UE 05 - Sistemas de Proteção Contra Descargas Atmosféricas - Instalações Elétricas I (1)

CURSO: ENGENHARIA ELTRICA

Disciplina: Instalaes Eltricas I Carga Horria: 60H

UE 05 SPDA- CH = 3 horas.

Professor: Eng. Luciano de Paula Santos

SISTEMA DE PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICAS

REFERNCIA: NBR 5419/05

OBJETIVO DA NORMA.

Esta Norma aplicvel s estruturas comuns, utilizadas para fins comerciais,

industriais, agrcolas,

administrativos ou residenciais, e s estruturas especiais previstas no anexo A.

1.3 As prescries desta Norma no garantem a proteo de pessoas e

equipamentos eltricos ou eletrnicos

situados no interior das zonas protegidas contra os efeitos indiretos causados

pelos raios, tais como: parada

cardaca, centelhamento, interferncias em equipamentos ou queima de seus

componentes causadas por

transferncias de potencial devidas induo eletromagntica.



OBJETIVO DA NORMA.

1.4 Esta Norma no se aplica a:

a) sistemas ferrovirios;

b) sistemas de gerao, transmisso e distribuio de energia eltrica externos

s estruturas;

c) sistemas de telecomunicao externos s estruturas;

d) veculos, aeronaves, navios e plataformas martimas.

1.5 Esta Norma no contempla a proteo de equipamentos eltricos e

eletrnicos contra interferncias

eletromagnticas causadas pelas descargas atmosfricas.



DEFINIES:

Processo de transformao de energia eletrosttica em energia eletromagntica, trmica e acstica;

Em estgios avanados, o carregamento das nuvens chegam a atingir valores de campo eltrico ao nvel do solo abaixo das nuvens de

10kV/m (10 vezes maior que em dias de tempo bom).

Ponto de impacto: Ponto onde uma descarga atmosfrica atinge a terra, uma estrutura ou o sistema de proteo contra descargas

atmosfricas.

NOTA Uma descarga atmosfrica pode ter vrios pontos de impacto.

Ligao Equipotencial: Ligao entre o SPDA e as instalaes metlicas, destinada a reduzir as diferenas de potencial causadas

pela corrente de descarga atmosfrica. ligao eqipotencial (LEP ou TAP): Barra condutora onde se interligam ao SPDA as instalaes metlicas, as massas e os sistemas eltricos de potncia e de sinal. NOTA LEP = ligao eqipotencial principal. TAP = terminal de aterramento principal.



DEFINIES:

Ligao Equipotencial (LEP ou TAP): Barra condutora onde se interligam ao SPDA as instalaes metlicas, as massas e os sistemas

eltricos de potncia e de sinal.

NOTA LEP = ligao eqipotencial principal.

TAP = terminal de aterramento principal.

Nvel de Proteo: Termo de classificao de um SPDA que denota sua eficincia. Este termo expressa a probabilidade com a qual um SPDA

protege um volume contra os efeitos das descargas atmosfricas.

Ponto Quente: Aquecimento em uma chapa no lado oposto ao ponto de impacto e suscetvel de causar inflamao de gases ou vapores em

reas classificadas.



CARACTERSTICAS GERAIS:

Deve ser lembrado que um SPDA no impede a ocorrncia das descargas atmosfricas.

Um SPDA projetado e instalado conforme esta Norma no pode assegurar a proteo absoluta de uma estrutura, de pessoas e bens.

Entretanto, a aplicao desta Norma reduz de forma significativa os

riscos de danos devidos s descargas atmosfricas.

Para evitar trabalhos desnecessrios, primordial que haja entendimentos regulares entre os projetistas do SPDA, os arquitetos e

os construtores da estrutura.

O projeto, a instalao e os materiais utilizados em um SPDA devem atender plenamente a esta Norma.



CARACTERSTICAS GERAIS:

No so admitidos quaisquer recursos artificiais destinados a aumentar o raio de proteo dos captores, tais como captores com

formatos especiais, ou de metais de alta condutividade, ou ainda

ionizantes, radioativos ou no.

Os SPDA que tenham sido instalados com tais captores devem ser redimensionados e substitudos de modo a atender a esta Norma.


CAPTORES RADIOATIVOS:

A fabricao de pra-raios radioativos no Brasil foi

autorizada de 1970 at1989 porque a literatura tcnica

da poca indicava que os captores radioativos tinham

uma eficincia maior que os convencionais. Porm, em

1989, a Comisso Nacional de Energia Nuclear, CNEN,

atravs da Resoluo No. 4/89, suspendeu a

autorizao para a fabricao e instalao deste tipo de

captor, baseada em estudos feitos no Brasil e no

exterior que demonstraram que o desempenho dos

pra-raios radioativos no era superior ao dos

convencionais na proteo dos edifcios, no se

justificando, assim, o uso de fontes radioativas.

Disponvel em: http://www.ipen.br/sitio/?idc=168



CAPTORES NATURAIS:

5.1.1.4.1 Quaisquer elementos condutores expostos, isto , que do ponto de vista fsico

possam ser atingidos pelos raios, devem ser considerados como parte do SPDA.

NOTAS

1 Os elementos condutores expostos devem ser analisados para certificar se as suas

caractersticas so compatveis com os critrios estabelecidos para elementos captores.

2 Exemplos de elementos metlicos nas condies deste item so:

a) coberturas metlicas sobre o volume a proteger;

b) mastros ou outros elementos condutores salientes nas coberturas;

c) rufos e/ou calhas perifricas de recolhimento de guas pluviais;

d) estruturas metlicas de suporte de envidraados, para fachadas, acima de 60 m do

solo ou de uma superfcie horizontal circundante;



CAPTORES NATURAIS:

e) guarda-corpos, ou outros elementos condutores expostos, para fachadas, acima de

60 m da superfcie horizontal circundante;

f) tubos e tanques metlicos construdos em material de espessura igual ou superior

indicada na tabela 4.

3 Para os caixilhos metlicos das janelas que se encontram em altura igual ou superior

a 60 m e localizados em regies cujo ndice cerunico Td seja maior que 25, podem ser

tomadas medidas alternativas para proporcionar caminhos seguros, excludas as

descidas externas, preferencialmente atravs das ferragens estruturais eletricamente

contnuas das lajes, para equalizar os potenciais que aparecerem no local devidos a

correntes eltricas originadas das descargas atmosfricas laterais.

4 Elementos condutores expostos que no possam suportar o impacto direto do raio

devem ser colocados dentro da zona de proteo de captores especficos, integrados

ao SPDA.



CAPTORES NATURAIS:

5.1.1.4.2 As condies a que devem satisfazer os captores naturais so as seguintes:

a) a espessura do elemento metlico no deve ser inferior a 0,5 mm ou conforme

indicado na tabela 4, quando for necessrio prevenir contra perfuraes ou pontos

quentes no volume a proteger;

b) a espessura do elemento metlico pode ser inferior a 2,5 mm, quando no for

importante prevenir contraperfuraes ou ignio de materiais combustveis no volume

a proteger;

c) o elemento metlico no deve ser revestido de material isolante (no se considera

isolante uma camada depintura de proteo, ou 0,5 mm de asfalto, ou 1 mm de PVC);

d) a continuidade eltrica entre as diversas partes deve ser executada de modo que

assegure durabilidade;

e) os elementos no-metlicos acima ou sobre o elemento metlico podem ser

excludos do volume a proteger

(em telhas de fibrocimento, o impacto do raio ocorre habitualmente sobre os elementos



Condutores de Descida No Naturais

5.1.2.1.1 Estruturas metlicas de torres, postes e mastros, assim como as armaduras

de ao interligadas de postes de concreto, constituem descidas naturais at a base das

mesmas, dispensando a necessidade de condutores de descida paralelos ao longo da

sua extenso.

5.1.2.1.2 Em construes de alvenaria, ou de qualquer tipo sem armadura metlica

interligada, dever ser implantado um SPDA com descidas externas, que podem ser

embutidas.

5.1.2.1.3 Para diminuir o risco de centelhamento perigoso, os condutores de descida

devem ser dispostos de modo que:

a) a corrente percorra diversos condutores em paralelo;

b) o comprimento desses condutores seja o menor possvel.



Posicionamento dos Condutores de Descida No Naturais

5.1.2.3.3 Os condutores de descida no naturais devem ser instalados a uma distncia

mnima de 0,5 m deportas, janelas e outras aberturas e fixados a cada metro de

percurso.

NOTA Condutores de descida em alumnio, mesmo com capa isolante, no devem ser

instalados dentro de calhas ou tubos de guas pluviais, para evitar problemas de

corroso.

5.1.2.3.4 A instalao dos condutores de descida deve levar em considerao o

material da parede onde os mesmos sero fixados:

a) se a parede for de material no inflamvel, os condutores de descida podem ser

instalados na sua superfcie ou embutidos na mesma;

b) se a parede for de material inflamvel e a elevao de temperatura causada pela

passagem da corrente de descarga atmosfrica no resultar em risco para este

material, os condutores de descida podem ser instalados na sua superfcie;



Posicionamento dos Condutores de Descida No Naturais

c) se a parede for de material inflamvel e a elevao de temperatura dos condutores

de descida resultar em risco para este material, a distncia entre os condutores e o

volume a proteger deve ser de no mnimo 10 cm (os suportes metlicos dos condutores

de descida podem estar em contato com a parede).



Construo das Descidas No Naturais

5.1.2.4.1 Condutores de descida devem ser retilneos e verticais, de modo a prover o

trajeto mais curto e direto para a terra. Laos (conforme a figura 3) devem ser evitados.

Onde isto no for possvel, a distncia medida entre dois pontos do condutor e o

comprimento ( l ) do condutor entre esses dois pontos, segundo a mesma figura

5.1.2.4.2 No so admitidas emendas nos cabos utilizados como condutores de

descida, exceto na interligao entre o condutor de descida e o condutor do

aterramento, onde dever ser utilizado um conector de medio (conforme 5.1.2.6). So

admitidas emendas nas descidas constitudas por perfis metlicos, desde que estas

emendas encontrem-se conforme 5.1.2.5.2.

5.1.2.4.3 Os cabos de descida devem ser protegidos contra danos mecnicos at, no

mnimo, 2,5 m acima do nvel do solo. A proteo deve ser por eletroduto rgido de PVC

ou metlico sendo que, neste ltimo caso, o cabo de descida deve ser conectado s

extremidades superior e inferior do eletroduto.



Aterramentos do SPDA

5.1.3.1.1 Do ponto de vista da proteo contra o raio, um subsistema de aterramento

nico integrado estrutura prefervel e adequado para todas as finalidades (ou seja,

proteo contra o raio, sistemas de potncia de baixa tenso e sistemas de sinal).

5.1.3.1.2 Para assegurar a disperso da corrente de descarga atmosfrica na terra sem

causar sobretenses perigosas, o arranjo e as dimenses do subsistema de

aterramento so mais importantes que o prprio valor da resistncia de aterramento.

Entretanto, recomenda-se, para o caso de eletrodos no naturais, uma resistncia de

aproximadamente 10 , como forma de reduzir os gradientes de potencial no solo e a probabilidade de centelhamento perigoso. No caso de solo rochoso ou de alta

resistividade, poder no ser possvel atingir valores prximos dos sugeridos. Nestes

casos a soluo adotada dever ser tecnicamente justificada no projeto.

5.1.3.1.3 Sistemas de aterramento distintos devem ser interligados atravs de uma

ligao eqipotencial de baixa impedncia.|



Eletrodos de aterramento

5.1.3.2.1 Os seguintes tipos de eletrodo de aterramento podem ser utilizados:

a) aterramento natural pelas fundaes, em geral as armaduras de ao das fundaes;

b) condutores em anel;

c) hastes verticais ou inclinadas;

d) condutores horizontais radiais;

5.1.3.2.2 Eletrodos em forma de placas ou pequenas grades devem ser evitados, por

razes de corroso.



Condutores de Descida

Devem estar de acordo com a tabela abaixo



Condutores de Descida

NOTAS

1 A distncia mdia entre condutores de descida est relacionada com a distncia de

segurana. Se os espaamentos mdios forem maiores que os especificados na tabela

2, as distncias de segurana podem resultar consideravelmente aumentadas.

2 Os condutores de descida devem ser, na medida do possvel, espaados

regularmente em todo o permetro, devendo ser instalado, sempre que possvel, um

condutor de descida em cada vrtice da estrutura.

3 Em estruturas cobrindo grandes reas com larguras superiores a 40 m, so

necessrios condutores de descida no interior do volume a proteger (requisito que ser

naturalmente atendido no caso de estruturas metlicas ou com armaduras de ao

interligadas).

N descidas = P/D onde: P= Permetro da estrutura e o D a distncia entre os condutores de descida.



Elementos de um SPDA

O projeto do SPDA consiste no dimensionamento dos captores. A otimizao

da proteo contra descargas atmosfricas baseia-se em distribuir

corretamente os captores na rea a ser protegida.Os captores podem ser

subdivididos em:

Captores tipo haste vertical; Captores tipo cabo horizontal.

Sistemas de proteo contra descargas podem conter somente um dos tipos

dos captores ou conter ambos



Elementos de um SPDA

O captor vertical constitudo de uma ponta captora e um mastro e feito de ao ou cobre.

Captores horizontais consistem basicamente em cabos ou fitas metlicas nuas que envolvem a superfcie a ser protegida.

A utilizao dos captores varia com caractersticas da construo, como altura,

rea efetiva, e nvel de proteo necessrio.



DIMENSIONAMENTO DE UM SPDA: Para o projeto correto de um SPDA precisaremos das seguintes informaes:

1- Projeto civil e arquitetnico do volume a proteger com os seguintes dados:

1.1- Comprimento, largura e altura do volume;

1.2-tipo de telha : pr-moldada, calheto, barro ou cermica, fibrocimento metlica,

telha ecolgica e outras.

1.3-atividade da empresa-indstria qumica, metalrgica, explosivo, produtos qumicos,

refinaria, hospital, escola, universidade, emissora de tv, edifcio residencial etc;



DIMENSIONAMENTO DE UM SPDA: Para o projeto correto de um SPDA precisaremos das seguintes informaes:

1.4-de posse das informaes dos itens 1.1 ,1.2 e 1.3 consultamos a tabela B6 da NBR

5419/05 e verificamos qual nvel de proteo o volume de enquadra, sedo que os nveis

variam de 1 a 4.

a) o tipo de ocupao da estrutura;

b) a natureza de sua construo;

c) o valor de seu contedo, ou os efeitos indiretos;

d) a localizao da estrutura;

e) a altura da estrutura.



DIMENSIONAMENTO DE UM SPDA:

B.1 Generalidades

B.1.1 Estruturas especiais com riscos inerentes de exploso, tais como aquelas

contendo gases ou lquidos inflamveis, requerem geralmente o mais alto nvel de

proteo contra descargas atmosfricas.

Prescries complementares para esse tipo de estrutura so dadas no anexo A.

B.1.2 Para os demais tipos de estrutura, deve ser inicialmente determinado se um

SPDA , ou no, exigido.

Em muitos casos, a necessidade de proteo evidente, por exemplo:

a) locais de grande afluncia de pblico;

b) locais que prestam servios pblicos essenciais;

c) reas com alta densidade de descargas atmosfricas;

d) estruturas isoladas, ou com altura superior a 25 m;

e) estruturas de valor histrico ou cultural.




B.1.3 Este anexo apresenta um mtodo para determinar se um SPDA , ou no,

exigido, e qual o nvel de proteo aplicvel. No entanto, alguns fatores no podem ser

avaliados e podem sobrepujar todas as demais consideraes. Por exemplo, o fato de

que no deve haver qualquer risco de vida evitvel, ou de que os ocupantes de uma

estrutura devem se sentir sempre seguros, pode determinar a necessidade de um

SPDA, mesmo nos casos em que a proteo seria normalmente dispensvel. Nestas

circunstncias, deve recomendar-se uma avaliao que considere o risco de exposio

(isto , o risco de a estrutura ser atingida pelo raio), e ainda os seguintes fatores:

a) o tipo de ocupao da estrutura;

b) a natureza de sua construo;

c) o valor de seu contedo, ou os efeitos indiretos;

d) a localizao da estrutura;

e) a altura da estrutura.




Avaliao dos riscos de exposio:

- a probabilidade de uma estrutura ser atingida por um raio em um

ano.

- Densidade de descargas atmosfricas (Ng):

- Ng = 0,04 x Td1,25 [km2/ano]

Onde Td = Dias de trovoadas por ano, conforme mapa isocerunicos.




rea de Exposio Equivalente (Ae)

- a rea de exposio do plano da estrutura prolongada em todas as

direes, de modo a levar em conta sua altura.

Ae = CL+2CH+2LH+H2 [m2]




Frequncia Mdia Anual Previsvel [Nd]

- Frequncia de descargas atmosfricas sobre uma estrutura:

Nd = Ng x Ae x 10-6 [por ano]




Fatores de Ponderao [Fp]

- Conforme apresentado nas tabelas B1 a B5;

- Fp = A.B.C.D.E




B.3 Freqncia admissvel de danos

Para a freqncia mdia anual admissvel de danos Nc, valem os seguintes limites,

reconhecidos internacionalmente:

a) riscos maiores que 10-3 (isto , 1 em 1 000) por ano so considerados inaceitveis;

b) riscos menores que 10-5 (isto , 1 em 100 000) por ano so, em geral, considerados

aceitveis.

B.4 Avaliao geral de risco

B.4.1 Depois de determinado o valor de Nd, que o nmero provvel de raios que

anualmente atingem uma estrutura, o passo seguinte a aplicao dos fatores de

ponderao indicados nas tabelas B.1 a B.5.




Multiplica-se o valor de Nd pelos fatores pertinentes, obtendo-se Ndc.

Compara-se Ndc com a freqncia admissvel de danos Nc, conforme o seguinte

critrio:

a) se Ndc 10-3, a estrutura requer um SPDA; b) se 10-3 > Ndc > 10-5, a convenincia de um SPDA deve ser tecnicamente justificada

e decidida por acordo

entre projetista e usurio;

c) se Ndc 10-5, a estrutura dispensa um SPDA.




Nmero de descidas para o SPDA

N = P/D




EXEMPLO:

Verificar se a estrutura citada abaixo requer SPDA:

Faculdade Pitgoras, com 50 metros de comprimento, 22 de largura, 8 metros

de altura.




EXEMPLO:

Verificar se a estrutura citada abaixo requer SPDA:

Posto de combustvel, com 25 metros de comprimento, 20 de largura, 7 metros

de altura. Localizado na Av. Maring em Londrina.



MTODO DE PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICAS

- Mtodo de Franklin Recomendado para Aplicao em estruturas muito elevadas e de

pouca rea horizontal economicamente vivel.




- Mtodo de Faraday Recomendado para aplicao em estruturas relativamente baixas, porm com uma grande rea horizontal. Contrrio ao mtodo de

Franklin




- Mtodo Eletrogeomtrico Recomendado para aplicao em estruturas de grande altura e/ou de formas arquitetnicas complexas.



DIMENSIONAMENTO SISTEMA DE PROTEO CONTRA DESCARGAS

ATMOSFRICAS

VISTA LATERAL DIREITAESC. 1:75

VISTA LATERAL ESQUERDAESC. 1:50

UE 05 - Sistemas de Proteção Contra Descargas Atmosféricas - Instalações Elétricas I (1)

Documents

Transcript of UE 05 - Sistemas de Proteção Contra Descargas Atmosféricas - Instalações Elétricas I (1)