Trabalho SPDA - FIE V1

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SPDA – Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas
São Paulo – SP
2016
Sumário
1 - Introdução	3
2 - Tipos de SPDA	4
2.1 - Método Franklin	4
2.2 - Método Eletromagnético	6
2.2.1 - Cálculo do raio de proteção	6
2.3 - Método Gaiola de Faraday	8
3 - Importância do SPDA	9
3.1 - Importância do SPDA conforme NBR 5419	9
3.3 - Quais outros cuidados devemos ter	11
3.4 - DPS (dispositivo de proteção contra surtos)	11
4 - Conclusão	12
5 - Exercícios	13
5.1 - Exercício sobre Método de Franklin	13
5.2 - Exercício sobre Método Eletromagnético	13
5.3 - Exercício sobre Método de Gaiola de Faraday	13
1 - Introdução
Benjamin Franklin,no século XIII realizou um conjunto de experiências para captar um raio de uma descarga atmosférica.O experimento consistiu em colocar uma haste metálica abaixo de uma nuvem de tempestade para estabelecer o contato com um corpo ligado a terra,para permitir descarregar. Ele estabeleceu o conceito dos pára-raios e o princípio de um funcionamento de um sistema de proteção contra descargas atmosféricas(SPDA). Um SPDA é composto essencialmente por três componentes,o elemento captor,os condutores de baixada e o sistema terra.
Para elaborar um projeto SPDA,além de observar as normas técnicas como a ABNT 5419(referente a proteção de estruturas),ABNT 5410(referente a instalação de baixa tensão)e,também,as prescrições da norma NR-10.
Em um projeto de SPDA,também necessitamos interagir com os responsáveis pelos projetos estruturais e arquitetônicos,afim de sempre buscar a melhor solução técnica que atenda também os padrões estéticos.
Ao finalizar essas soluções,aconselha-se fazer uma análise crítica,em que será verificada,principalmente,se a solução apresentada é exeqüível,se permitirá facilidade nas inspeções e manutenções do sistema,se atende a necessidade do cliente e se o detalhamento é suficiente para não permitir dúvidas na hora da execução.
Para a elaboração do projeto do Sistema contra descargas atmosférica,deve escolher qual tipo melhor se adéqua a edificação em questão.Os tipos mais comuns são o tipo Franklin,Captor de avanço a ignição e Gaiola de Faraday.
2 - Tipos de SPDA
2.1 - Método Franklin
O captador "Franklin" é constituído por uma haste metálica , sendo a extremidade superior é pontiaguda para tem uma maior poder de acúmulo de cargas. Este sistema é o mais barato mas o menos eficiente.
Este método se baseia no uso de captores pontiagudos colocados em mastros verticais para se aproveitar os efeitos das pontas, quanto maior a altura maior o volume protegido, volume este que tem a forma de um cone formado pelo triangulo retângulo girado em torno do mastro.
No caso de condutores horizontais suportados por hastes verticais, será obtido pelo deslocamento horizontal do cone de proteção desde a posição de uma haste até a posição da outra haste.
 
 
Volume de proteção de haste vertical
 
  
	
	
A linha curva entre h1 e h2 tem forma de parábola e, assim, a equação genérica da sua altura h em relação ao solo será:
h = ax² + bx + c onde x é a distância horizontal em relação a h1.
E os coeficientes são dados por: 
a = (h2-h1)d**2 + raiz_q (3) / 3d
b = -raiz_q(3) / 3c = h1
 
onde raiz_q: raiz quadrada
 
Volume de proteção de haste com condutor horizontal.
 
O ângulo de proteção e o raio de esfera admitido pela norma NBR5419 é:
 
 
	Nível\H
	< 20m
	< 30m
	< 45m
	< 60m
	I
	25°
	*
	*
	*
	II
	35°
	25°
	*
	*
	III
	45°
	35°
	25°
	*
	IV
	55°
	45°
	35°
	25°
 
Entre dois captores próximos pode-se aumentar em 10° o ângulo na parte interna entre eles e na externa vale o da tabela acima.
2.2 - Método Eletromagnético 
O método eletromagnético consiste na capacidade do pára-raios antecipar a descarga atmosférica e definir o percurso do raio. Este sistema é barato e apresenta elevada eficiência, embora decresça com o aumento da distância do captor.
Todos os sistemas de proteção contra descargas atmosféricas baseiam-se nas características elétricas  da formação do raio. Na eminência de uma descarga atmosférica é criado um elevado campo elétrico na periferia dos condutores ligados à terra, originando o efeito coroa. Da nuvem parte um traçador descendente que se propaga em direção ao solo. Este transporta cargas elétricas que vão ser responsáveis pelo aumento do campo elétrico. De acordo com o modelo eletrogeométrico, interessa que seja o pára-raios o primeiro elemento a entrar em contacto com a esfera de influência do traçador descendente (raio desta esfera D). Neste caso desenvolve-se um traçador ascendente que vai criar um canal ionizado por onde se fecha a corrente de descarga. Quanto mais cedo o pára-raios emitir esse traçador ascendente, maior será o raio de proteção proporcionado pelo pára-raios. Este é o princípio de funcionamento dos pára-raios com avanço à ignição, também denominados de pára-raios ionizantes. A figura ilustra o modelo eletrogeométrico aplicado a um pára-raios de avanço à ignição. Em torno do pára-raios existe uma esfera fictícia  com raio ΔL. Quando esta esfera fictícia encontra a esfera de raio D (do traçador descendente), estabelecem-se as condições para criar o canal ionizado e um caminho para a descarga atmosférica. A dimensão do raio D é determinado de acordo com o nível de proteção adotado. O nível de proteção é determinado através de um  estudo  que  permite  quantificar  os  riscos  associados  a  uma  descarga atmosférica direta na estrutura.  A NF C 17-102 (1995) foi a primeira norma que  estabeleceu  este  princípio,  quantificando  o  raio  de  proteção  associado a  um  pára-raios  ionizante.  Atualmente  já  existe  um  documento  normativo português neste âmbito, a NP 4426.
2.2.1 - Cálculo do raio de proteção 
A NP 4426 estabelece o raio de proteção obtido com um pára-raios com avanço à ignição.
Rp =    h(2D−h)+ΔL (2D+ΔL)
Em que:
ΔL=v(m/μs) ΔT(μs)
O IONIFLASH Mach é um pára-raios testado em laboratório com ΔT = 135 μs.
v=1m/μs é um valor praticamente constante . Este mede a velocidade média do traçador ascendente e descendente. 
Em 2009 foi efetuada uma Adenda à NP4426 que limita o cálculo do raio de proteção com um tempo máximo de avanço à ignição de ΔT = 60 μs. O raio de proteção do IONIFLASH Mach, de acordo com a NP4426, é apresentado no quadro seguinte. 
O exemplo que se junta pode esclarecer eventuais dúvidas:
O ponto mais elevado deste edifício é o pára-raios IONIFLASH Mach. O primeiro elemento a proteger é a antena, colocada  a  2  metros  da  ponta  do  pára-raios.  Neste  nível  o  raio  de  proteção  é  de  32,  34,  40  ou  44 metros, consoante o nível de proteção. Ao nível da cobertura (a 4 metros da ponta do pára-raios) o raio de proteção é de 65, 68, 78 ou 86 metros. Ao nível do piso intermédio (a 10 metros da extremidade do pára-raios) o raio de proteção é de 79, 88, 99 ou 109 metros.
 
2.3 - Método Gaiola de Faraday
 
A gaiola de Faraday é um sistema de vários receptores colocados de modo a envolver o topo da estrutura e várias baixadas. A gaiola apresenta a elevada eficiência, contudo, é de difícil implementação e elevados custos.
Este método consiste em instalar um sistema de captores formado por condutores horizontais interligados em forma de malha, quanto menor for a distancia entre os condutores da malha melhor será a proteção obtida.
 
Dimensões fixadas pela norma NBR5419
 
 
	Nível
	Malha
	I
	5X7,5
	II
	10X15
	III
	10X15
	IV
	20X20
 
 
É prática se utilizar ainda pequenos captores verticais, com 30 a 50 cm de altura, separados por uma distancia de 5 a 8 mts ao longo dos condutores da malha, isto se originou da norma inglesa BS 6651.
 
É bom lembrar que não se deve colocar condutores elétricos paralelos aos condutores da malha na parte interior da estrutura e próximo aos mesmos.
 
 
Volume protegido por malha 5X10 em método Faraday.
2.4 – Comparação entre os três métodos
Na comparação entre os três métodos levando em conta o nível de proteção, eficiência e custo, verificamos que, o método Gaiola de Faraday leva vantagens em pequenas construções já em edificaçõesde grande porte o método eletromagnético é o de melhor relação custo beneficio.
3 - Importância do SPDA
Todos os anos as fortes chuvas e tempestades causam grandes transtornos e prejuízos para boa parte da população. Mas você pode evitar vários destes problemas com medidas de segurança bastante eficazes e simples.
Segundo informações divulgadas pelo Grupo de Eletricidade Atmosférica(ELAT), que é ligado ao Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), por ano, o território brasileiro é atingido por cerca de 50 milhões de raios, que acertam, em média, 500 pessoas e um grande número de edificações.Com isso, a cada 50 mortes por raios no mundo, uma ocorre no Brasil. São 130 mortes e mais de 200 feridos por ano, sem contar os prejuízos financeiros causados para o País, que são estimados em cerca de um bilhão de reais.
 
Os riscos não se limitam às pessoas. Eles também se estendem às edificações. Um prédio residencial, por exemplo, pode sofrer danos sérios se for atingido por uma descarga atmosférica, inclusive com a queima de equipamentos e risco de incêndio. O mesmo pode ocorrer se um raio atingir uma linha elétrica ou tubulação metálica que entra na sua estrutura física. Para evitar esses riscos o caminho é um só: adotar medidas adequadas de proteção. 
3.1 - Importância do SPDA conforme NBR 5419
 
Sistema SPDA serve para proteção de raios  e o seu significado é Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas, também é conhecido como para-raios.
Segue algumas características do SPDA:
O SPDA tem como objetivo encaminhar a energia do raio, desde o ponto que ele atinge a edificação até o aterramento, o mais rápido e seguro possível.
O SPDA não pára o raio, não atrai raios e nem evita que o raio caia.
O SPDA protege o patrimônio (edificação) e as pessoas que estão dentro da edificação que é protegida.Neutralizar, pelo poder de atração das pontas, o crescimento do gradiente de potencial elétrico entre o solo e as nuvens, por meio do permanente escoamento de cargas elétricas do meio ambiente para a terra.Oferecer à descarga elétrica que for cair em suas proximidades um caminho preferencial, reduzindo os riscos de sua incidência sobre as estruturas. Além de proteger eles também geram relatórios detalhando e revisando o aterramento elétrico, a esse ato chamamos de laudos de SPDA que tem por objetivo:
Prevenir: Ajudam a evitar possíveis erros na infraestrutura do local, evitando assim descargas atmosféricos que possam causar grande prejuízo;
Controle: Ajuda no controle para saber se os equipamentos estão devidamente e corretamente instalados para auxiliar na proteção da sociedade e não só do local;
Indenização: Casos de indenização só serão pagos se nos laudos SPDA constar que o equipamento deu defeito e não sua instalação ou manutenção.
 3.2 - O que a normas e regulamentação falam sobre a importância do SPDA
 
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;
Condutores em Alumínio, mesmo com capa isolante, continuam sendo proibidos dentro de calhas de água pluvial. O cobre passa a ser permitido nestas condições;
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;
Passa a ser permitida a utilização das ferragens de estruturas de concreto protendido como parte integrante do SPDA. Os cabos de aço da estrutura protendida NÃO poderão ser utilizados como parte do SPDA;
Todas as peças e acessórios de origem ferrosa, usados no SPDA, deverão ser galvanizadas a fogo ou banhadas com 254 micrometros de cobre. Fica assim proibida a zincagem eletrolítica;
A ligação que era feita entre os anéis horizontais de cintamento e as caixas de equalização secundárias não deverá mais ser executada. Deverá ser instalada uma prumada vertical para interligar as caixas de equalização secundárias à caixa de equalização principal (LEP);
Nos SPDA estruturais que não utilizarem a barra adicional dedicada, deverão ser feitas medições de continuidade elétrica entre diversos pontos da estrutura, pois na maioria dos casos a execução não é acompanhada pelo responsável técnico do SPDA;
 
3.3 - Quais outros cuidados devemos ter
Segue adiante algumas medidas preventivas:
Instalação de para-raios nas residências;
Limpeza de telhados, calhas e caixas de descargas;
Confira sempre lista telefônica com contatos de emergência;
Recolha objetos espalhados pelo quintal da casa;
Utilize Fios terras;
Use Nobreaks entre outros.
3.4 - DPS (dispositivo de proteção contra surtos)
 
Além de tomar todas essas precauções citadas, você também pode resguardar sua casa instalando um  DPS(dispositivo de proteção contra surtos). Esse sistema tem como função fazer a proteção interna da sua residência contra descargas elétricas de origem atmosférica (raios) ou outras, como quedas de energia, sobrecargas e etc.
Através do DPS é possível oferecer proteção contra danos de eletrodomésticos, eletroeletrônicos e toda a rede elétrica interna. O DPS é parecido com um disjuntor e é instalado diretamente na caixa de distribuição geral (QDG). Também pode ser instalado entre a tomada de energia e o equipamento.
Também é recomendado o uso desse  sistema em locais onde são manipulados produtos perigosos e de alto risco de contaminação. Para instalá-lo deve ser contratada uma empresa especializada na área.
Tanto o sistema interno utilizado nas residências , como a proteção externa de casas e edifícios deve seguir uma ordem de manutenção. Por isso, seja nas edificações de empresas comerciais ou nas residências é essencial que seja feito um acompanhamento do estado de conservação dos aparelhos instalados.
No caso dos para-raios a verificação pode ser feitas a cada 2 anos, ou sempre que houver uma descarga de raios na instalação de proteção. No caso do sistema SPDA a verificação deve ser feita anualmente.
Dessa forma para você ter uma segurança maior na época das chuvas é só estar atento às medidas de segurança citadas, para assim, garantir uma maior proteção para a sua casa ou edifício.
4 - Conclusão
Conforme verificamos os sistemas de proteção contra descargas atmosféricas (SPDA), popularmente conhecidos como pára-raios, são equipamentos fundamentais para a segurança estrutural das edificações, atuando também indiretamente na proteção das pessoas.
É de fundamental importância que após a instalação haja uma manutenção periódica anual a fim de se garantir a confiabilidade do sistema. É também recomendada uma vistoria preventiva após reformas que possam alterar o sistema e toda vez que a edificação for atingida por uma descarga direta.
5 - Exercícios
5.1 - Exercício sobre Método de Franklin
Qual o modelo de captor utilizado no método de Franklin e qual sua função ?
R: Este método se baseia no uso de captores pontiagudos colocados em mastros verticais para se aproveitar os efeitos das pontas, quanto maior a altura maior o volume protegido, volume este que tem a forma de um cone formado pelo triangulo retângulo girado em torno do mastro.
5.2 - Exercício sobre Método Eletromagnético
Qual a principal característica do método eletromagnético que o diferencia dos demais?
R: O método eletromagnético consiste na capacidade do pára-raios antecipar a descarga atmosférica e definir o percurso do raio. Este sistema é barato e apresenta elevada eficiência, embora decresça com o aumento da distância do captor.
5.3 - Exercício sobre Método de Gaiola de Faraday
A partir de qual norma se originou a prática de utilização de pequenos captores verticais com a 30 a 50 cm de altura,separados por uma distância de 5 a 8 metros ao longo dos condutores da malha?
R: Norma inglesa BS 6651.