UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO – UPE ESCOLA POLITÉCNICA DE PERNAMBUCO - POLI
SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGA ATMOSFÉRICA (S.P.D.A.) APLICADOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL
Iranildo José do Nascimento 9912623 Engenharia Elétrica Eletrotécnica Trabalho final da disciplina de Estágio Curricular Supervisionado orientado pelo Prof. José Bione Melo
Recife, agosto de 2005.
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UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO – UPE ESCOLA POLITÉCNICA DE PERNAMBUCO - POLI
Orientador Prof. José Bione de Melo Filho
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UNIVERSIDADE DE PERNAMBUCO – UPE ESCOLA POLITÉCNICA DE PERNAMBUCO - POLI
Orientador Prof. José Bione de Melo Filho
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Resumo SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGA ATMOSFÉRICA ( S.P.D.A.) APLICADOS NA CONSTRUÇÃO CIVIL Aluno: NASCIMENTO, I. J. Orientador: MELO FILHO, J. B. Escola Politécnica de Pernambuco – POLI / UPE Uma descarga atmosférica é um fenômeno natural que desde o início da civilização causa temor e danos. A ação de uma descarga atmosférica é fulminante, ela num curtíssimo espaço de tempo, injeta correntes da ordem de centenas de kA numa instalação, que caso não possam ser controladas, provocam uma série de prejuízos e acidentes, tais como: • Mortes Mortes
em seres humanos causados tanto pela incidência direta,
como indireta das descargas atmosféricas. • Incêndios Incêndios em florestas campos e prédios. • Destruição Destruição de estruturas, tanques e árvores. • Interferências Interferências em sistemas de
Aciden ente tess • Acid
telecomunicações telecomunicações e de dados.
em av aviõe iões, s, em emba barc rcaç açõe ões, s, plat plataf afor orma mass de pe petr tróle óleoo e
antenas. • Interrupções Interrupções de fornecimento de energia elétrica.
Ë importante ressaltar que a despeito do grande número de pesquisas e estudos realizados durante este século, muito ainda precisa ser esclarecido e nada ainda se conseguiu no sentido de impedir a ocorrência das descargas atmosféricas. Portanto até o momento atual tem restado apenas estudar, sistemas de proteção, que impeçam ou mesmo reduzam as possibilidades de prejuízos, acidentes e danos. Os S.P.D. S.P.D.A. A. vêm evo evolui luindo ndo anu anualm alment ente, e, con contud tudoo dev devee ser destacado que ainda, não se conseguiu ainda uma proteção completa ou totalmente efetiva para as descargas atmosféricas. A fim de se evitar falsas expectativas sobre o sistema de proteção, gostaríamos de fazer os seguintes esclarecim esclarecimento entoss em termos de conclusão: conclusão: A descarga descarga elétrica atmosféri atmosférica ca
4 (raio) é um fenômeno da natureza absolutamente imprevisível e aleatório, tanto em relação às suas características elétricas (intensidade de corrente, tempo de duração, etc.), como em relação aos efeitos destruidores decorrentes de sua incidência sobre as edificações. Nada em termos termos práticos pode ser ser feito para se impedir a "queda" de uma descarga em determinada região. Não existe "atração" a longas distâncias, sendo os sistemas prioritariamente receptores. Assim sendo, as soluções internacionalmente aplicadas buscam tão somente minimizar os efeitos destruidores a partir da colocação de pontos preferenciais de captação captação e conduçã condução o segura da descarga descarga para a terra. A implantação implantação e manu ma nute tenç nção ão de sist sistem emas as de prot proteç eção ão (pár (páraa-ra raio ios) s) sã sãoo no norm rmal aliz izad adas as internacionalmente pela IEC (International Eletrotecnical Comission) e em cada país pôr entidades próprias como a ABNT (Brasil), NFPA (Estados Unidos) e BSI (Inglaterra). (Inglaterra). Somente Somente os projetos elaborad elaborados os com base em disposições disposições destas normas podem assegurar uma instalação dita eficiente e confiável. Entretanto, esta eficiência nunca atingirá os 100 % estando, mesmo estas instalações, sujeitas à falhas de proteção. As mais comuns são a destruição de pequenos trechos do revestimento das fachadas de edifícios ou de quinas da edificação ou ainda ainda de trechos de telhados. Não é função do do sistema de párapáraraio raioss (S.P (S.P.D .D.A .A.) .) prot proteg eger er eq equi uipa pame ment ntos os elet eletro ro-el -elet etrô rôni nico coss (com (coman ando do de elevadores, interfones, portões eletrônicos, centrais telefônicas, subestações, etc.), pois mesmo uma descarga captada e conduzida a terra com segurança, prod produz uz fo fort rtee inte interf rfer erên ênci ciaa elet eletro rom mag agné nétiticca, cap apaz az de da dani nififica carr es este tess equipamentos. Para sua proteção, deverá ser contratado um projeto adicional, específico para instalação de supressores de surto individuais (protetores de linha). Os sistemas sistemas implantados de acordo com a Norma, visam à proteção da estrutura das edificações contra as descargas que a atinjam de forma direta, te tend ndoo a NBRNBR-54 5419 19 da ABNT ABNT como como no norm rmaa bá bási sica ca e fund fundam amen enta tal.l.
É de
fu fund ndam amen enta tall im impo portâ rtânc ncia ia qu quee ap após ós a inst instal alaç ação ão ha haja ja um umaa ma manu nute tenç nção ão periódica anual a fim de se garantir a confiabilidade do sistema. São também recome recomenda ndadas das vistori vistorias as preve preventi ntivas vas apó apóss reform reformas as que pos possam sam alt altera erarr o sistema e toda vez que a edificação for atingida pôr descarga direta.
Palavras-Chaves: Captor Franklin, Gaiola de Faraday, Captor Radioativo. Área do Conhecimento: Eletrotécnica
5 VISTO DO ORIENTADOR: _________________________________
SUMÁRIO 1.0 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA............................................................................PÁG. 6 2.0 INTRODUÇÃO ................................................................................................PÁG. 6 2.1 CONSIDERAÇÕES SOBRE A DESCARGA ATMOSFÉRICA .......................PÁG. 7 2.2 HISTÓRICO .................................................................................................. PÁG. 12 2.3 TIPOS, CARACTERÍSTICAS E EVOLUÇÃO DOS S.P.D.A. ........................ PÁG. 16 2.4 IMPORTÂNCIA E FUNDAMENTOS DO S.P.D.A. ........................................ PÁG. 22 2.5 IMPLANTAÇÃO: IMPLANTAÇÃO: NORMAS E LEIS LEIS SOBRE O S.P.D.A. ............................. PÁG. 23 2.6 TERMINOLOGIAS DE ACORDO COM A NBR 5410/2001 .......................... PÁG. 24 3.0 PROTEÇÃO: HUMANA E EQUIPAMENTOS ELETRO-ELETRÔNICOS ..... PÁG. 28 3
3.1 PROTEÇÃO DOS EQUIPAMENTOS ELETRÔNICOS ................................. PÁG. 29 3.2 O CAMPO MAGNÉTICO ............................................................................... PÁG. 30 3.3 PÁRA- RAIOS ELETRÔNICO ............................................... ....................... ............................................... ....................... PÁG. 30 4.0 PROJETOS .................................................................................................... PÁG. 31 4.1 ESCOLHENDO O S.P.D.A. ........................................................................... PÁG. 31 4.2 ELABORANDO UM PROJETO DE S.P.D.A. ................................................ PÁG. 35 4.3 ESTRATIFICAÇÃO DO SOLO ...................................................................... PÁG. 37 4.4 A IMPORTÂNCIA DO ATERRAMENTO ....................................................... PÁG. 37 4.5 POTENCIAL DE PASSO E DE TOQUE ........................................................ PÁG. 38 4.6 ESCOAMENTO DA MALHA .......................................................................... PÁG. 39 5.0 MANUTENÇÃO E CONTROLE SOBRE O S.P.D.A. ..................................... PÁG. 39 5.1 PROCEDIMENTOS TÉCNICOS PARA FISCALIZAÇÃO DAS ATIVIDADES REFERENTES AOS SISTEMAS DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS EM EDIFICAÇÕES EDIFICAÇÕES ................................... ........................ ........... PÁG. 39 39 5.2 CONTROLE ................................................... ........................... ................................................ ............................................. ........................ ... PÁG. 42 6. CONCLUSÃO ................................................................................................... PÁG. 43 6.1 AVALIAÇÃO DA NECESSIDADE DE PÁRA-RAIOS ......................................PÁG. 44 7.0 ANEXOS ......................................................................................................... PÁG. 45 7.1 ANEXO A ........................................................................................................ PÁG. 45 7.2 ANEXO B......................................................................................................... PÁG. 47
6 8.0 BIBLIOGRAFIA ............................................................................................... PÁG. 49
1. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA: No decorrer do estágio foram utilizados , como ferramentas de auxílio aos estudos , as referencias bibliográficas, [ 1 ] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT, Normas ABNT 5419/01 sobre Proteção de Estruturas contra descargas atmosféricas, [ 2 ] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS ABNT, Normas ABNT 5410/97 Segurança de pessoas, animais e conservação de bens contra o risco de choque elétrico , [3] KINDERMANN, G. - Descarga Atmosférica e [4] LEITE, D.M. & LEITE, C.M. Proteção Contra Descargas Atmosféricas. Tais referencias foram de elevada importância nas pesquisas realizadas, para a utilização dos conceitos e equipamentos na aplicação do Sistema de Proteção contra Descarga Atmosférica. Além das referencias citadas anteriormente, foram utilizados algumas publicações sobre proteção contra descarga atmosférica e aterramento elétrico ,onde os quais, juntamente com o aprendizado da universidade , auxiliaram a adquirir o embasamento teórico necessário para desenvolver o trabalho prático . As referidas publicações são bem abrangentes no que diz respeito à Sistema de proteção contra descarga atmosférica e aterramento elétrico : ações de controle da resistividade do solo e tratamento , os sistemas físicos envolvidos,tipo de corrosão envolvido no sistema, risco de exposição as descargas atmosféricas e tipos de páraraios, são abordados pelos autores .
2. INTRODUÇÃO: Uma descarga atmosférica é um fenômeno natural que desde o início da civilização causa temor e danos. A ação de uma descarga atmosférica é fulminante, ela num curtíssimo espaço de tempo, injeta correntes da ordem de centenas de kA numa instalação, que caso não possam ser controladas, provocam uma série de prejuízos e acidentes, tais como: •
Mortes em seres humanos causados tanto pela incidência direta, como indireta
das descargas atmosféricas.
7 •
Incêndios em florestas campos e prédios.
•
Destruição de estruturas, tanques e árvores.
•
Interferências em sistemas de telecomunicações e de dados.
•
Acidentes em aviões, embarcações, plataformas de petróleo e antenas.
•
Interrupções de fornecimento de energia elétrica. Ë importante ressaltar que a despeito do grande número de pesquisas e estudos
realizados durante este século, muito ainda precisa ser esclarecido e nada ainda se conseguiu no sentido de impedir a ocorrência das descargas atmosféricas. Portanto até o momento atual tem restado apenas estudar, sistemas de proteção, que impeçam ou mesmo reduzam as possibilidades de prejuízos, acidentes e danos. Os S.P.D.A. vem evoluindo anualmente, contudo deve ser destacado que ainda, não se conseguiu ainda uma proteção completa ou totalmente efetiva para as descargas atmosféricas.
2.1 Considerações sobre a Descarga Atmosférica: 2.1.1 As primeiras descobertas no campo da eletricidade As primeiras descobertas das quais se tem notícia, relacionada com fenômenos elétricos, foram feitas pelos gregos, na Antigüidade. O filósofo e matemático Tales, que vivia na cidade de Mileto no século VI a.C., observou que um pedaço de âmbar, após ser atritado com uma pele de animal, adquiria a propriedade de atrair corpos leves (como pedaços de palha e sementes de grama). Somente cerca de 2.000 anos mais tarde é que começaram a ser feitas observações sistemáticas e cuidadosas de fenômenos elétricos, destacando-se os trabalhos do médico inglês W. Gilbert. Este cientista observou que vários outros corpos, ao serem atritados, se comportavam como o âmbar e que a atração exercida pôr eles se manifestava sobre qualquer outro corpo, mesmo que este não fosse leve. Como a palavra grega correspondente a âmbar é "elétron", Gilbert passou a usar o termo "eletrizado" ao se referir àqueles corpos que se comportavam como o âmbar, surgindo assim as expressões eletricidade, eletrização etc. Modernamente sabemos que todas as substâncias podem apresentar comportamento semelhante ao âmbar, isto é, podem ser eletrizadas ao serem atritadas com outras substâncias. Por exemplo: uma régua de plástico se eletriza ao ser atritada com seda e atrai uma bola de isopor; um pente se eletriza ao ser atritado nos cabelos de uma pessoa e atrai estes cabelos ou um filete de água; uma roupa de náilon se eletriza ao
8 se atritar com o nosso corpo um automóvel em movimento se eletriza pelo atrito com o ar etc.
2.1.2 As cargas elétricas Éster e Geitel explicam a formação de cargas nas nuvens, e consequentemente os raios da seguinte forma: _Durante as tempestades, há fortes correntes ascendentes de ar úmido dentro das grandes nuvens. Em resultado da condensação do vapor de água formam-se gotas de água que atingidas certas dimensões começam a cair carregadas de eletricidade, negativamente em sua parte inferior e positivamente na sua parte superior. Em sua queda, encontram-se gotículas em ascensão cedendo a elas sua carga positiva, nas quais são violentamente arrastadas para as bordas superiores das nuvens. Como conseqüência final, apresentam-se as nuvens com cargas elétricas positivas em sua parte superior, ficando a parte de baixo carregada negativamente. Em resultado da criação de cargas elétricas nas nuvens, pode haver três tipos de descargas atmosféricas: -Com a crescente diferença de potencial entre a parte superior e inferior e de baixo poder dielétrico do vapor de água, pode haver uma descarga dentro da própria nuvem. (a nuvem acende e apaga) -Pôr
aproximação das nuvens, impelidas pôr fortes ventos há deslocamento de carga
de modo a se confrontarem cargas opostas de uma nuvem com respeito à outra. (o céu se rabisca em centelhas). -Podendo também ocorrer a pior hipótese: a nuvem descarregar sobre a terra com a formação de raios.
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2.1.3 Os Raios O raio é um fenômeno da natureza que desde os primórdios vêem intrigando o homem, tanto pelo medo provocado pelo barulho, quanto pelos os danos causados. O raio é uma corrente elétrica e pôr isso deverá ser conduzido o mais rápido possível para o solo, minimizando seus efeitos destrutivos. As descargas elétricas causam sérias perturbações nas redes aéreas de transmissão de distribuição das concessionárias de energia elétrica, induzindo surtos de tensão que chegam a centenas de kV. A ação destruidora dos raios se deve às elevadas correntes e tensão, causando aquecimento e efeitos danosos. Um raio é formado pôr uma sucessão de várias descargas. Há primeiro, uma descarga de corrente piloto que começa na base da nuvem procurando o caminho de menor resistividade. Forma pôr isso uma pequena descarga com forma de árvore invertida. Esta descarga é de pequena intensidade e de baixa intensidade e velocidade.Segue a ela uma descarga guia que em saltos, e mais rápida provoca aquecimento, ionização em seu caminho.
10 Como da terra sobe simultaneamente, uma descarga piloto seguida da descarga retorno, fica então um canal ionizado ligando a nuvem a terra. Por este canal ionizado desce a descarga principal, seguida pela descarga retorno que são contínuas. Se estas descargas não forem suficientes para neutralizar toda a carga da nuvem, forma-se então uma sucessão de descargas contínuas da nuvem, até que seja atingido o equilíbrio. Evidentemente sobre um terreno condutor de eletricidade a ocorrência de um raio e remota, pois são duas placas da mesma natureza. Se, porém, a nuvem passa em cima de uma região formados pôr solos maus condutores, cria-se pôr indução no terreno cargas positivas, onde temos a nuvem funcionando como placa negativa e o solo como placa positiva e o ar, natural úmido e às vezes ionizado servindo como um isolante de baixo poder dielétrico. Mas qual a diferença entre raio, trovão e relâmpago? O raio é a própria descarga elétrica que ocorre para a neutralização das nuvens carregadas através de uma descarga que ocorre entre a nuvem e a terra, enquanto que o relâmpago e uma enorme centelha elétrica que salta de uma nuvem para a outra de diferente carga e ocorre então uma descarga dentro da nuvem. E pôr último o trovão que é o deslocamento da massa de ar que circula o caminho do raio em função da elevação da temperatura (de até 30.000 graus), provocando a expansão do ar. A corrente de um raio em 50 % dos casos excede a 15kA podendo atingir a 200kA.
2.1.4 Sobretensões transitórias Um raio ao cair na terra, pode provocar grandes efeitos de destruição, devido ao alto valor de sua corrente elétrica que gera intensos campos eletromagnéticos, calor, etc. Além dos danos causados diretamente pela corrente elétrica e pelo intenso calor, o raio pode provocar sobretensões em redes de energia elétrica, em redes de telecomunicações, de TV a cabo, antenas parabólicas, redes de transmissão de dados etc. Essa sobretensão é denominada Sobretensão Transitória . Por sua vez, as Sobretensões Transitórias podem chegar até as instalações elétricas internas ou de telefones, de TV a cabo ou de qualquer unidade consumidora como residência, comércio, serviços indústria. Os seus efeitos, além de poder causar danos a pessoas e animais domésticos, podem:
11 _Provocar a queima total ou parcial de equipamentos elétricos ou danos à própria instalação elétrica interna e telefônica entre outros. _Reduzir a vida útil dos equipamentos; _Provocar enormes perdas, com a parada de equipamentos, etc. É importante salientar que as redes de energia elétrica, de telecomunicações são obviamente totalmente separadas uma das outras. As Sobretensões Transitórias originadas de descargas atmosféricas podem ocorrer de dois modos: _DESCARGA DIRETA: o raio atinge diretamente uma rede elétrica ou telefônica. Neste caso, o raio tem um efeito devastador, gerando elevados valores de sobretensões sobre os diversos circuitos. _DESCARGA INDIRETA: o raio caindo a uma distância de até 1km de uma rede elétrica. A sobretensão gerada é de menor intensidade do que provocada pela descarga direta, mas pode causar sérios danos. Essa sobretensão induzida acontece quando uma parte da energia do raio é transferida através de um acoplamento eletromagnético com uma rede elétrica. As maiores parte das Sobretensões Transitórias de origem atmosféricas que causam danos a equipamentos são ocasionadas pelas descargas indiretas.
2.1.5 Rigidez dielétrica: O poder das pontas
12 O fenômeno do poder das pontas ocorre porque, em um condutor eletrizado a carga tende a se acumular nas regiões pontiagudas, criando um campo elétrico maior que nas regiões mais planas. Assim se aumentarmos continuamente a carga elétrica no condutor, a intensidade do campo elétrico em torno dele aumentará também, até que na região pontiaguda o valor da rigidez dielétrica do ar será ultrapassado antes que isto ocorra nas demais regiões. Portanto nas proximidades da região pontiaguda que o ar se tornará condutor e será através da ponta que a carga se escoará. É pôr isso que quando estamos em um campo aberto, não é aconselhável ficarmos em pé ou debaixo de alguma árvore, pois podemos criar em volta um campo elétrico que poderá romper a rigidez dielétrica do ar fazendo com que este se torne condutor e ocorra uma descarga elétrica entre a pessoa ou a árvore e a nuvem. Conhecendo o poder das pontas, Benjamim Franklin teve então a idéia de construir um dispositivo que exercesse uma proteção contra raio. Este dispositivo, o pára-raios exercerá função de criar em volta dele um ar com características condutoras que fará com que o raio caia sobre ele e não em qualquer lugar da vizinhança. É pôr isso que uma casa sempre tem que ter um pára-raios ou estar na zona de proteção de algum outro.
2.1.6 Áreas de incidência Ao procurar um caminho para sua descarga, o raio atinge pontos mais altos e pontiagudos, onde existe maior concentração de cargas. Assim ele pode cair em um lugar várias vezes. Diferentemente do que imagina, o raio prefere terrenos maus condutores, como os graníticos ou xistosos, ao invés dos bons condutores, como os calcários e de aluvião. Consta que nos terrenos isolantes, há liberação de cargas elétricas para a superfície e essas cargas propiciam a queda do raio em terrenos maus condutores. A localização de áreas onde ocorrem descargas elétricas é determinada pela natureza dos seus solos e subsolos. Esses solos podem conter elementos magnéticos, condutores e radioativos, sendo o mais vulnerável o que contiver os três. É o efeito magnético que atrai os elétrons da superfície da terra para um local especifico, enquanto que a condutibilidade do subsolo os ajuda a chegar a este local. É pôr isso que Minas Gerais é considerado um dos estados onde mais caem raios. Além de estar em locais mais alto, com muitas montanhas, é um lugar onde há bastante minério, um exemplo disto e o famoso Quadrilátero Ferríferro.
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2.2 HISTÓRICO: O Raio é um fenômeno da natureza que desde os primórdios vem intrigando o homem, tanto pelo medo provocado pelo barulho, quantos pêlos danos causados. Para algumas civilizações primitivas o raio era uma dádiva dos Deuses, pois com ele quase sempre vêem as chuvas e a abundância na lavoura. Para outras civilizações era considerado como um castigo e a pessoa que morria num acidente de raio, provavelmente havia irritado os Deuses e o castigo era merecido. Havia também civilizações que glorificavam o defunto atingido pôr um raio, pois ele havia sido escolhido entre tantos seres humanos, com direito a funeral com honras especiais. Após tantas civilizações o homem acabou descobrindo que o raio é corrente elétrica e pôr isso deverá ser conduzida o mais rápido possível para o solo, minimizando seus efeitos destrutivos. O primeiro cientista a perceber que se tratava de um fenômeno Físico/Elétrico, foi Benjamin
Franklin (1752), que na época afirmou que após a colocação de uma
ponta metálica em cima de uma casa, esta atrairia os raios para si e a edificação estaria protegida contra raios, caindo estes na ponta metálica. Após alguns anos, tomou conhecimento de edificações que tinham sido atingidas e o raio não havia caído na ponta metálica. Assim sendo, reformulou-se a teoria e afirmou que a ponta metálica seria o caminho mais seguro para levar o raio até o solo com segurança caso a ponta seja atingida pôr um raio. A partir daí começou-se a definir a região até onde esta ponta teria influência (séc. XVlll - Gay Lussac) e começou-se as esboçar os primeiros cones de proteção, cuja geratriz era função de um ângulo pré-definido, resultando num cone com um raio de proteção. Com o passar do tempo foram sendo definidos novos Ângulos de proteção em função da exposição da edificação, bem como os riscos materiais e humanos, envolvidos. Com a nova edição da Norma de Para-Raios NBR 5419/93 a eficiência dos Sistemas de Proteção foi substancialmente aumentada não deixando nada a desejar em relação a Normas de outros Países, inclusive pelo fato desta ter tipo a Norma IEC como referência. Atualmente existem basicamente três métodos de dimensionamento: 1) Método Franklin; 2) Método Gaiola de Faraday ou Malha ; 3) Método da Esfera Rolante, Eletrogeométrico ou Esfera Fictícia;
14 Observações: O método Franklin, devido ás suas limitações impostas pela Norma passa a ser cada vez menos usado em edifícios sendo ideal para edificações de pequeno porte, sendo o método da esfera Rolante o mais recentemente adotado dos três acima mencionados. Com o intuito de ganhar dinheiro ás custas de pessoas leigas ou desatualizadas, alguns fabricantes divulgam captores com ângulos majorados (tipo 80º ou mais), dispositivos artificiais e até filosofias patéticas para tentar ganhar o espaço deixado pelos captores Radioativos, o qual está com sua Fabricação proibida pela CNEN (Comissão Nacional de Energia Nuclear). Nenhum outro método de proteção deverá ser levado a sério que não sejam métodos consagrados pelas Normas Técnicas NBR 5419/93, o qual é o único documento aceito pelo código do consumidor.
2.2.1 CAPTORES RADIOATIVOS
2.2.1.1 Pára-Raios Radioativos e a CNEN CNEN - Comissão Nacional de Energia Nuclear Órgão do governo Federal que regulamenta, fiscaliza e normaliza qualquer atividade que envolva produção ou
15 utilização de energia nuclear, bem como qualquer atividade que utilize materiais radioativos resolve: Suspender, a partir da vigência da Resolução nº 04, de 19 de abril de 1989 (publicado no Diário Oficial União de 09/05/89, em anexo), a concessão de autorização para utilização de materiais radioativo em pára-raios; O material radioativo remanescente dos pára-raios desativados deve ser imediatamente recolhido a CNEN; Esta resolução entra em vigor na data de sua publicação.
2.2.1.2 Razões para a Proibição A razão exposta pela CNEN para proibir o captor radioativo - ou como dispõe textualmente a Resolução, suspender a concessão de autorização para utilização de materiais radioativo em pára -raios - é que não ficou tecnicamente comprovada a maior eficácia dos pára - raios radioativos em relação aos convencionais e que, portanto, o princípio da justificativa previsto na norma CNEN-NE-3.01: Diretrizes Básicas da Radio proteção não está demonstrado. Essas diretrizes estipulam que o emprego de qualquer material radioativo em equipamentos ou dispositivos de uso público está sujeito a três premissas básicas: justificativa, otimização e limitação da dose. A primeira, e talvez a mais importante estão ligada ao ganho que a sociedade terá com a aplicação, com seus benefícios econômicos e sociais. Um exemplo disso são as câmaras de cobalto, usadas na oncologia. No caso dos captores radioativos não foi ultrapassada a fase da justificativa. Não foi provado que esses captores são tecnicamente melhores que os convencionais, que não usam esse tipo de material. Em todo o mundo os fabricantes de pára - raios radioativos tiveram tempo bastante para confirmar tecnicamente as vantagens que sempre propalaram a respeito de seus produtos - basicamente, uma distância de atração e, pôr conseguinte, uma zona de proteção bem maiores que as do captor Franklin. E ao provar de forma cabal suposta superioridade, eles deixaram de atender a premissa da justificativa: se o material radioativo não contribui tecnicamente para tornar mais eficiente a proteção contra descargas atmosféricas, ele não é absolutamente indispensável e, portanto, não deve ser usado.
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2.2.1.3 Riscos Entre os grandes produtores mundiais de Américios 241, a Inglaterra, a França e a Espanha, apenas o primeiro, e maior produtor, ainda não proibiu a fabricação do captor radioativo. É que, de forma geral, quase todos os países europeus não aceitam a propalada superioridade do produto, descartando sua utilização. Apenas os EUA, em face de autonomia dos estados, alguns deles ainda não proibiram o uso desse tipo de captor, mas a maciça maioria não o admite em edificações de uso coletivo. Eles só podem ser usados em residências individuais, em função do próprio liberalismo norte americano, que garante ao indivíduo o direito inclusive de se expor a riscos se assim desejar. Cabe ressaltar que a existência de um pára – raio radioativo em uma edificação não deve ser motivo de grande preocupação, pois especialistas da CNEN chegaram a afirmar que: A emissão da pastilha de amerício 241 usada na confecção dos captores radioativos varia entre 0,1 a 1mci. E uma pessoa pode viver a vida inteira com uma pastilha dessas, a uma distância de 10 a 15 cm de seu corpo, sem qualquer problema. Os especialistas recomendam cuidados especiais no manuseio e manutenção dos captores, serviço esses que só devem ser executados pôr técnicos habilitados. Assim são preocupantes os riscos associados à manipulação dos captores: Os próprios fabricantes, alegando que a deposição de poeira poderia reduzir a ionização produzida pelo captor, sempre recomendaram que ele fosse limpo regularmente. E uma limpeza mais descuidada, feita pôr pessoa não completamente esclarecida, pode expô-la a uma radiação perigosa. Já tivemos notícia de um técnico que, desavisadamente, limpou o captor escovando – o em um motoesmeril. O técnico na escovação pode eventualmente ter atingido a pastilha de amerício e, consequentemente, inalado poeira contaminada Outro problema: na hipótese de queda do captor ou de reforma do prédio onde se acha instalado, surge o risco de manuseio pôr pessoas comuns. A vida útil de captor radioativo varia entre 15 a 20 anos, mas a pastilha permanece ativa, pois o seu tempo de meia vida é de 430 anos.
2.2.1.4 Recolhimento
A resolução da CNEN determina que os captores radioativos existentes,
17 instalados ou e, estoque, sejam recolhidos – ou, mais precisamente, que o material radioativo remanescente dos pára-raios desativados deve ser imediatamente recolhido a CNEN. Isso significa que o recolhimento deve ser imediato à desativação, mas não significa,
necessariamente,
que
a
desativação
deve
ser
imediata.
A CNEN fará circular um comunicado entre os fabricantes e empresas de manutenção cadastrados no órgão, orientando-os nesse sentido.
2.3 TIPOS, CARACTERÍSTICAS E EVOLUÇÃO DOS S.P.D.A.: 2.3.1 Sistema Captor Tipo Franklin
Todo ano é época de formação de tempestades e consequentemente das descargas atmosféricas (raios), que colocam em risco o ser humano, assim como edificações e aparelhos elétricos. A proteção contra essas está na instalação adequada de pára - raios, ou seja, S.P.D.A. - Sistema de Proteção contra descargas atmosféricas - orientada pela NBR 5419 de junho de 93 da ABNT. Os responsáveis devem estar atentos para a instalação ou para a condição dos pára - raios já existentes em seu edifício , Empresa, Indústria , etc. .., baseado na NBR acima citada, que define dois tipos de proteção: O Sistema Franklin e o Sistema de Gaiola de Faraday. O sistema Franklin é composto pôr um captor com quatro pontas, montado sobre um mastro, cuja altura deve ser calculada conforme as dimensões da Edificação, podendo ser colocado um ou mais captores para uma proteção mais abrangente. A malha de descida do captor tem que ser em cabo de cobre nu 35 mm, e
18 sem emenda no seu condutor de descida até a malha de aterramento.
2.3.2 Sistema de Gaiola de Faraday O Sistema de Gaiola de Faraday consiste em uma malha de captação, formando módulos retangulares, sempre utilizando cabos de cobre nu 35mm passando pôr suportes isoladores. Sendo que suas emendas e conexões deverão ser executadas através de soldas exotérmicas. Todas as antenas e escadas de ferro deverão ser interligadas com a gaiola de Faraday através de cabo nu 35mm, através de solda exotérmica ou conector devidamente fixados sem folga. As Gaiolas de Faraday devem constituir isoladores simples, isoladores de reforço, isoladores de quina, prensa-cabos, e principalmente os isoladores tipo Captor aéreo, para que possam receber e dissipar as ondas de uma descarga atmosférica.
2.3.2.1 Aterramento Com Utilização das Fundações e Estruturas dos Edifícios Desde 1965 - portanto, há mais de 30 anos - a União Alemã das Centrais Elétricas tem instruções para a utilização das fundações como sistema de aterramento. Essas instruções tornaram - se norma em 1975. Em 1979 foi emitida uma norma Alemã sobre a inclusão do sistema de aterramento nas fundações dos edifícios para moradia. Essa norma está contida no caderno 35 da VDE, datado de 1979, com instruções concretas para a sua instalação. Por outro lado, as normas americanas passaram a incluir sistema de aterramento com condutores embutidos em concreto nos fins da década de 70. Assim , o NEC - National Electrical Code de 1978 incluiu pela primeira vez as especificações a que devem obedecer aos eletrodos de aterramento embutidos nas fundações e o NESC - National Safety Code ( ANSI- C2 ) de 1984 considera as ligações com arames torcidos, usados na fixação das armaduras do concreto armado, suficientes para assegurar a continuidade elétrica das armaduras. Também o Green Book ( ANSI/IEEE Standard 142 - 1982 ), que trata especificamente de aterramento, salienta em diversos trechos as vantagens de se utilizar às armaduras do concreto nas fundações como eletrodo de aterramento. Concomitantemente, entre 10 e 20 anos atrás, a interligação dos diferente sistemas de aterramento ( isto é dos aterramentos para diferentes finalidades ) tornou - se uma prática cada vez mais comum e reconhecida, como se pode verificar no ANSI/NFPA Lightning Protection Code de 1983 e no NEC ( NFPA - 70 ) DE 1984. Assim , nas últimas duas décadas operou- se uma
19 evolução nos conceitos e na prática do aterramento, resultando em uma integração dos sistemas de aterramento ---- o da proteção contra choques e o da proteção contra Descargas Atmosféricas, entre si e com a própria estrutura dos Edifícios, tornando o Eletrodo de aterramento parte integrante das próprias fundações do edifício.
2.3.2.2 Principais características da utilização das fundações como sistema de Aterramento O eletrodo de aterramento assim construído envolve toda a superfície do edifício enquanto os eletrodos tradicionais limitam - se a algumas hastes localizadas. Fazendo parte do próprio edifício, o sistema de aterramento não está sujeito a ser interrompido ou seccionado; portanto, não há risco dele perder sua eficiência. Do mesmo modo, sendo constituído usualmente pôr ferro embutido em concreto, o sistema está praticamente protegido contra os efeitos de corrosão, pelo que se pode considerá-lo utilizável sem reservas ao longo de toda a vida do edifício. Como o material utilizado é o ferro, a solução resulta mais econômica. Uma vez que as fundações constituem o eletrodo de aterramento, poder - se - ia dotar os pilares do edifício de elementos condutores destinados a transferir para a cobertura o potencial da terra. Constituir - se ia, assim uma gaiola de Faraday desde que a cobertura assegure a interligação elétrica dosa diversos pilares. Naturalmente, a cobertura ou inclui uma laje de concreto armado ou, pôr vezes, em edifícios industriais, uma estrutura metálica com terças metálicas que formam uma malha bastante fechada. A gaiola de Faraday assim constituída assegura uma total proteção contra descargas atmosféricas, praticamente sem mais preocupações. A proteção contra as descargas atmosféricas segundo este procedimento é especialmente eficiente e segura porque: -- a multiplicidade de caminhos alternativos para o escoamento da corrente de descarga diminuiu drasticamente os gradientes de tensão; essa mesma multiplicidade de correntes em paralelo uniformiza, ao longo do edifício, as flutuações de tensão devidas à descarga atmosférica, eliminando a possibilidade de descargas laterais ( devido ao fato de parcelas da edificação permanecerem ao potencial do solo quando ocorre uma descarga concentrada através de um ou mais condutores de descidas).
2.3.2.3 As Esferas Rolantes - (Modelo de cálculo) A zona de proteção de um sistema de proteção contra relâmpagos formado pôr um terminal aéreo é a região adjacente, a qual é substancialmente imune a incidência direta de relâmpagos. Como uma regra simples, esta região pode ser considerada
20 como representada pôr um cone ao redor do terminal aéreo tendo um raio no solo equivalente a altura do terminal aéreo em relação ao solo. Aplicação desta "teoria do cone de proteção", entretanto, tem muitas exceções e deve ser considerada somente como uma primeira aproximação. Em particular, tem-se mostrado que o raio do cone de proteção no solo depende sobre o nível de proteção esperado, bem como sobre a altura da estrutura. Para estruturas com alturas superiores a 20 m, esta teoria não é aplicável. Nestes casos, aplica-se a teoria conhecida como "teoria da esfera rolante". Esta teoria é baseada no conceito de distância de atração, que é a distância entre a ponta do líder escalonado e o ponto de queda do relâmpago no solo no instante da quebra de rigidez dielétrica do ar próximo ao solo. A zona de proteção calculada pôr esta teoria é em geral menor que aquela obtida pela "teoria do cone de proteção". Para estruturas com alturas superiores a 60 m, outro tipo de sistema de proteção que utiliza condutores horizontais conectando os terminais aéreos de modo a formar uma gaiola é recomendado
pelas
Normas
Brasileiras
de
Proteção
ABNT
NBR-5419.
2.3.3 CARACTERÍSTICAS PECULIARES AOS S.P.D.A.’S 2.3.3.1 Captação superior São condutores ou mastros destinados a receber o raio, colocados no topo das edificações. Em edificações pequenas e baixas, recomenda-se os métodos Franklin ou Eletromagnético e em prédios mais altos, preferencialmente a Gaiola de Faraday.
2.3.3.2 Descidas ou captação lateral Trata-se da instalação de condutores verticais nas fachadas da edificação. As descidas devem ser instaladas preferencialmente nas quinas principais da edificação e obedecerem a medidas de espaçamentos de acordo com o nível de proteção exigido para determinado uso e tipo do edifício, como verificaremos na tabela de dimensionamento mais diante. Para edificações acima de 20cm de altura, deverão ser dimensionadas como captação, considerando a presença de descargas laterais (raios que atingem as fachadas do prédio).
2.3.3.3 Anéis de cintamento ou captação lateral Consiste na instalação de condutores horizontais em toda a periferia da edificação, de modo que estejam interligados às descidas verticais. Devem ser dimensionados como condutores de captação e instalados a cada 20m de altura, a partir do solo.
2.3.3.4 Aterramento
21 É feito com condutores de cobre lançados horizontalmente ao solo a 0,5m de profundidade e hastes de aço cobreado, cravadas verticalmente no solo, cuja função é receber o raio trazido pelas descidas e conduzi-lo ao solo rapidamente. Deve ser instalada uma haste do tipo "Cooperweld" (alta camada de 250 mícrons de espessura) em cada descida e uma malha de cabo de cobre (#50mm2) no solo, a uma profundidade de 0,50m; a malha deve circundar a edificação e interligar todas as hastes. A conexão cabo/cabo e cabo/haste deverá ser preferencialmente do tipo exotérmica (solda especial que funde os condutores, eliminando problemas de corrosão e maus contatos, que detalharemos num tópico mais adiante ).
2.3.3.5 Equalização de potenciais elétricos É a interligação das malhas de aterramento e tubulações metálicas com o sistema de pára-raios. A equalização de potenciais de ser executada no nível do solo e a cada 20m de altura, coincidindo com os anéis de cintamento, sendo interligadas na caixa de equalização (TAP) ou LEP (caixa com barramento de cobre), todas as malhas de aterramento (elétrico, telefônico, computadores, elevadores, interfone etc.) e todas as prumadas metálicas ( trilhos de elevadores, incêndio, recalque, gás, eletrocalhas etc.)
2.3.4 EVOLUÇÃO DO S.P.D.A. Há mais de duzentos anos que as proteções contra descargas atmosféricas diretas se baseiam no princípio apresentado em 1760 pôr Benjamin Franklin, de que um elemento captor elevado, convenientemente aterrado, pode garantir um determinado nível de proteção para uma estrutura. As variações deste princípio giram em torno do efetivo volume cônico ou cilíndrico de proteção proporcionado pelo elemento captor, conforme apresentado na Tabela 1. DATA 1778 1823 1874 1875 1875 1881 1881 1920
FONTE B. Wilson Gay Lussac De Fonvielle Comissão de Paris Chapman Adams Preece
FORMA Cone com 58° Cilindro Cone 64° Cone de 60° Cilindro Cone de 45° Cone
F. W. Peek
semicircular Cone de 64° a 76°
Ao longo do tempo os modelos adotados foram alterando-se em função das novas teorias e também devido às falhas que eram constatadas nas proteções das
22 edificações existentes, especialmente à medida que as mesmas foram se tomando cada vez maiores e mais altas. Recentemente, verificou-se que estruturas muito altas, tais como o Empire State Building e a Torre Eiffel, estavam sujeitas a descargas laterais, o que não era compatível com nenhum dos modelos até então considerados. Nos anos 70 foi dado início, a uma extensa pesquisa dessa questão, envolvendo análises teóricas e levantamentos de campo, conduzido pelo Edison Electric Institute e pelo Illinois Institute of Technology sob a direção de E. R. Whitehead. Este trabalho demonstrou a existência de uma relação inversa entre o ângulo de proteção de um elemento captor e a sua altura, e deu origem ao modelo de Whitehead, concebido
para
ser
aplicado
a
linhas
de
transmissão.
A extensão do "modelo de Whitehead" para o dimensionamento de sistemas de proteção de descargas em edificações foi obra de Ralph Lee, que em 1978 e 1979 publicou dois artigos técnicos considerados ''clássicos ", que expõem os conceitos do modelo eletrogeométrico. Este modelo for incorporado à edição de 1980 da norma americana “Lightning Protection Code” NFPA-78. Futuramente será mostrado que o dimensionamento da rede captora de um sistema de proteção contra descargas diretas reduz-se a um problema essencialmente geométrico, uma vez definido o nível de proteção adequado para uma determinada instalação. A solução deste problema passa a ser a identificação da melhor distribuição de elementos captores pela instalação, usualmente constituídos pôr mastros pára-raios com captores Franklin, terminais aéreos e cabos nus. Um bom projeto de uma rede captora de descargas diretas além de atender á solução geométrica, deve também considerar os aspectos de estética (impacto visual) e de custo.
2.4 IMPORTÂNCIA E FUNDAMENTOS DO S.P.D.A. Nada pode ser feito para impedir a queda de um raio em determinado local ou estrutura, e mesmo sabendo que os pontos mais altos e de maior área de exposição são os que têm maior probabilidade de serem atingidos, nada poderá impedir que uma edificação pequena possa ser atingida, o que apenas podemos afirmar, cientes de que estamos lidando com um fenômeno natural totalmente imprevisível e aleatório, é que a probabilidade neste caso é menor. Dadas às conseqüências e riscos de uma descarga atmosféricas tanto para os seres humanos quanto aos equipamentos eletrônicos é indispensável um mecanismo atue preventivamente contra uma eventual descarga atmosférica, e ter em mente que
23 mesmo com toda tecnologia empregada em tais mecanismos nunca teremos um sistema cem pôr cento eficiente, o que deve fazer com que não nos descuidemos, de forma alguma, de tomar certos cuidados numa tempestade com descargas atmosféricas. Os sistemas de pára-raios destinam-se, prioritariamente, a proteger as edificações e as vidas humanas. Se bem instalados, minimizam também os riscos de danos a equipamentos elétricos, eletromecânicos e eletrônicos, sendo, porém, que neste caso uma proteção adequada requer a instalação de supressores de surtos (protetores elétricos) e a equalização (interligação) das malhas de aterramento. Quando Benjamin Franklin descobriu que o raio era um fenômeno físicoelétrico, em 1752, sustentou a tese de que o pára-raios instalado em cima de uma edificação poderia "descarregar a nuvem", evitando que o raio caísse. Pouco tempo depois, ao constatar que edificações providas de pára-raios também tinha sido atingidas, o cientista reformulou sua teoria, admitindo que um sistema de pára-raios é o caminho mais rápido e seguro para uma descarga atingir o solo, o que minimizaria eventuais danos e riscos pessoais. Apesar dos diferentes métodos e características utilizados nos sistemas de proteção contra descargas atmosféricas, devemos apresentar brevemente a composição física básica que participa do fundamento de qualquer um dos tipos de proteção contra descargas; o que, além de nos auxiliar na compreensão do princípio de funcionamento deste tipo de equipamento, nos fornecerá parâmetros para escolha de qual o tipo mais eficaz para determinada necessidade e situação.
2.5 IMPLANTAÇÃO: NORMAS E LEIS SOBRE O S.P.D.A. A proteção de estruturas contra descargas atmosféricas deve ser realizada utilizando Sistemas de Proteção Contra Descargas Atmosféricas (S.P.D.A.), com projeto instalação e manutenção definidos na NBR 5419, sobre Proteção Contra Descargas Atmosféricas na sua última revisão datada de fevereiro de 2001. É importante ressaltar que um S.P.D.A. não impede a ocorrência das descargas atmosféricas e que nenhum S.P.D.A. projetado e instalado, mesmo que tenha sido definido de acordo com a metodologia descrita na norma 5419/2001 não pode assegurar a proteção absoluta de uma estrutura, pessoas e objetos. Contudo, convém ressaltar ainda que a aplicação da norma reduz de forma significativamente os riscos de danos devidos à descarga atmosférica. O tipo e o posicionamento do S.P.D.A. devem ser estudados cuidadosamente no estágio de projeto da edificação, para se tirar o máximo proveito dos elementos
24 condutores da própria estrutura. O acesso a terra e a utilização adequada às armações metálicas das fundações como eletrodo de aterramento, podem não ser possíveis após o início dos trabalhos de construção. A NBR 5419/2001 não admite a utilização de recursos artificiais destinados a aumentar o raio de proteção dos captores, tais como captores com formatos especiais, ou de metais de alta condutividade ou ainda ionizantes radioativos ou não. Entre os pontos de caráter geral definido na nova NBR 5419/2001 para a definição de um S.P.D.A. para proteção de uma estrutura destaca-se: 1. A necessidade do cálculo da avaliação do risco da edificação ser atingida pôr uma descarga atmosférica. 2. O estabelecimento de quatro níveis de proteção, conforme o risco e o topo de estrutura. 3. O cálculo dos captores pode ser efetuado pelo método Faraday (gaiola), pelo método eletrogeométrico (esfera fictícia), ou ainda pelo método Franklin (hastes). 4. As edificações com altura superior a 10 metros, deverão possuir no subsistema de captação, um condutor periférico em forma de anel, contornando toda a cobertura e afastado no máximo a 0,5m da borda. 5. A possibilidade da utilização de calhas ou rufos como captores naturais. 6. A permissão para a fixação dos captores e condutores de descida, diretamente no teto e nas paredes. 7. Em paredes de material inflamável, o afastamento dos condutores passa a ser de no mínimo 10 cm. Nos demais tipos de parede, os condutores podem ser fixados diretamente sobre as mesmas, ou embutidos dentro do reboco. 8. Caso sejam utilizados cabos como condutores de descida, estes não poderão ter emendas (exceto a emenda no ponto de medição), nem mesmo com solda exotérmica. Para condutores de perfis metálicos, s emendas continuam permitidas. 9. O valor da resistência de aterramento de 10 ohms continua sendo recomendado, porém, em locais onde o solo apresente alta resistividade, poderão ser aceitos valores maiores, desde que sejam feitos arranjos que minimizem os potenciais de passo, e que os procedimentos sejam tecnicamente justificados. 10. Ela reforça a exigência de se documentar toda a instalação, através de projetos e relatórios técnicos, e de se fazer às vistorias periodicamente. 11. As descidas do S.P.D.A. deverão distar das tubulações de gás no mínimo 2 metros. Caso esse distanciamento não seja possível as tubulações deverão ser equalizador a
25 cada 20 metros de altura, diretamente no S.P.D.A. ou indiretamente através de DPS (Dispositivo de Proteção de Surtos) dependendo do caso. 12. Todas as peças e acessórios de origem ferrosa, usados no S.P.D.A., deverão ser galvanizados a fogo ou banhados com 254 micrômetros de cobre. Fica assim proibida a zincagem eletrolítica. 13. Passa a ser permitida a utilização das ferragens de estruturas de concreto protendido como parte integrante do S.P.D.A.. Os cabos de aço da estrutura protendida
NÃO poderão ser utilizados como parte do S.P.D.A.. 14. Em caso de não ser necessário um S.P.D.A. para uma edificação, deverá ser emitido um atestado a partir da aplicação do método descrito no Anexo B da NBR5419/2001.
2.6 TERMINOLOGIAS DE ACORDO COM A NBR-5410/2001(adicionais) 2.6.1. Descargas Atmosféricas Descarga elétrica de origem atmosférica entre uma nuvem e a terra, consistindo de um ou mais impulsos de vários kA.
2.6.2. Raio Um dos impulsos elétricos de uma descarga atmosférica para a terra.
2.6.3. Ponto de Impacto Ponto onde uma descarga atmosférica atinge aterra, uma estrutura ou S.P.D.A.. Nota: uma descarga atmosférica pode ter vários pontos de impacto.
2.6.4. Volume a proteger Volume de uma estrutura ou região que quer proteção contra os efeitos das descargas atmosféricas conforme a presente Norma.
2.6.5. Sistema de Proteção Contra Descargas Atmosféricas (S.P.D.A.) Sistema completo destinado a proteger uma estrutura contra os efeitos das descargas atmosféricas. É composto de um sistema externo e de um sistema interno de proteção. Nota: em casos particulares, o S.P.D.A. pode compreender unicamente um Sistema externo ou interno.
2.6.6. Sistema externo de proteção Contra Descargas Atmosféricas Sistema que consiste de captores, condutores de descida e de sistema de aterramento.
2.6.7. Sistema Interno de proteção contra Descargas Atmosféricas Conjunto de dispositivos que reduzem os efeitos elétricos e magnéticos da corrente de
26 descarga atmosférica dentro do volume a proteger.
2.6.8. Ligação Equipotencial Ligação entre o S.P.D.A. e as instalações metálicas, destinadas a reduzir as diferenças do potencial causadas pela corrente de descarga atmosférica.
2.6.9. Captores Parte do S.P.D.A. externo destinado a interceptar as descargas atmosféricas.
2.6.10. Condutor de Descida Parte do S.P.D.A. externo e interno destinado a conduzir a corrente de descarga atmosférica desde o captor até o sistema de aterramento. Estes elementos podem também estar embutidos na estrutura.
2.6.11. Sistema de aterramento Parte do S.P.D.A. destinada a conduzir, e a dispensar a corrente de descarga atmosférica na terra. Nota: Em solos de alta resistividade, as instalações de aterramento podem interceptar correntes fluindo pelo solo, provenientes de descargas atmosféricas ocorridas nas profundidades.
2.6.12. Eletrodo de Aterramento Elemento ou conjunto de elementos do sistema de aterramento que assegura o contato elétrico com o solo e dispensa a corrente de descarga atmosférica na terra.
2.6.13. Eletrodo de aterramento em anel Eletrodo de aterramento formando um anel fechado em volta da estrutura, na superfície da terra ou enterrado.
2.6.14. Eletrodo de Aterramento da fundação Eletrodo de aterramento embutido nas fundações da estrutura.
2.6.15. Resistência de Aterramento Equivalente Relação entre os valores de crista da tensão e da corrente no eletrodo de aterramento que, em geral, não ocorrem simultaneamente. É um parâmetro utilizado para indicar a eficiência do sistema de aterramento.
2.6.16. Tensão de eletrodo de aterramento Diferença de potencial entre o eletrodo de aterramento considerado e a terra de referência.
2.6.17. Terra de Referência (de um Eletrodo de Aterramento) Região na terra, suficientemente afastada do eletrodo considerado, na qual a diferença de potencial entre dois pontos quaisquer para este fim. Nota: Exemplos de componentes naturais:
27 a) Coberturas metálicas como captor ; *Pilares metálicos utilizados como condutor de descida ; *Armações de aço das fundações utilizadas como eletrodo de aterramento.
2.6.18. Instalações Metálicas Elementos metálicos situados no volume a proteger, que podem constituir um trajeto da corrente de descarga atmosférica – tais como estruturas, tubulações, escadas, trilhos de elevadores, dutos de ventilação e ar condicionado e armações de aço interligadas.
2.6.19. Massa (de um equipamento ou Instalação) Conjunto das partes metálicas não destinadas a conduzir corrente, eletricamente interligadas e isoladas das partes vivas, tais como invólucros de equipamentos elétricos.
2.6.20. Barra de Ligação Equipotencial Barra condutora onde se interligam ao S.P.D.A. as instalações metálicas, as massas e os sistemas elétrico, eletrônico e de telecomunicação.
2.6.21. Condutor de Ligação Equipotencial Condutor de proteção que assegura uma ligação equipotencial.
2.6.22. Armação de Aço (Interligadas) Armação de aço embutidas numa estrutura de concreto, que asseguram continuidade elétrica para as correntes de descarga atmosférica.
2.6.23. Centelhamento perigoso Descarga elétrica inadmissível, provocada pela corrente de descargas atmosféricas no interior do volume a proteger.
2.6.24. Distância de Segurança Distância mínima entre dois elementos condutores no interior do volume a proteger, que impede o centelhamento perigoso entre eles.
2.6.25. Supressor de Surto Dispositivo destinado a limitar surtos de tensão entre dois elementos no interior do volume a proteger, tais como centelhadores, pára-raios e dispositivos semicondutores.
2.6.26. Conexão de Medição Conexão instalada de modo a facilitar os ensaios e medições elétricas dos componentes de um S.P.D.A..
2.6.27. S.P.D.A. Externo Isolado do Volume a Proteger S.P.D.A. na qual o captor e os condutores de descidas são instalados suficientes afastados no volume a proteger, de modo a reduzir a probabilidade de centelhamento
28 perigoso.
2.6.28 S.P.D.A. Externo não- isolado do Volume a Proteger S.P.D.A. no qual o captor e os condutores de descidas são instalados de modo que o trajeto da corrente de descarga atmosféricas pode estar em contato com o volume a proteger.
2.6.29. Estruturas Comuns Estruturas utilizadas para fins comerciais, indústrias, agrícolas, administrativos ou residenciais.
2.6.30. Nível de Proteção Termo de classificação de um S.P.D.A. que detona sua eficiência. Este termo expressa a probabilidade com qual um S.P.D.A. protege um volume contra os efeitos das descargas atmosféricas.
2.6.31. Estruturas Especiais Estruturas cujo tipo de ocupação implica riscos confinados, ou para os arredores, ou para o meio ambiente, conforme definido nesta Norma, ou para as quais o S.P.D.A. requer critérios de proteção específicos.
2.6.32. Estruturas (especiais) com Risco Confinado Estruturas cujos materiais de construção, conteúdo ou tipo de ocupação tornam todo o volume da estrutura vulnerável aos efeitos perigosos de uma descarga atmosférica, mas com os danos se restringindo ao volume próprio da estrutura.
2.6.33. Estruturas (especiais) com Risco para os Arredores Estruturas cujo conteúdo pode ser perigoso para os arredores, quando atingidos pôr uma descarga atmosférica, tais como depósitos de explosivos ou líquidos infláveis.
2.6.34. Estruturas (especiais) com Risco para o Meio Ambiente Estruturas que podem causar emissões biológicas, químicas ou radioativas em conseqüência de uma descarga atmosférica.
2.6.35. Estruturas (especiais) Diversas Estruturas para os quais o S.P.D.A. requer critério de proteção específico.
2.6.36. Riscos de Danos Expectativa de perdas anuais médias (de pessoas e bens) resultantes de descargas atmosféricas sobre uma estrutura.
2.6.37. Freqüência (N) de Descargas Atmosféricas Freqüência média anual previsível de descargas atmosféricas sobre uma estrutura.
2.6.38. Freqüência Admissível (Nc) de Danos Freqüência média anual previsível de danos, que pode ser tolerada pôr uma estrutura.
29
2.6.39. Eficiência de Interceptação (Ei) Relação entre a freqüência média anual de descargas atmosféricas interceptadas pelos captores e a freqüência ( N ) sobre a estrutura.
2.6.40. Eficiência de Dimensionamento (Es) Relação entre a freqüência média anual de descargas atmosféricas interceptadas sem causar à estrutura (N) sobre a estrutura.
2.6.41. Eficiência de um S.P.D.A. Relação entre a freqüência média anual de descargas atmosféricas que não causam danos, e a freqüência (N) sobre a estrutura.
3.0 PROTEÇÃO: HUMANA E EQUIPAMENTOS ELETRO-ELETRÔNICOS Sempre devemos nos preocupar antes de tudo com a proteção da vida humana, entretanto, tomadas todas as medidas para proteção de danos humanos, cabe analisarmos as perdas materiais causadas pôr descargas atmosféricas. Como os danos à estrutura física da edificação, tais como incêndios, destaques e desmoronamentos, são praticamente anulados com o sistema de pára-raios, nos resta analisarmos os danos que porventura possa ocorrer à rede elétrica, e, consequentemente, aos equipamentos eletrônicos expostos a uma área de influência da queda de um raio.
3.1 Proteção dos equipamentos eletrônicos Não é função do sistema de pára-raios proteger equipamentos eletroeletrônicos (comando de elevadores, interfones, portões eletrônicos, centrais telefônicas, subestações, etc.), pois mesmo uma descarga captada e conduzida a terra com segurança, produzindo forte interferência eletromagnética, capaz de danificar estes equipamentos. Para sua proteção, deverá ser contratado um projeto adicional, específico para instalação de supressores de surto individuais (protetores de linha). A proteção da edificação tem apenas a finalidade de captar e escoar a corrente da descarga para a terra caso ela ocorra sobre o seu volume. Os seres humanos no interior da edificação estão protegidos, porém os equipamentos muito sensíveis não estão. O grande campo magnético associado à descarga pode afetar estes equipamentos, assim como as descargas nas redondezas e as correntes circulantes na terra, caso o aterramento não seja adequado e as linhas de energia e de comunicação não estejam protegidas contra surtos. Os equipamentos sensíveis no interior da edificação devem ter um sistema de proteção dedicado, que esteja associado às suas características de suportabilidade.
30 Para isto todas as possibilidades de acoplamento devem ser levantadas, e em cima disto deve ser feito um trabalho de proteção que envolva desde blindagens até filtros protetores de baixa tensão. Um grande problema para os equipamentos não é apenas a "queda" de um raio sobre a edificação em que está alojado. As descargas nas imediações podem induzir elevados surtos nas linhas de energia de alta e baixa tensão, assim como em linhas telefônicas (troncos e ramais) e linhas de comunicação de dados. Estes surtos podem alcançar os equipamentos, os quais podem sofrer desde paralisações temporárias até a queima total. Sem dúvida os transientes originados devido às descargas atmosféricas são os que mais tem afetado os equipamentos, mas uma série de outras causas tem originado problemas, e muitas vezes o usuário nem chega a se dar conta de que a causa esteja tão próxima. Como exemplo destas causas podemos citar: proximidade dos equipamentos sensíveis de cabos alimentadores de potência; proximidade às subestações; chaves contactoras na mesma linha de alimentação ou em linhas próximas; fontes de radiofreqüência (walk-talk); cabeamento de lógica junto a cabeamento de energia;
3.2 O Campo Magnético Os equipamentos têm um certo grau de sensibilidade à perturbação de origem eletromagnética. Um simples raio que caia perto de uma instalação que tenha muitos sensores, transdutores associados a sinal, comandos, pode causar um mau funcionamento. De uma forma mais simples, não é danificar esse equipamento, é levar a ele uma informação que será codificada, não como um raio que caiu, mas uma informação de uma atitude que ele deve tomar e que vai ser errada. Isso é uma perturbação de origem eletromagnética, porque o raio cria um campo magnético, que vai provocar o mau funcionamento dos comandos, controle de operação. Tudo o que envolve segurança muito grande no campo de controle deve estar protegido contra esse fenômeno classificado como compatibilidade magnética e os equipamentos devem estar imunes o máximo possível a esse tipo de interferência. Deve haver uma preocupação em imunizar o equipamento para evitar o mau funcionamento contra o fenômeno de perturbação e, ao mesmo tempo, evitar que o equipamento produza ruídos de natureza de campo eletromagnético que perturbe o funcionamento de outros e dele mesmo.
31 Através de legislação pertinente, um número cada vez maior de equipamentos eletro-eletrônicos deve ser avaliado através de ensaios quanto a esses dois aspectos: a emissão e a imunidade. Então, essa é a finalidade básica do estudo de um aterramento, da escolha adequada do tipo de aterramento para evitar correntes comuns. É assegurar, ao usuário da instalação, segurança para o equipamento que está instalado, para evitar certos tipos de sobretensão, que são provocadas pôr falhas na rede elétrica, como curto-circuito, pôr exemplo. Mais uma finalidade do aterramento é a de promover uma referencia de potenciais para a boa operação dos sistemas elétricos, em especial quando há partes isoladas eletricamente, como um transformador.
3.3 Pára-raios Eletrônico As sobretensões transitórias e instantâneas de elevada amplitude são conduzidas através da rede de alimentação para as instalações elétricas industriais e domésticas. A supressão destas sobretensões evita a sua propagação na rede elétrica interna e consequentemente evita os eventuais danos que podem ser causados aos equipamentos eletro-eletrônicos conectados a ela. Conforme prevê a ABNT NBR 5410/97 esta supressão deve ser proporcionada pôr dispositivos apropriados de proteção contra sobretensões. O pára-raios Eletrônico é um protetor contra sobretensões transitórias, para instalação em quadros de distribuição de energia elétrica de residências, escritórios e áreas industriais. Integra um elemento supressor de alta capacidade de dreno de corrente (Varistor de Óxido Metálico de até 80 kA @ 8x20 microssegundo) e um dispositivo térmico de segurança que desconecta o elemento supressor da rede se eventualmente o protetor foi submetido a distúrbios acima de sua capacidade ou acidentes na rede elétrica. O Pára-raios Eletrônico tem aproximadamente o tamanho de um disjuntor, peso líquido em torno de 100g, e é encapsulado em caixa de material termoplástico não propagante à chama. Pode ser utilizado em circuitos monofásicos, bifásicos e trifásicos, montando-se uma peça pôr fase.
4.0 PROJETOS 4.1 ESCOLHENDO O S.P.D.A. Os pára-raios são escolhidos de acordo com suas tensões nominais, em função do tipo de aterramento do sistema no qual esses dispositivos serão instalados. Alem deste aspecto de tensão, outras características devem ser levadas em conta, tais como a
32 máxima tensão da descarga e máxima tensão de impulso, valores esses também fornecidos pôr todos os fabricantes. Os pára-raios, de acordo com suas diferentes características nominais, são classificados pelas normas brasileiras em:
1). Série A - tipo pesado: São aqueles adequados a proteção dos equipamentos mais pesados, tais como transformadores de forca, dispositivos de comandos de alta tensão, etc.
2). Série A - tipo leve: Seu campo de aplicação e semelhante ao anterior, com a diferença que os equipamentos protegidos são de menor porte.
3). Série B: São aqueles que se destinam à proteção de equipamentos, transformadores de distribuição e respectivos dispositivos de comando. Atualmente existem basicamente três métodos de dimensionamento.
TABELA PARA SELEÇÃO DO NÍVEL DE PROTEÇÃO TIPO DE EDIFICAÇÃO
NÍVEL DE PROTEÇÃO
Edificações de explosivos , Inflamáveis, Indústrias Químicas , Nucleares , Laboratórios bioquímicos , Fábricas de munição e fogos de artifício , Estações de telecomunicações usinas Elétricas , Indústrias com risco de Nível I incêndio,Refinarias, etc. Edifícios Comerciais, Bancos , Teatros , Museus , Locais arqueológicos , Hospitais , Prisões , Casas de repouso , Escolas , Igrejas , Áreas esportivas Nível II Edifícios Residenciais,Indústrias,Casas residenciais , Estabelecimentos agropecuários e Fazendas com estrutura em madeira. Nível III Galpões com sucata ou de conteúdo desprezível , Fazendas e Estabelecimentos Nível IV Agropecuários com estruturas em madeira OBS: No caso de edificações muito perigosas (inflamáveis , produtos tóxicos , explosivos , etc) deverá ser consultado um especialista para análise do grau de periculosidade , perigo para a vizinhança , determinar a área de inalação de gases e até onde a ignição poderá ser iniciada, etc.
4.1.1 Método Franklin, porém com limitações em função da altura e do Nível de proteção.
33 O sistema Franklin consiste na colocação de hastes verticais sobre a edificação (ou próximos desta), de modo que a edificação fique dentro do cone de proteção projetado pela ponta do pára-raios. Devido às limitações impostas pela norma, a abertura do cone foi substancialmente reduzida e pôr esse motivo passa a ser cada vez menos usado em grandes edifícios, contudo indicado para edificações de pequeno porte ou para proteger estruturas específicas no alto de prédios, tais como antenas de TV ou parabólicas, placas de aquecimento solar, luminosos etc. A proteção baseia-se na rotação da tangente de um triângulo em torno de um eixo (geratriz), cujo ângulo de abertura é determinado pela tabela abaixo, variando em função do nível de proteção e da altura da edificação.
Legenda da tabela dimensionamento do método de proteção: A = Aplicar somente Gaiola de Faraday ou Esfera Rolante B = Aplicar somente Gaiola de Faraday h = Altura do captor α
=Ângulo de proteção do captor Franklin
(*) O outro lado do mesh da gaiola é no máximo o dobro do primeiro
TABELA DE DIMENSIONAMENTO DO MÉTODO DE CAPTAÇÃO Nível de Proteção
Raio da Esfera(m)
H=20m =
21≤H≤29 m =
30≤H≤44 m =
45≤H≤59 m =
H> 60m =
Malha da Espaçame Gaiola nto das descidas
34 B
I II III IV
4.1.2
20 30 45 60
25º 35º 45º 55º
A 25º 35º 45º
A A 25º 35º
A A A 25º
B B B B
5 10 10 20
10 15 20 25
Método Gaiola de Faraday ou Malha O sistema da gaiola de Faraday consiste no lançamento de cabos sobre a
cobertura da edificação, modulados (com fechamentos, "mesh") de acordo com o nível de proteção exigido para a edificação. Esse sistema funciona como uma blindagem eletrostática, uma tentativa de reduzir os campos elétricos dentro da edificação. As suas vantagens são: •
Melhor eficiência e proteção
•
Menor impacto estético
•
Minimiza o campo elétrico dentro da edificação
•
Sistema consagrado internacionalmente
•
Menor manutenção preventiva
35
4.1.3 Método da Esfera Rolante, Eletrogeométrico ou Esfera Fictícia Como vimos anteriormente, os métodos Franklin e Gaiola de Faraday são sistemas compostos de materiais (mastros e cabos) instalados nas fachadas das edificações. Para saber se esses materiais estão corretamente posicionados e dimensionados, confirmando assim a eficiência do sistema projetado, pode-se adotar um modelo de cálculo chamado "método da esfera rolante", que consiste em fazer rolar uma esfera fictícia (com raio de acordo com a tabela) em todos os sentidos e direções sobre o topo e fachadas da edificação. O objetivo é fazer com que os mastros (Franklin) ou cabos (Gaiola) impeçam que a esfera toque a edificação. A esfera, neste caso, simula a ação do raio. Este é somente um método de cálculo e dimensionamento que, ao contrário do Franklin e da Gaiola de Faraday, não existe fisicamente. O método da esfera rolante data da década de 80 e constituiu uma evolução do método Franklin. Muito usado para proteção das linhas de transmissão de energia, o método foi simplificado para ser aplicado em edificações, servindo tanto para dimensionar o S.P.D.A. quanto para checar a proteção com relação a edificações vizinhas, desníveis e estruturas específicas, tais como antenas, placas e painéis, normalmente colocados nos topo das edificações. O raio da esfera é adotado em função do nível de proteção selecionado e corresponde a distancia de encontro entre líder ascendente e o líder escarpado.
36
4.2 Elaborando um projeto de S.P.D.A. Tentaremos resumir os passos e cuidados a serem tomados na elaboração de projetos, daremos inicialmente mais ênfase a prédios ,pois são as edificações mais complexas de dimensionamento e também as que em geral sofrem maiores danos principalmente no tocante a descargas laterais. Ao projetar a captação o primeiro passo consiste em distribuir condutores metálicos pela periferia da edificação, com fechamentos e distribuição das descidas de acordo com a NBR 5419-/97. Deverá ser dada preferência para as quinas da edificação. O uso de mastros com captores Franklin em prédios altos, visam à proteção localizada de antenas e outras estruturas existentes no topo da edificação devendo o prédio ser protegido pelos cabos que compõem a malha da Gaiola de Faraday. As descidas deverão ser distribuídas ao longo do perímetro do prédio, de acordo com o nível de proteção com preferência para os cantos. Este espaçamento deverá ser médio e sempre arredondado para cima. Um cuidado deverá ser tomado ao especificar os condutores de descida, pois edificações com altura superior a 20 metros, estão expostas a descargas laterais, assumindo assim também a função de captor (cobre #35mm² ou Alumínio 70 mm²). Caso o prédio esteja com a estrutura de concreto executada e o reboco não tenha ainda sido iniciado, os cabos (cobre) poderão ser fixados pôr baixo do reboco, eliminando assim os danos estéticos. Para edificações com a fachada já pronta, os cabos (descidas e anéis de cintamento) poderão ser fixados diretamente sobre o acabamento. Neste caso, poderá ser usada a barra chata de Alumínio minimizando substancialmente os danos estéticos. Os anéis de cintamento deverão ser executados a cada 20 metros de altura, contados a partir do solo, até á captação, podendo também ser fixados pôr baixo do reboco (cobre) ou pôr cima do acabamento da fachada com cabo de Alumínio ou barra chata de alumínio. Quanto á malha de aterramento, o modo mais prático, consiste em colocar uma haste de aterramento tipo “Copperweld” (alta camada = 250µ ) em cada descida e cabo de cobre nu # 50mm2 a 50 cm de profundidade, conectado ás hastes através de
37 soldas exotérmicas. A equalização de Potenciais como já foi mencionado deverá ser executada no nível do solo, e no nível dos anéis de cintamento horizontal. Um dos principais cuidados que devem ser verificados durante o projeto e especialmente durante a implantação do sistema da Gaiola de Faraday diz respeito à junção em os condutores que compõem o sistema. Dado ao fato de que a construção brasileira fazer uso do sistema de concreto armado, em oposição à tendência moderna do aço pré-moldado, temos que, estando os condutores em contato com o concreto é de suma importância que não haja em nenhum ponto da estrutura descontinuidade entre os condutores que possa fazer com que haja a formação de uma pilha galvânica o que levaria à corrosão do concreto.
4.3 Estratificação do Solo Ao se projetar um aterramento, deve-se, primeiramente, investigar o que há no solo. A construção vai variar muito, um solo pantanoso é diferente de um solo rochoso em relação à absorção, daí a necessidade de planejamento. Há que se fazer à estratificação do solo, através de uma metodologia que é estabelecida pôr Wenner, de cálculos de campos magnéticos. Retira-se uma amostra do solo e descobre-se que tipo de resistência aquele solo possuí, isto é, a resistividade. O solo é parcialmente condutor, depende dos sais, depende do tipo de aluvião e para se projetar uma malha de terra é necessário saber qual é o tipo de solo que está embaixo, quais são as camadas, em que altura estão e com quais valores de resistividade, para poder determinar a profundidade da malha; a quantidade de hastes, se as hastes bastam. Primeiro se prospecta o solo, a partir disso define-se uma geometria de malha de terra, avaliando a estratificação do solo e aí se termina o projeto, checando a capacidade do solo de escoar a corrente, potenciais de passo e toque. È regra geral para qualquer tipo de aterramento, seja para indústria, para casa, qualquer tipo de edificação. Muitas vezes, o aterramento é tratado de forma leviana. O leigo não sabe que uma malha de terra exige inspeção periódica, medição , avaliação. Ele acha que está segura espetando uma varinha de bambu no chão. Não é como em uma subestação que tem gente especializada para o projeto, pois sabem da importância de seu compromisso com o funcionamento, com a confiabilidade da instalação.
4.4 A importância do aterramento
38 Um dos grandes problemas nos sistemas de proteção é referente ao aterramento. Em geral as recomendações vão no sentido de se ter uma baixa resistência, o que não quer dizer necessariamente que o aterramento seja bom. As malhas de aterramento têm a função de escoar correntes de falta quando ocorre um curto-circuito, ou a de escoar as correntes de surtos - descargas atmosféricas. Para os dois casos as condições são diferentes, porém, pôr questões de engenharia, devemos associar as malhas da melhor maneira possível conforme as condições do local. Um aterramento para correntes de surto é de qualidade quando possibilita o escoamento num grande plano, de forma a diminuir as tensões de passo, bem como diminuir até eliminar a circulação de correntes pôr outros meios, tais como blindagens ou cabos. Do ponto de vista ideal, as malhas para diferentes sistemas deveriam ser totalmente independentes, porém isto é impossível na realidade da engenharia, pois os diferentes sistemas (elétrico, telefônico, dados, vídeo, carcaças) compartilham o mesmo espaço físico e sempre as malhas de aterramento, mesmo que independentes, são suficientemente próximas para gerarem diversos acoplamentos. Com estas considerações, as normas específicas (ABNT / IEC) recomendam a utilização de uma única malha e a criação de uma ligação equipotencial - LEP - para aterramento dos diversos sistemas.
4.5 Potencial de Passo e de Toque O ser humano, quando é submetido a uma diferença de potencial, é uma impedância. Por ele vai passar uma corrente, que dependendo da intensidade pode provocar desde um simples mal estar até a carbonização das células, mas antes disso, passa pôr um fenômeno de contração muscular, quer dizer, existe um limiar de corrente no qual você contraí os músculos. É como popularmente se diz: a pessoa ficou "grudada no fio". Ela coloca a mão, contraí a musculatura e independentemente da sua vontade cerebral, fica contraída, "grudada". Um nível acima dessa corrente é provocado uma fibrilação, ao invés de contrair, a pessoa laceia, aí morre pôr parada cardíaca. Acima disso, ocorre carbonização das células, o que é fatal. Então, quando se projeta uma malha de terra, há algumas grandes preocupações, como o cuidado para que a tomada seja capaz de escoar a corrente para a qual ela vai ser dimensionada. Uma malha para uma subestação é totalmente diferente de uma malha de terra para a rede primária, porque o nível, a potência de
39 curto-circuito, na casa de uma pessoa, é totalmente diferente da potência de curtocircuito de um sistema de 500 mil volts. Quanto mais alto for o nível de tensão, mais alta a potência de curto-circuito, maior a capacidade de um defeito na penetração da corrente dentro do solo, então a malha deve ser dimensionada para o valor da corrente que deva ser escoada. Essa corrente vai entrar dentro da terra, vai mexer com os potenciais da malha, portanto deve-se checar esses potenciais para os dois limites: o potencial de passo e o de toque que estão ligados na corrente, no ser humano. A corrente que a malha deve escoar mexe com os potenciais e estes podem estar aplicados em uma pessoa. A malha de terra é projetada para que tenha baixa resistência, porque a corrente que entrar vai mexer em seus potenciais, assim, quanto menor a resistência da malha, menores serão essas diferenças de potencial. O ponto forte vai repousar no escoamento da corrente, na limitação dos valores de passo e de toque que vão provocar e na resistência baixa da malha.
4.6 Escoamento da Malha A malha é geralmente instalada no solo, pôr sua capacidade infinita de absorção dessas cargas elétricas, mas pode fazer parte da malha de terra a estrutura de um prédio. Entre as diversas finalidades do aterramento, no caso do escoamento do raio, isso é feito através do pára raios, um sistema de proteção para descargas atmosféricas. Os pára raios normalmente estão no topo de uma edificação, de um prédio, de uma casa. Antes do pára raios, há o captor, que é o primeiro contato da nuvem , através do raio, com a malha que vai escoar a carga elétrica, mas se essa corrente descer só pôr um fio pode provocar interferências eletromagnéticas, então, a cada vinte metros de um prédio, é necessário que seja feito um equalizador de potenciais. No caso de um prédio de vários andares, terão de ser feitas várias cintas para igualar todos os potenciais e descidas pôr muitos caminhos. Embaixo do prédio deve haver um anel de cobre ou outro material condutor, ligado ao sistema de malha de terra que são várias hastes que estão cravadas no solo em volta do edifício. Dessa forma, uma malha de terra que está junto com o sistema de descida do captor pode interferir na instalação. Modernamente, é possível utilizar a própria ferragem da estrutura do prédio para fazer essa descida. Se for um prédio de estrutura de ferro ou aço, pode-se usar
40 essa estrutura também como meio de descida da descarga atmosférica, interferindo no projeto da instalação.
5.0 MANUTENÇÃO E CONTROLE SOBRE O S.P.D.A. 5.1
PROCEDIMENTOS TÉCNICOS PARA FISCALIZAÇÃO DAS ATIVIDADES
REFERENTES
AOS
SISTEMAS
DE
PROTEÇÃO
CONTRA
DESCARGAS
ATMOSFÉRICAS EM EDIFICAÇÕES 5.1.1 SUMÁRIO 5.1.1.1 - Objetivo 5.1.1.2 - Fundamentos Jurídicos e Técnicos 5.1.1.3 - Parâmetros e procedimentos Básicos para a Fiscalização 5.1.1.4 -Informações complementares 5.1.1.5 - Planilha Check-list.
5.1.1.1 - Objetivo Este procedimento tem como objetivo fixar os critérios e parâmetros para o registro no CREA-PE e para Anotação de Responsabilidade Técnica - ART., pelas atividades de projeto, instalação e manutenção de um sistema de proteção contra descargas atmosféricas em edificações no uso das atribuições que lhe conferem os artigos n° 01, 06, 07, 08 e 46, Letra “e“, da Lei 5.194/66, que regula o exercício das profissões de Engenheiros, Arquitetos e Engenheiros Agrônomos e dá outras providências e, considerando o que estabelece a legislação pertinente: 1.
Lei nº 6496 de 07.12.77, instrumento legal de regulamentação profissional
complementar, que instituiu a Anotação de Responsabilidade Técnica na prestação de serviços de Engenharia, estabelecida nos artigos 1º e 3º; 2. Lei nº 6839 de 31.10.80, instrumento legal de âmbito geral, que dispõe sobre o registro de empresas nas entidades fiscalizadoras do exercício profissional;
5.1.1.2 - Fundamentos Jurídicos e Técnicos O procedimento requer: 3.
Resolução do CONFEA nº 307 de 28.02.86, que dispõe sobre a Anotação de
Responsabilidade Técnica - ART. e dá outras providências; 4.
Resolução do CONFEA nº 336 de 27.10.89, que dispõe sobre o registro de
pessoas jurídicas nos Conselhos Agronomia;
Regionais
de
Engenharia, Arquitetura e
41
Considerando ainda: 5.
a necessidade de segurança das pessoas, estruturas e instalações internas e
externas dos prédios contra descargas atmosféricas; 6.
a necessidade de se estabelecer critérios e parâmetros para a fiscalização das
atividades de projeto, instalação e manutenção dos sistemas de proteção contra descargas atmosféricas; 7.
a necessidade de regulamentar o registro de profissionais e de empresas que
se dedicam às atividades citadas no item anterior; 8.
considerando a interação entre os dispositivos de proteção contra descargas
atmosféricas diretas e as instalações internas elétricas e de comunicações de recepção e distribuição de sinais, e outros; 9.
a necessidade de habilitação específica de profissionais em função do
desenvolvimento tecnológico e da segurança do usuário de instalações prediais com proteção contra descargas atmosféricas; 10. o estabelecido pelas Normas Técnicas sobre a matéria, em especial a NBR-5419 e a NBR-5410; Este procedimento tenta adotar os parâmetros e procedimentos constantes da SEÇÃO III, como base para o exercício da fiscalização, na área de competência do CREA-PE, das atividades profissionais mencionadas na referida Seção.
5.1.1.3 - Parâmetros e Procedimentos Básicos para a Fiscalização Em razão do exposto na Seção II, ficam estabelecidos os seguintes parâmetros e procedimentos para o exercício da fiscalização.
5.1.1.3.1. as atividades de projeto de sistemas de proteção contra descargas atmosféricas em edificações, deverão ser executadas pôr profissionais e empresas devidamente registrados no CREA-PE, sob a responsabilidade técnica de Engenheiro Eletricista, mecânico-eletricista com atribuições do art.33 do Decreto Federal 23569/33 ou Engenheiro Civil com atribuições do art. 28 do referido Decreto;
5.1.1.3.2. as atividades de instalação de sistemas de proteção contra descargas atmosféricas em edificações, são atribuições, além dos profissionais acima, também dos engenheiros operacionais e tecnólogos em eletrotécnica;
5.1.1.3.3. os demais profissionais diplomados em curso superior de engenharia ou arquitetura que possuam em seu currículo escolar, aprovação em disciplina cujo conteúdo inclua atribuições.
instalações de pára-raios prediais, poderão ter anotada estas
42
5.1.1.3.4. as atividades de manutenção dos sistemas de proteção contra descargas atmosféricas em edificações são atribuições, além dos profissionais mencionados nos itens 1 e 2 anteriores, dos téc nic os em regi stra do s no
eletrotécnica
dev ida ment e
CREA-PE;
5.1.1.3.5. é obrigatória a anotação de ART. para cada projeto, instalação ou manutenção de sistemas de proteção contra descargas atmosféricas prediais.
5.1.1.4 -Informações Complementares 5.1.1.4.1 - Definições 5.1.1.4.1.1. Projeto de sistemas de proteção contra descargas atmosféricas: atividade que envolve o levantamento das condições locais, do solo, da estrutura a ser protegida e demais elementos sujeitos a sofrer os efeitos diretos e indiretos de uma eventual descarga atmosférica, os cálculos de parâmetros elétricos para a sua execução em especial para o aterramento e ligações equipotenciais necessárias, desenhos e plantas da instalação, seleção e
especificação de equipamentos e
materiais, tudo isto em rigorosa obediência às normas específicas da ABNT NBR5419 e NBR-5410;
5.1.1.4.2. Instalações sistemas de proteção contra
descargas atmosféricas:
atividade técnica que envolve a montagem dos equipamentos e acessórios no local, obedecendo ao projeto, além da execução de ensaios e testes para a garantia da confiabilidade da instalação executada, em rigorosa obediência às Normas específicas da ABNT acima citadas;
5.1.1.4.3. Manutenção de
sistemas de
proteção contra descargas
atmosféricas: atividade que envolve a inspeção das partes constituintes da instalação - do captor ao eletrodo de terra -, testes das conexões e demais elementos de fixação, bem como da verificação da manutenção das características originais de projeto.
5.1.2.4. - Abreviaturas 5.1.2.4.1. CONFEA : Conselho Federal de Engenharia, Arquitetura e Agronomia. 5.1.2.4.2. CREA-PE : Conselho Regional de Engenharia, Arquitetura e Agronomia do Estado de Pernambuco.
5.1.2.4.3. CEEE: Câmara Especializada de Engenharia Elétrica. 5.1.2.4.4. ABNT: Associação Brasileira de Normas Técnicas 5.1.2.4.5. ART.: Anotação de Responsabilidade Técnica. 5.2 CONTROLE
43
5.2.1. PLANILHA DE ACOMPANHAMENTO DAS INSPEÇÕES
TÉCNICAS (mínimo
necessário) O Memorial Descritivo deve constar de:
SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS (S.P.D.A.) 1. DADOS DO PRÉDIO: 1.1 – Proprietário(Síndico); 1.2 – Localização; 1.3 - Responsável Técnico. 2. DADOS DO SISTEMA: 2.1 Captor; Tipo; Número; Altura da haste; Área de cobertura. 2.2 Distâncias entre as malhas; 2.3 Condutor(Especificação/secção); Número; Diâmetro(mm);Número de Descidas. 2.4 Eletrodos de Terra (Hastes); Número; Interligação entre eletrodos; Diâmetro(mm); Distância entre Eletrodos da Fundação do Edifício; Distância Da Edificação. 2.5 Aterramento; 2.6 Observações; 2.7 Data; Proprietário e Responsável Técnico.
6. CONCLUSÃO: A fim de se evitar falsas expectativas sobre o sistema de proteção, gostaríamos de fazer os seguintes esclarecimentos em termos de conclusão: A descarga elétrica atmosférica (raio) é um fenômeno da natureza absolutamente imprevisível e aleatório, tanto em relação às suas características elétricas (intensidade de corrente, tempo de duração, etc.), como em relação aos efeitos destruidores decorrentes de sua incidência sobre as edificações. Nada em termos práticos pode ser feito para se impedir a "queda" de uma descarga em determinada região. Não existe "atração" a longas distâncias, sendo os sistemas prioritariamente receptores. Assim sendo, as soluções internacionalmente aplicadas buscam tão somente minimizar os efeitos destruidores a partir da colocação de pontos preferenciais de captação e condução segura da descarga para a terra.
44 A implantação e manutenção de sistemas de proteção (pára-raios) são normalizadas internacionalmente pela IEC (International Eletrotecnical Comission) e em cada país pôr entidades próprias como a ABNT (Brasil), NFPA (Estados Unidos) e BSI (Inglaterra). Somente os projetos elaborados com base em disposições destas normas podem assegurar uma instalação dita eficiente e confiável. Entretanto, esta eficiência nunca atingirá os 100 %, estando, mesmo estas instalações, sujeitas à falhas de proteção. As mais comuns são a destruição de pequenos trechos do revestimento das fachadas de edifícios ou de quinas da edificação ou ainda de trechos de telhados. Não é função do sistema de pára-raios (S.P.D.A.) proteger equipamentos eletroeletrônicos (comando de elevadores, interfones, portões eletrônicos, centrais telefônicas, subestações, etc.), pois mesmo uma descarga captada e conduzida a terra com segurança, produz forte interferência eletromagnética, capaz de danificar estes equipamentos. Para sua proteção, deverá ser contratado um projeto adicional, específico para instalação de supressores de surto individuais (protetores de linha). Os sistemas implantados de acordo com a Norma, visam à proteção da estrutura das edificações contra as descargas que a atinjam de forma direta, tendo a NBR-5419 da ABNT como norma básica e fundamental. É de fundamental importância que após a instalação haja uma manutenção periódica anual a fim de se garantir a confiabilidade do sistema. São também recomendadas vistorias preventivas após reformas que possam alterar o sistema e toda vez que a edificação for atingida pôr descarga direta.
6.1 AVALIAÇÃO DA NECESSIDADE DE PARA RAIOS SPDA - Sistema de Proteção Contra Descargas Atmosféricas (para raios) baseado na NBR 5419, norma técnica integrante do elenco utilizado pela legislação estadual para prevenção e proteção contra incêndios. 1. Cálculo levando em consideração: a) Parâmetros da edificação: comprimento, largura e altura. b) Cálculo da área expandida de exposição c) Densidade de descargas para a terra (índice ceráunico), da região onde o imóvel está localizado, em trovoadas pôr km² pôr ano. d) Freqüência média anual previsível de descargas na estrutura e) Tipo de ocupação da estrutura
45 f) Tipo de construção da estrutura g) Conteúdo da estrutura h) Localização da estrutura i) Topografia 2. Interpretação do resultado 3. Conclusão do cálculo 4. Termo de opção, caso recaia em escolha entre instalar ou não SPDA na estrutura. 5. ART. - Anotação de responsabilidade técnica pelo cálculo. 6. Memória de cálculo.
7.0ANEXOS 7.1 ANEXO A Esclarecimentos relativos à Resolução CNEN 04/89 de 19/04/89 - Publicado no D.O.U. Em 09/05/89 1. A maior eficácia de Pára-raios Radioativos em relação aos convencionais não está tecnicamente comprovada, contrariando assim o princípio da justificação, qual seja: "Qualquer atividade envolvendo radiação ou exposição deve ser justificada em relação a outras alternativas a produzir um benefício líquido positivo para a sociedade". 2. Pára-raios radioativos em bom estado de conservação podem permanecer instalados, sob o ponto de vista de radioproteção, até que venham a ser substituídos pôr dispositivos convencionais; 3. Os pára-raios radioativos não oferecem risco de radiação externa para pessoas, uma vez que contém pequenas quantidades de material radioativo afixado aos mesmos; 4. No caso de desativação de tais dispositivos e com o objetivo de evitar a dispersão de radioisótopos no meio ambiente, os mesmos devem ser entregues a CNEN.
Procedimento para Manuseio e Acondicionamento De pára-raios radioativos
46 1. Utilizar, conforme apropriado, uma ou mais embalagens metálicas robustas com capacidade mínima de 38 litros e com sistema de fechamento que garanta a vedação da embalagem durante todo o transporte; 2. Ter disponível luvas, saco plástico, fita adesiva, um rótulo com os dizeres "Material Radioativo", material absorvedor de choque (isopor fragmentado ou jornal, pôr exemplo); 3. Colocar, uniformemente, uma camada de material absorvedor de choque no fundo da embalagem; 4. Colocar o saco plástico no interior da embalagem; 5. Abrir o saco plástico e utilizar a parte superior do mesmo (em excesso) para revestir as bordas da embalagem; 6. Calçar as luvas; 7. Colocar a haste do pára-raios no interior da embalagem; 1. Retirar as luvas do seguinte modo: •
Descalçar parcialmente os dedos de ambas as mãos;
•
Retirar uma luva e colocá-la no interior do saco plástico;
•
Introduzir dois dedos da mão descalçada entre a luva e a pele da mão calçada;
•
Deslocar com os dedos a luva, até que haja condições de removê-la totalmente. (Nunca colocar a mão sem luva em contato com a parte externa de uma luva que manipulou material radioativo);
•
Segurar a luva pela parte interna e colocá-la no interior do saco plástico.
1. Retirar a parte superior do saco colocada sobre as bordas da embalagem e fechar o mesmo utilizando fita para amarrá-lo. 2. Manter o dispositivo, contido no saco, no centro da embalagem e preencher os espaços vazios com o material absorvedor de choque (o material absorvedor de choque deverá também ser distribuído no espaço entre a tampa da embalagem e a parte superior do saco fechado). 3. Afixar o rótulo com os dizeres "Material Radioativo" no interior do embalado em local visível quando da abertura do mesmo. 4. Fechar o embalado.
Transporte de Embalado Contendo Pára-Raios Radioativos 1. Os documentos que acompanham o transporte de embalado contendo pára-raios radioativos são:
47 •
Certificado de Aprovação especial para Embalado e Transporte de pára-raios contendo Am-241;
•
Declaração de Expedidor do Material Radioativo;
•
Ficha de Emergência.
•
Envelope de transporte.
1. Completar o preenchimento dos documentos de transporte em anexo com os dados pertinentes à instituição; 2. O embalado selecionado para o transporte de pára-raios é o exceptivo, não requerendo sinalização externa específica e pode ser realizado pôr qualquer meio de transporte (exceto correios).
Procedimentos para entrega dos Captores Radioativos juntos a CNEN 1. Enviar para CNEN, através do fax (031) 499-3400 o comprovante de depósito bancário, referente ao número de captores a serem entregues. 2. Bater o protocolo de entrega em 02 (duas) vias: •
1A Via cliente;
•
2A Via CNEN.
3. Ligar para a divisão de radioproteção fone: (031) 499-3346 (Srta. Thessa / Sr. Elton Guedes) e marcar hora e entrega do (s) captor (es). 4. Levar envelope de transporte contendo: •
Ficha de emergência;
•
Certificado de Aprovação especial para Embalado e Transporte de pára-raios contendo Am-241;
•
Declaração de Expedidor do Material Radioativo.
5. Entregar na CNEN o certificado para despacho e declaração do expedidor (ambos assinados). 6. Pegar recibo comprovando a entrega do (s) captor (es) e as cópias dos protocolos (ambas assinadas). 7. Marcar dia e horário para apanhar os tambores.
7.2 ANEXO B Norma Técnica - NBR-5410/97
48
Segurança de pessoas, animais e conservação de bens Principais tópicos a serem consultados Tema Objetivo Aplicação Aterramento do mastro Ligações equipotenciais Proteção contra incêndio Sobretensões de origem
Item
Página 01 02 08 23 28 32
1.1 1.2.2 4.2.2.2.4 5.1.3.1.2 5.2.2 5.4.3
atmosférica Proteções sobretensões Protetores contra surtos Proteção única Condutor terra (PE) Computadores - Proteção Proteções metálicas Equipamentos de sinal Instalação entre edifícios Aterramento - segurança Terra única Materiais de aterramento
5.4.2.1 6.3.5.1 6.3.5.4 6.3.5.7 6.3.5.9 + 6.3.5.10 6.3.5.12 6.3.5.13 6.3.5.14 6.4.1.1 6.4.2.1 6.4.2.1.2 ,
32 81 82 82 82 82 83 83 85 85 85
Aterramento com hastes Eletrodos de aterramento Terminal de aterramento Condutor terra - preservação Antenas - ligações Aterramentos funcionais Eletrônicos Eletrólise Barramento equipotencial funcional Ligação equipotencial Medições de resistência Chuveiros e banheiras Piscinas
6.4.2.1.3 6.4.2.2.3 6.4.2.2 6.4.2.4 6.4.3.3 6.4.4.2 6.4.5 6.4.8.1.1 6.4.8.4 6.4.8.9.3 6.4.8.6 7.3.4.2 9.1.1 9.2.1
86 86 87 90 90 90 91 91 92 92 101 103 106
Norma Técnica - NBR-5419/97 Proteção de estruturas e pessoas contra descargas atmosféricas. Principais tópicos a serem consultados Tema Objetivo Equipamentos eletrônicos Leis complementares Normas complementares Componentes naturais Armações de aço Aproveitamento da estrutura
Item 1.00 1.40 1.50 2.00 3.18 3.23 4.40
Página 01 01 01 01 02 03 04
49 Projetistas e arquitetos Recursos especiais Cabo de descida embutido Condutores de descida natural
4.60 4.70 5.1.2.4.2/a 5.1.2.5
04 04 05 06
Valor de resistência do solo Aterramento único Interligação dos aterramentos Materiais alternativos Proteção contra corrosão Equalização Equalização - como obter Equalização - alternativa de
5.1.3.1 5.1.3.1.2 5.1.3.1.3 5.1.9.1.3 5.1.5.3 5.2.1.1.1 5.2.1.1.2 5.2.1.1.4
06 06 06 06 08 08 08 08
proteção Equalização - obrigatoriedade Como equalizar Equalização - proteção dos
5.2.1.1.5 5.2.1.2.3 5.2.1.3.1
09 09 09
eletrônicos Blindagens Equalização única Inspeção Ordem de inspeção Periodicidade das inspeções
5.2.1.3.2 5.2.1.3.3 6.1 6.2 6.3
09 09 10 10 10
8.0 BIBLIOGRAFIA [ 1 ] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT, Rio de Janeiro. Normas ABNT 5419/01 sobre Proteção de Estruturas contra descargas atmosféricas. Rio de Janeiro, 2001 (coletânea de normas). [ 2 ] ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT, Rio de Janeiro. Normas ABNT 5410/05 Segurança de pessoas, animais e conservação de bens contra o risco de choque elétrico . Rio de Janeiro, 2005 (coletânea de normas). [3] KINDERMANN, G. - Descarga Atmosférica. Sagra Ed. Porto Alegre-RS.1992, 132p. [4] LEITE, D.M. & LEITE, C.M. Proteção Contra Descargas Atmosféricas. Oficina de Mydia Ed. Ltda. São Paulo, 1997.294p. [5] IEEE-STD-80. Guide for Safety in Arternating Current substation Grounding, 1976. [6] INSTITUTE OF ELECTRICAL AND ELECTRONICS ENGINEERS. Guide for Safety in Substation Grounding, IEEE STD 80, 1976. [7] KINDERMANN, G. & CAMPAGNOLO, S.M. Aterramento Elétrico. Sagra, Ed. Porto Alegre, RS, 1995, 214p. [8] LEITE, C.M. & PEREIRA, F. M.L. Técnicas de Aterramentos Elétricos. Oficina de Mydia Ed. Ltda, São Paulo, 1996. 215p.
