Aterramento de antenas

PROJETO DE GRADUAO EM ENGENHARIA ELTRICA

ATERRAMENTO DE ANTENAS DE TV EM EDIFICAES RESIDENCIAIS

Sanderson Queiroz de Lima 02/50872

Braslia, Julho de 2009

ii

PROJETO DE GRADUAO EM ENGENHARIA ELTRICA


Por: Sanderson Queiroz de Lima 02/50872

ORIENTADOR Prof. Alcides Leandro da Silva


iii


Por: Sanderson Queiroz de Lima

Monografia submetida ao Departamento de Engenharia Eltrica da Faculdade de Tecnologia da Universidade de Braslia como parte dos requisitos necessrios para a obteno do grau de Engenheiro Eletricista

Banca Examinadora: Prof. Alcides Leandro da Silva, Mestre (UnB) (Orientador) Prof. Francisco Damasceno Freitas, Doutor (UnB) (Examinador Interno) Prof. Franklin da Costa Silva, Doutor (UnB) (Examinador Interno)


iv

RESUMO

Parte desse trabalho mostrar os benefcios da equipotencializao e aterramento

como forma de proteo s pessoas e equipamentos eletrnicos contra os efeitos das

descargas atmosfricas indiretas.

Pela pesquisa, constatou-se que apesar de os efeitos oriundos por descargas

atmosfricas diretas serem muito graves, a maioria dos prejuzos e acidentes envolvem

descargas indiretas nas proximidades das residncias. Em alguns casos, mesmo com a

instalao de um Sistema de Proteo contra Descargas Atmosfricas (SPDA), danos

severos a equipamentos eletrnicos no foram evitados.

Percebeu-se que apesar de haver uma preocupao no cumprimento, quando

necessrio, da norma NBR 5419/2005, que trata de proteo contra descargas atmosfricas,

no h a mesma preocupao quanto necessidade de proteo contra os efeitos das

descargas indiretas. A importncia da equipotencializao e aterramento, conforme a NBR

5410/2004 (Instalaes Eltricas em Baixa Tenso), muitas vezes negligenciada ou

simplesmente desconhecida.

De acordo com a NBR 5419/2005, qualquer corpo metlico elevado acima da

construo deve ser considerado, para fins de projeto, como captor natural. Assim, corpos

metlicos, como antenas de TV, devem ser considerados como captor natural por estarem

sujeitas aos efeitos de descargas atmosfricas. Esses corpos, como captores naturais,

devem ser ligados ao restante do sistema de proteo, garantindo um caminho para a

descarga terra. Diretrizes essas constantemente negligenciadas ora por desconhecimento

das normas, ora por motivo de custos.

A pesquisa revelou, tambm, que um projeto de aterramento e equipotencializao

pode, alm de proteger o interior da construo contra as descargas atmosfricas, prolongar

a vida de equipamentos eletrnicos sensveis minimizando interferncias eletromagnticas

e melhorando o sinal de recepo de equipamentos de telecomunicaes.

v

DEDICATRIA

Dedico este trabalho a todos aqueles que de forma direta ou indireta tenham me ajudado a

concretizar mais este objetivo.

Aos meus pais Sr. Edson Ferreira de Lima e Sra. Sara Queiroz de M. Lima que sempre me

ampararam nos grandes momentos de dificuldades;

E ao meu irmo Weldson Queiroz de Lima e sua esposa Larissa Lima, que sempre se

mostraram solcitos e compreensivos.

Sanderson Queiroz de Lima

vi

AGRADECIMENTOS

Em primeiro lugar agradeo a Deus por ter me provido de sade, determinao e sabedoria

para superar todas as dificuldades durante a graduao;

Ao meu orientador professor Alcides Leandro da Silva, pela pacincia, discusses e apoio

durante todo o tempo que passamos juntos; seja como seu monitor em Instalaes Eltricas

e Eletricidade, seja como seu orientando no trabalho de fim de curso;

Aos membros da ENETEC Empresa Junior, que reacenderam a chama do desejo de

encontrar solues aos problemas, enquanto trabalhvamos em equipe, nos projetos

solicitados;

Aos meus colegas de faculdade, que compartilharam comigo das batalhas do saber, aos

professores e funcionrios do Departamento de Engenharia Eltrica por sua presteza e

ateno;

Por fim, agradeo Universidade de Braslia UnB, por ter dado as condies necessrias

para a realizao deste curso.

Sanderson Queiroz de Lima

vii

SUMRIO

1. INTRODUO ..............................................................................................................1

1.1. Metodologia...........................................................................................................1

2. O RAIO NA HISTRIA ............................................................................................ .. 3

2.1. O circuito eltrico terrestre ....................................................................................6

2.2. A formao dos raios.............................................................................................8

2.3. O descarregamento para a terra ...........................................................................10

2.4. A composio dos raios.......................................................................................13

2.5. Probabilidade de queda........................................................................................16

3. OS RISCOS ..................................................................................................................21

3.1. A potncia de um raio...........................................................................................21

3.2. Descargas diretas .................................................................................................23

3.2.1. Situaes de risco por exposio ........................................................25

3.3. Descargas indiretas ..............................................................................................27

3.3.1. Tenses induzidas................................................................................28

3.3.1.1. Captor natural.......................................................................32

3.3.1.2. Os cabos de comunicao ....................................................34

3.3.1.3. Outros efeitos causados por sobretenso .............................36

3.3.2. Interferencia Eletromagntica (EMI) .................................................37

3.3.2.1. Fontes de EMI e sistemas de proteo .................................38

4. PROTEO EXTERNA ............................................................................................39

4.1. Nveis de proteo ...............................................................................................42

4.2. Definio de SPDA .................... ........................................................................42

4.3. Componentes de um SPDA ...............................................................................46

4.3.1. Subsistema de captores ......................................................................47

4.3.1.1. A filosofia "Franklin"........................................................... 48

4.3.1.2. A filosofia "Gaiola de Faraday"........................................... 51

4.3.1.3. O modelo eletrogeomtrico ................................................. 53

4.3.1.4. O sistema hbrido ................................................................ 56

4.3.2. Cabos de descida ............................................................................. ..57

4.4. Modelo de descarga de retorno .......................................................................... 58

4.5. Roteiro de um Projeto de Proteo ......... ............................................................62

4.6. Histria da NBR 5419 ......................... ..............................................................63

viii

4.7. O processo de reviso da Norma ........................................................................ 64

5. PROTEO INTERNA ....... ......................................................................................66

5.1. Aterramento ........................................................................................................ 66

5.1.1. Resistncia de aterramento .................................................................68

5.1.2. Resistividade do solo ............ .............................................................71

5.1.3. Umidade do solo .......... ......................................................................72

5.1.4. Concentrao de sais ..........................................................................73

5.1.5. Outros elementos do aterramento ......................................................74

5.1.5.1. Condutores de aterramento ..................................................76

5.1.5.2. Terminal de aterramento principal ......................................77

5.1.5.3. Condutores de proteo .......................................................77

5.2. Equipotencializao ............................................................................................78

5.2.1. Sobretenses geradas por descargas atmosfricas ............ ................80

5.2.2. Equipamentos Eletrnicos Sensveis .......... .......................................81

5.2.3. Malha interna de equipotencializao ................................................82

5.2.4. Ligao equipotencial ........................................................................83

5.2.5. Condutor PEN ..... ...............................................................................84

5.3. Compatibilidade Eletromagntica....................................................................... 85

5.4. Qualidade de energia eltrica (QEE) ................................................................. 85

5.4.1. Problemas tpicos ...............................................................................87

5.4.2. Aterramento para sinal de referncia .................................................89

6. ANTENAS E ATERRAMENTO ........ ......................................................................91

6.1. O conceito de antenas .......................................................................... .............91

6.2. Tipos de antenas .............................................................................. ..................92

6.2.1. Antenas Yagi-Uda .............................................................................. 94

6.2.2. Antenas Parablicas ........................................................................... 95

6.3. Tipos de risco .............................................................................. ......................96

6.4. O aterramento da antena .............................................................................. ......97

6.5. Vistorias em condomnios .............................................................................. ..99

7. CONCLUSES ........................................................................................................101

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ...........................................................................103

ix

LISTA DE FIGURAS

Figura 2.01 - Experimento de Franklin ...................................... ........................................04

Figura 2.02 - Outros experimentos de Franklin ..................................................................05

Figura 2.03 - Circuito eltrico global ..................................................................................07

Figura 2.04 - Circuito eltrico equivalente .........................................................................07

Figura 2.05 - Estao fixa para medio de corrente de descarga .......................................08

Figura 2.06 - Circuito eltrico global ..................................................................................09

Figura 2.07 - Induo de cargas positivas na sombra da nuvem ................... .....................10

Figura 2.08 - Processo de descarga nuvem-solo ..................................................................12

Figura 2.09 - Tipos de descarga nuvem-solo .......................................................................13

Figura 2.10 - Sistema de localizao otimizado . ................................................................14

Figura 2.11 - rea de cobertura do RINDAT ......................................................................15

Figura 2.12 - Mapa cerunico coberto pelo RINDAT ........................................................16

Figura 2.13 - rea de cobertura de um paralelepipezide ...................................................18

Figura 3.01 - Forma da onda de um raio ..................................... ........................................21

Figura 3.02 - Descarga para multiplos pontos .......................... ............. ............................24

Figura 3.03 - Registro de uma descarga direta sobre uma rvore ............. .... .....................25

Figura 3.04 - Onda de sobretenso devido a descarga direta sobre LT .. ............................27

Figura 3.05 - Onda eletromagntica irradiada pela corrente de retorno .... .........................28

Figura 3.06 - Corrente induzida ...................................... ....................................................29

Figura 3.07 - Placa de PABX queimado aps descarga sobre antena no aterrada .... ........31

Figura 3.08 - Placa de PABX queimado aps descarga sobre antena no aterrada .... ........31

Figura 3.09 - Formas de incidncia de tenso induzida ........................ .... .........................33

Figura 3.10 - Tenso sobre um cabo coaxial .. ........................ .... .......................................34

Figura 3.11 - Blindagem de um cabo coaxial ........................... ..........................................35

Figura 4.01 - Falibilidade dos sistemas de proteo ............................................................44

x

Figura 4.02 - Configurao de um SPDA tipo Franklin .....................................................49

Figura 4.03 - Configurao de um SPDA tipo Gaiola de Faraday ............... ......................52

Figura 4.04 - Representao esquemtica de aplicao do EGM.........................................54

Figura 4.05 - Efeito da amplitude de corrente na blindagem de linha . ...............................55

Figura 4.06 - Configurao hbrida .... ................................................................................56

Figura 4.07 - Curva exponencial dupla .................... ..........................................................58

Figura 4.08 - Curva de Heidler......... ..................................................................................59

Figura 4.09 - Simulao da funo de Heidler......... ..........................................................61

Figura 5.01 - Clculo do valor da resistncia de aterramento ..............................................69

Figura 5.02 - Eficincia mxima ....................... .................................................................70

Figura 5.03 - Eficincia reduzida ........................................................................................71

Figura 5.04 - Indice de umidade .........................................................................................72

Figura 5.05 - Efeito do tipo de concentrao de sais ...........................................................74

Figura 5.06 - Descida pelo captor .......... .............................................................................79

Figura 5.07 - Descida pela rede ...........................................................................................80

Figura 5.08 - Elevao de potencial ....................... .............................................................81

Figura 5.09 - Filosofia de aterramento ......... .....................................................................83

Figura 5.10 - Barra de equipotencializao ........ .................. .... .........................................83

Figura 5.11 - Vista geral de um sistema de equalizao em malha densa............... ...........90

Figura 6.01 - Padres de irradiao das antenas .................... .............................................93

Figura 6.02 - Exemplo de antena Yagi-Uda .................... ...................................................94

Figura 6.03 - Exemplo de antena parablica ............... ........ ..............................................95

Figura 6.04 - Mastro da antena aterrado e ligado ao PEN da residncia .................... ........98

Figura 6.05 - Exemplo de aterramento de antena pelo NEC ......... ....................................98

Anexo B - Fotos de acidentes com raios......... .................................................................108

xi

LISTA DE TABELAS

Tabela 2.01 - Densidade de descarga das capitais cobertas pelo RINDAT .................. ......17

Tabela 2.02 - Fator de ponderao A ..................................................................................19

Tabela 2.03 - Fator de ponderao B ..................................................................................19

Tabela 2.04 - Fator de ponderao C....................................................................................19

Tabela 2.05 - Fator de ponderao D ................... ..............................................................20

Tabela 2.06 - Fator de ponderao E ...................................................................................20

Tabela 3.01 - Intensidade das correntes de descarga direta..................................................22

Tabela 3.02 - Caractersticas das descargas atmosfricas.. ..................................................22

Tabela 3.03 - Espessura mdia dos cabos de descida...........................................................30

Tabela 3.04 - Tenso total em funo da seo transversal do cabo de descida ..................30

Tabela 3.05 - Comparao entre SPDA e sistema de antena de TV..... ...............................32

Tabela 4.01 - Nveis de eficincia de proteo.....................................................................42

Tabela 4.02 - ngulos de proteo em funo da altura...... ................................................50

Tabela 4.03 - Largura mxima entre cabos do reticulado..... ...............................................52

Tabela 4.04 - Raio de atrao em funo da corrente de descarga ......................................54

Tabela 4.05 - Efeito da altura da estrutura no valor do Ra. ..................................................56

Tabela 5.01 - Faixa de valores usuais de resistividade .......................................................71

Tabela 5.02 - Influncia da concentrao de sais na resist. do solo .....................................73

Tabela 5.03 - Dimenso dos eletrodos convencionais ........................................................75

Tabela 5.04 - Sees mnimas dos condutores de aterramento ...........................................76

Anexo A - Classificao das estruturas quanto ao nvel de proteo ................................107

xii

SIGLAS E SIGNIFICADOS

BEP ................................................................. Barramento de Equipotencializao Principal

BT ......................................................................................................................Baixa Tenso

EES.................................................................................Equipamentos Eletrnicos Sensveis

ELAT................................................................... Grupo de Eletricidade Atmosfrica (INPE)

EGM .................................................. Electrogeometric Method (Mtodo Eletrogeomtrico)

EMC ............................. Electromagnetic Compatibility (Compatibilidade Eletromagntica)

EMI........................................ Electromagnetic Interference (Interferncia Eletromagntica)

INPE ......................................................................Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais

LEP ....................................................................................... Ligao Equipotencial Principal

LT .........................................................................................................Linha de Transmisso

NEC ......................................................... National Eletric Code (Cdigo Eltrico Nacional)

PEM .....................................................................................................Pulso Eletromagntico

QEE ..........................................................................................Qualidade de Energia Eltrica

RINDAT ..........................Rede Integrada Nacional de Deteco de Descargas Atmosfricas

SE ..........................................................................................................................Subestao

SPDA....................................................Sistema de Proteo Contra Descargas Atmosfricas

TAP...................................................................................Terminal de Aterramento Principal

1

1. INTRODUO

Pessoal, eu at hoje fico na dvida se uma antena de TV colocada sobre uma

casa, sem nenhuma proteo de raios, pode ser perigosa. Muitas pessoas no tm nenhum

sistema pra-raios e usam antenas de TV sem nem mesmo preocupar com os raios. Falem

o que vocs souberem sobre antena externa e raios. [Frum Clube do Hardware, 2006]

Este comentrio foi retirado de um frum de discusses de informtica. Pelas

respostas percebeu-se que a dvida era muito comum e que a soluo dada muitas vezes se

resumia ao nmero e geometria das hastes de aterramento para se alcanar um resistividade

do solo menor que 10 . A partir dessa indagao, normas, legislaes, dados cientficos e

empricos foram buscados com o intuito de formular uma resposta. A curiosidade pelo

tema constituiu-se em grande motivao para a pesquisa.

O objetivo deste trabalho fazer uma abordagem tcnica dos riscos que

representam as descargas atmosfricas para os sistemas de captao e transmisso de sinal,

bem como para o ser humano, quando da falta de Sistema de Proteo contra Descargas

Atmosfricas (SPDA). Focado o fenmeno da tenso induzida sobre antenas de TV,

visto que estas, normalmente instaladas no alto das edificaes, comportam-se como captor

natural, propiciando condies necessrias para um caminho de descida do raio durante

tempestades. Como a instalao de antenas e cabos de comunicao no realizada

juntamente com a construo das residncias, constata-se uma despreocupao com o

aterramento da antena de TV, o que pode desencadear acidentes.

1.1 Metodologia

Este trabalho foi desenvolvido em seis captulos e anexos, assim distribudos:

No captulo 2 apresentada uma breve introduo quanto ao estudo dos raios na

histria, passando pelo estudo e deteco do raio nos dias de hoje, das condies

ambientais necessrias para a ocorrncia uma descarga, dos elementos constituintes dos

raios, e por fim, uma avaliao da possvel necessidade de se instalar um SPDA. No

captulo 3, apresenta-se de forma detalhada a importncia de se conhecer a fora e

capacidade dos raios no intuito de evitar os problemas fsicos e financeiros causados todos

2

os anos pelas descargas atmosfricas. Definem-se as situaes de risco e suas

conseqncias. O captulo 4 mostra os benefcios inerentes a uma boa proteo contra

descargas atmosfricas, graas ao conhecimento de como a natureza se comporta, e como

se prevenir das descargas. Aborda-se tambm a importncia do bom dimensionamento dos

subsistemas compostos de um SPDA. Foca-se tambm, a importncia do estudo das

correntes de retorno, da funo de Heidler, e opo de adaptao de um SPDA a uma

residncia, proporcionando maior conforto e segurana aos seus habitantes. No Captulo 5,

os sistemas de proteo em Baixa Tenso so apresentados, detalhando-se o aterramento, a

equipotencializao e outros tipos de proteo especficos, como centelhadores a gs. Um

bom projeto de aterramento-equipotencial pode assegurar vida-til prolongada para muitos

equipamentos eletro-eletrnicos, e segurana aos freqentadores da edificao. O captulo

6 apresenta as concluses s indagaes que originaram este projeto, apresentando os

argumentos para o aterramento de antenas de TV e um roteiro de vistoria de um SPDA

para condomnios verticais encerra o captulo 6. Por fim, no Captulo 7 so apresentadas as

concluses, juntamente com alguns tpicos elencados como propostas de continuao

deste estudo.

3

2. O RAIO NA HISTRIA

A descarga atmosfrica (ou raio) um fenmeno natural que desde o incio da

humanidade desperta temor e curiosidade ao homem. Como a ao do raio acompanhada

pela luminosidade e trovoada, sua presena sempre foi respeitada e observada, tendo-se

encontrado registros em 2000 A.C., na Mesopotmia. Na antiguidade, o raio estava sempre

associado a deuses e divindades, sendo fartamente apresentado na mitologia grega (Zeus),

na mitologia nrdica (Thor), na mitologia oriental (Raiden), etc.. Com o decorrer dos anos

os registros de raios passaram a ser rotinas, sendo citados em diversos documentos,

inclusive na Bblia. E foram muitos outros deuses "inventados" e cultuados para explicar as

descargas atmosfricas. [34]

Devido a estas e outras situaes, o raio sempre intrigou o ser humano, surgindo, de

gerao em gerao, muitas fantasias e lendas sobre este desconhecido. H relatos de

costumes como o uso de pele de foca para proteo (como fazia o Imperador romano

Augustos), ou ainda que deveriam dormir o mais tranquilamente possvel para que no caso

de um raio cair sobre a pessoa, este atravessaria seu corpo sem resistncia e ela sairia

ilesa.

Aps a descoberta da eletricidade no incio do sculo 18, a natureza eltrica da

atmosfera da Terra comeou a ser desvendada. Em 1708, William Wall, ao ver uma fasca

sair de um pedao de mbar carregado eletricamente, observou que ela era parecida com

um relmpago. Na metade do sculo, aps a descoberta das primeiras propriedades

eltricas da matria, tornou-se evidente que os relmpagos deveriam ser uma forma de

eletricidade, associada de alguma maneira com as tempestades. [34]

Nos dias de hoje, quando se trata de raios, quase que de imediato, pensa-se em

Benjamin Franklin e seu experimento com uma pipa como o incio do interesse cientfico

do homem pelo raio. At ento, o homem j sabia como acumular cargas eletrostticas

atravs da frico de determinados materiais [35], mas ainda no tinham a conscincia que

a descarga atmosfrica tinha o mesmo princpio de funcionamento da transferncia de

cargas eltricas entre dois corpos, como quando algum, aps andar sobre um tapete

acumulava cargas eltricas e ao tocar numa maaneta metlica, sentia uma pequena

descarga eletrosttica.

4

O experimento de Franklin consistia em obter fascas eltricas entre um fio

metlico preso a uma pipa nas proximidades de nuvens caractersticas de tempestades, e

objetos metlicos enterrados (figura 2.01 experimento de Franklin), em 1752. Assim, ele

provou que as nuvens carregadas produziam relmpagos (efeito visual do raio).

Figura 2.01 Experimento de Franklin [07]

Alm desta famosa e bem sucedida experincia, Franklin props dois outros

experimentos para comprovar a possibilidade de captar eletricidade da atmosfera.

Na figura 2.02a, um homem deveria estar isolado do cho, dentro de uma guarita de

madeira, e segurando com uma das mos uma haste metlica tambm isolada, mas com a

ponta exposta atmosfera, deveria constatar que, da outra mo, sairiam descargas para o

ar. A 3 experincia, bem parecida com a anterior, o individuo seguraria, atravs de uma

pea isolante, um fio aterrado e constataria a existncia de descargas entre o fio e a haste

metlica (figura 2.02b).

5

Figura 2.02 Outros experimentos de Franklin [07]

Na Europa, pesquisadores procuravam determinar os efeitos dos raios sobre os

seres vivos atravs de experimentos com bales lanados em meio a tempestades, e ligados

terra atravs de fios metlicos ligados a animais, como cavalos por exemplo, observando

e anotando suas reaes. Obviamente, chegaram a concluso que todas estas experincias

eram perigosas e no podiam ser realizadas sem nenhum preparo depois que o pesquisador

G. W. Richman, em 1753, faleceu ao ser atingido por uma violenta descarga direta, durante

um experimento em que tentava captar eletricidade do alto da catedral de So Petesburgo

[04].

Ainda no ano de 1752, o cientista francs Thomas-Franois DAlibard realizou o 3

experimento proposto por Franklin. DAlibard levantou uma barra de ferro pontiaguda na

direo de nuvens de tempestade e aproximou desta um fio aterrado, verificando que

fascas saltavam do mastro para o fio, o que alm de provar a hiptese de Franklin,

estabeleceu os princpios do funcionamento dos pra-raios.

Hoje se sabe que os relmpagos esto relacionados eletricidade na atmosfera. Eles

iniciam com os raios, que nada mais so do que cargas eltricas em movimento ordenado,

uma corrente eltrica na atmosfera produzindo dois efeitos: o relmpago, resultado da

iluminao de uma regio especfica do espao onde elas se movimentam; e o trovo, gera

6

ondas sonoras, produzidas pela dilatao do ar circunvizinho ao canal de descida do raio,

capazes de serem ouvidas a quilmetros de distncia de sua origem.

2.1 O circuito eltrico terrestre

Acredita-se que os raios tm um largo efeito sobre nosso meio ambiente e que

provavelmente estavam presentes durante o surgimento da vida na terra. Os raios podem

ter colaborado na gerao das molculas que deram origem a vida. Pesquisas indicam que

o aminocido, substncia que formou a crosta terrestre, tem origem nas descargas eltricas

dos gases existentes na atmosfera. Independentemente da ao do homem, os raios

provocam incndios, constituindo-se em agentes naturais para a manuteno do equilbrio

da quantidade de rvores e plantas [06]. So tambm responsveis por mudanas nas

caractersticas da atmosfera ao redor das regies onde ocorrem, quebrando molculas de

componentes do ar e produzindo novos elementos. Portanto, modificam a concentrao de

importantes elementos, como o gs oznio, que se misturam com a chuva e precipitam

como fertilizante natural. Apesar de tudo que conhecido, os estudos sobre eletricidade

atmosfrica esto longe de se esgotarem, existindo ainda fenmenos de causas

desconhecidas relacionados aos raios.

O planeta no apresenta um comportamento inerte do ponto de vista

eletromagntico. Pelo contrrio, existe toda uma dinmica de processos eltricos e

magnticos em nosso planeta, que responsvel pelo equilbrio das condies ambientais

que asseguram a vida na terra. A esta dinmica, d-se o nome de circuito eltrico global.

O Circuito Eltrico Global um modelo utilizado para explicar a diferena de

potencial entre a Terra e a Ionosfera separados por uma camada de baixa condutividade.

Nuvens de tempestades, com seus centros de carga positivo e negativo separados

funcionam como o gerador de um circuito. Como podemos ver pela imagem abaixo, a

corrente circula do topo das nuvens (carregado positivamente) para a Ionosfera. Passa

pelos caminhos de alta condutividade dessa regio e completa o circuito retornando ao solo

pela regio de tempo bom (sem nuvens de tempestades). O percurso da corrente se

completa na regio abaixo das nuvens (carregado negativamente) na forma de descargas

atmosfricas. Dessa forma, os raios funcionam como um caminho por onde as nuvens

transferem parte de suas cargas negativas para a terra.

7

Figura 2.03 Circuito eltrico global [06]

A identificao das nuvens de tempestades como geradores nesse circuito ocorreu

depois de duas constataes experimentais. A 1 surgiu depois que alguns experimentos

demonstravam que as tempestades transferiam carga negativa para a terra. Na 2, verificou-

se a coincidncia no perodo de ocorrncia de dois eventos dirios: mxima atividade de

tempestades no globo terrestre e valor mximo do campo eltrico na superfcie da terra,

nas regies de bom tempo. Essa coincidncia indica que as tempestades so responsveis

pelo aumento do fluxo de corrente no circuito global e, por conseguinte, pela ampliao do

campo nessas regies.

Conforme podemos ver na figura 2.04, devido aos constantes estudos e observaes

das descargas atmosfricas, possvel estimar os valores de algumas grandezas associadas

ao circuito eltrico global.

Figura 2.04 Circuito eltrico equivalente [06]

8

Hoje, o estudo das descargas atmosfricas dispe de ferramentas modernas e

sofisticadas para o recolhimento de informaes, como por exemplo o uso de foguetes

lanados prximos de estaes captadoras, capazes de criar um caminho de ar ionizado

entre a terra e a nuvem, produzindo um ambiente perfeito para escoar o raio para a terra e,

desta maneira examinar o raio atravs de mquinas fotogrficas de alta velocidade, sem

depender da sorte para que o raio atinja as torres captoras.

Figura 2.05 Estao fixa para medio de corrente de descarga [06]

2.2 A formao dos Raios

As nuvens que acumulam cargas eltricas so nuvens convectivas de trovoada

chamadas Cumulus Nimbus, com uma extenso vertical (tamanho vertical da nuvem) capaz

de atingir de 9 a 12 km de altitude. Estas nuvens so formadas pelo encontro de correntes

ascendentes de ar quente e mido por partculas superesfriadas de sentido descendente, que

podem ser causadas por processos de levantamento das massas de ar, resultantes de

gradientes de presso ou temperatura. A altitude da base da nuvem pode variar

significativamente com a latitude, apresentando as maiores altitudes (cerca de 3 km) sobre

o equador e, gradativamente diminuindo at alturas inferiores a 1 km nas regies de clima

temperado.

9

Como mostra a figura abaixo, o mecanismo de formao das cargs eltricas nas

nuvens bastante complexo. De alguma forma ainda no completamente entendida, as

correntes ascendetes-descendentes de ar e a interao entre as particulas em suspensso e

em precipitao nas nuvens atuam para separar cargas positivas e negativas no interior das

nuvens. Tais processos determinam a transferncia de um excesso de cargas positivas para

a parte superior da nuvem, deixando sua base excessivamente negativa.

Figura 2.06 Circuito eltrico global [06]

Vrias teorias tentam explicar detalhadamente este fenmeno. Uma das mais

aceitas, diz que as cargas so produzidas por colises de diferentes partculas de gua e

gelo de tamanhos variveis. Correntes de ar ascendentes carregam umidade, que, chegando

s regies mais altas da atmosfera, se condensam e formam gotas de gua que comeam

cair pela influncia da gravidade. Nesta fase as gotas aumentam o seu tamanho ao se

fundirem com outras gotculas fazendo o mesmo percurso. Chegando a um tamanho

considervel, elas sentem a influncia do campo eltrico da terra, cuja polaridade

negativa.

Com o passar do tempo, a medida que estas gotas vo ficando maiores, elas

tambm vo ficando instveis, e se fragmentam, deixando ions positivos na parte baixa, e

ions negativos na parte alta. Os ions encontram as outras gotas no processo de subida e

colidem com elas novamente.

10

Ao colidir, as gotas ascendentes liberam eltrons para neutralizar os ions positivos,

e continuam subindo carregadas positivamente. As frices e o atrito entre as gotculas de

chuva criam um ambiente ideal para a produo de grandes cargas de eletricidade na

nuvem. Como essas gotculas possuem energia cinetica maior, elas chegam s maiores

alturas dentro da nuvem, carregada de partculas eletrizadas, formam-se gradientes de

tenso que variam entre 50 e 2500 V/cm; esta carga eltrica formada tende a descer para a

terra e a eletricidade da terra tende a subir para a nuvem, no intuito de que ocorra a

neutralizao.

Por fim, a nuvem fica com sua base carregada negativamente e seu topo,

positivamente. Este acmulo de cargas negativas na base da nuvem induz uma

concentrao de cargas positivas na terra na regio formada pela sua sombra, onde todos os

corpos encontrados na terra, rvores, animais, prdios etc., ficam altamente carregados

positivamente. Este fenmeno conhecido como o poder das pontas.

Figura 2.07 Induo de cargas positivas na sombra da nuvem [02]

2.3 O descarregamento para a terra

Como visto anteriormente, uma nuvem com sua base carregada negativamente,

induz no solo sob sua sombra um acmulo de cargas de sinal contrrio (positivas),

estabelecendo uma enorme diferena de potencial entre sua base e a superfcie do solo. O

11

valor desta diferena de potencial pode ser muito elevado (vrias centenas de megavolts) e

o campo eltrico correspondente, igualmente intenso.

Quando campos eltricos intensos so desenvolvidos num meio dieltrico gasoso,

pode ocorrer um processo fsico associado liberao dos eltrons das camadas mais

externas dos tomos componentes do material, dando origem a uma descarga eltrica. Essa

descarga resultado da ruptura da rigidez dieltrica do material. A rigidez dieltrica a

capacidade de dado meio suportar um campo eltrico sem que haja ruptura do mesmo,

corresponde ao valor mximo de campo eltrico sem que venha a perder suas

caractersticas isolantes. No caso do ar, a rigidez dieltrica de aproximadamente 3 MV/m.

No entanto, para que uma descarga acontea no necessrio que haja essa ruptura

da rigidez dieltrica. No momento que a tenso em uma parte dessas camadas atinge o

valor da rigidez dieltrica do ar (= 10 kV/cm), se inicia o fenmeno atravs de pequenas

cargas que escapam da nuvem e invisveis correm atravs do ar, na forma de jatos de

eletricidade. Com a sucessiva ocorrncia desses jatos de eletricidade, comeam a surgir

regies onde h uma diminuio na isolao do ar, causando pequenas alteraes na sua

trajetria, e preparando o caminho para outros jatos.

Se permanecerem as condies necessrias de intensidade de campo eltrico, este

caminho tende a evoluir por passos da ordem de 50 m, devido a novas descargas

disruptivas subseqentes, em intervalos da ordem de 50 ms. Ou seja, o raio comea a

procurar caminhos ionizados (regies de baixa isolao) e avanando em direo ao solo.

Em alguns casos so constitudas ramificaes neste canal descendente que evolui em

direo ao solo, como se fossem galhos sados do tronco principal, denominado lder.

medida que o lder se aproxima do solo, na regio abaixo do canal, aumentam a

densidade das cargas positivas induzidas na superfcie do solo e seu campo eltrico

associado, concentrado nas pontas dos objetos mais altos. Lembrando que este poder das

pontas uma propriedade fsica caracterizada pelo acmulo de cargas eltricas nas

extremidades dos corpos condutores carregados eletricamente.

Quando o canal descendente alcana a distncia de poucas centenas de metros da

superfcie do solo, dependendo das caractersticas do relevo local, o campo eltrico no solo

torna-se to intenso, que pode dar origem a descargas eltricas ascendentes. Estas podem

ter extenso de vrias dezenas de metros e seguem aproximadamente a direo do campo

eltrico mdio local, que aponta para cima.

No momento em que ocorre o fechamento (conexo) do canal entre nuvem e solo,

estabelecida uma onda de corrente de alta intensidade, conhecida como corrente de retorno.

12

Esta se propaga pelo canal, a partir do ponto de conexo dos canais ascendente e

descendente, neutralizando as cargas ali acumuladas, e dando origem a uma onda de

corrente na base do canal, conforme seqncia da figura 2.08:

Figura 2.08 Processo de descarga nuvem-solo [06]

O processo de descarga nuvem-solo pode ser subdividido em descarga negativa e

descarga positiva, conforme detalhado na figura 2.09.

Descarga negativa quando o canal de descarga formado entre a regio da

nuvem carregada negativamente com a sombra da nuvem sobre a terra,

carregada positivamente.

Descarga positiva quando o canal de descarga formado entre a regio da

nuvem carregada positivamente com uma parte da terra nas imediaes da

regio formada pela sombra da nuvem (carregada negativamente).

13

Figura 2.09 Tipos de descarga nuvem-solo [06]

2.4 A composio do raio

Quando o piloto em sentido ascendente se encontra com o piloto em sentido

descendente, e fecham o circuito, surge da a descarga de retorno, cuja grande intensidade

produz rpida elevao da temperatura no centro do canal ionizante, provocando um brilho

intenso (relmpago), e uma rpida expanso do ar, traduzido em ondas sonoras (o trovo).

Atravs dessas manifestaes sensoriais (relmpago e trovo) possvel estimar a

distncia que nos separa do ponto onde o raio caiu. Ao observar visualmente a ocorrncia

de um relmpago, acionamos um cronmetro e verificamos o tempo (em segundos)

decorrido at ouvirmos o som do trovo. Como o relmpago se manifesta na velocidade da

luz, o momento de seu surgimento torna-se o tempo inicial do experimento.

Multiplicando o tempo at o momento do trovo, em segundos, por 340 (a velocidade do

som no ar de 340 m/s) teremos a distncia identificada. Por exemplo: se o tempo

decorrido entre o aparecimento do claro e a audio do trovo for de aproximadamente 10

segundos, o raio ter cado a uma distncia de aproximadamente 3.400 metros.

Recentemente, surgiram mtodos de localizao dos raios, que permitem

acompanhar o desenvolvimento das tempestades em monitores. Alguns desses sistemas

14

permitem na apenas localizar os pontos de queda dos raios, como tambm cot-los e

determinar seus parmetros, enquanto outros atuam como supervisores para indicar a

aproximao das tempestades.

A Lightning Location and Protection (LLP) desenvolveu um sistema baseado na

medio dos campos eletromagnticos gerados pelas descargas nuvem-terra. So instalados

trs sensores distantes dezenas de quilmetros da base de pesquisas, capazes de reconhecer

o tipo de descarga (se nuvem-nuvem ou nuvem-terra) e envia base somente os dados

referente a descargas nuvem-terra.

Figura 2.10 Sistema de localizao otimizado [06]

Conforme imagem acima, cada sensor (ou antena), ao receber um sinal positivo,

localiza o ngulo dentro do qual ocorreu a descarga. Combinando o resultado de 2

sensores, calcula-se a distncia da queda, enquanto um 3 sensor utilizado para refinar a

localizao da queda. [17]

Pode-se destacar o sistema norte-americano de deteco de descargas (Rede

Integrada de Deteco de Descargas) pela alta densidade de sensores por unidade de rea,

o que lhe confere altos ndices de eficincia e confiabilidade; e o sistema denominado Rede

Euclides, composto pelos sistemas de vrios pases da Unio Europia, que trabalhando

juntos tm conseguido timos resultados na deteco e anlise das descargas [06].

No Brasil, O ELAT, Grupo de estudo de Eletricidade Atmosfrica do Instituto Nacional de

Pesquisas Espaciais (INPE) mapeia a ocorrncia de raios em todos os municpios das

regies Sul e Sudeste e em boa parte da Regio Centro-Oeste do pas. Em nmeros

15

absolutos, Corumb em Mato Grosso do Sul apresentou o maior nmero de raios. No total

foram 568.405 raios no perodo analisado. Os dados do estudo so da Rede Brasileira de

Deteco de Descargas Atmosfricas (RINDAT). [36]

Figura 2.11 rea de cobertura do RINDAT [ELAT, 2008]

A trovoada pode ser definida como o conjunto dos fenmenos eletromagnticos,

acsticos e luminosos que ocorrem numa descarga atmosfrica. O ndice cerunico

corresponde ao nmero de dias de trovoada que ocorrem por ano em uma dada localidade.

A partir da observao ao longo do tempo, pode-se projetar estimativas baseando-se nos

dados anteriores.

Ou seja, o ndice cerunico uma estimativa baseada na observao auditiva do

nmero de dias que ocorreram trovoadas por ano, por km. O problema deste ndice que

ele considera apenas se houve uma trovoada em dado dia ou no; no fazendo distino

entre um dia todo de trovoadas e apenas uma pequena trovoada a nvel nuvem-nuvem, num

dia qualquer.

O observador (ceraunmetro) deve registrar as trovoadas dentro de sua localidade.

A distncia estimada da ao do observador de um crculo com raio de 20 quilmetros.

Registrando todos os ndices cerunicos em um mapa, e ligando os pontos de igual

16

intensidade, obtm-se as linhas de mesmo ndice, isto , ndices isocerunicos. O mapa

isocerunico do Brasil est apresentado na figura abaixo, seguido de uma tabela contendo

os ndices por capitais:

Figura 2.12 Mapa cerunico da regio SE e parte do CO [06]

A determinao da densidade de raios feita atravs de contadores CIGR, que so

dispositivos contendo uma antena que capta as radiaes eletromagnticas emitidas pelos

raios e as registra em um dispositivo contador, tendo um raio de cobertura de 20 km.

2.5 Probabilidades de queda

Para se calcular a densidade de descargas atmosfricas nuvem-terra sobre uma dada

regio, durante o perodo de um ano, multiplica-se a quantidade de descargas atmosfricas

para a terra (de acordo com os dados coletados pelos contadores CIGR) pela rea de

exposio equivalente da estrutura (regio estendida da estrutura suscetvel atrao de

17

descargas, conforme veremos mais afrente). Ento, a densidade de descargas atmosfricas

para a terra (Ng) o nmero de raios (para a terra) por quilmetros quadrados, por ano. O

valor de (Ng) para uma dada regio pode ser estimado pela equao:

25,1.04,0 TdNg = ]/[2 anokm

onde Td o nmero de dias de trovoada por ano, obtido de mapas isocerunicos, conforme

a figura acima.

A tabela 2.01 traz a densidade de descargas atmosfricas das capitais do Sudeste e

parte do Centro-Oeste, conforme mapa cerunico anterior figura 2.11.

Tabela 2.01 Densidade de descarga das capitais cobertas pelo BrasilDAT [36]

CAPITAL Ng (2005/2006) Ng (2007/2008) Belo Horizonte 3,7891 3,6604

Braslia 1,0129 1,4623 Goinia 1,5326 2,0646

Rio de Janeiro 2,2403 1,8531 So Paulo 8,1406 9,7934

Vitria 0,4783 0,8995

So vrias as propostas de diferentes autores ou documentos sobre como levar em

conta a influncia da altura. As normas inglesa (BS 6651-1991), alem (VDE 0185) e

brasileira (NBR 5419/2004) consideram que a rea a ser considerada deve ser a da vista em

planta aumentada proporcionalmente a uma vez a altura da estrutura, enquanto a norma

IEC 61024-I considera um aumento igual a 3 vezes a altura. Uma observao interessante

quanto a esta questo est no fato da norma inglesa trabalhar com este critrio desde sua 1

edio em 1965 sem modificaes, pois a experincia mostrou-se acertada [04].

A esta rea aumentada damos o nome de rea de atrao, significando que este seria

a regio sob influncia da altura da estrutura, dada por:

2.).(2. HWLWLAa +++=

Posto isto, a rea de atrao para uma estrutura retangular, conforme figura 2.13,

ser:

18

Figura 2.13 rea de cobertura de um paralelepipezide [24]

A partir da rea de atrao calculada, pode-se calcular a probabilidade de queda de

raios sobre a estrutura pela expresso:

610.. = gad NAN ]/[ anoraios

A probabilidade de uma estrutura ser atingida por um raio, ou seja, de quantos em

quantos anos pode acontecer de dada estrutura ser atingida por um raio, dada pela

expresso acima.

A partir do conhecimento da probabilidade de um raio cair em dada estrutura, e

levando-se em considerao o tipo de material que esta estrutura protege, o material de que

feita, a ocupao e localizao topogrfica podemos determinar o risco de haver algum

dano a ela, devido a uma descarga atmosfrica.

A vantagem deste mtodo que ele fornece um parmetro de deciso (Nc) quanto

necessidade ou no de proteo contra descargas atmosfricas. O mtodo americano

(NFPA 780) fornece vrios nveis de risco, mas deixa a deciso final para o projetista. A

NBR 5419 leva em conta vrias situaes como ambiente e material, como parmetro

multiplicador, juntamente com a rea de atrao, para ento chegar num nmero que

represente o risco de dano estrutura e (ou) dano pessoal.

EDCBANN dc .....= onde A, B, C, D e E representam um fator definido conforme alguns aspectos definidos

como segue.

19

Fator A Tipo de ocupao da estrutura

Fator B Tipo de construo da estrutura

Fator C Contedo da estrutura e efeitos indiretos das descargas

Fator D Localizao da estrutura

Fator E Topografia da regio

A proteo ser necessria se Nc10

-3. Se o resultado for

um nmero intermedirio, ou seja, 10-3> Nc >10-5, a deciso fica a cargo do projetista.

Uma curiosidade quanto a este nmero (Nc) que ele foi obtido depois de

analisadas vrias causas de morte na Inglaterra. Desde o hbito de fumar (a maior, com

uma morte para cada 400 fumantes por ano ano de 1965), passando pelos acidentes de

transito, doenas diversas, acidentes naturais, at chegar a probabilidade de morte por raio

( uma morte para cada 2.000.000 por ano). O valor 10-5 representa a probabilidade de uma

pessoa morrer pelo simples fato de estar viva! [04]

Tabela 2.02: fator de ponderao em funo do tipo de ocupao [24]

Tabela 2.03: fator de ponderao em funo do material da construo e da cobertura [24]

Tabela 2.04: fator de ponderao em funo do contedo [24]

20

Tabela 2.05: fator de ponderao em funo da localizao [24]

Tabela 2.06: fator de ponderao em funo da topografia [24]

Por exemplo, consideremos a avaliao do risco de exposio de um bloco de

apartamentos, de seis andares, situado prximo ao Lago Parano, com dimenses de

aproximadamente 20 x 60 x 30.

( ) ( ) ( )36

232

10.1233,610

10.1874,4306020.26020

4623.1

==

=+++=

=

AeNN

mAe

BrasliaN

gd

g

Consideremos agora:

Fator A = 1,2 (edifcio de apartamentos)

Fator B = 0,4 (estrutura de concreto com cobertura no metlia)

Fator C = 0,3 (residncia comum)

Fator D = 0,4 (rodeado por rvores ou estruturas)

Fator E = 0,3 (plancie)

6

3

3

10.81,105

)3,0()4,0()3,0()4,0()2,1()10.1233,6(

1068,0

=

=

==

c

c

dc

N

N

EDCBANN

Como Nc est entre 10-6 e 10-3, ento a deciso por instalar um SPDA ficaria por

conta do projetista e(ou) do cliente.

21

3. OS RISCOS

Existe uma estimativa de 2.000 trovoadas em progresso, a todo o momento. A

maior proporo das mesmas ocorrendo nos trpicos, onde calor, muita umidade e

instabilidade esto sempre presentes. Cerca de 45.000 trovoadas ocorrem todos os dias e

mais de 16 milhes ocorrem anualmente no mundo inteiro.

A cada segundo, cerca de 100.000 raios caem sobre a Terra, produzidos por cerca

de 2.000 tempestades. A formao de cargas nas nuvens, e sua conseqente descarga

Terra causam prejuzos e mortes [08].

3.1 A potncia de um raio

O tempo mdio de durao de uma corrente de descarga aproxima-se de 300s

[06]. No entanto, dentro deste curto perodo de tempo, pode-se destacar trs partes deste

processo de descarga: o tempo de subida (o tempo necessrio para que o raio atinja seu

valor mximo) da ordem de 1,2 s; o tempo de meia onda (o tempo necessrio para que a

onda atinja 50 % do valor de pico) da ordem de 50s; e a cauda da onda (tempo a partir do

tempo de subida, seguido por um perodo mais longo e suave, com durao de 200s, no

qual a corrente decai at desaparecer.

Figura 3.01 Forma da onda de um raio [02]

22

A importncia desta informao est no fato de que os equipamentos de proteo

so elaborados para resistir a valores da ordem de meia cauda da onda. Ou seja, se o

equipamento puder resistir a esta intensidade de corrente por cerca de 65s, ento as

chances dele sobreviver ao restante da onda sero grandes, visto que a onda tende a

diminuir.

Com o desenvolvimento dos instrumentos de medio eltrica tornou-se possvel

avaliar as propriedades das descargas atmosfricas, instalando esses instrumentos em

pontos elevados (em torres, edifcios, etc.) bem como nas redes de distribuio eltrica.

Percebeu-se que a maioria das descargas atmosfricas (cerca de 94%) atingem at

60.000A; conforme tabela abaixo:

Tabela 3.01: Intensidade das correntes de descarga direta [02]

A tenso eltrica causada pelo raio pode atingir, inicialmente, centenas de milhes

de volts entre as nuvens e a terra, sendo vrios milhes de volts podem ser transferidos

para o objeto atingido durante a ocorrncia da descarga eltrica do raio. A tenso

depender da intensidade de corrente do raio, da condutibilidade do objeto atingido e da

impedncia existente entre o ponto atingido e o terra. No caso de janelas de metal, cercas e

outros objetos metlicos, raios que caiam prximos podem induzir tenses elevadas com

grande risco de acidentes.

Tabela 3.02: Caractersticas das descargas atmosfricas [02]

23

No caso de acidentes envolvendo descargas atmosfricas, h basicamente 2 formas

de ocorrer: descargas diretas e descargas indiretas, cuja diferena est na forma como a

descarga atinge o solo ou outras estruturas.

3.2 Descargas Diretas

Descargas diretas ocorrem quando do raio (ou uma de suas ramificaes) termina

sobre o individuo. Quando isso acontece, valores muito elevados de corrente impulsiva

podem circular pelo corpo da vtima, se distribuindo parcialmente pelo interior do corpo e

parcialmente pela superfcie do mesmo. Outras variantes de descargas diretas so

enumeradas abaixo:

1. Descargas laterais Ocorre quando o raio incide sobre objetos elevados (por

exemplo, uma rvore) e em seu percurso para o solo a corrente de retorno pode

procurar caminhos de menor impedncia, muitas vezes pelo estabelecimento de

arcos no ar, que conectam objetos de boa condutividade em contato com o solo;

Caso mais freqente dos acidentes, principalmente pelas pessoas procurarem,

durante tempestades, se abrigar debaixo de rvores;

2. Descargas por contato A descarga por contato ocorre quando a vtima est em

contato com um corpo que se tornou um caminho de eventual corrente de

descarga, no percurso desta para o solo. Semelhante descarga lateral, sendo

que como o nome sugere, deve haver uma ligao fsica entre eles para ser

caracterizado como tal;

3. Descargas para mltiplos pontos Ocorre quando a descarga, em sua

proximidade com a terra, incide sobre mltiplos pontos, incluindo descargas

diretas e descargas laterais, figura 3.02;

4. Acidentes por tenso de passo Ao incidir em estruturas elevadas, ou

diretamente no solo, a corrente de descarga injetada neste meio, sendo ali

dispersada. Durante esta disperso, a corrente promove uma elevao de

potencial no solo, estabelecendo uma distribuio de potenciais na superfcie

deste, que podem ser submetidas a pessoas e animais nas proximidades do

ponto de impacto.

24

5. Acidentes internos Ocorrem quando do impacto de um raio nas

proximidades de uma LT, ou mesmo sobre ela, induz sobre correntes que

viajam pela LT e entram nos sistemas de energia residenciais. Nestes casos, a

pessoa pode sofrer uma descarga pelo simples fato de estar segurando algum

equipamento ligado ao sistema de energia da residncia.

Figura 3.02 Descarga para mltiplos pontos [06]

Os efeitos de maior severidade acontecem atravs das descargas diretas. As

descargas diretas acontecem quando o canal principal (ou um dos ramos deste canal) incide

diretamente sobre determinado objeto. Neste caso, se ele cair sobre edificaes de

alvenaria, por exemplo, poder destruir paredes, fundir telhas de metal, destruir antenas e

cabos de comunicaes, etc. Lembrando que para materiais feitos base de alumnio e

cobre, como o caso dos cabos de comunicao e antenas residenciais, o ponto de fuso

deste material relativamente muito baixo (na ordem de 660C. Em pases de clima

temperado, onde a maioria das residncias feita de madeira, muitos incndios so

causados por descargas diretas principalmente devido ao alto nvel de combusto da

madeira local.

25

Figura 3.03 Registro de uma descarga direta sobre uma rvore [34]

No caso de rvores, se atingidas pelo canal principal, elas podem ficar petrificadas

devido a elevada intensidade da corrente, da altssima temperatura e da rpida evaporao

da gua em seus corpos, ou podem queimar no caso de atingidas por algum ramo [06].

O corpo humano tem uma ordem de grandeza da impedncia estimada na faixa de

300 a 600. Ao atingir um indivduo, cuja impedncia fosse de 500 , considerando-se

um pulso de 0,5s por exemplo, a corrente de descarga seria capaz de transferir-lhe

aproximadamente 2,5.104 kJ. Ou seja, dissiparia sobre este desafortunado indivduo uma

potncia mdia de 50.000 kW (2,5.104 kJ/0,5s). Considerando, para efeito de comparao,

que um chuveiro eltrico tem em mdia 4,5 kW, ser atingido diretamente por um raio

significaria sofrer as conseqncias de uma potncia 10.000 vezes maior.

Uma curiosidade interessante: Durante a Idade Mdia na Europa, acreditava-se que

carregar pedras de raio garantiria proteo contra raios, visto que era crena comum de que

um raio no caia duas vezes no mesmo lugar. As pedras de raio eram o resultado da

vitrificao da areia quando submetidas ao intenso calor produzido por uma descarga

direta.

3.2.1 Situaes de risco por exposio

possvel identificar algumas situaes muito comuns de exposio em momentos

de tempestades, consideradas de risco quanto incidncia de descargas. Situaes, como

as descritas abaixo, devem ser evitadas.

26

Campos abertos, reas planas, praias, margens de rio;

Alto de montanhas ou colinas;

Cavalgar ou andar de moto/bicicleta;

Em rio, dentro de pequenas embarcaes ou nadando;

No mar, dentro de pequenas embarcaes ou nadando;

rvores isoladas; tocar ou estar prximo de qualquer rvore;

Portar objetos elevados (como vara de pescar);

Ao analisar estas situaes, pode-se perceber que o perigo est em se posicionar em

destaque, como uma estrutura superior em relao s demais, e assim, tornando-se um

ponto preferencial de incidncia de descarga.

Quando se ouve falar que algum sobreviveu a um raio, muito provavelmente trata-

se de algum ramo do canal principal. Ainda assim, os resultados mais comuns so:

Queimaduras: Por arco ou por lampejo, se o trajeto do raio no atravessa o

corpo; por efeito Joule devido a passagem da corrente pelo corpo.

Sistema Nervoso: A passagem da corrente a nvel enceflico, pode ter por

seqelas freqentes hemiplegia, atrofia cortical, sndrome extrapiramidal,

leses medulares relacionadas a passagem da corrente pela medula espinhal,

leses de nervos perifricos com distrbios sensitivos e motores.

Sistema Cardiovascular: A parada pode ocorrer por assistolia ou fibrilao

ventricular.

Sistema Respiratrio: Ruptura brnquica ou pleural por efeito direto, leso

da membrana alvolo-capilar devido a exploso por ar superaquecido.

Neurosensorial: Descolamento de retina e catarata, ruptura timpnica,

distrbios do equilbrio (por labirintite).

Muscular: leso muscular extensa no trajeto da corrente, com necrose

profunda e rabdomilise.

Renal: Tubulopatia; trombose arterial e leso traumtica.

Cutnea: Queimaduras de vrios graus, em particular nos pontos de entrada

e nos locais de contato com peas metlicas (como o material de escalada).

27

O parmetro valor de pico da corrente de descarga influencia na definio do

nvel de sobretenso resultante em sistemas atingidos. Quando o condutor de uma linha de

transmisso atingido por uma descarga, a corrente de pico, que no Brasil costuma ser da

ordem de 40 kA, dividida em duas partas, sendo que cada parte se dirige num sentido da

linha de transmisso. Mesmo dividida, considerando uma impedncia de 300 para a LT,

significa surgir uma onda de sobretenso da ordem de 6 MV (40 kA/2 * 300 ), conforme

figura abaixo.

Figura 3.04 Onda de sobretenso devido a descarga direta na LT [06]

Em outras palavras, logo que a onda de sobretenso alcana a 1 torre metlica, o

isolador que separa o condutor energizado da torre (eletricamente conectada ao solo), fica

submetido a uma sobretenso capaz de romper esse isolamento atravs de um arco eltrico,

fechando o circuito Linha de Transmisso - Torre. A partir desse cenrio, se a torre no

tiver um bom aterramento, a corrente de descarga flui para a terra estabelecendo no solo,

uma elevao de potencial em relao a pontos distantes (terra remoto). Tal elevao de

potencial estabelece uma distribuio de potenciais na superfcie do solo, propiciando as

condies necessrias para acidentes envolvendo tenses de passo.

3.3 Descargas Indiretas

As descargas indiretas, que so o foco deste trabalho, so aquelas causadas sobre as

estruturas e seres vivos a partir de determinada distncia do ponto de queda. Apesar de as

descargas diretas terem um alto poder destrutivo, as estatsticas mostram que esse tipo de

evento muito reduzido quando comparado com descargas indiretas.

28

Quando ocorre a corrente de retorno, ou seja, o lder em sentido ascendente se

encontra com o lder descendente, e fecham o circuito, surge uma descarga de grande

intensidade, produzindo elevao de temperatura no centro do canal ionizante, provocando

a rpida expanso do ar, grande luminosidade e fortes campos eletromagnticos em torno

desse canal principal; no cho, a partir do ponto de impacto, linhas de corrente se

propagam tambm no sentido radial, sujeitando a vizinhana a sofrer tenso de passo,

tenso de toque, EMI e tenses induzidas em corpos condutores prximos.

Figura 3.05 Onda eletromagntica irradiada pela corrente de retorno [06]

Estes efeitos decorrentes da incidncia do campo eletromagntico gerado pela

descarga tm sua intensidade condicionada pela taxa de crescimento da corrente de retorno

na frente de onda ou pelos dois parmetros associados: o valor de pico da corrente e seu

tempo de frente de onda.

Embora os efeitos de irradiao gerados por campos eletromagnticos possam

causar danos aos seres humanos, estes danos costumam se restringir a equipamentos

eletrnicos sensveis (EES) e sistemas de comunicaes. Nestes, tais efeitos podem

constituir fonte de corrupo dos dados transmitidos.

3.3.1 Tenses Induzidas

A indutncia a propriedade que um condutor tem de armazenar energia em um

campo magntico; a quantidade de energia armazenada depende da corrente que passa pelo

condutor. Se tivermos um condutor singelo de raio muito pequeno, conduzindo uma

29

corrente i, como mostrado na figura abaixo, o campo magntico a uma distncia r do

condutor ser diretamente proporcional corrente i e inversamente proporcional

distncia r.

Figura 3.06 Corrente induzida [02]

Sendo a corrente i dada em ampres, a permeabilidade do meio () dada em

Henry/metro (para o ar vale 1,0) e a distncia r em metros, resulta uma densidade de fluxo

B em weber/m que pode ser calculada por:

r

iB

..2

.

= ]/[ 2mWb

E a indutncia, definida como a relao entre o fluxo e a corrente i, ser:

1

ln..2 r

R

iL

==

Para os condutores de seo circular mais usados nas instalaes de proteo (como

captores, cabos de descida ou aterramento), as indutncias so aquelas dadas na tabela

abaixo:

30

Tabela 3.03 Espessura mdia dos cabos de descida [04]

Condutor (mm)

Indutncia (H/m)

16 1,21 35 1,13 50 1,09 70 1,06 95 1,02

De acordo com estes dados, verificamos que aumentando a seo do condutor, sua

indutncia diminui, apesar de sempre ficar em torno de 1,1 H/m, independente do

material utilizado. No entanto, possvel reduzir este valor ao utilizar barras chatas ou fitas

ao invs dos condutores circulares. Isto porque a indutncia ser tanto menor quanto maior

for a relao entre largura e espessura. Para a mesma quantidade de material, a indutncia

de uma chapa muito menor que a de um cabo.

Para que haja passagem de corrente por um condutor necessrio a existncia de

uma tenso que vena a indutncia deste condutor. Ao ser atingido por um raio, aparecer

entre os terminais deste condutor uma tenso que impor a passagem de uma corrente com

uma taxa de di/dt. Considerando que a corrente de um raio tem uma taxa di/dt da ordem de

dezenas de kA/s e que as indutncias dos condutores de descida so da ordem de 2,5

H/m, as tenses indutivas geradas sero da ordem de dezenas de kV/m.

As taxas de crescimento da corrente de projeto para os diversos nveis de proteo

(conforme ser visto no captulo 4), de acordo com a IEC, so de 100 kA/s para os nveis

III e IV, 150 kA/s para o nvel II e 200 kA/s para o nvel I.

Considere o seguinte exemplo: Construo Nvel III, com 10 m de altura, dois

captores e dois cabos de descida com seo de 35 mm. Sem interligao dos captores,

teramos tenses na ordem 113 kV/m, conforme tabela abaixo.

Tabela 3.04 Tenso total em funo da seo transversal do cabo de descida [04]

Condutor Indutncia di/dt V unit. V total 35 mm 1,13 H/m 100 kA/s 113 kV/m 1130 kV

Poderia surgir a pergunta: mas qual a importncia de se saber estes dados? Como

este trabalho trata das conseqncias de uma descarga atmosfrica sobre uma antena de

31

TV, seja esta descarga direta ou indireta, haver uma induo no cabo de comunicao

ligado antena, que no reagir diante desta corrente da mesma forma que um cabo de

descida especificamente criado para esse fim.

Figura 3.06 Placa de rdio PABX queimado aps descarga sobre antena no aterrada [38]

Figura 3.07 Placa de rdio PABX queimado aps descarga sobre antena no aterrada [38]

32

3.3.1.1 Captor Natural

A NBR 5419/2005, em seu pargrafo 5.1.1.4, um captores natural pode ser definido

como qualquer elemento que do ponto de vista fsico possa ser atingido pelos raios.

Ou seja, a questo quanto a capacidade de uma antena de atrair raios ou no est

ligado diretamente s semelhanas desta com um sistema de pra-raios tipo Franklin (que

ser abordado mais adiante). Tanto que a norma complementa este pargrafo dizendo que

todo captor natural deve ser ligado ao SPDA. No entanto, o que se constata no dia-a-dia o

descumprimento desta diretriz, seja por falta de conhecimento, seja por negligncia.

Uma antena, para poder cumprir eficientemente com sua tarefa de captao de

sinais, deve ser elevada a uma posio de destaque na construo. Normalmente, colocada

sobre o telhado da estrutura, ela passa a se comportar (assume as caractersticas) como um

captor do tipo Franklin. Mas as semelhanas no param por a visto que o cabo de

comunicao que liga a antena TV passa a se comportar como um cabo de descida

(subsistema de um SPDA). No entanto, diferente de um verdadeiro SPDA, este no tem

aterramento e a corrente que vier a descer pelo cabo de comunicao no encontrar um

caminho de escape para a terra.

Tabela 3.05 Comparao entre SPDA e Sistema antena de TV

Pra-raios Franklin Antena de TV Captor colocado em destaque na estrutura Colocado em destaque na estrutura

Cabo de descida por fora da estrutura Cabo externo ligando a antena ao televisor Sistema de aterramento Rede eltrica da residncia

Como dito anteriormente, aps o fechamento do circuito nuvem-terra, a corrente de

retorno que flui pelo canal ionizado, criado para transferncia de carga durante o

estabelecimento da descarga atmosfrica, promove tenses induzidas em corpos prximos

(ou no) ao ponto de incidncia. Tais tenses constituem a principal fonte de danos nas

linhas de distribuio de energia em circuitos de baixa tenso em geral, incluindo as redes

de telecomunicaes. Constituem ainda a origem de interferncia eletromagntica em

sistemas e equipamentos, que em muitos casos, resulta na perda dos dados

transmitidos/recebidos.

Em tempestades de chuvas, freqente a queima de transformadores nos sistemas

de distribuio e danos em equipamentos sensveis de unidades consumidoras. Tais danos

33

so usualmente causados por surtos de tenso, associados tenso induzida por descargas,

introduzidas atravs dos condutores dos sistemas de comunicao, e redes de energia. No

caso das descargas atmosfricas as tenses de impulso podem ser geradas:

Na rede telefnica externa edificao por meio de induo;

Na rede de televiso externa por meio de induo;

Na fiao interna da edificao atravs da rede de alimentao.

Figura 3.08 Formas de incidncia de tenso indusida [23]

A Perto da edificao B No pra-raios

C Na rede de Alta Tenso D Na rede de Baixa Tenso

E Perto das redes eltrica e de telefone

A figura 3.08 apresenta 5 formas de interao de uma descarga atmosfrica com

uma edificao. Nos casos dos eventos A e B os campos eletromagnticos criados pela

descarga iro atingir a fiao das redes existentes dentro da edificao, por meio de tenses

induzidas e atingiro os terminais dos equipamentos. Estas sobretenses geradas na rede

externa dependem de uma srie de fatores:

Grau de exposio das redes eltricas e telefnicas;

Comprimento das redes;

Tipo de cabo utilizado;

Resistividade do solo;

Sistema de aterramento,

Etc.

34

Nos casos dos eventos C, D e E, as sobretenses iro atingir os equipamentos

atravs da fiao externa das redes de energia eltrica e telefnica, seja por descarga direta

ou indireta sobre as linhas.

A determinao dos valores das sobretenses e sobrecorrentes que atingem um

equipamento terminal pode ser feita por meio de simulaes computacionais ou de

medies realizadas em instalaes reais.

Alm dessas 5 configuraes, podemos citar uma 6 configurao que seria

justamente a presena de uma antena de TV externa e no aterrada. Uma antena de TV

externa est sujeita a dois tipos de situaes: na 1, devido a uma descarga direta sobre a

antena, a corrente percorreria o cabo de comunicao ligado antena, em direo ao terra.

Como no h ligao do sistema de aterramento central com a antena (nem com a

blindagem do cabo), essa corrente atingiria todos os aparelhos ligados aos terminais do

cabo. A 2 situao seria atravs de tenses induzidas na rede de baixa tenso, e entrando

(da mesma forma que para o caso do telefone) na rede eltrica interna da construo. Para

ambos os casos, se uma pessoa estiver tocando ou segurando algum aparelho ligado rede

eltrica, poder sofrer os efeitos de uma tenso de toque.

3.3.1.2 Os cabos de comunicao

Atualmente, comum o uso do mesmo (ou seno o mesmo, do mesmo tipo) tipo de

cabos tanto para comunicao quanto para telefone (Como os utilizados para TV a cabo,

por exemplo). O conhecimento deste tipo de cabo muito importante quando se trata de

descargas, devido ao risco de tenses induzidas, transmitindo sobretenso geradas na rede

externa, eventualmente atingindo os equipamentos.

Figura 3.09 Tenses sobre um cabo coaxial [23]

35

A figura 3.09 ilustra as tenses dentro de um cabo coaxial, onde:

I Corrente que circula na blindagem do cabo;

V1 Tenso da blindagem para a terra;

V2 Tenso do fio para a terra;

V3 Tenso entre o fio e a blindagem;

Rcc Resistncia da blindagem do cabo;

Rat Resistncia de aterramento da blindagem.

V1 = Rat . I ;

V3 Rcc . I ;

V2 = V1 +V3 ;

V3

36

A figura anterior mostra que a partir do conhecimento das tenses que aparecem da

blindagem do cabo para a terra possvel estimar as tenses que aparecem dos pares para a

terra.

Como pode ser visto na figura 1, descargas atmosfricas que incidem na prpria

rede telefnica ou prximo dela iro impor tenses elevadas que podero chegar at os

equipamentos. As descargas diretas na rede geralmente provocam um grande dano no local

do impacto, levando na maioria das vezes ruptura do cabo. As tenses induzidas por

descargas prximas da rede so de menor valor que as provocadas pelas descargas diretas

mas em compensao a sua ocorrncia muito mais freqente.

Como visto na figura acima, a partir do conhecimento da tenso blindagem-terra

possvel estimar o valor da tenso par-terra. Isto significa que pode-se calcular apenas as

tenses induzidas da blindagem do cabo para a terra.

3.3.1.3 Outros efeitos causados por sobretenso

Tenso de passo: um ser vivo, com os apoios (ps ou patas) separados, fica

sujeito a uma tenso que provocar a circulao de corrente pelo tronco.

Nos bpedes isto raramente causa a morte, pois a parcela da corrente que

passa pelo corao muito pequena; j para os quadrpedes, a totalidade da

corrente passa pelo tronco e a causa mais freqente de morte durante as

tempestades.

Tenso de toque: quando o condutor da corrente do raio tem uma alta

impedncia, so geradas tenses ao longo dele, e uma pessoa que toque

ficar sujeita a uma tenso que, aplicada entre uma ou as duas mos e os

ps, provocar a passagem de corrente pelo tronco, causando

freqentemente a morte. possvel tambm que a causa da corrente seja o

campo magntico no lao formado entre a pessoa e condutor.

Descarga lateral: em uma situao parecida com a anterior, entre o condutor

da corrente e a cabea da vtima aparece uma tenso to alta que ocorre uma

descarga disruptiva, causando freqentemente a morte. Esta a causa mais

comum de morte pois as pessoas procuram se abrigar da chuva embaixo das

37

rvores e so atingidas pelas descargas, ou sofrem os efeitos dos campos

magnticos no lao formado entre elas e a rvore.

Descarga direta: uma pessoa andando em campo aberto pode se tornar o

alvo e receber diretamente o impacto do raio, caso em que raramente resiste

s queimaduras e aos efeitos da corrente sobre o crebro e o corao. Os

poucos sobreviventes so as vtimas que foram atingidas por um ramo ou

brao menor do raio, com corrente de baixa intensidade.

3.3.2 Interferncia eletromagntica

As condies a que um equipamento eletroeletrnico est submetido podem ser

agrupadas em 3 classes principais: mecnicas (vibraes, choques, etc.), ambientais

(temperatura, umidade, etc.) e eltricas (oscilaes na fonte, rudo, etc.). todos estes fatores

combinados afetam o desempenho do equipamento. Dentre estas condies, uma muito

importante a qual deve ser considerada em todas as fases da vida do equipamento (projeto,

testes, utilizao e manuteno), a condio eltrica da interferncia eletromagntica.

[09]

Interferncia eletromagntica (EMI) o nome genrico dado a toda energia

eletromagntica, que cause resposta indesejvel (rudo eltrico), sem considerar o rudo

inerente ao prprio componente (tais como o rudo: trmico, shot, recombinao), a qual

pode ser gerada por centelhamento nas escovas de motores, chaveamento de circuitos de

potncia, lmpadas fluorescentes, descargas atmosfricas, descargas eletrostticas, entre

outros.

A interferncia eletromagntica muito importante, principalmente em sistemas

digitais e sistemas analgicos que envolvam sinais de freqncias superiores a VHF (30

a300MHz); pois em virtude de estarem envolvidos pulsos com tempo de transio da

ordem de nanosegundos, irradiao de sinais, acoplamentos parasitas, etc.; toda trilha na

placa de circuitos impresso pode transformar-se em uma antena de transmisso e recepo

de rudos.

A interferncia eletromagntica provoca a acelerao da degenerao dos circuitos

integrados devido aos transientes e surtos de tenso e corrente provocados no equipamento

influenciado; degradao do desempenho de um equipamento, canal de transmisso ou

38

sistema. A atenuao/eliminao da interferncia eletromagntica prolonga a vida do

equipamento.

3.3.2.1 Fontes de EMI e sistemas de proteo

Problemas com EMI (ou melhor, equipamentos sensveis a Interferncias

Eletromagnticas) tendem a aparecer desde o nvel do microchip, passando pela placa de

circuitos e at a prpria caixa que aloja o equipamento. No nvel do chip, os fabricantes

costumam se encarregar de fornecerem seus equipamentos com os devidos recursos que

possibilitem a reduo dos problemas com EMI. No entanto, empresas que venham a

utilizar este chip em suas placas de circuito no tm a mesma preocupao. [39]

Uma simples trilha na placa de circuito mal planejada pode funcionar como uma

antena, tanto captando quanto transmitindo interferncias. A indutncia associada a uma

curva numa trilha juntamente com as capacitncias parasitas do circuito, podem fazer com

que ela ressoe em freqncias indesejadas.

A origem de uma EMI pode ser dividida em duas formas principais:

EMI externas quando um agente externo, tal como descargas atmosfricas,

radiaes solares, entre outras fontes naturais, gera interferncia sobre EES

em outro;

EMI internas quando partes de um sistema interfere em outras partes deste

mesmo sistema ou de outros. Podemos citar como exemplo o liquidificador

gerando perturbao no sinal da televiso, reatores de lmpadas

fluorescentes gerando harmnicos na rede, etc.

Algumas descargas atmosfricas podem apresentar valores prximos da

interferncia eletromagntica de um EMP (Pulso Eletromagntico) gerado por uma

exploso nuclear (campo eltrico da ordem de 105 V/m e campo magntico da ordem de

260 A/m, com largura de pulso de 20 ns e tempo de subida da ordem de 5 kV/ns). [09]

39

4. PROTEO EXTERNA

Foram apontados vrios efeitos danosos das descargas atmosfricas. Neste captulo

sero discutidos as formas ou sistemas para a proteo contra tais efeitos, podendo at

mensurar o quanto de imunidade aos raios pode-se obter.

Ser comentado as diferentes filosofias dos SPDA, e deixando para o prximo

captulo comentrios sobre os sistemas de proteo interna.

O principal objetivo de um SPDA evitar a incidncia direta de raios sobre as

estruturas a proteger, atravs de pontos de referncia para as descargas que eventualmente

possam vir a atingir a estrutura. Para ter sucesso, alm de captar a eventual descarga, o

SPDA deve ser capaz de direcionar o fluxo de corrente diretamente ao solo, seguindo o

percurso mais fcil possvel (ou seja, o mais curto e de menor resistncia).

Ao se planejar proteger dada estrutura, devemos identificar caractersticas que

possam vir a contribuir ou a exigir proteo:

Deve-se identificar o tipo de rea a ser protegida: se um prdio, um galpo,

um parque, uma residncia, etc..

Deve-se verificar o uso e o tipo de construo a que se destina: se tem

trnsito constante de pessoas, armazena produtos qumicos inflamveis, etc.

O dimensionamento de um SPDA comea a partir do conhecimento dessas

caractersticas.

Como dito, a determinao da queda de um raio uma questo de probabilidades.

interessante calcular a probabilidade de um raio cair numa dada estrutura a partir do nvel

de incidncia. No entanto, para um pas como o Brasil, que como j dito o campeo

mundial de incidncia de raios [36], somente em casos bem particulares deveriam

dispensar a proteo. Isto porque o clculo desenvolvido para se estimar a probabilidade de

queda foi desenvolvido, tendo como banco de dados, estatsticas europias, que nem de

perto se assemelham s caractersticas eltrico-ambientais de nossa nao.

A NBR 5419/2005 estabelece duas regras a serem seguidas quanto necessidade de

uso de SPDA. A 1 diz respeito avaliao do risco da edificao ser atingida por uma

40

descarga atmosfrica (que como dito anteriormente, baseada em normas estrangeiras); Na

2 ela estabelece quatro nveis (classificaes) de proteo, conforme o risco, o tipo, e a

finalidade da estrutura a proteger.

Uma vez tomada a deciso de se instalar um sistema de proteo, devemos saber

que por mais completo que o sistema seja, ele no garantir 100% de segurana. As

normas internacionais classificam a necessidade de algo ser protegido de formas diferentes

umas das outras:

BS 6651 e NFPA 780 consideram dois tipos de proteo correspondentes a

estruturas comuns e estruturas perigosas (BS Norma Britnica e NFPA

Norma Norte-Americana);

VDE 0185 considera trs tipos de proteo correspondentes a comuns,

perigosas e muito perigosas (VDE Norma Alem);

IEC considera quatro tipos correspondentes a baixo risco, risco normal,

risco elevado e risco muito elevado.

Uma particularidade quanto norma alem que com a criao da Unio Europia,

decidiu-se por tornar a IEC como norma padro; desse modo, no s as norma alem,

como as normas dos demais membros da Unio Europia tem de se ajustar ao padro IEC

[04].

A NBR 5419/2005 segue a linha da IEC classificando os nveis de periculosidade

em 4 tipos:

Nvel I Destinado s estruturas nas quais uma falha do sistema de

proteo possa causar danos s estruturas vizinhas ou ao meio ambiente:

depsitos de explosivos, de produtos txicos ou radioativos, etc.

Nvel II Destinado s estruturas cujos danos em caso de falha sero

elevados ou haver destruio de bens insubstituveis e(ou) valor histrico:

museus, stios arqueolgicos, ginsios de esportes, etc.

Nvel III Destinado s estruturas de uso comum: residncias, escritrios,

escolas, fbricas, etc. exceto queles com rea classificada (como veremos

adiante);

41

Nvel IV Destinado s estruturas construdas de material pouco

inflamvel, com pouco acesso de pessoas e contedo no inflamvel:

depsitos de concreto armado, estruturas metlicas de produtos no

inflamveis, etc.

Pela descrio desses nveis, verifica-se que haver casos em que ser

desnecessrio fazer qualquer clculo, pois o risco to grande que ser obrigatrio a

instalao de um SPDA no nvel mais elevado possvel. Por outro lado, pode haver a

concluso de que devido s caractersticas de relevo e utilidade, a proteo seja

dispensvel.

As reas classificadas so aquelas em que h vapores, gases, ps ou fibras em

concentrao, temperaturas e umidade tais que com uma fasca ou uma quantidade de

energia acima de dado ponto cause incndios e(ou) exploses. Para estes casos, o uso de

um SPDA obrigatrio.

Para que haja uma reao numa mistura (gs-ar ou vapor-ar) necessrio que

certos acontecimentos ocorram simultaneamente:

A concentrao da mistura esteja na proporo correta para haver

inflamao;

Haja fascas com energia suficiente para iniciar a inflamao da mistura ou

elevao da temperatura acima de um dado valor.

As reas de risco de exploses ou de inflamao so denominadas pelas normas

internacionais e brasileiras de reas classificadas, sendo que sua classificao feita

baseada na probabilidade das condies necessrias para uma exploso ou inflamao

ocorrerem.

Dessa forma, a norma brasileira define as diferentes zonas da seguinte forma:

Zona 0 Gases, vapores continuamente em condies de inflamao;

Zona I Gases e vapores periodicamente em condies de inflamao;

Zona II Gases e vapores esporadicamente em condies de inflamao

(casos de acidentes ou falhas de manuteno);

Zona 10 Ps e fibras continuamente em condies de inflamao;

Zona 11 Ps e fibras em condies de inflamao por perodos curtos.

42

O conhecimento dessas informaes importante no momento que empresas

montam sistemas de combate a incndio. Por exemplo, na Zona 0 no podem ser usados

equipamentos eltricos, salvo circuitos de sinalizao ou de controle com proteo

intrnseca, garantindo que em casos de defeito destes equipamentos, as possveis fascas

produzidas sejam insuficientes para iniciar uma reao.

4.1 Nveis de proteo

O nvel de proteo no est relacionado com a probabilidade de queda do raio na

edificao, mas com a eficincia que o sistema tem de captar e conduzir o raio terra. Dito

isto, h quatro nveis de proteo que o projetista pode adotar, conforme a tabela:

Tabela 4.01 Nveis de eficincia de

Aterramento de antenas

Documents

Transcript of Aterramento de antenas