Resumo NBR 5419_2015_Mariana_Martins_Vieira

Prévia do material em texto

Aluna: Mariana Martins Vieira
Disciplina: Sistemas de proteção contra descargas atmosféricas
Resumo da norma ABNT NBR 5419-1 - Proteção contra descargas atmosféricas.
Parte 1: Princípios gerais.
Capítulo 1:
- a norma não se aplica a sistemas ferroviários, veículos, aviões, navios e plataformas
offshore, tubulações subterrâneas de alta pressão, tubulações e linhas de energia e de sinal
colocados fora da estrutura
Capítulo 2 - Referências normativas
Capítulo 3 - Termos e definições
Capítulo 4 - Parâmetros da corrente da descarga atmosférica
Faz relação aos anexos.
Capítulo 5 - Danos devido ás descargas atmosféricas
Fontes de danos devido às descargas atmosféricas:
S1 - Descarga na estrutura (raio direto na estrutura)
- Quando a corrente é conduzida pelos condutores do SPDA (captores de descida)
aparece um forte campo magnético na estrutura, podendo queimar os equipamentos
eletroeletrônicos dentro da estrutura, podendo causar danos físicos e perigo a vida;
S2 - Descarga Próxima a estrutura (acoplamento mais fraco, energia menor)
- Raio cai a uma distância da estrutura, logo não conduz corrente direta no SPDA da
estrutura, mas essa forte corrente gera um campo magnético e quando o campo
atinge a estrutura ele encontra as redes elétricas e eletrônicas que alimentam os
equipamentos, acoplando o surto nas redes da estrutura podendo queimar os
equipamentos internos e resultar em falhas no sistema eletroeletrônico;
S3 - Descarga na linha que atende à estrutura
- Exemplo: quando o raio cai na rede elétrica, parte da corrente do raio vai para a
estrutura e se exige uma proteção para fazer com que esse surto fique somente na
entrada da estrutura e não cause danos internos, porém podem causar danos físicos
e perigo a vida;
S4 - Descarga próxima a linha que atende a estrutura (acoplamento mais fraco, energia
menor)
- Ao lado da rede elétrica, produz um forte campo magnético, quando esse campo
atinge a rede elétrica essa corrente circula pela rede atingindo as ligações elétricas
da estrutura, podendo causar falhas no sistema eletroeletrônico.
Tipos de danos:
D1: danos às pessoas devido a choque elétrico;
D2: danos físicos que acontecem na estrutura como fogo, explosão, destruição mecânica e
liberação de produtos químicos;
D3: falhas de sistemas eletroeletrônicos devido ao pulso eletromagnético devido à descarga
atmosférica.
Tipos de perdas:
L1: perda da vida humana (inclusive danos permanentes);
L2: perda de serviço ao público;
L3: perda de patrimônio cultural;
L4: perda de valor econômico (estrutura, conteúdo, atividades).
Capítulo 6 - Necessidades e vantagem econômica da proteção contra descargas
atmosféricas
Tipos de riscos:
R1: risco de perda de vida humana (inclusive ferimentos);
R2: risco de perda de serviço ao público;
R3: risco de perda ao patrimônio cultural;
R4: risco de perda de valor econômico.
Risco final total (R) = soma dos componentes de risco considerando os tipos de perdas.
Se R for maior que o Risco Tolerado (RT) o SPDA é necessário.
O risco R4 só é considerado se for avaliada a vantagem econômica de instalação de um
SPDA. Nesse caso, se a soma do custo das perdas residuais com o SPDA instalado (CRL)
e o custo das medidas de proteção (CPM) for menor que o custo da perda total (CL) sem
SPDA, é conveniente a instalação de um SPDA.
CRL+CPM < CL
Capítulo 7 - Medidas de proteção
Medidas para redução de danos às pessoas:
- isolação das partes condutoras expostas;
- equipotencialização por meio de um sistema de aterramento em malha;
- restrições físicas e avisos;
- ligação equipotencial para descargas atmosféricas;
Medidas para redução de danos físicos(estrutura):
- subsistema de captação;
- subsistema de descida;
- subsistema de aterramento;
- equipotencialização para descargas atmosféricas (EB);
- isolação elétrica e distância segura;
Medidas para redução de falhas dos sistemas elétricos e eletrônicos:
- medidas de aterramento e equipotencialização;
- blindagem magnética;
- roteamento da fiação;
- interfaces isolantes;
- sistema de DPS coordenado.
Todas as medidas podem ser utilizadas sozinhas ou combinadas e a escolha das medidas
mais adequadas é dada baseando-se nos aspectos de riscos, danos e perdas.
Capítulo 8 - Critérios básicos para proteção de estruturas
- Por definição considera-se 4 níveis de proteção (NP), onde para cada nível é fixado
um conjunto de parâmetros máximos e mínimos das correntes de descargas;
- O nível de proteção está relacionado com a classe do SPDA e cada classe
corresponde a um nível de proteção. Isto é determinado de acordo com as
características da estrutura que se deseja proteger e dependem dos parâmetros da
descarga atmosférica definidos em ABNT NBR 5419-1:2015 (Tabela 30), do raio da
esfera rolante, tamanho da malha e o ângulo de proteção, distâncias entre
condutores de descida e dos condutores em anel, da distância de segurança contra
o centelhamento perigoso e do comprimento mínimo dos eletrodos de aterramento
- A tabela 3 define os valores máximos dos parâmetros das correntes das descargas
com base nos diferentes níveis de proteção e esses parâmetros máximos são
utilizados para projetar os componentes do SPDA, como seção transversal dos
condutores, capacidade de condução de corrente do DPS, espessura de chapas
metálicas, distância segura contra centelhamentos perigosos, entre outros.
- Já os valores mínimos dos parâmetros das correntes das descargas com base nos
diferentes níveis de proteção são encontrados na tabela 4 e são utilizados para
dimensionamento do raio da esfera rolante a fim de definir a zona de proteção direta
contra descargas atmosféricas a fim de realizar o correto posicionamento dos
componentes do subsistema de captação.
- Ou seja, as medidas de proteção apresentadas nas partes 3 e 4 da norma são
efetivas se os parâmetros de corrente estiverem na faixa definida para o nível de
proteção adotado para o projeto conforme definido na parte 1 da norma.
- A tabela 5 da parte 1 traz as probabilidades para os limites dos parâmetros das
correntes das descargas atmosféricas, com base nessa tabela define-se a eficiência
da medida de proteção.
Zonas de proteção do SPDA: delimitação de áreas com base no risco;
- ZPR 0A: zona externa à estrutura, local passível de ser atingido por uma descarga
direta, sem existência de blindagem contra interferências causadas por pulsos
eletromagnéticos criados por alguma descarga atmosférica;
- ZPR 0B: zona sobre a proteção de um SPDA externo, mas sem proteção de
blindagem contra o campo eletromagnético criado pela descarga;
- ZPR 1: zona interna à edificação onde a energia das descargas atmosféricas é
relativamente baixa;
- ZPR 2: zona interna à edificação onde somente podem aparecer pequenos surtos
Um SPDA compreende um sistema externo e um sistema interno de proteção.
SPDA externo:
- interceptar uma descarga atmosférica para a estrutura (por meio do subsistema de
captação(terminais aéreos, malha de captação, mastro de Franklin…));
- conduzir a corrente da descarga atmosférica para a terra de forma segura (por meio
do subsistema de descida);
- dispersar a corrente da descarga atmosférica na terra (por meio do subsistema de
aterramento (sistema de dissipação)).
SPDA interno:
- reduzir riscos com centelhamentos dentro da zona de proteção criada pelo
SPDA externo utilizando ligações equipotenciais ou distâncias de segurança
entre os componentes do SPDA externo e outros elementos condutores
internos à estrutura;
- reduzir a corrente elétrica que flui por meio dos seres vivos por meio de
isolação de partes condutoras expostas e/ou por meio de um aumento da
resistividade superficial do solo;
- reduzir a ocorrência de tensões perigosas de toque e passo por meio de
barreiras físicas e/ou avisos de advertência.
ANEXOS
Os dados e informações conceituais contidos no anexo podem ser utilizados como subsídio
para a análise, pesquisa, simulação, teste, dimensionamento dos componentes do
subsistema, apoio para aplicação da norma.
Anexo A - Parâmetros da corrente das descargas atmosféricas(informativo)
Componentes da descarga atmosférica:
● Impulsos com duração inferior a 2ms = componente curta;
● Componentes longos com duração superior a 2ms = componente longa
(normalmente: 2ms < Tlonga < 1s).
Tipos de descargas atmosféricas:
● Descargas atmosféricas descendentes iniciadas por um líder descendente, da
nuvem para a terra (normalmente em estruturas mais baixas, locais planos):
- Nesse tipo de descarga a primeira componente sempre será uma componente curta;
- As subsequentes podem ser: apenas uma componente longa; ou três componentes
curtas subsequentes; ou uma componente longa com uma componente curta
subsequente; ou uma componente curta com uma componente longa e outro curta
sequentemente; ou ainda poderá haver nenhum componente após a primeira
componente curta.
● Descargas atmosféricas ascendentes iniciadas por um líder ascendente, de uma
estrutura aterrada para a nuvem (normalmente em estruturas mais altas):
- A primeira componente sempre será uma componente longa, podendo ou não
ocorrer impulsos superpostos;
- As subsequentes possuem as mesmas características das descargas descendentes;
● Ressaltando: os parâmetros de um impulso de corrente de uma descarga
atmosférica descendente são superiores em relação às descargas atmosféricas
ascendentes.
O anexo A também traz os parâmetros referentes à corrente da descarga atmosférica com
base no nível de proteção I (o qual prevê uma eficiência de 98%) utilizando como critério
para análises:
- tipo de componente da descarga atmosférica;
- duração da descarga;
- polaridade do impulso;
- cálculos relacionando os efeitos mecânicos das descargas.
Esses parâmetros serão utilizados nos cálculos de dimensionamento a fim de garantir que
os valores especificados no projeto não estão superdimensionados ou subdimensionados,
ou seja, são considerados nos detalhamentos das medidas de proteção.
Também, no capítulo A.3 são estabelecidos os cálculos utilizados para definição dos
parâmetros máximos da corrente de descarga atmosférica. Esses parâmetros são utilizados
para definir os esforços (efeitos mecânicos) causados pelas descargas atmosféricas. Os
fatores que devem ser considerados nesses cálculos são:
- corrente de pico (I): determina a severidade da onda de choque;
- energia específica (W/R): valor resultante da integral da corrente ao quadrado da
descarga atmosférica no tempo e, representa a energia dissipada pela corrente da
descarga atmosférica em uma resistência de valor unitário;
- duração do impulso (T1): controla o fenômeno de transferência de calor para a
massa do eletrodo e a consequente propagação da frente de onda de fusão;
- carga (Q): determina a entrada de energia;
- taxa média de inclinação da frente de onda da corrente da descarga atmosférica
(di/dt): relaciona as sobretensões e centelhamentos perigosos causados por
acoplamento indutivo.
O capítulo A.4 fala sobre os parâmetros mínimos da corrente das descargas atmosféricas
os quais são usados para determinar o raio da esfera rolante de modo a definir a zona de
proteção contra descargas atmosféricas, espaço onde risco de impacto direto dos raios é
minimizado. O cálculo é dado por:
Conforme a norma, para um dado raio da esfera rolante r, pode ser assumido que todas as
descargas atmosféricas com valores de pico maiores que o valor de pico
mínimo/correspondente são interceptadas pelos captores.
Ou seja, esse método de proteção baseia-se em simular a rotação de uma esfera fictícia,
com o raio calculado conforme a norma, em todos os sentidos e direções sobre o topo e
fachadas da edificação. Nos locais onde as esferas tocam a edificação, a descarga
atmosférica também toca, então esses locais devem ser protegidos, pois se o raio cair
nesse local e não houver uma proteção, certamente haverá danos.
Anexo B - Equação da corrente da descarga atmosférica em função do tempo para
efeito de análise (informativo)
O pulso de corrente usado nas simulações é um modelo que contém os seguintes
parâmetros do raio;
- corrente de pico;
- tempo de subida;
- tempo de descida.
O modelo tenta representar o comportamento médio da onda das descargas atmosféricas
de forma simplificada para fins de estudo, análises, simulações, etc.
Anexo C - Simulação da corrente da descarga atmosférica com a finalidade de
ensaios (informativo)
Os parâmetros de ensaios utilizados para avaliar a integridade mecânica da estrutura (livre
dos efeitos adversos de aquecimento e fusão) são definidos com base no impulso e valor de
pico da corrente, carga, energia específica, tempo de elevação e simulação, nível de
proteção.
Para definição dos parâmetros de ensaio que serão utilizados e o resultado que se procura
é necessário que seja realizada uma análise crítica do sistema com base nos componentes
que se deseja ensaiar, tendo em vista que se a estrutura é atingida por uma descarga a
corrente é distribuída por toda a estrutura.
O anexo C traz as orientações necessárias para as simulações dos impulsos com base no
comportamento da descarga, contando com exemplos de circuitos geradores que podem
ser utilizados.
Anexo D - Parâmetros de ensaio para simular os efeitos da descarga atmosférica
sobre os componentes do SPDA (informativo)
● Os parâmetros que manifestam maior influência na integridade física do SPDA são:
- valor de pico da corrente (I);
- carga (Q);
- energia específica (W/R);
- duração (T);
- taxa de variação média da corrente (di/dt).
● Para avaliação e simulação das descargas atmosféricas e seus impactos na
estrutura, os parâmetros acima apresentados são utilizados em combinação e selecionados
conforme a necessidade do ensaio com base nos critérios e modelos de ensaio dispostos
no anexo D.
● Os seguintes efeitos podem ser causados pela corrente da descarga atmosférica:
- Efeitos térmicos: aquecimento resistivo (condução de uma parte significativa da
corrente de descarga), danos térmicos no ponto de impacto (desenvolvimento de um
arco), centelhamento (centelhamento térmico e centelhamento por tensão);
- Efeitos mecânicos: interação magnética (forças magnéticas), forças eletrodinâmicas
(desenvolvidas pela corrente fluindo por condutores paralelos), ondas de choques
acústicas (ocasionam danos mais significativos nas proximidades);
- Efeitos combinados: é importante ressaltar que na prática os efeitos térmicos e
mecânicos ocorrem de maneira simultânea.
● Cada parte do SPDA está mais sujeita a diferentes efeitos que precisam de maior
atenção na realização de ensaios, sendo assim:
- Sistema de Captação: podem surgir efeitos térmicos e mecânicos, onde
normalmente os efeitos ocorrem de maneira dependente;
- Sistema de Descidas: podem surgir efeitos térmicos devido ao aquecimento resistivo
e efeitos mecânicos relacionados às interações magnéticas, onde normalmente os
efeitos atuam de maneira independente;
● DPS: a função do DPS é proteger diretamente a rede elétrica interna ou o
equipamento da sobrecarga (pulso de alta tensão) causada por picos atmosféricos
externos. A norma cita dois tipos de DPS’s:
- DPS contendo centelhadores: onde os efeitos causados pela descarga devem
ser investigados de maneira dependente devido às relações complexas existentes entre
os parâmetros envolvidos, sendo os principais:
- a erosão dos eletrodos dos centelhadores por aquecimento, fusão e
vaporização do material;
- os esforços mecânicos causados pela onda de choque da descarga
atmosférica;
- DPS contendo varistores de óxido metálico: onde os efeitos causados pela
descarga podem ser avaliados de maneira separada devido ao fato de que não há
relação direta entre os parâmetros que os envolvem, sendo os principais:
- sobrecarga;
- descarga disruptiva.
Anexo E - Surtos devido às descargas atmosféricas em diferentes pontos da
instalação (informativo)
● Com base nos diferentes pontos da instalação e fonte de danos o anexo E define
como devem ser realizados os cálculos referente aos surtos que podem ocorrer a fim de
auxiliar no dimensionamento dos componentes do SPDA;
● Ou seja,sabendo que a corrente de descarga (e surtos) dividem-se entre o sistema
de aterramento, ligações metálicas que entram/saem da estrutura, condutores de fase, etc.
é necessário que sejam realizados os cálculos estimativos em relação a divisão dessa
corrente pelos componentes (considerando os valores de impedância das linhas aéreas,
linhas enterradas) e a partir disso realizar o dimensionamento correto para as blindagens,
condutores, DPS com base nas fórmulas dispostas no anexo;
● Surtos fluindo por meio de partes condutoras externas e linhas conectadas à
estrutura, a corrente de surto pode ser calculada conforme descrito em E.2.1;
● Com base nas fontes de danos, as correntes de surto são dadas conforme as
tabelas E.2 e E.3 e são associadas conforme o nível de proteção adotado;
● Sobre as posições de instalação dos DPS’s:
- No ponto de entrada da linha na estrutura (quadro de distribuição principal):
DPS ensaiado de acordo com a classe I ou classe II;
- Perto do dispositivo a ser protegido (no quadro de distribuição secundário ou
em uma tomada).
Parte 2: Gerenciamento de risco.
Capítulo 1 - Escopo
Capítulo 2 - Referências Normativas
Capítulo 3 - Termos, definições, símbolos e abreviaturas
Capítulo 4 - Interpretação dos termos
Componentes de risco:
● Fonte de dano S1:
- RA: relativo a ferimentos aos seres vivos causados por choque elétrico devido às
tensões de toque e passo dentro da estrutura e fora nas zonas até 3 m ao redor dos
condutores de descidas;
- RB: componente relativo a danos físicos causados por centelhamentos perigosos
dentro da estrutura iniciando incêndio ou explosão, os quais podem também colocar
em perigo o meio ambiente;
- RC: componente relativo a falhas de sistemas internos causados por LEMP;
● Fonte de danos S2:
- RM: componente relativo a falhas de sistemas internos causados por LEMP.
● Fonte de dano S3:
- RU: componente relativo a ferimentos aos seres vivos;
- RV: componente relativo a danos físicos (incêndio ou explosão);
- RW: componente relativo a falhas de sistemas internos causados por sobretensões;
● Fonte de dano S4:
- RZ: componente relativo a falhas de sistemas internos causados por sobretensões
induzidas nas linhas que entram na estrutura;
As componentes de risco que podem ser consideradas para cálculo do risco final total para
cada tipo de perda são:
R1 = RA + RB + RC + RM + RU +RV + RW + RZ
R2 = RB + RC + RM + RV + RW + RZ
R3 = RB + RV
R4 + RA + RB + RC + RM + RU + RV + RW + RZ
Capítulo 5 - Gerenciamento de risco
O procedimento abaixo, trazido pela norma, define as etapas para decisão da necessidade
da proteção e seleção das medidas de proteção.
Fonte: NBR 5419-2:2015
Para análise das perdas de valor econômico (custos), o procedimento a ser seguido
baseia-se em uma análise de comparação entre custo x benefício. Conforme procedimento
abaixo:
Fonte: NBR 5419-2:2015
Capítulo 6 - Análise dos componentes de risco
Cada componente de risco (RA, RB, RC, RM, RU, RV, RW e RZ) pode ser definida
conforme a seguinte equação básica:
● Cada componente de risco está relacionada a uma fonte de dano e tipo de dano.
Dessa forma, cada componente de risco terá um valor;
● Deve-se ter atenção na equação quando temos a fonte de danos S3 (Descarga na
linha conectada), pois nesses casos deve-se considerar o número de eventos perigosos na
linha e na edificação adjacente, sendo: Nx = Nl +Ndj;
● Se a estrutura for dividida em zonas Zs ou as linhas em seções SL, cada
componente de risco deve ser avaliado para cada zona Zs, ou seção SL, e só depois
realizar a soma para definição do risco total “R”;
● Se mais de um valor para um mesmo parâmetro existir em uma zona ou seção, o
valor mais alto deve ser considerado.
Anexo A - Análise do numeral N de eventos perigosos (informativo)
Sigla Tipo de dano Equação
Número de eventos perigosos devido às descargas atmosféricas
Nd à estrutura Nd = Ng*Ad*Cd*10^(-6)
Nm perto da estrutura Nm = Ng*Am*10^(-6)
Nl em uma linha conectada a
estrutura
Nl = Ng*Al*Ci*CE*Ct*10^(-6)
Ni perto de uma linha conectada
a estrutura
Ni=Ng*Ai*Ci*Ce*Ct*10^(-6)
Ndj a uma estrutura adjacente Ndj=Ng*Adi*Cdi*Ct*10^(-6)
Onde:
Ng: densidade de descarga atmosférica na região (1/km²*ano);
Ad: área de exposição equivalente da edificação (m²);
Cd: fator de localização da edificação;
Am: área de exposição equivalente de descargas atmosféricas que atingem perto da
estrutura;
Al: área de exposição equivalente da linha;
Ci: fator de instalação da linha;
Ce: fator ambiental;
Ct: fator do tipo de linha;
Ai: área de exposição equivalente da linha devido a descarga próxima a linha;
Adi: área de exposição equivalente da estrutura adjacente;
Cdi: fator de localização dessa estrutura adjacente;
Anexo B - Avaliação da probabilidade Px de danos (informativo)
Sigla Tipo de dano Equação
Probabilidade de uma descarga atmosférica na estrutura causar
Pa ferimentos a seres vivos por
choque
Pa = Pta*Pb
Pb danos físicos Tabela B.2
Pc falha de sistemas internos Pc = Pspd*Cld
Probabilidade de uma descarga atmosférica perto da estrutura causar
Pm falha de sistema interno Pm=Pspd*Pms
Probabilidade de uma descarga atmosférica em uma linha causar
Pu ferimentos a seres vivos por
choque
Pu=Ptu*Peb*Pld*Cld
Pv danos físicos Pv=Peb*Pld*Cld
Pw falha de sistemas internos Pw=Pspd*Pld*Cld
Probabilidade de uma descarga atmosférica perto de uma linha causar
Pz falha de sistemas internos Pz=Pspd*Pli*Cli
Onde:
Pta (probabilidade PTA de uma descarga atmosférica em uma estrutura causar choque a
seres vivos devido a tensões de toque e de passo perigosas): conforme tabela B.1 da
norma, resultado da utilização da medida de proteção adicional;
Pb: conforme tabela B.2 da norma, depende da característica da estrutura e a classe do
SPDA;
Pspd: conforme tabela B.3 da norma, depende do nível de proteção adotado para o qual o
DPS foi projetado;
Cld: conforme tabela B.4 da norma, depende das condições de blindagem;
Pms: é obtido pelo cálculo:
Pms=(Ks1*Ks2*Ks3*Ks4)²
onde os coeficientes são:
Ks1: deve ser calculado conforme item B.5 e leva em consideração a eficiência da
blindagem por malha da estrutura, SPDA ou outra blindagem na interface ZPR 0/1;
Ks2: deve ser calculado conforme item B.5 e leva em consideração a eficiência da
blindagem por malha de blindagem interna a estrutura na interface ZPR X/Y (X > 0, Y > 1);
Ks3: conforme tabela B.5, depende do tipo de fiação interna;
Ks4: deve ser calculado conforme item B.5 e leva em consideração a tensão suportável de
impulso do sistema a ser protegido.
Ptu (probabilidade PTU de uma descarga atmosférica em uma linha que adentre a estrutura
causar choque a seres vivos devido a tensões de toque perigosas): conforme tabela B.6 da
norma, depende das medidas de proteção contra tensões de toque, como restrições físicas
ou avisos visíveis de alerta;
Peb: conforme tabela B.7, depende do nível de proteção para o qual os DPS foram
projetados;
Pld: conforme tabela B.8, depende da resistência RS da blindagem do cabo e da tensão
suportável de impulso UW do equipamento;
Pli: conforme tabela B.9, depende do tipo da linha e da tensão suportável de impulso UW
dos equipamentos;
Cli: conforme tabela B.4 da norma, depende das condições de blindagem;
Anexo C - Análise de quantidade de perda Lx (informativo)
Sigla Tipo de dano Equação
Perda devido a
LA = LU ferimentos a seres vivos por
choque
LA = LU =
rt*Lt*(nz/nt)*(tz/8760)
LB=LV danos físicos LB=LV=rp*rf*hz*Lf*(nz/nt)*(tz/8
760)
LC=LM=LW=LZ falha de sistemas internos LC=LM=LW=LZ=LO*(nz/nt)*(tz/
8760)
Onde:
Lt: conforme tabela C.2, número relativo médio típico de vítimas feridas por choque elétrico;
Lf: conforme tabela C.2, número relativo médio típico de vítimas por danos físicos;
LO: conforme tabela C.2, número relativo médio típico de vítimas por falha de sistemas
internos;
rt: conforme tabela C.3, fator de redução da perda de vida humana;
rp: conforme tabela C.4, fator de redução da perda devido a danos físicos dependendo das
providências tomadas para reduzir as consequências do incêndio;rf: conforme tabela C.5, fator de redução da perda devido a danos físicos dependendo do
risco de incêndio ou do risco de explosão da estrutura;
hz: conforme tabela C.6, fator de aumento da perda devido a danos físicos quando um
perigo especial estiver presente;
nz: número de pessoas na zona;
nt: número total de pessoas na estrutura;
tz: tempo, durante o qual as pessoas estão presentes na zona, expresso em horas por ano;
Anexo D - Avaliação dos custos das perdas (informativo)
Sigla Denominação Equação
Clz custo de perda em uma zona Clz = R4z*Ct
Cl custo total de perdas Cl=ΣClz
Crlz custo de perdas residuais Crlz=R4z*Ct
Onde:
Raz: risco relacionado à perda de valor na zona, sem as medidas de proteção;
Ct: valor total da estrutura (animais, edificação, conteúdo e sistemas internos incluindo suas
atividades em espécie).
Anexo E - Estudo de caso (informativo)
Parte 3: Danos físicos a estruturas e perigos à vida.
Capítulo 1 - Escopo
Capítulo 2 - Referências normativas
Capítulo 3- Termos e definições
Capítulo 4 - Sistema de proteção contra descargas atmosféricas - SPDA
Os elementos do SPDA que são definidos com base na classe (I, II, III, IV) são:
- parâmetros da descarga atmosférica;
- raio da esfera rolante (método eletrogeométrico), tamanho da malha (Gaiola de
Faraday) e ângulo de proteção (Frankilin);
- distância entre os condutores de descida e dos condutores em anel;
- distância de segurança contra centelhamento perigoso;
- comprimento mínimo dos eletrodos de terra.
Caso sejam utilizadas partes metálicas da estrutura como componente do SPDA é
importante lembrar que:
- concreto com armadura de aço pode possuir uma resistência máxima de 0,2Ω (entre
a parte mais alta e o nível do solo);
- a armadura de aço no concreto só é considerada eletricamente contínua se pelo
menos 50% das conexões entre as suas barras estejam conectadas.
Capítulo 5 - Sistema externo de proteção contra descargas atmosféricas
● SPDA externo: subsistema de captação, sistema de descida e subsistema de
aterramento;
● SPDA externo isolado: subsistema de captação e subsistema de descida isolados da
estrutura a ser protegida;
● SPDA externo não isolado: subsistema de captação e subsistema de descida em
contato com a estrutura a ser protegida, a corrente de descarga flui em contato com a
estrutura;
● componente natural do SPDA: componente condutivo não instalado especificamente
para o SPDA, mas que pode ser integrado ao SPDA ou que, em alguns casos, pode prover
de uma ou mais partes do SPDA;
- exemplos: captor natural (estrutura e telhas metálicas), descida natural
(perfis metálicos), eletrodo de aterramento natural (armaduras providas de
continuidade elétrica);
● Sistema de captação:
- Composto por: hastes, condutores suspensos e condutores em malha;
- Os métodos que podem ser utilizados para determinação do posicionamento
dos componentes são: método do ângulo de proteção (somente para
edificações de formato simples), método da esfera rolante e método das
malhas;
- Em estruturas com até 60m de altura não é necessário considerar descargas
laterais, somente a proteção dos telhados e saliências horizontais (se
houver);
- Para estruturas acima de 60m é necessário que a captação lateral nas partes
superiores atenda ao nível IV de proteção;
- Deve-se ter atenção a instalação de captores em SPDA não isolado em
relação a presença de materiais combustíveis na superfície da estrutura
sendo necessário atender a uma distância mínima de 0,15m entre a estrutura
e o captor.
● Subsistema de descida:
- Possuem como principal dever oferecer caminhos mais acessíveis (curto e
direto para a terra) para a corrente elétrica, visando também a
equipotencialização entre as partes condutoras;
- Para um SPDA isolado a posição das descidas deve obedecer o seguinte:
- se os captores forem suspensos deve haver no mínimo um condutor
de descida para cada apoio da estrutura;
- se os captores forem hastes em mastros NÃO metálicos, é preciso de
um condutor de descida para cada mastro;
- se os captores formarem uma rede de condutores, é preciso de no
mínimo um condutor de descida para casa suporte dos condutores.
- Para um SPDA não isolado deve ser realizado o seguinte cálculo para
obtenção da quantidade de condutores de descida a serem utilizados:
-
Quantidade de condutores de descida = (Perímetro) / (Espaçamento
para o NP correspondente);
- Sendo que o número mínimo de condutores deve ser 2;
- Devem ser posicionados de forma uniforme na estrutura;
- Podem ser posicionados na superfície ou dentro da parede
com atenção especial quando houverem paredes feitas de
materiais combustíveis;
- Conexões de ensaio: conexões projetadas para facilitar ensaios e
medições no subsistema. Esse elemento só deve ser possível de ser aberto
com auxílio de ferramentas;
● Subsistema de aterramento:
- Se não for possível utilizar as armaduras das fundações, o arranjo deve
consistir em condutor em anel (aquele que forma um laço fechado), externo à
estrutura, em contato com o solo por pelo menos 80% do seu comprimento
total, ou elemento condutor interligando as armaduras da fundação;
- O raio “re” da área abrangida pelos eletrodos não pode ser inferior ao valor I1
(comprimento mínimo do eletrodo), o qual vai depender da classe do SPDA
(conforme figura 3);
- Se I1 for maior que “re” devem ser utilizados eletrodos adicionais horizontais
(Ir=I1-re) ou verticais (Iv=(I1-re)/2);
- O posicionamento dos eletrodos em anel deve ser: mínimo de 0,5m de
profundidade e distância de 1m das paredes externas da estrutura;
Capítulo 6 - Sistema interno de proteção contra descargas atmosféricas
● SPDA interno: Ligação equipotencial para descargas atmosféricas, isolação elétrica,
distância segura;
● Ligações equipotenciais:
- Equipotencialização direta: utiliza condutores de ligações, onde a
continuidade não é garantida pelas ligações naturais;
- Equipotencialização indireta: DPS (dispositivos de proteção contra surtos) ou
centelhadores, onde a conexão direta não pode ser realizada;
- O barramento de equipotencialização deve ser sempre a referência e deve
estar interligado e coordenado com os elementos existentes na estruturas;
- No primeiro nível de coordenação, esse barramento deve ser sempre o BEP;
- BEP: barramento de equipotencialização principal, ponto de interligação (de
baixa impedância) dos elementos de equipotencialização ao subsistema de
aterramento;
- BEL: barramento de equipotencialização local, necessário quando a distância
entre o BEP e o ponto de aterramento for maior que 20m (horizontal ou
vertical);
- SPDA externo e isolado: equipotencialização somente ao nível do solo;
- SPDA externo não isolado: equipotencialização na base da estrutura ou
próximo ao solo e onde os requisitos de isolação não são atendidos;
- O DPS deve SEMPRE atender ao seguinte requisito:
- corrente de impulso DPS ≥ corrente de descarga que flui do SPDA
- tensão de impulso disruptiva < nível de impulso suportável de isolação entre
as partes;
- Em sistemas internos: os condutores vivos dos sistemas internos que não
sejam blindados e nem estejam dentro de eletrodutos metálicos devem ter
equipotencialização ao BEP por meio de DPS. Os condutores PE e PEN, em
um esquema TN, devem ser ligados diretamente ao BEP;
- Em linhas conectadas à estrutura à ser protegida: deve haver
equipotencialização direta ou via DPS em todos os condutores de cada linha;
os condutores vivos devem estar ligados ao BEP ou BEL somente via DPS;
● Isolação elétrica do SPDA externo:
- Isolação elétrica por distância de segurança, dada por:
𝑆 = 𝐾𝑖 * (𝐾𝑐/𝐾𝑚) * 𝐿(𝑚)
Onde:
Ki: depende da classe do SPDA;
Kc: depende da distribuição da corrente pelos condutores;
Km: depende do material isolante;
L: comprimento ao longo do subsistema de captação ou de descida, desde o
ponto onde a distância de segurança deve ser considerada até a
equipotencialização mais próxima (desconsiderado para telhados metálicos
contínuos se usados como captor natural);
Capítulo 7 - Manutenção, inspeção e documentação deum SPDA
● Manutenção, inspeção e documentação de um SPDA: objetivo de garantir estejam
capazes de cumprir suas funções (que não apresentam corrosão, estejam em boas
condições) e garantir que qualquer reforma, nova construção na estrutura ou
alteração das condições iniciais do sistema se enquadrem ao disposto na norma;
● É necessária a emissão de relatórios técnicos a cada inspeção periódica com
resultados dos ensaios realizados (medição da resistência de aterramento,
continuidade das armaduras, equipotencialização) incluído o prazo de manutenção
do sistema definido conforme resultado das inspeções periódicas;
Capítulo 8 - Medidas de proteção contra acidentes com seres vivos devido à tensões
de passo e de toque
● Tensão de passo: diferença de potencial que pode existir no solo;
● Tensão de toque: entre dois pontos acessíveis;
● Deve-se ter atenção especial pois a proximidade de condutores de descida de um
SPDA podem trazer risco MESMO que tenham sidos projetados de acordo com a
norma;
● Os riscos podem ser reduzidos se:
- Aproximação ou duração de presença de pessoas for muito baixa;
- O sistema de descida ter pelo menos dez caminhos naturais de descida;
- Resistividade da camada superficial do solo, em até 3m dos condutores de
descida for maior ou igual a 100kΩ.m.
● Caso não seja possível minimizar esses riscos é necessário:
- Construção de eletrodo de aterramento reticulado complementar no entorno
do condutor de descida;
- Barreiras físicas e sinalizações de alerta em até 3m dos condutores de
descida;
Anexo A - Posicionamento do subsistema de captação (normativo)
● Método do ângulo de proteção (Franklin):
- Através de um mastro captor:
O mastro é formado pelas letras OA, sendo um conjunto de mastro + captor
Franklin com a altura h1. B seria o plano de referência o qual pode variar
entre o topo da estrutura e a base. A linha formada pelos pontos AC é o
limite do volume de proteção e o ângulo α é definido com base na altura do
plano de referência adotado para o projeto.
● Método da esfera rolante:
- Consiste na criação de uma esfera fictícia de raio determinado de acordo
com a classe do SPDA. A ideia é de que a esfera “role” no entorno da
estrutura e onde a esfera tocar a descarga atmosférica também poderá tocar;
- Deve-se lembrar que para estruturas acima de 60m deve-se considerar uma
proteção de 20% da altura total devido às descargas que podem atingir as
laterais.
● Método das malhas (Gaiola de Faraday):
- Consiste na configuração de uma malha posicionada no perímetro superior
da estrutura (atendendo aos requisitos de máximo afastamento dos
condutores com base na classe do SPDA), a qual é formada normalmente
por cabos de cobre ou chapas de alumínio com minicaptores nos cantos da
edificação;
- Para maior eficiência na aplicação do método é recomendável utilizar
somente quando: os telhados não possuírem muitas curvaturas e as
superfícies laterais sejam planas.
Anexo B - Seção mínima da blindagem do cabo de entrada de modo a evitar
centelhamento perigoso (normativo)
● É indicado que o valor mínimo da área da seção reta da blindagem necessária para
evitar centelhamento devido a sobretensão entre condutores seja calculado
conforme seguinte:
𝑆𝑐𝑚𝑖𝑛 = (𝐼𝑓 * 𝑝𝑐 * 𝐿𝑐 * 106 )/𝑈𝑤 
Onde:
If: corrente que percorre a blindagem, expressa em quiloampère (kA);
pc: resistividade da blindagem, expressa em ohm vezes metro (Ω.m);
Lc: comprimento do cabo, expresso em metro (m), conforme tabela B.1;
Uw: tensão suportável de impulso do sistema eletroeletrônico alimentado pelo cabo,
expressa em quilovolt (kV);
Anexo C - Divisão da corrente da descarga atmosférica entre os condutores de
descida (informativo)
● O coeficiente Kc da corrente da descarga atmosférica entre os condutores de
descida depende do número total de condutores de descida n e das suas posições,
dos condutores em anel de interligação, do tipo do subsistema de captação e do tipo
do subsistema de aterramento. Dessa maneira, é necessário que para cada arranjo
do sistema o coeficiente seja calculado conforme especificado no anexo C.
Anexo D - Informação adicional para SPDA no caso de estruturas com risco de
explosão (normativo)
● É necessário que seja utilizado um eletrodo em anel no sistema de aterramento para
todos os SPDA instalados em estruturas que haja risco de explosão;
● É recomendado a utilização de um SPDA isolado onde haja material explosivo
sólido;
● As observações sobre a instalação de SPDA em postos de abastecimento de
combustível devem ser seguidas de acordo com as zonas de atmosfera explosivas
definidas.
Anexo E - Vago
Anexo F - Ensaio de continuidade elétrica das armaduras (normativo)
● É recomendável que as armaduras de concreto da estrutura sejam utilizadas como
parte integrante do SPDA desde que atendam ao disposto na norma;
● Os objetivos dos ensaios de continuidade das armaduras visam a verificação de
continuidade dos pilares e dos trechos da armadura a fim de determinar se é
possível a utilização destas como parte do SPDA e após a instalação do SPDA a fim
de verificar a continuidade do sistema como um todo;
● As medições devem ser realizadas individualmente em cada um dos pilares, entre
segmentos da estrutura e diferentes trechos;
● Em perímetros superiores a 200m admite-se que não é necessário realizar a
medição em todos os pilares desde que a medição em 50% do total de pilares
resultar em valores de mesma ordem de grandeza;
● Se for possível acompanhar a construção do edifício, não é necessário realizar a
primeira verificação porém é preciso registrar por meio de documentos técnicos as
condições das armaduras para uso no SPDA;
● Se o edifício já estiver construído, é preciso:
- 1º: identificar os pilares que devem ser ensaiados;
- 2º: fazer a remoção do cobrimento de concreto na parte mais alta e na parte
mais baixa a fim de expor a armadura de aço e que seja possível a fixação
dos cabos de ensaio;
- 3º: lembrar de realizar a limpeza do aço a fim de garantir o melhor contato
elétrico possível;
- 4º: a corrente elétrica fornecida pelo aparelho de medição deve estar entre
1A e 10A com frequência diferente de 60Hz e seus múltiplos e deve ser
capaz de realizar a medição da queda de tensão entre os pontos. Também, é
preciso que o aparelho utilize o sistema de medida a quatro fios sendo dois
para corrente e dois para potencial.
● Na verificação final o valor máximo permitido em relação a resistência é de 0,2Ω
quando a medição for realizada entre a parte mais alta do subsistema de captação e
o de aterramento, preferencialmente no BEP.
Parte 4: Sistemas elétricos e eletrônicos internos na estrutura
Capítulo 1 - Escopo
Capítulo 2 - Referências normativas
Capítulo 3- Termos e definições
Capítulo 4- Projeto e instalação das medidas de proteção contra surtos (MPS)
● LEMP: Lightning Eletromagnectic Impulse;
● MPS: Medidas de proteção contra surto (DPS) e campos eletromagnéticos
(blindagem e equipotencialização);
● As medidas de proteção internas contra LEMP são divididas em zonas de proteção
contra raios (ZPR) as quais são teoricamente associadas á um espaço onde a
severidade do LEMP é compatível com a suportabilidade dos sistemas internos
existentes;
- ZPR0: zona de proteção dada pelo SPDA externo (para-raio por exemplo);
- ZPR1: zona interna entre ZPR0 e ZPR2;
- ZPR2: zona interna de proteção;
- nas fronteiras entre as zonas têm-se barras de equipotencialização para
realizar a equipotencialização dos equipamentos que encontram-se dentro da
zona e também deve haver DPS nesses locais;
● As medidas de proteção básicas contra LEMP são:
- Aterramento: é responsável por conduzir e dispersar as correntes da
descarga atmosférica para o solo;
- Equipotencialização: minimiza as diferenças de potencial e pode reduzir o
campo magnético;
- Blindagem magnética: minimizam os campos magnéticos na ZPR e reduzem
os surtos internos;
- Blindagem espacial: define zonas a serem protegidas, não são obrigatórias
mas são aconselháveis em locais onde se deseja proteger uma zona
específica aoinvés de partes de um equipamento. Podem ser em forma de
grade, blindagens metálicas contínuas ou compreender os componentes
naturais da própria estrutura;
- Blindagem de linhas internas: podem ser em forma de blindagem dos cabos,
dutos metálicos fechados dos cabos e gabinetes metálicos dos
equipamentos podem ser usados;
- Blindagem de linhas externas: blindagem dos cabos, dutos metálicos
fechados e dutos de concreto armado;
- Roteamento de linhas: fazer com que as linhas não fiquem muito próximas,
distanciar as linhas de forma a evitar os laços de indução e reduzir os surtos;
- Coordenação de DPS: colocação de DPS nas fronteiras das zonas até atingir
o nível máximo de proteção;
- Interfaces isolantes: colocar linhas isoladas, interfaces que isolem as zonas
de proteção, reduzindo os danos do LEMP;
Capítulo 5 - Aterramento e equipotencialização
● Em relação ao sistema de aterramento, não pode ser realizado aterramento
isolado/pontual, todos os eletrodos devem estar equipotencializados. Logo, o
eletrodo em forma de anel e o eletrodo natural devem estar interligados;
● Barras de equipotencialização devem ser instaladas para redução de tensão entre:
- Todos os condutores de serviço que adentram uma ZPR;
- O condutor de proteção;
- Componentes metálicos dos sistemas internos;
- A blindagem magnética da ZPR na periferia e dentro da estrutura.
Capítulo 6 - Blindagem magnética e roteamento de linhas
● As blindagens podem ser em forma de grade, blindagens metálicas contínuas ou
compreender os componentes naturais da própria estrutura;
● Ao realizar o roteamento de linhas pode ser necessário distanciar linhas de energia
e linhas de sinal não blindadas a fim de evitar interferências;
● É necessário que ao utilizar blindagens os materiais devem atender aos requisitos
de espessura, seção transversal, tipo do material para os condutores visando uma
distância segura entre as blindagens magnéticas e o SPDA;
Capítulo 7 - Coordenação de DPS
● Instalar DPS internamente criando zonas de proteção no meu SPDA interno;
● DPS somente na entrada não atenua todo o impulso.
Capítulo 8 - Interfaces isolantes
● Utiliza-se DPS quando é necessário realizar a proteção das interfaces isolantes
contra sobretensões.
Capítulo 9 - Gerenciamento das MPS
● O gerenciamento das MPS consiste nas seguintes etapas:
- 1º: análise de risco inicial;
- 2º: análise final de riscos;
- 3º: planejamento de MPS;
- 4º: projeto de MPS;
- 5º: instalação de MPS incluindo supervisão;
- 6º: aprovação das MPS;
- 7º: inspeções periódicas.
● As inspeções periódicas devem ser realizadas na frequência determinada com base
no tipo do ambiente e as medidas empregadas, tendo em vista também a
necessidade de realização de inspeções durante instalação, após instalação e
quando houverem alterações em qualquer componente relevante da MPS;
● O procedimento que deve ser seguido em qualquer inspeção consiste em:
- 1º: verificação da documentação técnica;
- 2º: inspeções visuais;
- 3º: medições de resistência, continuidade elétrica;
- 4º: por fim deve ser emitida a documentação de inspeção contendo todas as
informações referente a situação das MPS, se foram realizadas alterações,
resultados de ensaios, se há necessidade de realização de manutenção e
informações adicionais que forem consideradas necessárias para o inspetor.
Anexo A - Bases de avaliação do ambiente eletromagnético em uma ZPR (normativo)
● Em se tratando de danos causados em sistemas elétricos e eletrônicos devido às
descargas atmosféricas a fonte primária de danos se refere a corrente de descarga
e seu campo magnético;
● Dessa maneira, é necessário que as zonas de proteção sejam bem definidas a fim
de que os mecanismos sejam corretamente dimensionados e a suportabilidade dos
equipamentos seja compatível com a fonte de danos;
● As blindagens espaciais em grandes volumes já é obtida pelos componentes
naturais utilizados nas estruturas, como as armações metálicas existentes pois criam
uma blindagem em forma de grade;
● Deve-se ter muita atenção ao instalar cabos próximos à blindagens devido ao valor
do campo magnético no local;
● Para fins de cálculo assume-se que o campo magnético dentro de uma ZPR é
homogêneo.
Anexo B - Implementação de MPS para uma estrutura existente (informativo)
● Em estruturas já existentes, muitas vezes não é possível implementar todos os
pontos trazidos pela norma, dessa forma deve-se ter atenção especial aos seguintes
requisitos:
- realizar SEMPRE a análise de risco com base nas características estruturais,
da instalação, dos equipamentos, localização;
- assinalar as ZPR adequadas;
- se não for possível implantar a blindagem e equipotencialização necessárias,
deve-se ter ao menos um anel condutor na parede externa de cada andar ou
nas fronteiras das ZPR (interligado com os demais componentes);
- atenção em relação a possibilidade de integração dos componentes
existentes na estrutura com o SPDA;
- é importante seguir os seguintes passos determinados pela norma:
Anexo C - Seleção e instalação de um sistema coordenado de DPS (informativo)
● O DPS protege o equipamento nos casos em que a sua tensão de proteção efetiva
for menor que a tensão suportável de impulso. Dessa forma é necessário que a
corrente nominal do DPS seja igual ou maior que a corrente de descarga;
● Para dimensionar um DPS é necessário:
- tensão de trabalho do DPS (um pouco maior que a tensão da rede devido às
tolerâncias);
- corrente máxima de descarga (quanto maior a corrente máxima de descarga
melhor, aumenta a vida útil, porém mais caro) deve atender o impulso de
corrente esperado no ponto da instalação com base no NP definido
(calculado na parte 1 da norma);
- classe do DPS;
- características da instalação em relação ao comprimento dos condutores de
conexão ao DPS;
● Para que o DPS exerça a função esperada com eficiência é necessário também que
seja realizada a instalação no local correto considerando duas situações:
- possibilidade de estar o mais próximo do ponto de entrada da linha;
- e a fonte de dano;
● Coordenação de DPS:
- abordagem sistemática na instalação de DPS (criação de grupos de DPS);
- DPS somente na entrada não atenua todo o impulso;
- Exemplo: DPS classe I (descargas diretas) instalado na entrada de energia,
DPS classe II (descargas indiretas) na entrada do quadro elétrico para
atenuar outra parcela do impulso e DPS classe III (proteção complementar)
no próximo quadro para atenuar o restante do impulso.
Anexo D - Fatores a considerar na seleção dos DPS (informativo)
● As características da descarga a qual o DPS for submetido irá ditar o stress o qual o
DPS será submetido. Dessa maneira, é necessário atenção aos seguintes aspectos:
- localização do DPS;
- método de acoplamento da descarga (direta, indireta,...);
- distribuição das correntes na estrutura;
- resistência e indutância dos componentes da estrutura;
- condutores ligados às instalações;
- forma de onda da corrente;
- estruturas adicionais interligadas a estrutura principal;
- amplitude da descarga;
- incidência de trovoadas e tempestades.