Lista Lis ta de símbolos D
DJ
I
L M
área de exposição equivalente da estrutura, expressa em metro quadrado (m2); área de exposição equivalente da estrutura adjacente, expressa em metro quadrado ( m2); área de exposição equivalente para descargas atmosféricas perto de uma linha. área de exposição equivalente para descargas atmosféricas em uma linha; área de exposição equivalente para descargas atmosféricas perto de uma estrutura;
ca
valor dos animais presentes na zona;
cb
valor da edificação relevante à zona;
cc
valor do conteúdo da zona;
cs
valor dos sistemas internos incluindo suas atividades na zona;
ct
valor total da edificação e conteúdo da estrutura;
c z
valor do patrimônio cultural na zona;
h z
K S S1
K S S2
K S S3 K S S4
fator de aumento da perda devido a danos físicos quando um perigo especial estiver presente; leva em consideração a eficiência da blindagem por malha da estrutura, SPDA ou outra blindagem na interface ZPR 0/1; leva em consideração a eficiência da blindagem por malha da estrutura, SPDA ou outra blindagem na interface ZPR X/Y (X > 0, Y > 1; leva em consideração as características da fiação interna; leva em consideração a tensão suportável ( U W de impulso do sistema a ser protegido, avaliado como K S S4 = 1 /U W W.
L A LB
LC
LF LM
perda relacionada aos ferimentos a seres vivos por choque elétrico (descargas atmosféricas à estrutura); perda em uma estrutura relacionada a danos físicos (descargas atmosféricas à estrutura); perda relacionada à falha dos sistemas internos (descargas atmosféricas à estrutura); número relativo médio típico de vítimas por danos físicos; perda relacionada à falha de sistemas internos (descargas atmosféricas perto da estrutura);
LO
perda em uma estrutura devido à falha de sistemas internos;
LT
número relativo médio típico de vítimas feridas por choque elétrico;
LU
LV
LW L Z
N D
N DJ DJ
N g N I I
N L
perda relacionada a ferimentos de seres vivos por choque elétrico (descargas atmosféricas na linha); perda em uma estrutura devido a danos físicos f ísicos (descargas atmosféricas atmosféricas na linha); perda devido à falha de sistemas internos (descargas atmosféricas na linha); perda relacionada à falha de sistemas internos (descargas atmosféricas perto da linha); número de eventos perigosos devido às descargas atmosféricas em uma estrutura; número de eventos perigosos devido às descargas atmosféricas em uma estrutura adjacente adjacente;; densidade de descargas atmosféricas; atmosféric as; número de eventos perigosos devido às descargas atmosféricas perto de uma linha; número de eventos perigosos devido às descargas atmosféricas a uma linha;
N M M
número de eventos perigosos devido às descargas atmosféricas perto de uma estrutura;
nt
número total de pessoas na estrutura;
n z
número de pessoas na zona;
P A
probabilidade de uma descarga atmosférica em uma estrutura causar ferimentos a seres vivos por meio de choque elétrico;
P C
probabilidade de uma descarga atmosférica em uma estrutura causar falha
a sistemas internos; probabilidade probabilidade de uma descarga atmosférica perto de uma estrutura causar
P M
falha em sistemas internos; fator relacionado às interfaces isolantes e sistemas coordenados de DPS
P MS MS
como medidas de proteção para diminuição de P M M; P U
probabilidade de uma descarga atmosférica em uma linha causar ferimentos
a seres vivos por choque elétrico; probabilidade probabilidade de uma descarga atmosférica atmosférica em uma linha causar danos fí-
P V
sicos; probabilidade de uma descarga atmosférica em uma linha causar falha de
P W
sistemas internos; P Z
probabilidade de uma descarga atmosférica perto de uma linha que entra na
estrutura causar falha dos sistemas internos; r f
fator de redução da perda devido a danos físicos dependendo do risco de
incêndio ou do risco de explosão da estrutura; r p
fator de redução da perda devido a danos físicos dependendo das providên-
cias tomadas para reduzir as consequências do incêndio; r t
fator de redução da perda de vida humana dependendo do tipo do solo ou
t z
número total de pessoas presentes na estrutura;
piso;
Sumário Lista de símb símbolos olos..................................... ...................................................... .................................. ................................. ................................. ............................ ........... 2 Sumário Sumário ............... ............................... .................................. .................................. ................................. .................................. .................................. .............................. ............. 5 2 Descargas Atmosféricas ..................................................................................................... 7 2.1
Histórico ................ ................................. ................................. ................................. ................................. .................................. .................... .. 7
2.2
Formação dos Raios ................ ................................. .................................. .................................. ................................. ................ 8
2.3
Riscos Riscos ................ ................................ ................................. ................................. ................................. .................................. ....................... ...... 10
2.3.1 Descargas diretas .................................................................................. 12 2.3.2 Descargas indiretas ............................................................................... 12 2.3.3 Tensões Induzidas ................................................................................. 13 2.3.4 Interferência Eletromagnética ................................................................ 13 2.4
Descargas atmosféricas em torres .............................................................. 13
3 NBR5419:20 NBR5419:2015 15 ............... ............................... ................................. .................................. .................................. .................................. ............................... .............. 16 3.1
Defini Defini ção das partes ................ ................................. .................................. .................................. ............................... .............. 16
3.2
Principais Mudanças Mudanças em relação à norma ABNT NBR 5419:2005 .............. 17
Parte 1 ............... ................................ ................................. ................................. ................................. .................................. ............................. ........... 17 Parte 2 ............... ................................ ................................. ................................. ................................. .................................. ............................. ........... 17 Parte 3 ............... ................................ ................................. ................................. ................................. .................................. ............................. ........... 20 Parte 4 ............... ................................ ................................. ................................. ................................. .................................. ............................. ........... 23 3.3 Os benefícios e impactos da atual norma argumentados por alguns profissionais ................. .................................. ................................. ................................. .................................. ................................. ................................. .................................. .................... ... 23 4 Proteção Contra Descargas Descargas Atmosféricas - NBR 5419 ......... .................. ................... ................... .................. ................ ....... 25 4.1
Definição dos Riscos e seus Parâmetros Parâmetros ......... ................... ................... .................. ................... ............... ..... 25
4.1.1 Componentes de Risco .......................................................................... 26
4.1.2 Gerenciamento de Risco ........................................................................ 38 4.2
Medidas de Proteção .................................................................................. 39
4.2.1 Níveis de Proteção ................................................................................. 40 4.2.2 Métodos de proteção ............................................................................. 41 4.2.3 Proteção do Sistema Elétrico e Eletrônico ............................................. 44 4.2.4 Proteção de sistemas de telecomunicações .......................................... 47 Referências ......................................................................................................................... 49 ANEXO A – Fluxogramas .................................................................................................... 51 A.1 Procedimento para decisão da necessidade da proteção e para selecionar as medidas de proteção ........................................................................................................ 51
2 Descargas Atmosféricas Descarga Atmosférica é um fenômeno natural de alta complexidade que, até hoje, ainda intriga os pesquisadores no que se refere à compreensão dos aspectos físicos e seus efeitos. A preocupação com os efeitos destrutivos desse fenômeno nos leva à tarefa de buscar formas de proteção contra ele (PRAZERES, 2007).
2.1
Histórico
Ao longo da história o raio sempre foi admirado e temido por toda civilização. Alguns povos atribuíam este fenômeno aos deuses que os lançavam sobre a terra como sinal de reprovação ou de que haveria tempos prósperos para a lavoura. Outros povos associavam que os raios eram produzidos pelas batidas de um poderoso martelo, cujo efeito estrondoso originava os raios e trovões. Algumas tribos sustentavam a crença de que um "pássaro trovão"mergulhava das nuvens para a terra, provocando tal efeito. Pesquisas com o objetivo de obter informações sobre as características elétricas do raio surgem por volta do século XVII. Experiências realizadas nos EUA e na Europa foram elaboradas demonstrando o caráter elétrico dos raios e sua possibilidade de ser captado (BENITEZ, Salvador: 2006). Benjamin Franklin (1706-1790), cientista e inventor americano, adquiriu reputação internacional devido as suas descobertas sobre a eletricidade e, também, demonstrando que os raios são um fenômeno de natureza elétrica. Desenvolveu um perigoso experimento, a fim de demonstrar sua teoria de que os raios são originários da própria natureza, fazendo voar uma pipa presa a um condutor metálico aterrado, durante uma tempestade. Desse modo, pôde provar que os raios eram apenas grandes descargas elétricas que ocorriam de forma natural. Apesar de relatar em seus escritos sobre seus conhecimentos do perigo que tais métodos alternativos possuíam e colocando em risco sua própria vida, ainda tem-se o questionamento se ele, de fato, a realizou. A partir desse mesmo experimento, Franklin propôs que se a descarga fosse transportada através de hastes metálicas até o solo poderiam impedir que os raios atingissem qualquer estrutura. Sugeriu que fosse colocado, acima das casas, uma ponta metálica com hastes em contato com a terra, propiciando a condução da corrente elétrica nesta composição, sem que o raio causasse danos às estruturas. Com isso, surgia o para-raio e
a
7 P
á
g
ni
este é o conceito de um dos métodos de proteção contra descargas atmosféricas ser conhecido como método Franklin. Nos últimos anos de sua vida dedicava a maior parte de seu tempo ao serviço público, mas continuou realizando experimentos ocasionais seguindo o trabalho de outros cientistas. Franklin também participou de conselhos para revisão de métodos de proteção contra raios e fez recomendações para a proteção de catedrais e de instalações para a fabricação e armazenamento de pólvora. 2.2
Formação dos Raios
Os raios se formam em nuvens denominadas
Cumulunimbus,
capazes de atingir uma
extensão de 9 a 12 km. A carga elétrica que se acumulam nestas nuvens surgem pelo processo do encontro entre correntes ascendentes de ar quente e úmido por partículas superesfriadas de sentido descendente. Esta colisão entre as correntes e o atrito entre gotículas de chuva favorecem a produção de grandes cargas de eletricidade na nuvem, formando gradientes de tensão que variam de 50 a 5.200 V/cm (LIMA, 2009). Figura 1 – Campo induzido entre nuvem e solo pelo carregamento da base da nuvem
Fonte: Prazeres (2007)
As descargas intra-nuvens são as mais frequentes, conforme dados de RINDAT (2016), pelo fato da capacidade isolante do ar diminuir com a altura em função da diminuição da densidade do ar e pelas regiões de cargas opostas na nuvem estarem mais próximas. Para este trabalho, serão consideradas as descargas ocorrendo entre nuvem-solo, devido ao seu potencial destrutivo e objetivo de utilização de SPDA. Como dito anteriormente, entre a nuvem e o solo haverá a presença de um campo elétrico produzido pelas cargas da base da nuvem (concentração de cargas negativas) e o
a
8 P
á
g
ni
solo (concentração de cargas positivas), ocorrendo o rompimento da rigidez dielétrica do ar 1 sendo favorável que gere uma descarga elétrica entre a nuvem e o solo (descarga negativa). O rompimento da rigidez dielétrica do ar é apenas o primeiro passo para a descarga atmosférica, sendo necessário que ocorram outros eventos para que a descarga atmosférica seja concluída (SILVA, 2014). Fracas descargas ocorrem na região de cargas negativas no interior da nuvem e se deslocam em direção ao centro de cargas positivas por um período de cerca de 10 ms, denominado período de quebra de rigidez preliminar (RINDAT, 2016). Com isso, inicia-se o processo de formação de um canal ionizado de plasma, que é denominado canal precursor de descarga (ou líder descendente) formando para baixo na região externa da nuvem. O líder descendente realiza o caminho em etapas, percorrendo trechos de 30 a 100 metros, buscando o percurso mais fácil - com menor rigidez dielétrica - para que o canal seja estabelecido entre a nuvem e o ponto de impacto. Junto a isso, um processo similar ocorre a partir do solo onde a concentração de cargas positivas sofrem indução e formam, também, um canal ascendente que parte em direção à nuvem, em encontro ao líder descendente (Figura 2). Figura 2 – Processo de conexão dos canais ascendente e descendente
Fonte: Prazeres (2007)
No momento em que os canais estão a uma distância crítica mínima de separação um do outro, ocorre uma descarga final responsável pela interligação dos canais. O estabelecimento do canal gera uma intensa onda de corrente elétrica, chamada de corrente de retorno, propagandose pelo canal e neutralizando as cargas acumuladas (SILVEIRA, 9
2006). g
in
a á P
1
Quando materiais isolantes são ionizados por campos elétricos muito intensos, tornam-se condutores. Para o ar, isto ocorre para campos elétricos da ordem de 3 · 10 6 V/m (NIELSEN, 2008)
Como resultado do fluxo de corrente que circula pelo canal ionizado, ocorre um intenso aquecimento deste, podendo alcançar temperaturas superiores a 3.000oC . Tal aquecimento provoca um efeito luminoso intenso - o relâmpago - e também resulta na expansão muito rápida do ar ao redor do canal, provocando o deslocamento de uma onda sonora no ar - trovão (VISACRO, 2005b).
2.3
Riscos
Estima-se que, a cada segundo, caem sobre a Terra cerca de 50 a 100 raios, o que equivale a cerca de 10 milhões de descargas por dia ou três bilhões por ano. Esta consequente descarga à Terra provoca prejuízos e mortes (LIMA, 2009). No Brasil, cerca 50 milhões de descargas atingem anualmente seu território. De acordo com Silva (2014), entre os anos 2000 e 2012, foram registradas 1.601 mortes causadas por descargas atmosféricas. Dentro do curto período de tempo de ocorrência de uma descarga atmosférica, podem ser destacados três partes (Figura 3): tempo de subida ou de frente (tempo para que o raio atinja o valor máximo), tempo de meia onda ou de meio valor (tempo necessário para que o raio atinja 50% do valor de pico) e a cauda da onda (tempo a partir do tempo de subida, seguido por um período mais longo e suave no qual a corrente decai até desaparecer). Figura 3 – Parâmetros de um impulso de corrente
Fonte: ABNT NBR 5419-1:2015
onde: 0 1
O1 origem virtual; P
á
g
ni
a
I corrente
de pico;
T 1 tempo de frente; T 2 tempo
até o meio valor;
±i polaridade
(positiva ou negativa) da corrente.
Uma descarga atmosférica pode atingir valores expressivos de tensão entre a nuvem e o solo, nuvem e o ponto atingido, proporcionando que haja o fluxo de uma corrente impulsiva de alta intensidade e curta duração. Segundo Lima (2009), esta tensão dependerá, principalmente, da intensidade de corrente do raio e da impedância existente entre o percurso da descarga. Tabela 1 – Características das descargas atmosféricas Parâmetros
Corrente Tensão Duração Carga elétrica da nuvem Potência liberada
Valores
Unidade
2.000 a 200.000 100 a 1.000.000
A kV
70 a 200
µs
20 a 50
C
1000 a 8.000
kW
milhões Energia 4 a 10 Tempo de crista 1 ,2 Tempo de meia cauda 50 Fonte: Kindermann (2002).
kWh µs µs
Por se tratar de uma corrente cuja variação de intensidade ocorre de forma muito rápida, torna este fenômeno um importante causador de distúrbios eletromagnéticos com capacidade de gerar danos e interferências em sistemas elétricos e eletrônicos. Bem como induzir altas tensões em partes metálicas com grande risco de acidente à estrutura e aos seus ocupantes. As descargas atmosféricas podem ser divididas conforme dois tipos distintos de efeitos: descargas diretas e descargas indiretas.
P
á
g
ni
a
1
1
2.3.1
Descarg as dir etas
Tais descargas acontecem quando o canal principal (ou um dos ramos) incide diretamente sobre determinado objeto e são as responsáveis pelos efeitos mais severos de danos que podem ocorrer. A incidência direta de descarga sobre seres vivos, prédios, estruturas e sistemas elétricos pode gerar destruição, incêndios e, possivelmente, mortes. Uma descarga direta sobre uma edificação, por exemplo, poderá ocasionar a destruição de paredes, fundir materiais metálicos, danificar e/ou destruir antenas e cabos de comunicações, entre outros. (VISACRO, 2005a) 2.3.2
Descarg as ind iretas
São descargas cujos efeitos sobre as estruturas ou seres vivos são causadas distantes do ponto de queda do raio. Quando o líder descendente se encontra com o líder ascendente e o circuito é fechado, ocorre uma descarga de grande intensidade que faz com que o canal ionizante alcance altas temperaturas; fortes campos eletromagnéticos são produzidos em torno deste canal principal (Figura 4). No solo, radialmente a partir do ponto de impacto, linhas de corrente propagamse, colocando em risco à tensões de toque, tensão de passo, tensões induzidas em condutores próximos e
EMI.
Figura 4 – Onda eletromagnética irradiada pela corrente de retorno
Fonte: Visacro (2005b).
P
á
g
ni
a
1
2
2.3.3
Tensõ es Induzid as
De acordo com Buratto (2011), a corrente de retorno fluindo pelo canal ionizado, constituído entre nuvem e solo promove tensões induzidas em corpos próximos ao ponto de incidência. Tais tensões constituem a principal fonte de danos nas linhas de distribuição de energia e em circuitos de baixa tensão em geral, incluindo as redes de telecomunicações. Constituem, ainda, a origem de interferência eletromagnética em sistemas e equipamentos, que, em muitos casos, resulta na corrupção de dados transmitidos em sistemas de comunicação através de sistemas elétricos. 2.3.4
Interf erência Eletrom agnétic a
Apesar dos efeitos gerados pelos campos eletromagnéticos causarem danos aos seres vivos pelas tensões induzidas, seus danos são maiores em equipamentos eletrônicos e sistemas de comunicações (LIMA, 2009), que, em muitos casos, resulta em perdas de dados transmitidos e recebidos nos sistemas de comunicação.
2.4
Descargas atmosféricas em torres Medidas para que as perdas de uma baixa eficiência de transmissão sejam reduzidas
está em manter a torre da antena o mais próximo possível do edifício que abriga os equipamentos. No entanto, esta prática é contrária à concepção de um sistema confiável de proteção contra os efeitos de uma descarga atmosférica. A distância mínima considerada entre o edifício de equipamentos e a torre de antenas, para que os efeitos do campo eletromagnético 2 associado ao raio não danifiquem os equipamentos, é de 9 m (IEEE, 2011). Na impossibilidade de execução com esta distância mínima deverá haver a instalação, no interior e no exterior da estrutura, de uma malha de condutores formando uma gaiola de Faraday.
3 1 a ni g á P
2 A
intensidade do campo eletromagnético cai com o quadrado da distância.
Figura 5 – Sistema de aterramento integrado Fonte: Lock (2011)
Como os dois sistemas de aterramento (da torre e da estrutura) devem estar conectados a mesma malha de aterramento (Figura 5), a distância adotada entre as duas massas protegidas irá reduzir significativamente o aumento de potencial de terra, não haverá interferências entre os equipamentos internos à estrutura. Uma proteção contra descargas atmosféricas efetivamente projetada para torres e telecomunicações deve, segundo Lock (2011), atender de forma integrada ao maior número dos seguintes fatores: ∙ Proteção contra descargas diretas; ∙ Rede
de aterramento capaz de dispersar a corrente do raio;
∙ Integrar a rede de ∙ Sistema de ∙ Reduzir
energia ao sistema de proteção;
equipotencialização eficaz; 4
aumentos de potencial; a
1
∙ Previnir
ni
sobretensões em equipamentos no interior da cabine; P
á
g
∙ Mitigação
de efeitos provocados
LEMP.
Devido às elevadas amplitudes de corrente do raio, ocorre um intenso e variável campo magnético próximo aos condutores dos quais elas fluem, fazendo com que os efeitos deste campo induza elevadas correntes nos circuitos de equipamentos no interior da estrutura (COORAY, 2010). Para que estes efeitos sejam minimizados, equipamentos e cabos devem ser aterrados, de forma adequada, e protegidos por um sistema coordenado de DPS’s.
P
á
g
ni
a
1
5
16
3 NBR5419:2015 Desde a última versão publicada da norma ABNT (2005), os membros da Comissão de Estudos CE 64.10 estiveram reunidos para revisarem o documento e elaborarem um novo projeto, muito mais abrangente e criterioso, tendo como base a segunda versão da norma IEC 62305
Lightning Protection
partes 1, 2, 3 e 4, (MOREIRA, 2014). Aqui serão apresentadas
algumas das principais mudanças entre os textos normativos.
3.1
Defin ição das partes
Em conformidade com a IEC 62305/2010, a ABNT NBR 5419:2015 segue com a mesma estrutura e organização dos documentos, composta por quatro documentos normativos e seus anexos, sendo eles: Parte 1 - Princípios Gerais; Parte 2 - Gerenciamento de Risco; Parte 3 - Danos Físicos às Estruturas e Perigo à Vida; Parte 4 - Proteção de Sistemas Elétricos e Eletrônicos.
Figura 6 – Conexões entre as partes da ABNT NBR 5419
6 a
1
Fonte: NBR 5419-1:2015 P
á
g
ni
A figura 6 mostra a conexão entre cada uma das partes que compõem a norma atualizada. As medidas de proteção contra descargas atmosféricas integram de forma completa a proteção contra descargas atmosféricas, colocando em segurança a vida dos ocupantes e a integridade dos equipamentos presentes no interior da estrutura. A principal mudança notável, sem dúvidas, é a quantidade de páginas que regem a atual norma, passando de quarenta e duas (42) páginas (ABNT, 2005) para mais de trezentas. A maior parte do texto da nova norma sobre proteção contra descargas atmosféricas foi fiel ao texto da IEC 62305/2010, especialmente as partes 1 e 4. (MOREIRA, 2014)
3.2
Principais Mudanças em relação à norma ABNT NBR 5419:2005
Parte 1
A Parte 1 do texto do documento trata exclusivamente sobre o fenômeno da descarga atmosférica, definindo parâmetros das correntes das descargas que são utilizados como a base das regras de medidas de proteção e dimensionamento de componentes, por exemplo. Sendo uma das partes com a tradução mais próxima da IEC 62305-1. Tais parâmetros são considerados para detalhamento das medidas de proteção (MPS (ABNT, 2015d)). Tais considerações e parâmetros não eram tratados de forma explicita e foram abordados na norma ABNT NBR 5419:2005, no Anexo C (normativo), apresentando parâmetros do valor de crista da corrente da descarga, utilizado para o cálculo do raio da esfera rolante (Modelo Eletrogeométrico) e determinação do nível de proteção. Parte 2
A segunda parte traz as maiores mudanças na proteção de estruturas contra as descargas atmosféricas (SUETA, 2016). É apresentada de forma detalhada a definição de diversos parâmetros da estrutura, dos danos às estruturas decorrentes das descargas atmosféricas, sendo consideradas quatro fontes de danos 3 distintas pelo ponto de impacto da descarga, sendo definidas como: S 1 - descarga na estrutura, S 2 - descarga perto da estrutura, S 3 -
descarga na linha e S 4 - descarga perto da linha. Define-se também tipos de danos ( D X ) como consequência das descargas
atmosféricas, sendo: D1 - ferimentos a seres vivos; D2 - danos físicos; D3 - falhas de sistemas
1
7
eletroeletrônicos. Cada um destes danos, sozinhos ou combinados, refletem em diferentes
ni
a
P
á
g
3 A
corrente da descarga atmosférica é a principal fonte de danos (ABNT, 2015b).
tipos de perdas ( L X ) à estrutura, definidas como: L1 - perda da vida humana; L2 - perda de serviços públicos; L3 - perda de patrimônio cultural; e L4 - perda de valores econômicos. A tabela 2 ilustra cada uma destas situações de forma simplificada para melhor compreensão. Tabela 2 – Fontes de danos, tipos de danos e tipos de perdas de acordo com o ponto de impacto Descarga atmosférica Ponto de impacto Fonte de danos
D1 D2
L1, L4a L1, L2, L3, L4
D3
L1b, L2, L4
S2
D3
L1b, L2, L4
S3
D1 D2
L1, L4a L1, L2, L3, L4
D3
L1b, L2, L4
D3
L1b, L2, L4
S1
S4
a b
Tipo de danos
Estrutura Tipo de perdas
Somente para propriedades onde animais possam ser perdidos. Somente para estruturas com risco de explosão ou para hospitais ou outras estruturas onde falhas de sistemas internos podem imediatamente colocar em perigo a vida humana. Fonte: NBR 5419-2:2015 8
Torna-se necessária a realização de cálculos referentes aos riscos em uma estrutura a
1
(associados aos tipos de perdas). Cada risco depende do número anual de descargas atmosféricas que incidem na estrutura ou próximo a ela, da probabilidade de dano por uma P
á
g
ni
das descargas atmosféricas que influenciam esta estrutura e da quantidade média das perdas causadas. (ABNT, 2015b) Cada uma das componentes de risco que serão avaliadas na composição de cara risco pode ser calculada por meio de uma expressão geral: R X = N X · P X · L X
(3.1)
onde: N X :
é o número de eventos perigosos por ano;
P X :
é a probabilidade de danos à
estrutura; L X : é a perda consequente. De acordo com ABNT NBR 5419-1, os riscos R1, R2 e R3 devem ser considerados na avaliação da necessidade da proteção contra as descargas atmosféricas e os parâmetros relevantes aos cálculos podem ser obtidos ou calculados a partir dos anexos presentes nesta parte da Norma, que serão abordados e discutidos no capítulo seguinte. Em sua versão de 2005 é apresentado um estudo simplificado com informações e procedimentos para o cálculo necessário para a determinação da área de exposição de uma estrutura e se esta exige ou não um SPDA. Realizava-se o cálculo da área de exposição equivalente ( Ae) (alterada na versão atualizada), verificava-se o índice ceráunico da região (número de dias de trovoadas de trovoada ( T d) ) necessário para determinar a densidade das descargas atmosféricas para a terra ( N g), aplicava-se fatores ponderantes (como tipo de ocupação, de construção, o conteúdo e os efeitos indiretos das descargas, a localização da estrutura e a topografia da região) e fazia-se uma avaliação final da frequência média anual de descargas atmosféricas ( N dc) ponderada prevista para a estrutura. Desta forma: ∙ se N dc > 10−3, a estrutura requer um SPDA; ∙ se 10−3 > N dc > 10−5,
facultativo, sendo determinado por especialista a necessidade ou não
de se instalar um SPDA; ∙ se N dc 6 10−5,
dispensa-se o uso de um SPDA.
P
á
g
ni
a
1
9
Então, podia-se utilizar uma tabela fornecida pela norma em função da classificação das estruturas ou a curva de eficiência do SPDA para a definição do nível de proteção do SPDA. A forma de obtenção de N g tem sido questionada (SUETA et al., 2013) e tal dado, por recomendação da IEC, sugere o uso N g mapeado a partir da rede BrasilDat) elaborado pelo
ELAT
LLS
(por exemplo RINDAT,
e, na falta destes, recomenda que adote a seguinte
aproximação (ABNT, 2015b): N g ≈ 0 ,1T d
(3.2)
na qual, T d é o número de dias de trovoadas por ano. A atual ABNT NBR 5419, no Anexo F, possui um mapa de N G para as cinco regiões do Brasil, preparados no
INPE pelo ELAT ,
para que este dado seja consultado, podendo também
ser obtido através da
web page do ELAT .
Além de um procedimento detalhado para que seja avaliado e determinado a necessidade de SPDA, a esta parte da Norma dispõe de um procedimento para que seja avaliado o custo da eficiência da proteção no sentido de que sejam reduzidas as perdas econômicas L4. Avaliando-se as componentes de risco R4, é possível que seja avaliado o custo da perda econômica com ou sem medidas de proteção, devendo ser avaliado de acordo com o que consta no Anexo D. Dois fluxogramas, um referente ao procedimento para avaliar a necessidade de proteção e outro para que seja avaliado a eficiência do custo da proteção são mostrados, respectivamente, no Anexo A, retirados da própia Norma. Dessa forma, as medidas de proteção, tais como o nível de proteção (I, II, III ou IV), as classes dos DPSs (Classe 1, 2 ou 3), as formas para redução de incêndio, as medidas para redução de tensões de toque e passo e as formas de cabeamento e blindagens serão definidas pela análise de risco da estrutura sob estudo. (SUETA, 2016) Parte 3
A terceira parte do documento normativo, aliás, é a que mais tem correspondência com o texto compreendido pela versão em vigor. Neste sentido, é o trecho que mais conta com 0
alterações. (MOREIRA, 2014) 2
Define-se a finalidade de se utilizar um SPDA externo e interno, bem como ao que estará destinado a proteger em estruturas sem limitação de altura. Garantindo que a descarga P
á
g
ni
a
seja captada pela estrutura, conduzida pelos condutores e dispersada na terra de forma eficaz e segura, reduzindo os riscos de centelhamento perigosos no interior da estrutura sem expor à riscos os ocupantes e outros elementos eletricamente condutores. Apresenta mudanças quanto a materiais de condutores de captação e descida, procedimentos nos testes de continuidade e arquitetura de interligação dos condutores de descida. O método do ângulo de proteção (método Franklin) teve um aumento significativo em relação ao alcance dos captores. Os ângulos não são mais fixados em função do nível de proteção passando a serem obtidos em função da altura dos captores (Figura 7). A utilização do método das malhas (Faraday) teve suas dimensões de espaçamento entre as malhas diminuidas, tendo um formato mais "quadrado", como mostrado na Tabela 3. Tabela 3 – Comparativo da largura máxima da malha de proteção e raio da esfera rolante de acordo com a classe do SPDA
Classe do SPDA
I II III IV
Eletrogeométrico Raio da esfera rolante a - R (m)
Métodos de Proteção Faraday Largura máxima Comprimento Máximo afastamento dos da malha b (m) da malha b (m) condutores da malha c (m) 5 5x5 6 10 10 10x10 6 20 10 15x15 6 20 20 20x20 6 40
20 30 45 60 a Não mudou após atualização b Conforme ABNT NBR 5419:2005 - Tabela 1 c Conforme ABNT NBR 5419-3:2015 - Tabela 2 Figura 7 – Ângulo de proteção correspondente à classe de SPDA
2
1
Fonte: ABNT NBR 5419-3:2015 P
á
g
ni
a
O que pode ser notado é que anteriormente, considerava-se que o comprimento da malha, da rede de condutores posicionadas no plano horizontal ou inclinado da estrutura a ser protegida, poderia ter um espaçamento não maior que o dobro da largura máxima da malha. De agora em diante, essa malha deverá ter seu comprimento igual a medida da sua largura. Em ABNT NBR 5419:2005 outrora determinava-se o espaçamento médio entre os condutores de descida (Tabela 4) e a interligação por meio de condutores horizontais a cada 20 metros
de altura.
Esta exigência passa a ser alterada, agora consideradas as distâncias conforme mostrado nesta mesma tabela (Tabela 4) e as interligações horizontais passam a ser admitidas em intervalos entre 10 a 20 metros no atual texto normativo, sendo aceitável que o espaçamento dos condutores de descidas tenham no máximo 20% além dos valores estipulados (ABNT, 2015c). Tabela 4 – Comparativo entre valores típicos de distância entre os condutores de descida conforme o nível de proteção do SPDA Classe do SPDA
Espaçamento Médio a (m)
Distâncias b (m)
I 10 10 II 15 10 III 20 15 IV 25 20 a Segundo ABNT NBR 5419:2005 b Segundo ABNT NBR 5419:2015 Referente aos condutores utilizados para os sistemas de captação e de descida, materias como o aço e o alumínio cobreado foram adicionados e houve um aumento nas dimensões mínimas, e das tolerâncias, dos condutores de captação, hastes captoras e condutores de descida considerados para a composição do SPDA. Como, por exemplo, o cobre que passa a ser considerado uma área de seção mínima de 35 mm4 para captação e descidas, contra o mínimo que antes era estipulado de 35 mm2 para captação e 16 mm2 para descidas. A continuidade elétrica das armaduras de concreto armado existentes, apresentada no atual texto da norma, deverão apresentar uma resistência elétrica inferior a 0 ,2 Ω para que sejam considerados como condutores naturais da corrente da descarga atmosférica, contrapondo a ABNT NBR 5419:2005 que determinava que uma resistência medida poderia 2
ser inferior a 1 Ω. a g
in
2 á P
4
Composto por eletrodos radiais (verticais, horizontais ou inclinados) sendo indicad o para solos de baixa resistividade e pequenas estruturas. (ABNT, 2005)
Caso este valor não seja alcançado ou não possa ser medido, um sistema convencional de proteção deve ser adotado e instalado. Houve a retirada da consideração da medição da resistência ôhmica do aterramento do SPDA, que antes era sugerido o valor de 10 Ω, e da configuração de aterramento conforme o arranjo "A" 2 sendo considerado apenas o arranjo "B" 5
Parte 4
A quarta parte da norma não tem referência com a norma ABNT NBR 5419:2005 e é voltada para a proteção de equipamentos eletroeletrônicos no interior da estrutura utilizando as chamadas Medidas de Proteção Contra Surtos (MPS’s) e trata basicamente de aspectos gerais ligados à compatibilidade eletromagnética e proteção para equipamentos elétricos e eletrônicos. A base destas medidas são o roteamento dos condutores, suas blindagens e a equipotencialização por meio dos DPS’s daqueles condutores normalmente energizados. (SANTOS, 2015) Sistemas eletroeletrônicos podem sofrer danos permanentes causados por impulsos eletromagnéticos da descarga atmosférica (LEMP) por meio de surtos conduzidos ou induzidos transmitidos pelos cabos conectados aos sistemas e/ou pelos efeitos dos campos eletromagnéticos irradiados diretamente para os próprios equipamentos (ABNT, 2015d) havendo ou não um SPDA instalado externamente à estrutura. Os campos eletromagnéticos irradiados podem ser gerados a partir da corrente elétrica que flui no canal das descargas atmosféricas diretas e pela corrente parcial da descarga atmosférica fluindo nos condutores 6.
3.3 Os benefícios e impactos da atual norma argumentados por alguns profissionais Segundo Silva (2015), a ABNT (2015a), juntamente com seus anexos, possui vastos dados e informações conceituais úteis que podem servir de subisídio para análises, estudos acadêmicos, simulações, dimensionamento de componentes de proteção, etc. José Cláudio de Oliveira e Silva, membro da CE 03:64.10, expõe que os critérios básicos para proteção contra descargas atmosféricas têm como base os parâmetros das correntes das descargas atmosféricas (SILVA, 2015). As medidas de proteção, na maior parte, 2
3
dependem dos valores máximos destes parâmetros e, considerando a corrente de pico mínima ni
a g á P
5 Composto 6 e.g.
por eletrodos em anel ou embutidos nas fundações da estrutura. nos condutores de descida de um SPDA externo, de acordo com a parte 3 da norma.
para o projeto do subsistema de captação do SPDA, mais "fechado"tem que ser o subsistema de captação para interceptar a descarga. De acordo com a mudança do ângulo de proteção no método Franklin, o engenheiro eletricista, secretário da Comissão de Estudos (CE) 64.10, Hélio Sueta, em Moreira (2014), colabora dizendo que "essa mudança deverá revitalizar comercialmente o emprego deste método, que até o momento vem sendo deixado de lado pela comunidade técnica em função da pouca flexibilidade na utilização dos ângulos de proteção". E continua dizendo que, a respeito da parte 2, diversos tipos de descargas que possam influenciar a proteção da estrutura são considerados para a determinação da necessidade de se implantar um SPDA na estrutura sobre estudo. Resumidamente, o engenheiro eletricista e gerente da Termotécnica Pararaios, José Barbosa de Oliveira, afirma que a principal mudança trazida pela parte 3 da ABNT NBR 5419 será o aumento da eficiência dos subsistemas de captação, descida e aterramento, o que demandará mais elementos (materiais e serviços) a fim de atender às exigências mínimas da revisão (MOREIRA, 2014). O conjunto dos parâmetros de especificação de condutores, dados nas tabela 6 e 7 da ABNT NBR 5419-3:2015, com uma diversidade maior dos tipos de condutores disponíveis comercialmente, trarão um detalhamento e um dimensionamento do SPDA com maior clareza e critério. Os trabalhos de inspeção quando da verificação da conformidade dos condutores serão mais objetivos. (OLIVEIRA, 2015) Segundo Santos (2015), quanto aos equipamentos eletroeletrônicos, a nova norma aborda de forma completa e detalhada a proteção contra sobretensões transitórias, com conceitos de aterramento e equipotencialização bem definidos e explicados, permitindo ao profissional a base necessária para a proteção dos equipamentos eletrônicos contra estes eventos. Para os fabricantes de DPSs a nova norma, desde que incentivem a divulgação e a aplicação do texto normativo, trará uma aplicação melhor destes dispositivos, com instalações mais eficazes garantindo melhores resultados. (SANTOS, 2015)
P
á
g
ni
a
2
4
4 Proteção Contra Descargas At mosféricas NBR 5419 Neste capítulo será apresentado como é obtido e escolhido o nível de proteção de uma estrutura, a partir da ABNT NBR 5419:2015, e como se aplicam as definições apresentadas na Parte 2 e 3 desta referência normativa para a elaboração de um projeto de SPDA novo ou para a adequação de um já existente. Serão, também, apresentados meios de proteção para o sistema eletroeletrônico interior à estrutura a ser protegida (apresentado na Parte 3 da norma e outros métodos apresentados na literatura que são comumente utilizados) e à proteção contra descargas atmosféricas de torres de rádio transmissão e sinais de dados.
4.1
Definição dos Riscos e seus Parâmetros
Como apresentado no capítulo 3, seção 3.2.2, a parte 2 da norma estabelece os requisitos para análise de risco em uma estrutura devido às descargas atmosféricas e fornece um procedimento para que tais riscos sejam avaliados. Conhecidos os tipos de perdas (L X ), o risco resultante deverá ser avaliado para cada tipo de perda que pode aparecer na estrutura devido à ocorrência de uma descarga atmosférica. Os riscos a serem considerados, segundo ABNT NBR 5419-2:2015, são: a) R1: risco de perda de vida humana (incluindo ferimentos permanentes); b) R2: risco de perda de serviço ao público; c) R3: risco de perda de patrimônio cultural; d) R4: risco de perda de valores econônimos.
Cada risco R será obtido a partir da soma de cada uma de suas componentes de riscos, podendo ser agrupados de acordo com as fontes de danos e os tipos de danos, que serão definidos permitido que a equação 3.1 seja compreendida.
P
á
g
in
a
2
5
4.1.1
Compo nentes de Risco
Os componentes 7 de risco relevantes para a avaliação do risco
R serão
determinados
pelos riscos parciais que dependem da fonte ou do tipo de dano na estrutura a ser protegida, de acordo com o mostrado na Tabela 2, são apresentados resumidamente: 1. Componentes de risco para uma estrutura devido às descargas atmosféricas na estrutura: a) R A: relativo a ferimentos aos seres vivos causados por choque elétrico devido às tensões de toque e passo dentro da estrutura e fora nas zonas até 3 m ao redor dos condutores de descida; b) RB: relativo a danos físicos causados por centelhamentos perigosos dentro da estrutura iniciando incêndio ou explosão; c) RC : componente relativo a falhas de sistemas internos causados por
LEMP.
2. Componentes de risco para uma estrutura devido às descargas atmosféricas perto da estrutura:
- RM : componente relativo a falhas de sistemas internos causados por
LEMP.
3. Componentes de risco para uma estrutura devido às descargas atmosféricas a uma linha conectada à estrutura:
a) RU : componente relativo a ferimentos aos seres vivos causados por choque elétrico devido às tensões de toque e passo dentro da estrutura; b) RV : componente relativo a danos físicos devido à corrente da descarga atmosférica transmitida ou ao longo das linhas; c) RW : componente relativo a falhas de sistemas internos causados por sobretensões induzidas nas linhas que entram na estrutura e transmitidas a esta. 4. Componentes de risco para uma estrutura devido às descargas atmosféricas perto de uma linha conectada à estrutura:
- R Z : componente relativo a falhas de sistemas internos causados por sobretensões induzidas nas linhas que entram na estrutura e transmitidas a esta. 6 2 a in g á P
7
Retirados de ABNT NBR 5419-2:2015.
Cada risco, dado pela soma de suas componentes a serem consideradas para cada tipo de perda, é listado a seguir e agrupados em uma tabela, Tabela 5, para a identificação. ∙ Para
o risco de perda de vida humana: R1: (4.1)
a
Somente para estruturas com risco de explosão e para hospitais com equipamentos elétricos para salvar vidas ou outras estruturas quando a falha dos sistemas internos imediatamente possa por em perigo a vida humana. ∙ Para o risco de perdas de serviço ao público: R2:
(4.2)
R2 = RB2 + RC 2 + RM 2 + RV 2 + RW 2 + R Z 2 ∙ Para
o risco de perdas de patrimônio cultural: R3: (4.3)
R3 = RB3 + RV 3 ∙ Para
o risco de perdas de valor econômico: R4: (4.4)
b
Somente para propriedades onde animais possam ser perdidos.
Tabela 5 – Componentes de risco a serem considerados para cada tipo de perda em uma estrutura
Fonte de Danos
Descarga Atmosférica na Estrutura S 1
Componente de Risco Risco para cada tipo de perda R1
Descarga Atmosférica Perto da Estrutura S 2
Descarga Atmosférica em uma Linha Conectada à Estrutura
Descarga Atmosférica perto de uma Linha Conectada à Estrutura S 4
S 3
R A
RB
RC
RM
RU
RV
RW
R Z
*
*a *
*a *
*
R2
* *
* *
*a *
*a *
R3
*
*
*
R4
*b
*
* *
*
*b
*
7
a
Somente para estruturas com risco de explosão e para hospitais ou outras estruturas quando a falha dos sistemas internos imediatamente possam colocar em perigo a vida humana. P
á
g
in
a
2
b
Somente para propriedades onde animais possam ser perdidos. Fonte: ABNT NBR 5419-2:2015, Tabela 2.
Cada uma destas componentes de risco podem ser sintetizadas, de forma geral, de acordo com a Equação 3.1 (R X = N X · P X · L X ). O número N X de eventos perigosos é avaliado a partir da densidade de descargas atmosféricas ( N G) e pelas características da estrutura ou linha (energia, dados, telefonia), como a área de exposição da estrutura, AD, ou da linha, AL, e por fatores de correção relativos às características físicas da estrutura C D e da linha C I, C T e C E. Também avalia-se o número de eventos perigosos devido às descargas atmosféricas em estruturas adjacentes, próximas à estrutura em análise (se houverem tais estruturas). O fator de localização C D é o parâmetro compensador à localização da estrutura, se há estruturas ao redor e o quão exposta esta a estrutura. A Tabela 6 caracteriza este parâmetro. Tabela 6 – Fator de localização da estrutura C D
Estrutura cercada por objetos da mesma altura ou mais baixos
0,5
Fonte: ABNT NBR 5419-2:2015, Tabela A.1.
Os valores adotados para os parâmetros compensadores da linha são detalhados nas Tabelas 7, 8 e 9. Tabela 7 – Fator de instalação da linha C I
Cabos enterrados instalados completamente dentro de uma malha de aterramento (ABNT NBR 5419-4:2015, 5.2). Fonte: ABNT NBR 5419-2:2015, Tabela A.2. Tabela 8 – Fator tipo de linha C T
Linha de energia em AT (com transformador AT/BT) Fonte: ABNT NBR 5419-2:2015, Tabela A.3.
0,01
0,2
P
á
g
in
a
2
8
Tabela 9 – Fator ambiental da linha C E
Urbano com edifícios mais altos que 20 m. Fonte: ABNT NBR 5419-2:2015, Tabela A.4.
0,01
Assim, as equações a seguir, com a utilização dos parâmetros mostrados, completam a avaliação do número de eventos perigosos à estrutura e à linha. N D = N G · AD · C D · 10−6 N DJ = N G · ADJ · C DJ · C T · 10−6
N M = N G · AM · 10−6
(4.5) (4.6) (4.7)
N L = N G · AL · C I · C E · C T · 10−6
(4.8)
N I = N G · AI · C I · C E · C T · 10−6
(4.9)
(4.10) com AD e ADJ sendo a área de exposição equivalente da estrutura e da estrutura N DJ = N G · ADJ · C DJ · C T · 10−6
adjacente, respectivamente, dadas por: AD = L · W +2 · (3 · H ) · (L + W )+ π · (3 · H )2
(4.11)
ADJ = LDJ · W DJ +2 · (3 · H DJ ) · (LDJ + W DJ )+ π · (3 · H DJ )2
(4.12)
A probabilidade de dano ( P X ) é afetada pelas características da estrutura a ser protegida, das linhas conectadas e das medidas de proteção existentes. Consideram-se, nesta análise, o nível de proteção contra descargas atmosféricas instalado ou projetado, medidas de proteção adicionais que reduzem as tensões de toque e passo, utilização de DPS, condições de blindagens das linhas de energia e telecomunicação, fatores referentes à eficiência de malhas de blindagens e tensões suportáveis de impulsos 9
entre outros fatores. a
P
á
g
in
2
Nas tabelas a seguir são mostrados tais parâmetros, que compõem as equações para a determinação de P X . Tabela 10 – Valores de probabilidade P TA de uma descarga atmosférica em uma estrutura causar choque a seres vivos devido a tensões de toque e de passo perigosas
Isolação elétrica (por exemplo, pelo menos 3 mm de polietileno reticulado das partes expostas (por exemplo, condutores de descida) Equipotencialização efetiva do solo
10− 2
10− 2
Restições físicas ou estrutura do edifício utilizada como subsistema de descida Fonte: ABNT NBR 5419-2:2015, Tabela B.1
0
Tabela 11 – Valores de probabilidade P B dependendo das medidas de proteção para reduzir danos físicos Cacterística da estrutura
Estrutura não protegida por SPDA
Classe do SPDA
P B
-
1
IV III Estrutura protegida por SPDA II I Estrutura com subsistema de captação conforme SPDA classe I e uma estrutura metálica contínua ou de concreto armado atuando como um subsistema de descida natural Estrutura com cobertura metálica e um subsistema de captação, possivelmente incluindo componentes naturais, com proteção complet de qualquer instalação na cobertura contra descargas atmosféricas diretas e uma estrutura metálica contínua ou de concreto armado atuando como um subsistema de descidas natural
0,2 0,1 0,05 0,02 0,01
0,001
Fonte: ABNT NBR 5419-2:2015, Tabela B.2
Tabela 12 – Valores de probabilidade de P SPD em função do N P para o qual os DPS foram projetados N P
Nenhum sistema de DPS coordenado III-IV II I
P SPD
1 0,05 0,02 0,01 P
á
g
in
a
3
0
Nota
0,0050,001 Fonte: ABNT NBR 5419-2:2015, Tabela B.3 Tabela 13 – Valor do fator K S 3 dependendo da fiação interna Tipo de fiação interna
K S3
Cabo não blindado - sem preocupação no roteamento no sentido de evitar 1 laços a Cabo não blindado - preocupação no roteamento no sentido de evitar grandes 0,2 laços b Cabo não blindado - sem preocupação no roteamento no sentido de evitar 0,01 c laços 0,0001 Cabos blindados e cabos instalados em eletrodutos metálicos d a Condutores em laço com diferentes roteamentos em grandes edifícios (área do laço da ordem de 50 m2). b Condutores em laço roteados em um mesmo eletroduto ou condutores em laço com diferentes roteamentos em edifícios pequenos (área do laço da ordem de 10 m2). c Condutores em laço roteados em um mesmo cabo (área do laço da ordem de 0 ,5 m2). d Blindados e eletrodutos metálicos interligados a um barramento de equipotencialização em ambas extremidades e equipamentos estão conectados no mesmo barramento equipotencialização. Fonte: ABNT NBR 5419-2:2015, Tabela B.5 Tabela 14 – Valores dos fatores C LD e C LI dependendo das condições de blindagem aterramento e isolamento Tipo de linha externa
Linha aérea não blindada Linha enterrada não blindada Linha de energia com neutro multiaterrado Linha enterrada blindada (energia ou sinal) Linha aérea blindada (energia ou sinal) Linha enterrada blindada (energia ou sinal) Linha aérea blindada (energia ou sinal)
Conexão na entrada
C LD
C LI
Indefinida Indefinida
1 1
1 1
Nenhuma
1
0,2
Blindagem não interligada ao mesmo barramento de equipotencialização que o equipamento
1
0,3
1
0,1
0
0
1
0
Blindagem interligada ao mesmo barramento de equipotencialização que o equipamento Blindagem interligada ao mesmo barramento de equipotncialização que o equipamento
P
á
g
in
a
3
1
Cabo protegido contra descargas atmosféricas ou cabeamento em dutos para cabos protegido contra descargas atmosfericas, eletrodutos metálicos ou tubos metálicos
Blindagem interligada ao mesmo barramento de equipotncialização que o equipamento
0
0
(Nenhuma linha externa)
0
0
Qualquer tipo
0
0
Sem conexões com linhas externas (sistemas independentes) Interfaces isolantes de acordo com a ABNT NBR 5419-4 Fonte: ABNT NBR 5419-2:2015, Tabela B.4
Tabela 15 – Valores da probabilidade P TU de uma descarga atmosférica em uma linha que adentre a estrutura causar choque a seres vivos devido a tensões de toque perigosas Medida de proteção P TU
Nenhuma medida de proteção
1
Fonte: ABNT NBR 5419-2:2015, Tabela B.6
Tabela 16 – Valor da probabilidade P EB em função do nível de proteção N P para o qual os DPS foram projetados
N P
P EB
Sem DPS
1
Fonte: ABNT NBR 5419-2:2015, Tabela B.7
Tabela 17 – Valores da probabilidade P LD dependendo da resistência RS da blindagem do cabo e da tensão suportável de impulso U W do equipamento Tipo da linha
Condições do roteamento, blindagem e interligação
Tensão suprtável U W em kV
1
1,5
2,5
4
6
P
á
g
in
a
3
2
Linha aérea ou enterrada, não blindada ou com a blindagem não interligada ao mesmo barramento de equipotencialização do equipamento Linhas de energia ou sinal
1
1
1
Blindagem aérea ou 50/km RS 20 1 1 0,95 enterrada cuja blindagem está interligada ao 1 RS 5 0,9 0,8 0,6 mesmo barramento de equipotencialização 0,6 0,4 0,2 RS 1 do equipamento Fonte: ABNT NBR 5419-2:2015, Tabela B.8
1
1
0,9
0,8
0,3
0,1
0,04
0,02
Tabela 18 – Valores da probabilidade P LI dependendo do tipo da linha e da tensão suportável de impulso U W dos equipamentos Tipo da linha
Tensão suportável U W em kV
1 1
1,5 2,5 0,6 0,3
4 0,16
6 0,1
Linhas de energia Linhas de sinal 1 0,5 0,2 0,08 0,04 Fonte: ABNT NBR 5419-2:2015, Tabela B.9
Definidos os parâmetros, as equações de P X são dadas da seguinte forma: P A = P TA · P B
(4.13)
P C = P SPD · C LD
(4.14)
P M = P SPD · P MS P U = P TU · P EB · P LD · C LD
(4.15) (4.16)
P V = P EB · P LD · C LD
(4.17)
P W = P SPD · P LD · C LD
(4.18)
P Z = P SPD · P LI · C LI
(4.19) 3
(4.20) A perda consequente ( L X ) , conforme ABNT NBR 5419:2015, é afetada pela forma de P MS = (K S1 · K S2 · K S3 · K S4 )2
utilização da estrutura, frequência de utilização e de pessoas no interior, pelos bens que serão P
á
g
in
a
3
afetados pelos danos decorrentes de uma descarga atmosférica. Desta forma, podem ser agrupados conforme a Tabela 19. Tabela 19 – Valores de perda em cada zona de acordo com a perda considerada Tipo de perda
Tipo de dano
L1
L2 L3
L4
8760 :
Perda típica
D1
L A = r t · LT · (n z /nt ) · (t z / 8760)
D1
LU = r t · LT · (n z /nt ) · (t z / 8760)
D2
LB = LV = r p · r f · h z · LF · (n Z /nt ) · (t z / 8760)
D3
LC = LM = LW = L Z = LO · (n Z /nt ) · (t z / 8760)
D2
LB = LV = r p · r f · LF · (n z /nt )
D3
LC = LM = LW = L Z = LO · (n z /nt )
D2
LB = LV = r p · r f · (c z /ct )
D1
L A = r t · LT · (ca /ct )
D1
LU = r t · LT · (ca /ct )
D2
LB = LV = r p · r f · LF · (ca + cb + cc + cs) /ct
D3
LC = LM = LW = L Z = LO · (cs /ct )
corresponde ao tempo, em horas, de um ano. Fonte: ABNT NBR 5419-2, Anexo C.
Valores típicos de perda e os fatores de redução ou aumento necessários para a análise das perdas típicas para os diferentes tipos de danos são dados nas Tabelas 20 a 27. Tabela 20 – Valores médios típicos de LT , LF e LO para perdas do tipo L1 Tipo de danos D1
ferimentos D2
Valor de perda típico LT
10−2
Tipo da estrutura
Todos os tipos
Entretenimento público, igreja, museu Industrial, comercial Outros Risco de explosão D3 LO falhas de Unidade de terapia intensiva e bloco 10 −2 sistemas internos cirúrgico de hospital Outras partes de hospital 10−3 Fonte: ABNT NBR 5419-2, Anexo C. danos físicos
LF
5 · 10−2 2 · 10−2 10−2 10−1
4
Tabela 21 – Valores médios típicos de LF e LO para perdas do tipo L2
a
3 P
á
g
in
Tipo de dano D2
Valor da perda
Tipo de serviço
típica
Gás, água, fornecimento de energia LF TV, linhas de sinais 10−2 Gás, água, fornecimento de 10−2 energia LO TV, linhas de sinais 10−3 Fonte: ABNT NBR 5419-2, Anexo C. 10−1
danos físicos D3 falhas de
sistemas internos
Tabela 22 – Valor médio típico de LF para perdas do tipo L3 Tipo de dano D2
danos físicos
Valor típico de perda LF
Tipo de estrutura ou zona
Museus, galerias
10−1
Fonte: ABNT NBR 5419-2, Anexo C.
Tabela 23 – Valores médios típicos de LT , LF e LO para perdas do tipo L4 Tipo de danos D1
Valor de perda típico
ferimentos
LT
D2
LF
danos físicos
D3
falhas de sistemas internos
LO
10−2
Tipo da estrutura
Todos os tipos
Risco de explosão Hospital, indústria, museu, agricultura 0 ,5 Hotel, escola, escritório, igreja, entretenimento 0 ,2 público, comercial Outros 10−1 Risco de explosão 10−1 Hospital, indústria, escritório, hotel, comercial 10−2 Museu, agricultura, escola, igreja, entretenimento 10−3 público Outros 10−4 Fonte: ABNT NBR 5419-2, Anexo C. 1
Tabela 24 – Fator de redução r t em função do tipo da superfície do solo ou piso Tipo de superfície
Agricultura, concreto Marmore, cerâmica
Resistência de contato k Ω
r t
≤1
10−2
1 - 10
10−3 P
á
g
in
a
3
5
Cascalho, tapete, 10 - 100 carpete Asfalto, linóleo, madeira maior igual 100 Fonte: ABNT NBR 5419-2, Anexo C.
10−4 10−5
Tabela 25 – Fator de redução r p em função das providências tomadas para reduzir as consequências de um incêndio
Uma das seguintes: extintores, instalações fixas operadas manualmente, instalações de alarme manuais, hidrantes, compartimentos à prova de fogo, rotas de escape Uma das seguintes: instalações fixas operadas automaticamente, instalações de alarme automático Fonte: ABNT NBR 5419-2, Anexo C.
0,5 0,2
Tabela 26 – Fator de redução r f em função do risco de incêndio ou explosão na estrutura Risco
Explosão
Quantidade de risco
Zonas 0, 20 e explosivos sólidos Zonas 1, 21 a
r f
1 10−1 10−3
a
Definidas conforme ABNT NBR 5419:2015 Fonte: ABNT NBR 5419-2, Anexo C.
Tabela 27 – Fator h z aumentando a quantidade relativa de perda na presença de um perigo especial
Baixo nível de pânico (por exemplo, uma estrutura imitada a dois andares e número de pessoas não superior a 100) Nível médio de pânico (por exemplo, estruturas designadas para eventos culturais ou esportivos com número de participantes entre 100 e 1000 pessoas) Dificuldade de evacuação (por exemplo, estrutura com pessoas imobilizadas, hospitais) Alto nível de pânico (por exemplo, estruturas designadas para eventos culturais ou esportivos com número de participantes maior que 1000 pessoas)
2 5 5 10
3
6
P
á
g
in
a
Fonte: ABNT NBR 5419-2, Anexo C.
Em resumo, os componentes de risco em análise podem ser agrupados, conforme a Tabela 28, de acordo com os Tipos e Fontes de Danos de uma descarga atmosférica complementando a Tabela 5, sendo a base para o Gerenciamento de Risco. Tabela 28 – Componentes de risco para diferentes tipos de danos e fontes de danos Fontes de danos Danos
S 1 R A = N D · P A· L A
D1
RB = N D · P B· LB
D2
RC = N D · P C· LC
D3
S 2
S 3
S 4
-
RU = (N L + N DJ )· ·P U · LU
-
-
RV = (N L + N DJ )· P V · LV
-
RM = N M · P M· LM
RW = (N L + N DJ )·
R Z = N I · P Z · L Z
P W · LW
Fonte: ABNT NBR 5419-2:2015, Tabela 6.
Uma estrutura pode ser divida em zonas Z S cada uma com características semelhantes para a análise dos componentes de risco em cada zona e o risco
R
total da estrutura será
dado pela soma dos riscos para cada zona determinada. Porém, pode-se considerar que a estrutura é composta por uma única zona ou duas (uma externa e uma interna). Isto levará a uma análise menos detalhada, porém não deixa de ser adequada. Para a seleção dos parâmetros envolvidos na avaliação dos componentes de risco em cada zona, deve-se considerar: ∙ tipo
de solo ou piso (componentes de risco R A e RU );
∙ compartimentos RV ); ∙ blindagem
à prova de fogo (componentes de risco RB e
espacial (componentes de risco RC e RM ).
E as Zonas adicionais definidas por: ∙ layout dos sistemas internos (componentes de risco RC e RM ); ∙
medidas de proteção existentes ou a serem instaladas (todos componentes 3
7
de risco); ∙ valores de perdas L X (todos componentes de risco). P
á
g
in
a
De forma análoga, pode-se avaliar os componentes de risco devido uma descarga atmosférica em uma linha, ou próximo a uma linha, dividindo-se esta linha em seções S L mas, também, uma linha pode assumir ser uma única seção. As seções S L são definidas como: ∙ tipo da linha (aérea ou ∙ fatores
enterrada);
que afetem a área de exposição equivalente ( C D, C E, C T) ;
∙ características da linha (blindada ou
4.1.2
não blindada, resistência da blindagem).
Gerenciamento de Risco
O gerenciamento de risco 8 para a determinação da necessidade ou não de se adotar à estrutura um SPDA ou de melhorar o sistema já implantado no caso de haver um SPDA, se dá, primeiramente, identificando a estrutura a ser protegida e as suas características, como: localização, dimensões (para o cálculo da área de exposição), o conteúdo e as instalações da estrutura, a finalidade de sua utilização (habitacional em área urbana/rural, espaço público, etc.), a frequência com que as pessoas a utilizam, entre outros. Identificam-se todos os possíveis Componentes de Risco
Tipos de Perdas (L1 a L4),
avalia os correspondentes
relacionados aos Riscos de Perdas ( R A, RB, RC , RM , RU , RV , RW e R Z ),
calculando-os para obter o valor final de cada um dos riscos R1 a R4. A implantação de um SPDA será definida pela comparação dos riscos R1 a R3 com o Risco Tolerável RT ,
cujos valores representativos são considerados caso as descargas
atmosféricas causem perda de vida humana, perda de serviço ao público ou perdas de patrimônio cultural, dados na Tabela 29. A avaliação da componente de risco R4 é feita no sentido de se avaliar o custo da implantação de proteção comparando com o custo total das perdas (perda de valor econômico L4)
se houver proteções à estrutura ou não. Este processo leva em consideração o cálculo do
custo anual das perdas na ausência de medidas de proteção e do custo anual das perdas no caso de haver medidas de proteção. Adotar o valor representativo do risco tolerável de RT = 10−3. 8
Tabela 29 – Valores típicos de risco tolerável RT in
a
3 g á P
8
Como detalhado em ABNT NBR 5419:2015
L1 L2 L3
10−5 10−9
Perda de patrimônio cultural Fonte: ABNT NBR 5419-2:2015, Tabela 4.
10−4
Um sistema de proteção contra descargas atmosféricas deverá ser adotado se o risco calculado foir maior que o tolerável ( R ≥ RT ) e medidas adicionais de proteção devem ser tomadas de modo que seja obtido um risco inferior ao tolerável ( R < RT ). No Apêndice A, encontram-se os procedimentos para a avaliação da necessidade de proteção e para avaliar o custo da eficiência da proteção.
4.2
Medidas de Proteção
Determinados os Riscos e sendo superior(es) ao risco tolerável RT , medidas de proteção devem ser adotadas 3 no sentido de que as componentes de risco sejam reduzidas e garantam que as perdas, devido às descargas atmosféricas, sejam minimizadas. Deve-se prover proteção contra ferimentos de seres vivos e danos físicos à estrutura, referido em ABNT NBR 5419-3:2015 e garantir a proteção contra falhas dos sistemas eletroeletrônicos, contido em ABNT NBR 5419-4:2015. A seleção das medidas de proteção devem, sempre, estar em conformidade com os requisitos destas normas. Para proteger uma estrutura, os seres vivos presentes em seu interior e seu sistema eletroeletrônico (ou qualquer outro sistema que deseja-se prover de proteção), um SPDA deve ser instalado e o sistema deverá ser contemplado por: 1.
SPDA externo
Destinado a interceptar, conduzir e dispersar a corrente da descarga atmosférica, de forma segura, que tenha incidido na estrutura. É composto por: a) Subsistema de captação; b) Subsistema de descida; 9
c) Subsistema de aterramento. a
3 ni g á P
9
Pode-se considerar a necessidade de adoção de medidas de proteção se isto for uma exigência legal, uma precaução do proprietário para evitar prejuízos futuros ou determinação de companhias de seguro residencial.
2.
SPDA interno
É destinado a evitar que ocorra centelhamentos perigosos no interior da estrutura e do volume de proteção, devido à corrente da descarga que flui pelo SPDA externo. É garantido por: a) Equipotencialização da estrutura e partes elétricas condutivas e sistemas elétricos; b) Utilização de dispositivos de proteção contra surtos (DPS); c) Isolação elétrica. 4.2.1
Níveis de Proteção
O nível de proteção está relacionado com a classe do SPDA e cada classe corresponde a um nível de proteção. Isto é determinado de acordo com as características da estrutura que se deseja proteger e dependem dos parâmetros da descarga atmosférica definidos em ABNT NBR 5419-1:2015 (Tabela 30), do raio da esfera rolante, tamanho da malha e o ângulo de proteção, distâncias entre condutores de descida e dos condutores em anel, da distância de segurança contra o centelhamento perigoso e do comprimento mínimo dos eletrodos de aterramento. Tabela 30 – Valores mínimos dos parâmetros das descargas atmosféricas e respectivos raios da esfera rolante, correspondentes aos níveis de proteção (NP) Critérios de interceptação
NP Símbolo
Unidade I
II
Corrente de pico kA 3 5 I mínima Raio da esfera rolante m 20 30 r Fonte: ABNT NBR 5419-1:2015, Tabela 4.
III
IV
10
16
45
60
A escolha e determinação de um nível de proteção contra descargas atmosféricas, de acordo com a NBR 5419-1:2015, está fixado em um conjunto de parâmetros máximos e mínimos das correntes das descargas atmosféricas para cada um dos níveis de proteção (I a IV). Segundo Ozolnieks e Vanzovics (2010), a escolha de um nível de proteção que seria 0
mais benéfica para a estrutura pode ser determinado desejando-se reduzir um, ou vários, dos P
á
g
in
a
4
componentes de risco, pois cada nível de proteção reduz o alto efeito de um ou mais componentes de risco. Essa redução pode ser alcançada ao reduzir as probabilidades de danos na ocorrência de uma descarga atmosférica, sejam danos físicos, falhas em sistemas internos ou ferimentos a seres vivos. A probabilidade de dano é considerada para os diferentes níveis de proteção ou se não houver proteção esta probabilidade é 100% (Tabelas 15 e 16, seção 4.1.1). Tais parâmetros e considerações, a respeito de cada probabilidade de dano, correspondem ao Anexo B da NBR 5419-2:2015. 4.2.2
Métodos de pro teção
São aceitos, pela NBR 5419:2015, três métodos utilizados para o posicionamento do subsistema de captação: 1. Método do ângulo de proteção (método Franklin); 2. Método das malhas (método Faraday). 3. Método da esfera rolante (método Eletrogeométrico);
Basicamente, podem ser agrupados a partir de duas filosofias de aplicação. Uma delas é contemplada pelos métodos Franklin e Eletrogeométrico, que utilizam hastes verticais ou condutores suspensos, denominados terminais aéreos ou simplesmente para-raios. Já a outra é utilizada pelo método Faraday, no qual utilizam-se condutores horizontais não-suspensos formando uma malha sobre a estrutura (BURATTO, 2011). 1. Método do ângulo de proteção
Constituído por um ou mais captores de quatro pontas fixados em mastros verticais aproveitando-se o efeito das pontas 10. O volume de proteção será determinado pelo formato de um cone circular com vértice posicionado no eixo do mastro (Figura 8) e o ângulo de proteção será definido de acordo com a altura do mastro (Figura 7). 1 4 a in g á P
10
Segundo esse princípio, o excesso de carga elétrica em um corpo condutor é distribuído por sua superfície externa e se concentra nas regiões pontiagudas ou de menor raio.
Figura 8 – Exemplo de aplicação do método do ângulo de proteção Fonte: ABNT NBR 5419:2015. onde: A topo do captor;
h1 altura de um mastro acima do plano de re-
ferência;
B plano de referência; OC raio da base do cone de proteção; 2.
α
ângulo de proteção conforme Figura 7.
Método das malhas
Baseia-se na teoria formulada por Faraday a qual diz que o campo no interior de uma gaiola formada por condutores que conduzem uma corrente qualquer é nulo, independende do valor da corrente. Porém, o campo será nulo no centro da gaiola (por consequinte, no centro da estrutura). Nas proximidades dos condutores haverá um campo que poderá induzir tensões em condutores no interior da estrutura próximos aos condutores de descida, por exemplo. Sua execução consiste em instalar um sistema de captores formado por condutores horizontais, interligados formando uma malha no topo e na lateral da estrutura a ser protegida, provendo uma blindagem eletrostática (Figura 9). Figura 9 – Exemplo de aplicação do método da malha de proteção
P
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a
4
2
Fonte: (VISACRO, 2005b)
NBR 5419-3:2015 estabelece as dimensões máximas da malha do subsitema A de cap-tação que são determinadas de acordo com o nível de proteção adotado para a proteção da estrutura, que foram apresentadas no Capítulo 3 (Tabela 3). Em estruturas com grande área de cobertura, a adoção deste método é mais usual pois a utilização das outras técnicas de dimensionamento do subsistema captor implicaria num grande número de componentes e materiais (CREDER, 2007). 3.
Método da esfera rolante
Este método é muito indicado em estruturas com um formato arquitetônico complexo ou de grandes alturas. Seu estudo é baseado em métodos científicos de observação e medição dos parâmetros dos raios, registros fotográficos e ensaios em laboratórios de alta tensão. (BURATTO, 2011) Admite-se que o líder descendente traça um percurso no sentido vertical indo em direção à terra, deslocando-se no espaço em saltos sucessivos de algumas dezenas de metros dentro de uma esfera fictícia, cujo raio é igual ao comprimento de todos os saltos antes do último e a superfície da esfera representa o provável lugar geométrico dos pontos a serem atingidos pela descarga atmosférica (COUTINHO; ALTOÉ, 2003). eficácia deste método dar-se-á se nenhum ponto da estrutura a ser protegida A estiverem contato com a esfera rolando ao redor e no topo da estrutura em todas as direções possíveis. Ou seja, em todos os pontos em que a esfera toca a estrutura 11, utiliza-se um captor, (Figura 10).
3 4 a ni g á P
11
No caso de estruturas com altura superior a 60 metros, a instalação de captores laterais é recomendável em até 20 % do topo da altura da estrutura.
Figura 10 – Exemplo de aplicação conforme o método da esfera rolante
Fonte: ABNT NBR 5419:2015.
O raio da esfera deverá seguir o valor especificado dependente da classe do SPDA que será adotado. 4.2.3
Proteção do Sistema Elétric o e Eletrôn ico
Por tempos, a proteção do sistema eletônico contras as descargas atmosféricas, historicamente, era deixada de fora do âmbito da compatibilidade eletromagnética por envolver as interferências eletromagnéticas ( EMI) como, a maior causa delas, os danos às estruturas. De acordo com Barreto (2009), ao elevarmos a proteção dos sistemas eletrônicos contra às descargas atmosféricas e os seus efeitos no campo da compatibilidade eletromagnética, certo que as descargas e seus efeitos corraboram com perturbações eletromagnéticas, torna-se claro uma nova situação e procedimentos devem ser seguidos para amenizar a natureza do problema. A presente norma NBR 5419, em sua parte 4, que trata sobre a proteção dos sistemas elétricos e eletrônicos internos na estrutura, fornece amplas medidas ( MPS) de proteção que colaboram para a redução de danos permanentes aos sistemas existentes na estrutura, causados pelo impulso eletromagnético da descarga atmosférica ( LEMP). Tais medidas são aplicáveis em sistemas de telecomunicações, sistemas de instrumentação em plantas 4
industriais, sistemas hospitalares, entre outros (BARRETO, 2009). P
á
g
in
a
4
Os danos causados por LEMP, segundo a NBR 5419:2015, podem ser por meio de: - surtos conduzidos ou induzidos transmitidos pelos cabos conectados ao sistema; - os efeitos dos campos eletromagnéticos irradiados diretamente para os próprios equipamentos.
Como maneira de prover proteção contra os efeitos dos campos eletromagnéticos irradiados diretamente para os próprios equipamentos, os
MPS
recomendados são aqueles
que constituem de blindagens espaciais e/ou condutores blindados. De forma a proteger o sistema contra os surtos conduzidos ou induzidos, um sistema coordenado de
DPS
deve ser
adotado. A proteção destes sistemas contra
LEMP é baseada no conceito das zonas de proteção
contra raios ( ZPR), sucessivas zonas de proteção na estrutura caracterizam uma mudança na severidade no LEMP e a fronteira destas zonas são determinadas pelas
MPS adotadas.
Podem ser destacados quatro itens primordiais, como meios básicos de proteção contra a
LEMP,
devendo ser considerados e executados de forma à permitirem a eficácia do
SPDA, sendo eles: 1.
Aterramento e Equipotencialização
O subsistema de aterramento deve atender a parte 3 da norma, conduzindo e dispersando a corrente da descarga atmosférica para o solo. Uma rede de equipotencialização de baixa impedância minimiza as diferenças de potencial entre todos os equipamentos dentro da ZPR, podendo, ainda, reduzir os efeitos do campo magnético. 2.
Blindagem magnética e roteamento de linhas
As blindagens espaciais atenuam os campos magnéticos no interior das ZPR, oriundos das descargas atmosféricas diretas ou próximas à estrutura. Podem prover proteção para toda a estrutura, uma parte dela ou apenas um cômodo ou parte de um equipamento. São aconselháveis onde for mais prático e útil a proteção de uma região específica da estrutura. Uma blindagem eficaz é alcançada se a largura da malha formada pelos componentes naturais das estruturas tiver uma largura menor que 5 m.
P
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4
5
Nas linhas internas é realizada a blindagem metálica dos cabos, utiliza-se dutos metálicos fechando os cabos e gabinetes metálicos dos equipamentos, de forma a garantir a proteção dos mesmos contra as interferências eletromagnéticas. Deve-se minimizar os laços de indução e reduzir a criação de tensões de surto no interior da estrutura executando um adequado roteamento das linhas internas. De acordo com Santos (2016a), a vantagem da utilização das blindagens espaciais está no aproveitamento dos próprios elementos da estrutura sendo possível obter, de forma econômica, a blindagem de toda a instalação. 3. Coordenação de DPS
A utilização de um DPS está vinculada com a limitatação das tensões transitórias e prover um caminho para as correntes de surto para fora dos equipamentos, protegendo-os contra os efeitos de tais correntes originárias das descargas atmosféricas (BARRETO, 2009). Podem ser utilizados em todos os cabos que adentram as zonas de proteção, os cabos de energia, linhas de telefone e cabos de antenas, garantindo que o nível das sobretensões ou das sobrecorrentes possam ser menores do que os níveis de resistibilidade dos equipamentos. a) Tipos de DPS São separados em tipos I, II e III, e a eficácia de cada um depende do seu posicionamento na estrutura de acordo com o conceito das zonas de proteção contra raios (ZPR). Os DPS’s tipo I são utilizados para realizar a equipotencialização dos condutores de energia e sinal que entram ou saem da estrutura, provendo um caminho direto para o sistema de aterramento sem que a corrente das descargas atmosféricas diretas entre na edificação (SANTOS, 2016b). Tais DPS’s são submetidos a ensaios na curva 10/350 µs , que simulam os efeitos de uma descarga atmosférica real. No caso dos DPS’s tipo II, serão instalados nos QGD e são adequados quanto a proteção dos efeitos de descargas indiretas, atuando como um complemento dos DPS classe I. Já os DPS’s classe III são dispositivos com tempo de atuação mais rápido que os das demais classes, eliminando quaisquer surtos residuais provocados pelas correntes de descarga atmosférica, sendo instalados nas proximidades dos
4
6
aparelhos eletroeletrônicos (FINDER, 2012). P
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a
b) Varistores Além dos DPS’s, utiliza-se varistores em conjunto para a proteção do sistema elétrico. São componentes que possuem uma elevada resistência entre seus terminais, que depende da tensão entre seus terminais. Sua resistência tende a zero quando atingido determinado valor de tensão entre os terminais, causando um curto circuito na rede elétrica e transformando o pico de tensão na rede em calor, protegendo a alimentação dos equipamentos (RINDAT, 2016). 4. Interfaces Isolantes
Para a redução das interferências que podem ocorrer entre os equipamentos novos e já existentes na ocasião de um surto nas linhas, interfaces que minimizam tais efeitos podem ser: equipamentos com isolação classe 2 12, transformadores isolantes, cabos de fibra óptica ou optoaclopadores. 4.2.4
Proteção de sis temas de telecom uni cações
Consideram-se sistemas de telecomunicações sistemas destinados à transmissão, recepção, armazenamento, controle e manipulação de voz e/ou dados, bem como
softwares
e hardwares que desempenham algumas destas funções. Tal sistema está exposto às descargas que atingem diretamente à estrutura (torre ou estação), descargas nas linhas de energia e sinal e próximas à estas estruturas e linhas (Figura 11). Figura 11 – Estação rádio base (a) Linha de energia que entra na estrutura e linha de sinal que sai da estrutura
(b) Interior da estrutura
7 4 a in g á P
12
De acordo com a IEC 61140, são equipamentos que não necessitam do condutor de proteção conectado ao sistema de aterramento.
Fonte: Paulino (2015).
Sendo o número de ocorrências de descargas atmosféricas em estruturas com altura superior a 60 metros, no topo ou nas laterais destas estruturas, são estatisticamente maiores do que em estruturas de até 60 metros, há uma preocupação especial com proteção de estruturas elevadas (ALVES, 2016a). Isso é evidenciado no cálculo da área de exposição destas estruturas, pois a nova NBR 5419 considera (na composição do cálculo desta área) o triplo da altura da edificação. Desta forma, a área abrangida pela torre ficaria em torno de aproximadamente
π
· (3 · 60)2 = 32.400 · π m2.
Esta nova consideração no cálculo da área de exposição causa um forte impacto em atuais projetos de SPDA de estrutruras muito extensas e muito altas (e nas vizinhanças), tendendo à utilização do SPDA classe I e à uma proteção mais coerente. Por esta razão, mesmo que sejam adotadas as medidas de proteção pertinentes para o SPDA classe I, os sistemas ainda poderiam estar expostos aos efeitos de sobretensões e interferências eletromagnéticas provocadas pelas descargas atmosféricas e medidas mitigatórias extras devem ser adotadas, garantindo ainda mais a proteção dos equipamentos (LOCK, 2011). É evidente a necessidade do uso de DPS’s nas estruturas, tanto na rede de baixa tensão que entra na estrutura da estação quando para os cabos de dados que saem da estação e se direcionam para a torre de transmissão. A aplicação do conceito das ZPR, definidas pela NBR 5419:2015, permitirá que os danos causados pelos surtos induzidos e pelos efeitos do campo eletromagnético irradiado sejam atenuados. Ainda que seja dotada à estrutura as mais criteriosas medidas de proteção, um SPDA classe I (Nível I de proteção), blindagens de linha, entre outras medidas complementares de proteção, a análise dos riscos feita pelo Gerênciamento de Risco (NBR 5419-2:2015) poderá concluir que o Risco em análise encontra-se acima do Risco Tolerável ( RT ) (ALVES, 2016b). Nesta cocorrência, deverá ser justificado técnicamente, pelo profissional habilitado através do Gerenciamento de Risco, que as medidas preventivas foram tomadas porém o risco ainda se encontra acima dos parâmetros da norma.
P
á
g
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a
4
8
Referências ABNT. NBR 5419:2005, Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas. Packaging Boston Mass, Segunda ed, p. 42, 2005. Citado 3
vezes nas páginas 12, 13 e 18.
ABNT. NBR 5419:2015, Proteção contra descargas atmosféricas - Parte 1: Princípios Gerais. p. 67, 2015. Citado na página 19. ABNT. NBR 5419:2015, Proteção contra descargas atmosféricas - Parte 2: Gerênciamento de Risco. p. 104, 2015. Citado 4 vezes nas páginas 13, 14, 15 e 64. ABNT. NBR 5419:2015, Proteção contra descargas atmosféricas - Parte 3: Danos físicos a estruturas e perigos à vida. p. 51, 2015. Citado na página 17. ABNT. NBR 5419:2015, Proteção contra descargas atmosféricas - Parte 4: Sistemas elétricos e eletrônicos internos na estrutura. p. 87, 2015. Citado 2 vezes nas páginas 13 e 18. ALVES, N. A captação em edificações com altura superior a 60 m.
O Setor Elétrico,
Edição 120, p. 3 –5, 2016. Citado na página 40. ALVES, N. V. B. Nova ABNT NBR 5419 comemora um ano de existência. 2016. O Setor Elétrico. Acessado em 20/11/2016. Disponível
em:
. Citado na página 41. ANDRADE, L. Memorial de Calculo SPDA 5419:2015. 2016. QI SPDA. Acessado em 05/09/2016. Disponível em: . Citado na página 58. BARRETO, R. M. Compatibilidade Eletromagnética em Sistemas Elétricos. p. 32 –35, 2009. Citado 3 vezes nas páginas 37, 38 e 39. BENITEZ, C. Z. M. Sistemas de Proteção Contra Descargas Atmosféricas Conforme Norma NBR-5419/2005. Salvador: 2006. Monografia apresentada ao curso de engenharia elétrica, ÁREA 1, 2005. Citado na página 4. BURATTO, F. S. Sistemas de proteção contra descargas atmosféricas utilizando componentes naturais da edificação. 2011. Citado 3 vezes nas páginas 9, 35 e 36.
P
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4
9
50
S X S 1 R1
S 2 R2
I S 1 I S 2 I S 3 I S 4 I I I I I I S 3
R3
R X S 4
I R1 I R2 I R3 I R4 I I I I R4
ANEXO A – Fluxogramas A.1 Procedimento para decisão da necessidade da proteção e para selecionar as medidas de proteção
Fonte: ABNT NBR 5419:2015
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5
1
