, minimizando seus efeitos destrutivos.
- O primeiro cientista a perceber que se tratava de umfenmeno Fsico/Eltrico , foi Benjamin Franklin(1752)
EXPERINCIA PERIGOSA
DE FRANKLIN
Benjamin Franklin amarrou um fio bem fino de metal na pipa e uma chave na ponta. A partir da chave, um fio de seda que ele segurava com a mo esquerda; com a mo direita um outro fio de metal que fazia contato com o solo. Ao aproxim-lo da chave, esta soltava fascas. Foi assim que surgiram os pra-raios muito conhecidos hoje em dia.
EXPERINCIA PERIGOSA
DE FRANKLIN FORMAO DOS RELMPAGOS
FORMAO DOS RELMPAGOS
A maioria dos raios ou
relmpagos comea e
termina dentro das
nuvens. So poucos os
que vm para o cho. E
justamente desses que
devemos nos prevenir!!
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No momento inicial do relmpago, isto , alguns milsimos de
segundos antes da descarga, a nuvem e o solo ficam com uma
diferena de potencial que pode variar de 10 kV a 100 kV,
formando assim um gigantesco ....
Em resumo, podemos dizer que: o raio, relmpago ou descarga
atmosfrica, o arco eltrico formado entre uma nuvem
eletricamente carregada e um ponto da superfcie da terra.
COMO NASCEM E MORREM OS RAIOS
1- No incio, forma-se uma pequena fasca e, neste estgio
denominada Lder Escalonado.
2 O Lder Escalonado a medida que vai descendo, vai se
ramificando pelo caminho.
3 Ao aproximar-se do solo(aproxim. 50 metros), sai a uma
velocidade de 1500 km/s, outra fasca, chamada Descarga
Piloto.
Em resumo, podemos dizer que: o raio, relmpago ou descarga atmosfrica,
o arco eltrico formado entre uma nuvem eletricamente carregada e um ponto
da superfcie da terra.
4- Neste momento, as duas fascas se encontram. chamada de
Descargas de Retorno ou Principal. Isso o que de fato, enxergamos.
5 A Descarga de Retorno ou Principal, ento, comea a subida em
direo nuvem a uma velocidade de 30.000 km/s e intensidade de
corrente eltrica de 2 kA a 200 kA.
6 Quando a fasca chega l, neste momento ela atinge o mximo da
luminosidade.
EFEITO DOS RAIOS
Os raios ocorrem num curtssimo espao de tempo(200 milsimos de
segundo), e em funo disso as instalaes eltricas(residenciais,
comerciais ou industriais) podem atingir de forma direta estruturas de edificaes, o sistema de pra-raios, as fiaes eltricas, redes de energia
eltrica, postes, e, de forma indireta, em funo da radiao
eletromagntica, induzir sobretenses nas estruturas, nas linhas de energia
eltrica, cabos subterrneos, cabos de comunicaes e de transmisso de
dados.
ELEMENTOS QUE COMPEM UM SISTEMA DE
PROTEO (SPDA)
CAPTAO
-Tm como funo receber as descargas que incidam sobre o topo da edificao e distribui-las
pelas descidas.
- composta por elementos metlicos, normalmente mastros ou condutores metlicos devidamente
dimensionados.
DESCIDAS
- Recebem as correntes distribudas pela captao encaminhando-as o mais rapidamente para o
solo. Para edificaes com altura superior a 20 metros tm tambm a funo de receber
descargas laterais, assumindo neste caso tambm a funo de captao devendo os condutores
ser corretamente dimensionados para tal.
-No nvel do solo as descidas devero ser interligadas com cabo de cobre nu #50 mm2.
ANIS DE CINTAMENTO
- Os anis de cintamento assumem duas importantes funes.
- A primeira equalisar os potenciais das descidas minimizando assim o campo eltrico dentro da
edificao.
- A segunda receber descargas laterais e distribui-las pelas descidas. Neste caso tambm
devero ser dimensionadas como captao.
-Sua instalao dever ser executada a cada 20 metros de altura interligando todas as descidas.
ATERRAMENTO
- Recebe as correntes eltricas das descidas e as dissipam no solo.
- Tem tambm a funo de equalizar os potenciais das descidas e os potenciais no solo, devendo
haver preocupao com locais de freqncia de pessoas, minimizando as tenses de passo nestes
locais.
- Para um bom dimensionamento da malha de aterramento imprescindvel a execuo de uma
prospeco da resistividade de solo previamente.
Proteo contra descargas
atmosfricas ( Para-raios)
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Histrico.
O estudo cientifico do raio teve inicio em 1752, quando Benjamim Franklin, valendo-se de um papagaio ( ou pipa) munido de linha metlica, empinou-o num dia nublado propenso a queda de raios e verificou que ocorriam choques quando se tocava na linha metlica.
Lendas, Crenas e Crendices
O homem sempre teve medo do raio.Em conseqncia, surgiram varias lendas e crendices a seu respeito. Deuses eram associados aos raios. Varias simpatias existiam, e ainda existem, para proteger as pessoas de raios , tais como:
No abanar para o raio em dias de tempestade;
Acender velas;
Ficar escondido;
Rezar encolhidinho;
Cobrir espelhos;
Carregar amuleto colhido no local da queda de um raio.
Mito: Um raio nunca cai 2 vezes no mesmo lugar...
O Brasil o pais com a maior
incidncia de raios no mundo.
Magnitude de corrente do Raio.
0,1% excede 200.000 Amperes.
0,7% excede 100.000 Amperes.
6% excede 60.000 Amperes.
50% excede 15.000 Amperes.
Raio,Relmpago e trovoada
Raio: uma gigantesca fasca eltrica, dissipada rapidamente sobre a terra, causando efeitos danosos.
Relmpago: a luz gerada pelo arco eltrico do raio.
Trovoada: ao rudo ( estrondo) produzido pelo deslocamento do ar devido ao sbito aquecimento causado pela descarga do raio.
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Locais a serem evitados durante a
ocorrncia de tempestades
Picos de colinas.
Topo de construes.
Campos abertos, campos de futebol.
Estacionamentos.
Piscinas, lagos e costa martimas.
Sob arvores isoladas.
Legislao Vigente
No Brasil os sistemas de para-raios
devem atender a Norma Brasileira
NBR-5419/01 da ABNT ( Associao
Brasileira de Normas Tcnicas.
NR-10 do Ministrio do Trabalho.
Decreto 32.329/92 .
Definies:
Descarga Atmosfrica: Descarga eltrica de
origem atmosfrica entre uma nuvem e a terra
ou entre nuvens, consistindo em um ou mais
impulsos de vrios quiloamperes.
Raio: Um dos impulsos eltricos de uma
descarga atmosfrica para a terra.
Tipos de proteo.
Proteo Isolada: aquela em que os
componentes do sistema de proteo
esto colocados acima e ao lado da
estrutura , mantendo uma distancia em
relao a esta suficientemente alta para
evitar descargas captor-teto ou
descidas-faces laterais fachada.
Tipos de proteo.
Proteo no isolada: aquela em que captores e descidas so colocados diretamente sobre a estrutura; note-se que as normas editadas ate a dcada de 60 pediam um afastamento dos condutores de poucos centmetros ( 10 a 20 cm), o que no mais exigido por nenhuma das normas revisadas a partir das dcadas de 70 e 80.
O SPDA ( Para-Raios) composto
por basicamente 03 subsistemas:
a) Sistema de captao.
b) Sistema de descidas.
c) Sistema de aterramento.
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Sistema de captores.
Tem a funo de receber os raios , reduzindo ao Maximo a probabilidade da estrutura ser atingida diretamente por eles e deve ter a capacidade trmica e mecnica suficiente para suportar o calor gerado no ponto de impacto, bem como os esforos eletromecnicos resultantes. A corroso pelos agentes atmosfricos tambm deve ser levada em conta no seu dimensionamento, de acordo com o nvel de poluio e o tipo de poluente da regio.
Sistema de descidas.
Tem a funo de conduzir a corrente do raio recebida pelos captores ate o aterramento, reduzindo ao mnimo a probabilidade de descargas laterais e de campos eletromagnticos perigosos no interior da estrutura; deve ter ainda capacidade trmica suficiente para suportar o aquecimento produzido pela passagem da corrente, resistncia mecnica para suportar os esforos eletromecnicos e boa suportabilidade a corroso.
Sistema de aterramento.
Tem a funo de dispersar no solo a corrente
recebida dos condutores de descida,
reduzindo ao mnimo a probabilidade de
tenses de toque e de passo perigosas; deve
ter capacidade trmica suficiente para
suportar o aquecimento produzido pela
passagem da corrente e , principalmente,
devem resistir a corroso pelos agentes
agressivos encontrados nos diversos tipos de
solos.
Mtodos de proteo
Modelo eletrogeometrico.
Mtodo Franklin.
Mtodo da Gaiola de faraday.
Modelo Eletrogeometrico.
a mais moderna ferramenta com que
contam os projetistas dos SPDA para
estruturas. baseado em estudos feitos
a partir de registros fotogrficos , da
medio dos parmetros dos raios , dos
ensaios em laboratrios de alta tenso,
do emprego das tcnicas de simulao e
modelagem matemtica.
Mtodo Franklin
Este mtodo baseado na proposta inicial
feita por Benjamim Franklin e tem por base
uma haste elevada. Esta haste na forma de
ponta , produz , sob a nuvem carregada, uma
alta concentrao de cargas eltricas,
juntamente com um campo eltrico intenso.
Isto produz a ionizao do ar , diminuindo a
altura efetiva da nuvem carregada, o que
propicia o raio atravs do rompimento da
rigidez dieltrica do ar.
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Mtodo Franklin- ngulos de
abrangncia.
De acordo com a NBR 5419/01 temos para
um prdio residencial ( nvel de proteo lll) os
seguintes ngulos de proteo:
45 graus- prdios com altura ate 20 metros
35 graus prdios com altura entre 20 e 30 metros.
25 graus prdios com altura entre 31 e 45 metros.
Exemplo de instalao de captor
tipo Franklin
Outros exemplos de aplicao de
captores tipo FranklinMtodo da Gaiola de Faraday.
O mtodo Faraday tambm conhecido como mtodo da utilizao dos condutores em malha ou gaiola.
Captores em malha consistem em uma rede de condutores dispostos no plano horizontal ou inclinado sobre o volume a proteger. As gaiolas de Faraday so formadas por uma rede de condutores envolvendo todos os lados do volume a proteger.
Quanto menor forem as distancias dos condutores das malhas, maior ser o nvel de proteo.
Ainda sobre a Gaiola de Faraday
Este mtodo o mais utilizado em varias partes do mundo.
Ele foi especificado em norma a partir de 1993.
o mais recomendado para edifcios com grades reas especialmente em grandes alturas,sendo o mesmo obrigatrio para prdios com mais de 60 metros de altura.
Para um prdio residencial ou comercial comum ( nvel de proteo tipo lll) o mesh ou modulo da malha devera ser de 10 x 20 m.
Exemplo de aplicao da gaiola de
faraday.
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Regras bsicas para a construo
de captores:
Qualquer que seja o mtodo escolhido para a proteo deve-se:
- Instalar um condutor na periferia do teto( em anel).
- Instalar condutores nas periferias ( em anel ) de todas salincias das estruturas ( casa de maquinas dos elevadores, chamins,etc).
- Instalar o sistema captor , que completando a malha sobre o teto interligado com os anis das salincias, quer colocando hastes verticais de maneira que todo o teto esteja dentro do volume de proteo ( Franklin ou modelo eletrogeometrico).
Interligao das antenas e massas
metlicas ao sistema de captao.
Todas as partes metlicas existentes no
teto, como escadas, beirais, mastros de
luz piloto e antenas , farao parte do
sistema captor e devero ser
interligadas aos condutores mais
prximos.
Uso dos componentes naturais
como captores
A utilizao racional de
componente naturais
das edificaes, como
telhados , rufos , telhas
metlicas e armaes
de ao do concreto
armado , podem reduzir
enormemente os custos
e aumentar a eficincia
do sistema captor.
Materiais utilizados nos captores
Cobre e suas ligas.
Alumnio e suas ligas.
Ao inoxidvel e ao galvanizado a
quente.
Dimensionamento.
MATERIAL SECAO MINIMA
COBRE 35 MM2
ALUMINIO 70 MM2
ACO 50 MM2
Para- raios radioativos
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Proibio do para-raios radioativo
Depois de pelo menos quinze anos de
utilizao irrestrita no Brasil, os captores
radioativos tiveram sua fabricao
proibida pelo CNEN-Comissao Nacional
de Energia Nuclear, atraves da
Resoluo n. 4 , de 19 de abril de 1989,
e publicada no Dirio Oficial da Unio do
dia 9 de maio.
Remoo do captor radioativo
As Descidas
Depois da descarga atmosfrica ter sido
recebida pelo sistema de captores, as
correntes correspondentes devero ser
conduzidas ao sistema de aterramento
por um conjunto de condutores
denominados condutores de descida.
Os condutores de descida sero
instalados de maneira que:
Os condutores suportem trmica e mecanicamente as correntes e os respectivos esforos dinmicos.
No hajam descargas laterais.
Os campos eletromagnticos internos sejam mnimos.
No haja risco para as pessoas prximas .
Suportem o impacto dos raios .
No haja danos as paredes.
Os materiais usados resistam as intempries e a corroso.
Materiais para Descidas.
Cobre.
Alumnio.
Ao galvanizado a quente ou embutido no concreto.
Dimensionamento.
MATERIAL DESCIDA ATE 20 M
DESCIDA ACIMA 20 M
COBRE 16 MM2 35 MM2
ALUMINIO 25 MM2 70 MM2
ACO GALV.OU
EMBUTIDO
50 MM2 50 MM2
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Numero de descidas e
espaamento.
Para um prdio residencial/comercial ( nvel de proteo lll) o numero de descidas o resultado da diviso do permetro do prdio por 20 ( espaamento Maximo para o nvel de proteo lll) .
Por exemplo para um prdio de largura 15 metros e comprimento 25 metros , temos o permetro como a soma dos 4 lados do prdio ( 15 + 15 + 25 + 25 = 80m). O numero de descidas ser igual a 80/20 = 4 descidas.
Descidas de cabos Generalidades.
Os condutores de descida devem ser
espaados regularmenteem todo o permetro .
Sempre que possvel , instalar descidas em
cada canto da estrutura.
No mnimo so necessrios dois condutores
de descida em qualquer caso.
O comprimento destes trajetos devera ser o
menor possvel.
Condutores de descidas-Instalacao.
Se a parede for de material no combustvel , os condutores de descida podem ser instalados na superfcie ou embutidos na parede.
Os condutores de descida devem ser retilneos e verticais , de modo a prover o caminho mais curto e direto para a terra. Curvas fechadas devem ser evitadas.
Os condutores de descida devem ser instalados a uma distancia mnima de 0,5 m de portas, janelas e outras aberturas.
Os condutores de descidas no devem ser instalados dentro de calhas ou tubos de guas pluviais, para evitar corroso.
Os cabos de descida devem ser protegidos contra danos mecnicos ate, no mnimo 2,5 m do solo.
Evitar a proximidade e o paralelismo das descidas do SPDA com os circuitos das instalaes eltricas, comunicaes , gs.
Forma dos condutores.
Cabos.
Fitas metlicas e barras chatas.
Cantoneiras
Condutores de descidas naturais.
Elementos da estrutura podem ser
considerados como condutores de
descida naturais se atender os quesitos
previstos na norma principalmente
quanto a continuidade eltrica ao longo
do tempo.
Podem ser considerados como
descidas naturais:
As instalaes metlicas.
Os pilares metlicos da estrutura.
As armaes de ao interligadas das
estruturas de concreto armado.
Os elementos da fachada , tais como
perfis e suportes das fachadas
metlicas.
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Sistema de aterramento.
Generalidades.
Considerado
elementos de uma
malha de terra:
- Eletrodo de terra
-Condutor de
aterramento.( Cu Nu
no inferior a 16
mm2, ou em solos
alcalinos >=25mm2)
Sistema de aterramento.
Generalidades.
Do ponto de vista da proteo contra o raio, um subsistema de aterramento nico e integrado a estrutura prefervel e adequado para todas as finalidades.
Subsistemas de aterramento distinto devem ser interligados atravs de ligao equipotencial de baixa impedncia.
Requisitos de um aterramento.
Baixa resistncia de aterramento ( deve ser menor que 10 ohms).
Alta capacidade de conduo de corrente.
Resistncia de aterramento variando pouco com as estaes do ano.
Proporcionar segurana ao pessoal, evitando potenciais ao toque, passo e transferncia perigosos.
(evitar cjoques eltricos e proteger sistemas eltricos)
Resistividade do solo
As caractersticas do solo, no que diz
respeito a sua homogeneidade devem
ser conhecidas.
Para saber precisamente a resistividade
do solo necessrio realizar medies
com Megger.
Fatores que influenciam na
resistividade do solo
Composio qumica: presena de sais
e cidos. Para correo utiliza-se
produtos qumicos circundante ao solo.
Umidade. Se nvel cai a menos de 20%
a alterao da resistividade
significativa. Por isso a profundidade dos
eletrodos deve ser adequado para no
sofrer este efeito
Fatores que influenciam na
resistividade do solo
Temperatura: Temperaturas abaixo de zero grau no so bons os efeitos. Para acima deste valor a resistividade do solo e resistncia do aterramento se reduzem.
Natureza Geolgica:Solos turvos apresentam baixa resistividade. Solos pedregosos e/ou arenosos apresentam alta resistividade
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Eletrodo de aterramento.
o conjunto de elementos do sistema
de aterramento que assegura o contato
eltrico com o solo e dispersa a corrente
para a terra.
a) Aterramento natural das fundaes.
b) Condutores em anel.
c) Hastes verticais ou inclinados.
d) Condutores horizontais radiais.
Dimensionamento.
MATERIAL ELETRODO DE
ATERRAMENTO
COBRE 50 MM2
ALUMINIO NO PERMITIDO
ACO GALV. A QUENTE
OU EMBUT.
80 MM2
Materiais utilizados nas instalaes. Captores tipo franklin
Mini-captores ( terminais areos) Suportes e elementos de fixao.
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Sistemas de Aterramento. Proteo Interna
Importncia.
Com a evoluo da
eletrnica, os danos
causados
indiretamente pelos
raios esto se
tornando cada vez
mais importantes ,
tanto para usurios
como para as
seguradoras.
Surto um transitrio que ocorre
em uma rede eltrica.
Dispositivos de proteo.
Centelhadores a gs.
Centelhadores a ar.
Varistores.
Para-raios de linha.
Diodos especiais.
Filtros.
Supressor de surto eltrico
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Supressor de surto telefnico. Supressor de surto para informtica.
Supressor de surto para CFTV. A medio da Resistncia.
A medio da resistncia de terra de um
eletrodo pode ser feita pelo mtodo do
ampermetro e voltmetro ou, mais
facilmente, por um aparelho construdo
especialmente para essa finalidade e
que denominado terrmetro ou
telurimetro.
Terrmetro modelo Minipa Terrmetro Modelos Instrutherm.
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Terrmetro Modelo Instrum.Mili-amperimetro Modelo Instrutherm.
Manuteno.
Os SPDA instalados devem atender a NBR 5419/01 da ABNT.
Os componentes metlicos ( suportes, mastros , conectores, elementos de contraventagem, etc ) devem estar isentos de oxidao e fuligem.
Todos os componentes , em especial, os condutores eltricos devem estar tensionados e firmemente conectados garantindo uma perfeita ligao eltrica e mecnica.
Os valores de resistncia hmica devem estar abaixo de 10 ohms.
Periodicidade das inspees
Uma inspeo visual do SPDA deve ser
efetuada anualmente ( item 6.3.1 da
NBR 5419/01).
Dado as condies climticas e dos
nveis de poluio na cidade de So
Paulo recomendamos tambm uma
inspeo completa e medio hmica
dos aterramentos do sistema.
Documentao tcnica
Projeto e memorial tcnico do SPDA ( prdios novos).
Croqui ou as built para prdios existentes e que passaram por reforma.
Atestado de medio hmica e abrangncia do para-raios assinado por Eng. Eletricista.
ART ( Responsabilidade Tcnica) do Eng. Responsvel.
Copia ( Xerox) do documento funcional ( CREA) do eng. Eletricista.
Comprovante de emisso de captor radioativo para o CNEN.