Proposta spda v2 0

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

TRABALHO DE PESQUISA

LAUDO E PROJETO DE RESISTÊNCIA DE TERRA

E NECESSIDADE DE SPDA

Orientador:

Tibiriçá Krüger Moreira

Orientandos:

Fabrício Oliveira da Silva

Ivanderson de Oliveira

Thiago Oro

Curitiba

2011

FABRICIO OLIVEIRA DA SILVA

IVANDERSON DE OLIVEIRA

THIAGO ORO

LAUDO E PROJETO DE RESISTÊNCIA DE TERRA

E NECESSIDADE DE SPDA

Projeto apresentado à disciplina

de Sistemas de Proteção Contra Distúrbios

Elétricos do curso de engenharia elétrica

Curitiba

2011

Sumário

1 CLIENTE ........................................................................................................ 1

2 DATA DA MEDIÇÃO ...................................................................................... 1

3 LOCALIZAÇÃO DA MEDIDA ......................................................................... 1

4 CROQUI DO SITE ......................................................................................... 2

5 TIPO DE TERRENO E CONDIÇÕES CLIMÁTICAS...................................... 5

6 INSTRUMENTO DE MEDIÇÃO ..................................................................... 6

7 MÉTODO DE MEDIÇÃO E VALORES .......................................................... 7

8 ESTRATIFICAÇÃO DO SOLO ...................................................................... 7

8.1 Planilha de cálculos ................................................................................. 7

9 LAUDO DO SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS E ATERRAMENTOS ELÉTRICOS – SPDA, E SISTEMAS DE ATERRAMENTO. ..................................................................................... 10

9.1 Seleção do nível de proteção ................................................................ 10

10 LOCALIZAÇÃO DO DEPARTAMENTO DE ENEGENHARIA ELÉTRICA . 13

11 RECOMENDAÇÕES PARA O SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS E ATERRAMENTOS ELÉTRICOS – SPDA ........................................................................................................................ 14

12 ESTRUTURA RECOMENDADA ................................................................ 15

13 PLANTA BAIXA ......................................................................................... 16

14 PROJETO .................................................................................................. 16

15 .................................................................................................................... 16

16 RELAÇÃO DE MATERIAIS ....................................................................... 18

16.1 Figura de materiais .............................................................................. 19

17 RECOMENDAÇÕES PARA O SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS E ATERRAMENTOS ELÉTRICOS – SPDA ........................................................................................................................ 22

1

1 CLIENTE Universidade Federal do Paraná – Departamento de Engenharia Elétrica

2 DATA DA MEDIÇÃO Primeira medição (L1) em 26 de maio e segunda medição (L2 e L3) em 1 de

junho de 2011.

3 LOCALIZAÇÃO DA MEDIDA Engenharia Elétrica - UFPR Centro Politécnico, CP. 19011 Avenida Coronel Francisco H dos Santos, s/n Jardim das Américas Paraná Curitiba, PR, 81531-970 Coordenadas Geográficas Medida na entrada do bloco (L1): S= -25º 45,1397’ W= -49º 23,3527’ Sentido azimute 220º.

Medida no estacionamento (L2): S= -25º 45,1053’ W= -49º 23,3819’ Sentido azimute 315º. Medida na rua lateral (L3): S= -25º 45,1107’ W= -49º 23,4052’ Sentido azimute 220º. *Medidas de azimute feitas em sentido horário em relação ao Norte

magnético. Altitude 942 metros em relação média das baixa-mares de sizígia.

2

4 CROQUI DO SITE

Universidade Federal do Paraná – UFPR

Setor de ciência e tecnologia – Bloco de Engenharia Elétrica

Av. Coronel Francisco H. Santos, 210 Bairro Jardim das Américas – Curitiba

CEP: 81530-001

Figura 1 - Localização geográfica de onde foram efetuadas as medidas

As fotos a seguir foram tiradas no dia da medição, em cada local que foi

efetuada a medição:

3

Figura 2 - Entrada do bloco

Figura 3 - Estacionamento

4

Figura 4 - Transformador em frente à construção

As medidas da área externa onde o projeto será realizado são dadas a seguir:

Figura 5 - Medidas externas da construção

5

5 TIPO DE TERRENO E CONDIÇÕES CLIMÁTICAS

Tipo de solo: Saibro terraplanagem (primeira camada terraplanagem, segunda e terceira saibro, tendo a partir da quarta características de solo argiloso 20% umidade).

Temperatura mínima média de 13°C e máxima média de 21°C.

Temperatura do solo superficial de 22º C

Abaixo as fotos do solo onde foram feitas as medições.

Figura 6 - Solo do site (a)

Figura 7 - Solo do site – pelo menos 4 camadas (b)

6

6 INSTRUMENTO DE MEDIÇÃO MEGABRAS EM 4055.

Figura 8. Medidor de Resistência de Aterramento e Resistividade do Solo

As medidas foram feitas na escala de resistividade ρ do equipamento, sendo utilizadas as equações fornecidas para o cálculo da resistência do solo.

2 2 2 2

4 . .

21

( ) ( )

R a

a a

a p a p

πρ =

+ −

+ +

2 2 2 2

2. 1

( ) ( )

4 .

a a

a p a pR

a

ρ

π

+ − + +

=

7

7 MÉTODO DE MEDIÇÃO E VALORES Método de Wenner

Figura 9. Método dos quatro pontos (Wenner).

As medidas de resistência de aterramento devem ser de acordo com o método de Wenner.

8 ESTRATIFICAÇÃO DO SOLO

8.1 Planilha de cálculos

Temperatura 20º C (sol)

De acordo com as medidas feitas, foi calculado o valor de resistência conforme a tabela a seguir:

Tabela 1 - Valores medidos e Cálculo de R(Ω)

8

Após os cálculos feitos, utilizamos os dados para simular as características do solo utilizando o software RESATE.

Resumo de dados L1

Tabela 2 - Dados calculados por programa específico

L1 L2 L3

d(m)

entre barras

ρ(Ωm)

medido

R(Ωm)

calculado

ρ(Ωm)

medido

R(Ωm)

calculado

ρ(Ωm)

medido

R(Ωm)

calculado

2 30,5 2,21 54 3,91 22 1,59

4 30,3 1,17 23,8 0,92 40,5 1,57

8 17,13 0,34 32,3 0,64 29,4 0,58

16 74,70 0,74 4,96 0,05 98,3 0,98

CARACTERÍSTICAS DO SOLO CARACTERÍSTICAS DO ELETRODO

TIPO Não estratificado TIPO Vertical

DADOS CALCULADOS COMPRIMENTO (m) 2,40

Resistividade da 1ª camada (Ωm)

21,68 SEÇÃO (mm) 15,90


121,88 QUANTIDADE 11

Profundidade da 1ª camada (m)

12,18 ESPAÇAMENTO (m) 7,00

Erro médio de estratificação

36,14%

TRATAMENTO QUÍMICO

Não há

PROFUNDIDADE DO POÇO (m)

1,00

RESISTÊNCIA (Ω) 1,22 CABO DE

INTERLIGAÇÃO Sem capa

9

Resumo de dados L2

Resumo de dados L3





34,65 SEÇÃO (mm) 15,90


1,52 QUANTIDADE 11




26,90%

TRATAMENTO QUÍMICO

Não há


1,00







15,93 SEÇÃO (mm) 15,90


80,84 QUANTIDADE 11




30,23%

TRATAMENTO QUÍMICO

Não há


1,00



10

9 LAUDO DO SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS E ATERRAMENTOS ELÉTRICOS – SPDA, E SISTEMAS DE ATERRAMENTO.

A proteção de descargas atmosféricas - SPDA deve ser analisada a luz da NBR 5419 atualizada, e lembramos que este tipo de proteção como citado na norma NBR, não contempla proteção de equipamento elétricos e eletrônicos contra interferências eletromagnéticas causadas pelas descargas atmosféricas. Esta proteção deve ser realizada a parte.

Fazem parte desta análise as normas:

NBR 5410

NBR 6323

NBR 9518

NBR 13571

Deve-se saber que um SPDA não impede a ocorrência das descargas atmosféricas, mas caso estas ocorram, estando este projetado e instalado conforme a norma 5419 deve assegurar o máximo de proteção, atendendo os seis pontos de proteção, a saber:

1. Captação;

2. Condução;

3. Absorção;

4. Equalização;

5. Proteção do circuito elétrico;

6. Proteção do circuito de comunicação;

Toda via devemos estar cientes que um sistema de SPDA não pode assegurar a proteção absoluta da edificação (80% a 95% - NBR 5419).

Para se tirar o máximo proveito de um SPDA, devemos utilizar o máximo dos elementos condutores da própria estrutura.

9.1 Seleção do nível de proteção

Devemos realizar cálculos para confirmar a necessidade ou não, da referida

edificação possuir o Sistema de Proteção contra Distúrbios Atmosféricos (SPDA). A

11

norma NBR 5419/2005, apresenta as condições de contorno para a determinação do índice que definirá a necessidade de uso do SPDA.

Localidade: Universidade Federal do Paraná – Departamento de Engenharia

Elétrica

De acordo com a necessidade apresentada, temos os dados

estruturais da edificação:

• Altura máxima: 14,77m;

• Comprimento: 47,00m;

• Largura: 39,00.

Para calcularmos a densidade de descargas atmosféricas para a terra (Ng),

temos:

• Índice isocerâunicas de Curitiba TD = 40;

• Ng = 0,04.TD1,25;

• 4,024[por km²/ano].

De posse das medidas da edificação, temos a área de exposição equivalente

(Ae), que é a área em metros quadrados da estrutura planificada, levando-se em

conta sua altura. Para tal:

• Ae = LW + 2LH + 2WH + πH²;

• Ae = 2016,0194 m2.

Assim a freqüência de descargas atmosféricas (ND) calculada é:

• ND = Ng x Ae;

• ND = 0,081 [por ano].

Por fim, analisando as características e finalidades de uso da edificação,

podemos calcular os fatores de risco para a mesma.

• Fator “A” escolhido foi o A=1,7 (escolas, hospitais, creches e outras

instituições, estruturas de múltiplas atividades);

• O fator “B” determinado pela tabela B.2 foi B=0,4 (estrutura de concreto

armado com cobertura não metálica);

12

• Em “C”, tabela B.3 tem C=1,7 (locais de afluência de público);

• Da tabela B.4 encontramos D=0,4 (Estrutura localizada em áreas contendo

estruturas mais alto, tais como árvores);

• E para o fator “E”, tiramos da tabela B.5 o valor de E=1,7 (montanhas acima

de 900m).

De posse nestes valores encontramos o índice geral de risco (NDC):

• NDC = ND x A x B x C x D x E

• NDC = 786,08x10-3.

Como o valor encontrado para NDC é superior a 1x10-3, a NBR 5419/2005

exige o uso de SPDA. E para a referida estrutura, o nível de proteção necessário

segundo a norma é classe II.

CONCLUSÃO

Como NDC é maior que 1x10-3, a estrutura foi definida como nível de proteção

II.

Segundo a norma é necessário o uso de SPDA para a estrutura

projetada.

13

10 LOCALIZAÇÃO DO DEPARTAMENTO DE ENEGENHARIA ELÉTRICA

Figura 10 - Mapa UFPR (em destaque Eng. Elétrica)

14

11 RECOMENDAÇÕES PARA O SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS E ATERRAMENTOS ELÉTRICOS – SPDA

INSPEÇÕES

As inspeções deverão assegurar que:

a) o SPDA está conforme a norma 5419/ultima edição;

b) todos os componentes do SPDA estão em bom estado, as conexões e

fixações estão firmes e livres de corrosão;

c) o valor da resistência de aterramento seja compatível com o arranjo e com

as dimensões do subsistema de aterramento, e com a resistividade do solo, exceto

para os sistemas que usam as fundações como eletrodo de aterramento;

d) todas as construções acrescentadas à estrutura posteriormente à

instalação original estão integradas no volume a proteger, mediante ligação ao

SPDA ou ampliação deste.

PERIODICIDADE DAS INSPEÇÕES

• uma periodicamente, em intervalos de:

a) 5 anos, para estruturas destinadas a fins comerciais, administrativos, e

industriais, excetuando-se áreas classificadas com risco de incêndio ou explosão;

b) 3 anos, para estruturas contendo áreas com risco de explosão, conforme a

NBR 9518/última edição, e depósitos de material inflamável;

DOCUMENTAÇÃO TÉCNICA

A seguinte documentação técnica deverá estar disponível:

a) desenhos em escala mostrando as dimensões, os materiais e as posições

de todos os componentes do SPDA, inclusive eletrodos e malhas de

equipotencialização de aterramento;

b) os dados sobre a natureza e a resistividade do solo; constando

obrigatoriamente detalhes relativos às estratificações do solo, ou seja, o número de

camadas, a espessura e o valor da resistividade de cada uma, se for aplicado;

15

c) um registro de valores medidos de resistência de aterramento a ser

atualizado nas inspeções periódicas ou quaisquer modificações ou reparos no

SPDA. A medição de resistência de aterramento pode ser realizada pelo método de

queda de potencial usando o medidor da resistência de aterramento,

voltímetro/amperímetro ou outro equivalente. Não é admissível a utilização de

multímetro.

NOTAS

1- Na impossibilidade de execução da alínea “c”, devido a interferências

externas, deverá ser emitida uma justificativa técnica.

2- As alíneas “b” e “c” não se aplicam quando se utilizam as fundações como

eletrodos de aterramento.

12 ESTRUTURA RECOMENDADA

Para o projeto atual, recomendamos a seguinte estrutura:

Figura 11 - Estrutura metálica recomendada

16

13 PLANTA BAIXA

Figura 12 - Planta

14 PROJETO

15

Figura 13 - Projeto (vista superior com estacas, anéis e gaiola

17

Abaixo temos o projeto de aterramento, bem como suas hastes:

A relação de conexões é ilustrada a seguir:

18

16 RELAÇÃO DE MATERIAIS

Abaixo são listados os materiais necessários para o projeto, bem como suas respectivas quantidades:

MATERIAL QUANTIDADE CABO 35mm²

Descidas

Anel Superior 190m

Gaiola Superior 285m TOTAL (+10%) 525m

CABO 50 mm²

Anel de Equalização 200m TOTAL (+10%) 220m

Hastes e Acessórios

Haste de Aterramento 2,40 x 5/8 4 peças Conector Haste/Cabo 4 peças

Composto Anti-óxido Tipo Inteltrox Cu 5 kgf

Conectores de fixação do SPDA Conector com rabicho 40 peças

Proteção descidas SPDA

Duto preto PVC 2,54cm diâmetro 40 metros Braçadeiras de fixação 20 peças

Solda exotérmica

Molde XBC Y2Y2 (ERICO) 1 peça Molde TAB Y2Y2 (ERICO) 1 peça

Cartucho 32 (*) 10 cartuchos

19

16.1 Figura de materiais

Figura 14 - Conector com rabicho

Figura 15 - Conector haste/cabo

Figura 16 - Cabo Xx mm² (7 fios)

Figura 17 - Haste de aterramento alta camada

20

Figura 18 - Molde KKK Y2Y2 (ERICO)

Figura 19 - Cabo com solda exotérmica

Figura 20 - Cartucho YY

Figura 21 - Conector parafuso fendido – tipo PF

Figura 22 - Composto anti-óxido tipo Inteltrox CU

21

A proteção elétrica deste SITE está de acordo com a NBR 5419/última edição, desde que sejam seguidas todas as recomendações aqui contidas e usado os materiais recomendados, principalmente no tocante a hastes de aterramento de alta camada. Qualquer modificação será de inteira responsabilidade da Universidade federal do Paraná. A equalização de potencial está garantida conforme NBR 5419/última edição. Declaramos serem verdadeiras todas as informações constantes deste laudo, obtidas mediante medidas realizadas nas condições apresentadas na data. Ao final do sistema implantado deverá ser certificada a instalação através de medidas de resistência de aterramento e emissão de ART correspondente. A certificação deverá ser anexada a este relatório para efeito de comprovação conforme LEI:

Cópia de ART 2011 1951781.

Thiago Oro

Fabrício Silva

Ivanderson Oliveira

22

17 RECOMENDAÇÕES PARA O SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS E ATERRAMENTOS ELÉTRICOS – SPDA

INSPEÇÕES As inspeções deverão assegurar que:

• A equalização de potencial do SPDA está conforme a norma 5419/ultima edição; • Todos os componentes do SPDA estão em bom estado, as conexões e fixações

estão firmes e livres de corrosão; • O valor da resistência de aterramento seja compatível com o arranjo e com as

dimensões do subsistema de aterramento, e com a resistividade do solo, exceto para os sistemas que usam as fundações como eletrodo de aterramento

• Todas as construções acrescentadas à estrutura posteriormente à instalação original estão integradas no volume a proteger, mediante ligação ao SPDA ou ampliação deste; PERIODICIDADE DAS INSPEÇÕES

• Uma inspeção visual do SPDA deve ser efetuada anualmente; • Inspeções completas serão efetuadas periodicamente, em intervalos de: • 5 anos, para estruturas destinadas a fins comerciais, administrativos, e industriais,

excetuando-se áreas classificadas com risco de incêndio ou explosão; • 3 anos, para estruturas contendo áreas com risco de explosão, conforme a NBR

9518/última edição, e depósitos de material inflamável; DOCUMENTAÇÃO TÉCNICA A seguinte documentação técnica deverá estar disponível:

• Desenhos em escala mostrando as dimensões, os materiais e as posições de todos os componentes do SPDA, inclusive eletrodos e malhas de equipotencialização de aterramento;

• Os dados sobre a natureza e a resistividade do solo; constando obrigatoriamente detalhes relativos às estratificações do solo, ou seja, o número de camadas, a espessura e o valor da resistividade de cada uma, se for aplicado;

• Um registro de valores medidos de resistência de aterramento a ser atualizado nas inspeções periódicas ou quaisquer modificações ou reparos no SPDA. A medição de resistência de aterramento pode ser realizada pelo método de queda de potencial usando o medidor da resistência de aterramento, voltímetro/amperímetro ou outro equivalente. Não é admissível a utilização de multímetro. NOTAS 1- Na impossibilidade de execução das alíneas “b” e “c”, devido a interferências

externas, deverá ser emitida uma justificativa técnica. 2- As alíneas “b” e “c” não se aplicam quando se utilizam as fundações como

eletrodos de aterramento.

23

Registro de valores Inspeção/medidos de resistência de aterramento

Data V

isual

Medido

Ω Eng. Responsável

Nº

ART

janeiro 2012

janeiro 2013

janeiro 2014

janeiro 2015

janeiro 2016

janeiro 2017

janeiro 2018

janeiro 2019

janeiro 2020

janeiro 2021

janeiro 2022

janeiro 2023

janeiro 2024

janeiro 2025

janeiro 2026

janeiro 2027

janeiro 2028

janeiro 2029

janeiro 2030

janeiro 2031

janeiro 2032

janeiro 2033

janeiro 2034

janeiro 2035

janeiro 2036 Ver Observação(*)

Tabela 3. Observação (*) Laudo atestando substituição do sistema por final de VIDA ÚTIL ou

prorrogação.

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