NBR5419 - Aterramento Elétrico

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE RONDÔNIA CAMPUS VILHENA
ATERRAMENTO ELÉTRICO
JESSICA MARTENDAL
JULIANDERSON DE SOUZA
RAFAELA SOUZA
VILHENA/RO
2014
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE RONDÔNIA CAMPUS VILHENA
ATERRAMENTO ELÉTRICO
Trabalho referente à disciplina de eletrotécnica do curso de eletromecânica, turno noturno, do Instituto Federal de Rondônia Campus Vilhena, ministrado pela professora Rodrigo.
VILHENA/RO
2014
INTRODUÇÃO
O verão é provavelmente a estação mais aguardada do ano em quase todas as partes do mundo. No Brasil, a espera parece ser ainda mais intensa, considerando a geografia e a tropicalidade do País. É tempo de sol, de praia, de férias e, no caso do Sudeste brasileiro, é tempo também de chuva, de muita chuva. A grande preocupação é que, é justamente nesse período que há a maior aparição de descargas atmosféricas na região, que é recordista em incidência de raios.
As normas que regulamentam a instalação de SPDA (Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas) ficaram adormecidas por aproximadamente 20 anos, quando em 1993 a ABNT (Associação Brasileira de Normas Técnicas) atualizou essas normas, as quais passaram a compor a NBR 5419, que teve como referência as normas da IEC (International Eletrical Comission) 61024. Com a edição dessa norma muitos conceitos foram atualizados e novas técnicas passaram a compor os novos sistemas de proteção fazendo com que atingissem eficiências muito boas.
Neste trabalho vamos entender a importância desta norma regulamentadora e entender melhor sobre o fenômeno da descarga elétrica, como ocorre, quais suas consequências e benefícios.
1. O RAIO
Misterioso, ele assusta e fascina. Já abordado no cinema, na literatura, na mitologia, o raio desperta a curiosidade de todos, pesquisadores ou não. Mais quente que a superfície do Sol, o potencial elétrico do raio é de 100 milhões de volts, o equivalente a 1 milhão de vezes a tensão de uma tomada residencial, e corrente elétrica de aproximadamente 30.000 A. Para se ter uma ideia, o chuveiro elétrico residencial opera com corrente de 30 A. Por se tratar de um fenômeno natural, as descargas atmosféricas são fontes de intermináveis pesquisas e intrigam cada vez mais os pesquisadores e outros interessados. 
História
Historicamente, as descargas atmosféricas estiveram sempre relacionadas à fúria da Terra contra o homem, como diversas mitologias sustentavam. Na mitologia grega, por exemplo, o raio era uma forma de Zeus (deus dos deuses) demonstrar sua ira, eliminando quem era contra seus desígnios. Os babilônicos, há cinco mil anos, também acreditavam que o deus Adad provocava trovões ao arremessar com uma das mãos um bumerangue e com a outra os raios. Os nórdicos, que viviam no norte da Europa, tinham como referência o deus do trovão e dos raios, Thor, que, com o movimento das rodas de sua carruagem, produzia o trovão e, ao arremessar seu martelo, produzia o clarão dos raios. Na Austrália setentrional, os aborígenes desenharam nas cavernas o que seriam os “irmãos raios” – guerreiros tribais que brigavam pelo amor de uma mulher. Quando seus machados de pedra se chocavam, as faíscas se tornavam raios e o ruído da luta eram os trovões. A história conta que o vencedor teve vários filhos raios, que aguardam o momento para serem lançados.
1.2 Primeiros registros 
Os primeiros registros brasileiros de raios foram realizados por dois jesuítas, na cidade do Rio de Janeiro, no ano de 1780, mas sem resultados efetivos. Algum tempo depois, em 1850, as pesquisas foram novamente incentivadas, graças a Dom Pedro II, que era fascinado pelos estudos relativos a raios.
Mais de um século depois, os estudos voltaram a ser retomados de forma mais aprofundada pelo Inpe. Entre 1979 e 1995, o instituto lançou na Região Sudeste do País balões na atmosfera para medir a carga elétrica das nuvens e dos relâmpagos. Esses balões, feitos de plástico resistente o suficiente para suportar a radiação ultravioleta do Sol, tinham o tamanho equivalente a um prédio de 20 andares. Nos primeiros experimentos, os balões comportavam apenas sensores, que objetivavam medir as cargas elétricas dentro das nuvens e dos relâmpagos. Os dados foram captados por circuitos eletrônicos e transformados em sinais. Após a codificação, os sinais foram gravados em microcomputadores para análises posteriores.
Em 1994, os balões foram lançados contendo câmera de vídeo e uma máquina fotográfica, tornando possível registrar com imagens o que acontece ao redor do balão. Entre as constatações, um curioso dado foi observado: 20% a 30% dos raios que atingem a Região Sul têm carga positiva. Esse valor é o dobro do percentual médio de raios com carga positiva que atinge todo o planeta. Vale ressaltar que os raios com carga positiva são mais destrutivos devido à sua força e por terem uma duração maior, quando comparados aos raios negativos. Uma possível explicação, segundo o Inpe, para a grande quantidade de raios com carga positiva é a alta concentração de nuvens que vêm da região da Antártica em direção ao Brasil.
Outra descoberta importante diz respeito às nuvens, que são mais complexas do que se imaginava. Elas seriam formadas por diversas camadas de cargas, tendo, geralmente, base negativa e topo positivo. Como funciona? As descargas atmosféricas têm duas características principais: a intensa luz que marca sua passagem no céu e o som provocado pela expansão do ar aquecido, conhecido como trovão. A descarga atmosférica ocorre em um tipo especifico de nuvem, a chamada “cumulonimbo” – nuvem gigante que concentra em sua parte inferior cargas negativas e no seu topo cargas positivas. Essas nuvens têm um diferencial: são verticalmente mais extensas, se formam a dois quilômetros de altura do solo e se estendem em alguns casos até 20 quilômetros para cima.
1.3 Formação
A formação do raio acontece porque o ar quente e úmido que está no solo sobe para a atmosfera e durante essa travessia ele esfria, transformando-se em água e, posteriormente, em gelo. Sendo mais pesado que o ar, o granizo cai, mas até sua chegada ao solo ele se choca com outras partículas menores. Esse “choque” faz com que os granizos e os cristais de gelo fiquem eletricamente carregados. E, neste momento, ocorre outra divisão: os granizos que ficam com cargas negativas vão para a base da nuvem enquanto os cristais de gelo, que ficam com cargas positivas, vão para o topo da nuvem. No momento em que a quantidade de carga atinge uma alta concentração, ocorre o relâmpago (o clarão). Até esse momento tudo aconteceu dentro da nuvem, mas há uma parte dessa descarga elétrica que ocorre fora dela em direção ao solo. Antes de atingi-lo, cerca de 50 metros do chão, outra descarga elétrica positiva sai do solo em direção à nuvem e esse encontro, que dura cerca de 20 milésimos de segundo, gera a luz intensa que se forma no céu, que tem duração de 70 milionésimos de segundo. O raio gera uma diferença de tensão entre a nuvem e o solo de milhões de volts, alcançando 30.000 °C e pode trazer efeitos devastadores para a região atingida
1.4 Consequências
A probabilidade de uma pessoa ser atingida por um raio é a mesma de se acertar no jogo da Mega Sena, isto é, de uma em um milhão. Na última década, o maior índice de mortes ocasionadas por descargas elétricas aconteceu em 2001, com 193 vítimas, e o menor ocorreu em 2004, com 93 casos. Recentemente, em 2009, foram registradas 131 mortes ocasionadas pelas descargas atmosféricas. Na opinião do coordenador do grupo de eletricidade atmosférica (Elat), Osmar Pinto Junior, 90% das mortes poderiam ter sido evitadas se as pessoas conhecessem as formas de proteção contra os raios e não subestimassem seu poder.
Em um documentário produzido pelo Discovery Channel, a especialista em acidentes com raios, a Dra. Mary Ann Cooper explica como ocorrem os acidentes fatais envolvendo os raios.A morte é causada por uma parada cardíaca no momento em que a pessoa é atingida pelo raio. “Até onde sabemos, o que acontece quando um raio atinge uma pessoa é que ele desce pelo ar, vê a pessoa como um tipo diferente de resistor, de objeto, passa por essa pessoa em uma fração de segundo e faz um clarão do lado de fora quase como uma explosão, isto é, a maior parte da energia passa provavelmente em volta da pessoa e não através dela”.
Para quem sobrevive ao impacto do raio fica a sensação de dormência e formigamento em algumas partes do corpo, como as pernas. “Frequentemente, a vítima acorda depois de ser atingida, ainda na área do acidente, e não pode se mover porque suas extremidades inferiores ficam paralisadas. Suas pernas, às vezes um braço ou ambos, ficam assim por um determinado período. Eles também podem relatar dor, dormência, formigamento, esse tipo de coisa. Isso provavelmente devido ao ferimento nervoso parassimpático”, esclarece a Dra. Mary Ann Cooper. Problemas como falta de equilíbrio, mudanças de humor e falta de memória podem ser uma das sequelas deixadas pelo raio.
Um alvo frequente das descargas atmosféricas são os campos de futebol. Historicamente, há diversos relatos de acidentes envolvendo o fenômeno. Em 1998, por exemplo, durante uma partida de futebol na República do Congo, na África, 11 jogadores de uma mesma equipe foram mortos ao serem atingidos por um raio. A comunidade comentou na época que os raios foram causados por bruxaria, já que nenhum jogador da equipe adversária foi atingido. Trinta espectadores também morreram queimados pelo raio que caiu no estádio de Bena Tshadi, na província de Kasai Ocidental. O jogo acabou empatado em 1 a 1.
Em 2008 aqui no Brasil, o zagueiro Gilvan, do Novo Horizonte, foi atingido por um raio em partida válida pelo campeonato goiano. Ele teve os primeiros atendimentos ainda no campo, por conta de dores nas pernas e com disritmia cardíaca. Foi levado para o hospital onde ficou em observação e depois liberado. A mesma sorte não teve o árbitro Celestino Cicotti Junior, que faleceu, em fevereiro de 2008, ao ser atingido por um raio, logo após apitar o gol da equipe de Monte Aprazível. Alguns jogadores chegaram a cair no chão devido à forte descarga. Na Dinamarca, em 2009, o jogador Jonathan Richter, de 24 anos, teve a perna amputada após ser atingido por um raio. Jonathan já havia sido atingido por um raio durante um jogo contra os reservas, semanas antes. Quem foi que disse que raio não cai duas vezes no mesmo lugar?
Curiosidade: A cada 50 mortes causadas por raios no mundo, uma é no Brasil, o país campeão mundial em incidência do fenômeno.
1.5 Benefícios
Engana-se quem pensa que o raio ofereça apenas destruição. O químico norte-americano Stanley Miller demonstrou, em 1953, que os raios tenham formado, na atmosfera primordial, os primeiros aminoácidos, estrutura indispensável à formação da vida em nosso planeta. Ou seja, não fossem as descargas atmosféricas, talvez você não estaria lendo este trabalho agora.
Além disso, outra vantagem dos raios está no fato de eles quebrarem as moléculas de nitrogênio e oxigênio, que se recombinam formando o óxido de nitrogênio, o qual, levado pela chuva para o solo, atua como fertilizante. Outra parte desse óxido de nitrogênio em reação com outras partículas mantém o equilíbrio da camada de ozônio. Se as descargas atmosféricas não existissem, esse equilíbrio seria abalado, deixando a camada de ozônio mais vulnerável e, consequentemente, aumentando a intensidade dos raios ultravioleta.
1.6 A influência dos raios no setor elétrico
A incidência dos raios tende a aumentar nos próximos anos e o setor elétrico será um dos possíveis setores a enfrentar as consequências dessa tendência. Isso porque o aumento de tempestades e, consecutivamente, das descargas atmosféricas podem provocar grandes transtornos na rede elétrica, como desligamento de linhas de transmissão e danos a equipamentos, sobretudo, transformadores de distribuição. Segundo apontamentos do Inpe, no Brasil, cerca de 70% dos desligamentos na transmissão e 40% na distribuição são provocados por raios. “Nos últimos cinco anos, as tempestades que ocorreram em São Paulo, Taubaté, Mogi das Cruzes, Belo Horizonte, Vitória e Rio de Janeiro, entre muitas outras cidades, registraram mais de 1.000 raios em uma hora”, afirmou o coordenador do Elat, Osmar Pinto Junior.
Geralmente, o desligamento da linha de transmissão ocorre devido ao impacto direto da descarga sobre uma fase da linha, produzindo a quebra do isolamento e um curto-circuito na forma de um arco. “Isso ocorre porque 99% das redes brasileiras são aéreas e, desta forma, estão completamente expostas às condições climáticas”, acrescentou o especialista.
2. DESCARGAS ATMOSFÉRICAS NO BRASIL
Atualmente, o Brasil é o país que apresenta o maior índice de raios por ano, cerca de 60 milhões, especialmente na estação mais quente do ano, entre os meses de dezembro e março. A justificativa pode estar associada à grande extensão territorial e ao fato de estar próximo à linha do Equador.
Um levantamento realizado pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe) entre 1998 e 2008 detectou que houve um aumento de 18% na incidência de raios no País e a tendência é que esse número aumente. Nesse sentido, um estudo iniciado em 2009, com previsão de término para 2013 pelo Grupo de Eletricidade Atmosférica (Elat) aponta que o aumento dos raios pode estar relacionado ao aquecimento global. Durante o século XX, a temperatura média do planeta aumentou 0,5 °C e, para o século XXI, a estimativa é que aumente de 2 °C a 4 °C. Esse salto na temperatura deve-se à quantidade de gás carbônico emitida na atmosfera, que impede a passagem da radiação solar rumo ao solo, provocando o efeito estufa. Se a temperatura do planeta continuar elevada, estima-se que o número de relâmpagos tenha um aumento de 10% a 20%.
Ainda não se sabem quais os mecanismos que possam influenciar no aumento dos relâmpagos, mas de certa forma a atividade solar altera a temperatura na estratosfera (segunda camada da atmosfera) que poderia ter impacto direto na formação das tempestades.
3. PARA RAIOS
O para-raios foi inventado por Benjamin Franklin em 1752, quando fez uma perigosa experiência utilizando um fio de metal  para empinar uma pipa de papel e observou que a carga elétrica  dos raios descia pelo dispositivo. Provou também que hastes de metal, quando em contato com a superfície terrestre poderiam servir como condutores elétricos, inventando assim, o para-raios.
Um para-raios é uma haste de metal pontiaguda que é conectada a cabos de cobre ou de alumínio de pequena resistividade que vão até o solo.
3.1 Funcionamento
Os para raios são compostos por sistema de captação, sistema de descidas, sistemas de aterramentos e funcionam da  seguinte  forma: O sistema de captação dos para raios, como o próprio nome diz, tem a função de captar (interceptar) a  corrente elétrica  atmosférica (raios), e conduzi-la para os sistemas  de descidas, que distribuem a corrente elétrica, e as envia para os sistemas de  aterramento que irão se encarregar de dissipá-la, no solo, de forma segura.
Analogamente os para raios são como os telhados das casas que conduzem a agua para as calhas que por sua vez também as conduz para os esgotos para evitar inundações, protegendo dessa forma os objetos e pessoas dento do local.
3.2 Tipos
Os para raios podem ser:
● Gaiola de faraday
● Captor franklin sobre mastro
● Captor franklin sobre postes
● Estrutural
4. SISTEMAS DE PARA-RAIOS
4.1 Subsistema de Captação
 O captor é definido de acordo com o tamanho da edificação. Mas, muitas vezes já existe uma estrutura metálica que pode ser usada como para raio, como é o caso de chaminés, escadas, heliporto, telhas de metal, mastros de antena, etc. Para casos assim a pessoa responsável apenas conecta esse sistema a outro subsistema de descida e aterramento. Para prédios com mais de 10 metros, é preciso ter um cabo em torno do perímetro paracomplementar o para raio, conforme determinação da norma.
4.2 Subsistema de Descida
 Podem ser feitos com cabos de cobre nú com um tamanho específico, para os casos em que a edificação possui até 20 metros de altura. Caso o prédio seja maior que isso, o cabo de cobre deve ter um tamanho maior, de acordo com a NBR 5419:05. Os pilares de estruturas metálicas podem substituir o cobre na descida do para raio.
 
4.3 Subsistema de Aterramento
 Esse subsistema pode ser feito com colunas e alicerces do local onde o para raio será instalado. Um sistema de aterramento trata-se de uma viga na terra que é conectado a um fio que percorre a casa.
CONCLUSÃO
Diante do trabalho apresentado, podemos concluir que as descargas elétricas podem acarretar graves danos, e devido a esse problema criou-se o para raios, que é de extrema importância, tanto para proteger eletrodomésticos como para nossa proteção individual, sendo de igual importância a norma regulamentadora que define suas regras de instalação, para que se possa ter maior segurança e confiabilidade em sua eficácia.
REFERÊNCIAS
Cultura Aeronáutica. Mistérios das descargas elétricas atmosféricas. Disponível em
http://culturaaeronautica.blogspot.com.br/2010/05/misterios-das-descargaseletricas.html Acesso em 21 de setembro 2014.
Grupo de eletricidade atmosférica. Cartilha de proteção contra raios. Disponível em
http://www.inpe.br/webelat/homepage/menu/protecao/cartilha.de.protecao.contra.raios.php Acesso em 21 de setembro de 2014.
JR consultoria em segurança. Proteção Contra Descaga Atmosférica. Disponível em  http://www.aterramentoeletrico.com.br/ Acesso em 21 de setembro de 2014.
MAIA, Grasiele. Desvendando os fascínios do raio. Disponível em http://www.osetoreletrico.com.br/web/publicidade/496-desvendando-os-fascinios-do-raio.html Acesso em 21 de setembro 2014.
Termotécnica. NBR 5419. Disponível em http://www.tel.com.br/informacoes-tecnicas/normas-sobre-spda/nbr-5419/ Acesso em 21 de setembro de 2014.