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Apresentação SPDA

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SPDA - SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS
O que é um raio?
Os raios são descargas elétricas que ocorrem quando as nuvens se carregam eletricamente. São vistos através de trajetórias irregulares e ramificadas com aproximadamente 2 a 5 cm. Para que tal descarga aconteça é necessário que o solo tenha carga elétrica oposta à contida nas nuvens, pois dessa forma ocorre a atração entre elas e por fim a descarga é liberada pela nuvem. (Gabriela Cabral) 
Índices de Descarga Atmosféricos no Brasil
De acordo com pesquisadores do INEP - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, Manaus é a cidade com maior numero de mortos por raio no Brasil entre 2000 e 2013 foram 13 mortes. O Rio Grande do Sul é o estado com maior concentração de raios e tem os raios mais destrutivos do país. Sergipe tem a menor concentração e menor numero absoluto de raios do país. Porto Real, Rio de Janeiro é a cidade com maior concentração de raios do país, são quase 20 raios por km² por ano. A cidade de São Paulo ocupa o primeiro lugar no sudeste, com 20 mil raios por ano.
Importância de uma norma Regulamentadora Brasileira 
O Brasil é um país onde ocorre uma enorme quantidade de descargas elétricas, que gera inúmeros danos a toda população, o que torna fundamental a existência de normas regulamentadoras para garantir á segurança da população, determinando métodos e procedimentos para a construção e execução de sistemas SPDA. Garantindo que os profissionais responsáveis pelos sistemas tenham normas técnicas especificas para garantir que quando forem exigidos funcionaram perfeitamente de acordo com a sua especialidade. 
Imagens
Fonte: www.blog.hangar33.com.br (2018) Fonte: www.cacodarosa.com (2018) 
Locais mais evidentes para descargas atmosféricas
É importante ressaltar que nos grandes centros urbanos, com maior complexidade na relação (alteração) com o ambiente natural, geralmente encontram-se altos índices de número/densidade de descargas elétricas, sendo comumente acentuados quando comparados com as regiões periféricas, ou áreas urbanas menores. Porém, destaca-se que existem inúmeros fatores que influenciam no desenvolvimento deste fenômeno, como algumas atividades rurais, por exemplo, portanto nem sempre esta relação se faz presente (CONCEIÇÃO, Rodrigo Pucci da 1, CONCEIÇÃO, Rodrigo Pucci da,2 (2013).
O fato de grandes centros urbanos terem superfícies artificiais, grandes torres, diminuírem a vegetação e poluição do ar causam o surgimento de grandes tempestades, e consequentemente aumentando o numero de descargas elétricas em grandes cidades.
SPDA - Cálculo da Função de risco da Exposição
Densidade DAs para a terra
A densidade de descargas atmosféricas para a terra (Ng) é o número de raios para a terra por km² por ano
Ng= 0,04 x Td 1,25 [raios por Km2 /ano]
Área de exposição equivalente
A área de exposição equivalente (Ae) é a área em m2 do plano da estrutura prolongada em todas as direções, de modo a levar em conta sua altura. Os limites da área de exposição equivalente estão afastados do perímetro da estrutura por uma distância correspondente à altura da estrutura no ponto considerado.
Frequência Média Anual Prevista
A frequência média anual de descargas atmosféricas (Nd) sobre a estrutura será:
 Nd = Ng x Ae x 10-6
Índices de Ponderação
É determinado através da analises de fatores dos tópicos seguintes, cada FATOR tem números e variáveis diferentes:
FATOR A - Tipo de ocupação 
FATOR B - Tipo de estrutura
FATOR C - Conteúdo e efeitos
FATOR D - Localização da estrutura
FATOR E - Topografia da região
Avaliação Final Ndf
Os dados retirados nos índices anteriores são utilizados nessa formula:
Nd= frequência média anual prevista [desc/ano]
Definição de Necessidade do SPDA	
Proteger uma estrutura pode ser decisão do proprietário ou seguradoras pra evitar grandes prejuízos, ou, através de meios legais como código de obras. 
O Método pode vir especificado pelo código de obras ou ser um dos existentes na norma NBR5419. 
Planilhas e Softwares para Cálculo do SPDA
Softwares utilizados: 
D´Royal Eletric	
QISPDA de SPDA Estrutural
CADDPROJ Elétrica o SPDA
Níveis de proteção e Eficiência
A NBR5419 relaciona 4 níveis de proteção relacionados com as estruturas como relacionado abaixo:
Nível I – Destinado às estruturas nas quais uma falha do sistema de proteção pode causar danos às estruturas vizinhas ou ao meio ambiente. Ex.: depósitos de fogos de artificio. Eficiência – 98%
Nível II – Destinados às estruturas cujos danos em caso de falha serão elevados ou haverá destruição de bens insubstituíveis e/ou de valor histórico, mas em qualquer caso se restringirão à estrutura e seu conteúdo, EX.: Museus. Eficiência – 95%
Nível III – Destinada às estruturas de uso comum, como residências, escritórios, fábricas sem risco de explosão ou de risco,... Etc. Eficiência – 90%
Nível IV – Destinadas às estruturas construídas de material não inflamável, com pouco acesso de pessoas, e com conteúdo não inflamável. EX.: depósitos em concreto, e com conteúdo não inflamável, estoque de produtos agrícolas... Etc. Eficiência – 80%
Captores Naturais
- Qualquer elemento condutor exposto, que possa ser atingido por um raio;
- Coberturas metálicas sobre o volume a ser protegido.
Descidas 
- Resistir as esforços dinâmicos, resistir termicamente e mecanicamente as correste;
- Que não ocorram descargas laterais; 
- Não ofereça riscos às pessoas próximas;
- Ser anticorrosiva e ter resistência às intempéries do tempo.
 Indutância dos Condutores	
- Tem a função de armazenar energia em um campo magnético.
- Aumentar seção do condutor e utilizar barras chatas ou fitas.
Obs: A indutância será menor quanto maior for a relação entre a largura e a espessura.
Condutores de descida
- Todos Condutores de descida e as instalações metálicas não devem ser menores que 2m; 
- Condutores de descida não naturais tem que ser ligado através de condutores horizontais, com formatos circulares (Anéis);
- No ato da sua instalação devem ser respeitados a distancia menina de 0,5 m de portas, janelas ou quaisquer aberturas;
- Tem que estar fixado a cada metro de instalação;
- As paredes que forem construídas com material inflamável d=10cm; 
- Extremamente proibida emendas;
- Ter proteção mecânica de 2,5m acima do nível do solo;
- Em construções com concreto protendido os cabos não podem ser utilizados no SPDA, porém pode ser utilizados como descidas as barras em construções de concreto armado, desde que apresentem valores inferiores a 1Ω.
Eletrodos naturais
- As armaduras de aço com 50% de seus cruzamentos amarrados com arame recozido ou soldados;
- Construções em alvenaria barras de aço com diâmetro mínimo de 8mm;
- As armaduras das fundações devem ser interligadas com as armaduras dos pilares das estruturas.
Conexões 
- Utilizar o mínimo possível; 
- Utilizar sempre soldas exotérmicas ou elétricas, conectores de pressão ou parafusos; 
- Tem se suportar esforços térmicos e mecânicos; 
- E necessário às caixas de inspeção para as conexões que ficarem em contato com o solo
Materiais utilizados
Equalização de Potencial 
Medida necessária para a redução de riscos de incêndios, explosões e choques elétricos, dentro do volume a ser protegido.
Inspeção 
Verificar todos esses itens:
O SPDA está de acordo com o projeto;
O SPDA foi realizado de forma correta com seus comentes perfeitos, a montagem esta segura e se não a ferrugem;
O arranjo do sistema esta totalmente combatível com a resistência e a resistividade do solo;
Todas as alterações feitas devem estar interligadas ao local a ser protegido; 
Período para a Inspeção do SPDA estruturas;
-Residenciais 5 anos; 
-Estruturas com grandes concentrações públicas 3 anos; 
-Estruturas contendo munição ou explosivos 1 ano;
-Locais expostos à corrosão atmosférica 1 ano.
Métodos de Proteção
Modelo EletrogeométricoÉ baseado em métodos científicos de observação e medição dos parâmetros dos raios e ensaios de laboratórios de alta tensão, e atualmente considerado o modelo mais completo de proteção de estruturas.
Este modelo eletromagnético é o líder descendente que caminha na direção vertical em direção a terra em degraus dentro de uma esfera cujo raio depende da carga da nuvem ou da corrente do raio e será desviado da trajetória original por algum objeto aterrado.
A descarga se dará no ponto onde a esfera tocar este objeto ou na terra aquele que for primeiro alcançado pela esfera; O raio da esfera é considerado o raio de atração.
Distância de atração: Ra = 10 x I(corrente) elevada à 0,66. 
Considerando um captor como uma haste vertical de altura H sua zona de proteção será definida pela equação de uma esfera que define a superfície de proteção.
 (X-x)²+(Y-y)²= R²	
onde x e y são coordenadas de um ponto genérico da superfície, X e Y são as coordenadas do centro da esfera e R é o raio da esfera(distancia de atração) conforme figura a seguir.
Franklin 
O método baseia-se 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. 
Em 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.
Gaiola de Faraday
Neste 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.
Utiliza-se 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, que teve origem na norma inglesa BS 6651.
Vale ressaltar que não se deve colocar condutores elétricos paralelos aos condutores da malha na parte interior da estrutura e próximo aos mesmos.
 
 Fonte: http://www.teleco.com.br (2018)
Estruturas Especiais
Chaminés
As Chaminés são consideradas de grande porte quando a seção transversal de seu topo for maior que 0,30 m2 e/ou sua altura exceder 20 m.
A proteção contra corrosão nesta instalação somente deverão ser utilizados materiais nobres, como o cobre, bronze aço inox ou metal. Este requisito se aplica aos captores, condutores de descida e seus suportes, conectores e derivações. As Chaminés que ultrapassem o teto de uma estrutura em menos de 5 m requerem esta proteção somente na parte externa à estrutura. 
Os captores devem ser sólidos utilizando cobre, aço inoxidável ou metal. Tem que ser dispostos uniformemente no topo de chaminés cilíndricas, em intervalos máximos de 2,5 m ao longo do perímetro. Em chaminés de seção quadrada ou retangular, os captores não devem estar a mais de 0,6 m dos cantos, e espaçados no máximo em 2,5 m ao longo do perímetro. 
Os captores devem estar acima do topo da chaminé deve ser de no mínimo 0,5 m e no máximo 0,8 m. O diâmetro mínimo dos captores deve ser de 15 mm. 
Os captores devem ser interligados na sua extremidade inferior por um condutor formando um anel fechado em torno da chaminé.
Todas as Chaminés que possuam no topo uma cobertura de chapa de aço, eletricamente contínua e com espessura mínima de 4 mm, dispensam a instalação de captores. A cobertura de chapa de aço deve ser firmemente aparafusada com porcas ou soldada aos condutores de descida.
Antenas Externas
Elas devem estar conectadas ao SPDA por meio de solda exotérmica.
Deve ser instalada com condutor exclusivo para a antena min. 16mm 2 – cobre , é permitido utilizar condutores de descida naturais.
 Ensaios
Continuidade de Armadura
Deverá ser feita através de injeção de corrente, utilizar máquina de solda – 100ª, te u numero de exigências menor quanto a limpeza e a distância entre os 2 pontos dezenas de metros.
Efeito Pelicular
A descarga atmosférica de alta frequência periferia do condutor barra pode se soltar do concreto, a grande parte das normas exigem apenas continuidade elétrica, possibilidade de danos pequena, a norma Italiana CEI exige 0,1Ω entre 2 pontos da estrutura, IEC recomenda acompanhamento das amarrações responsáveis pela continuidade elétrica e as dificuldade para garantir continuidade elétrica e suprida com a utilização de ferragens para o SPDA.
Concreto Protendido
É proibida a utilização como parte integrante do SPDA a ruptura do aço tensionado pode trazer grandes consequências ao conjunto estrutural, quando o aço é tensionado, ele é percorrido pela corrente podendo causar danos no concreto ou rompimentos de cabos, gerando prejuízos enormes.
Sistema de Aterramento no SPDA
Esse sistema gera discursões entre engenheiros e projetistas, pois é bastante complexo e cada projeto tem sua especialidade, dependendo de inúmeros fatores como localização, concentração de pessoas tipo de estruturas, é indispensável a sua utilização em SPDA e alguns outros sistemas como linhas de transmissão. 
O sistema tem a função de proteção, realizando a canalização das cagas elétricas recebidas pelo SPDA e transmiti-las para o solo dissipando-as. A descarga atmosférica acarreta um impulso de corrente da ordem de dezenas a centenas de kA (KiloAmpères), por milionésimos de segundos, podendo causar sérios danos caso não seja conduzida de forma segura para o solo, além das tensões de passo e toque. Um dimensionamento bem elaborado deve conter a malha de aterramento (classes I e II), é imprescindível a execução prévia de uma prospecção da resistividade de solo por meio de aparelhos tipo Terrômetros. Esta prospecção é utilizada para as classes I e II ​tem como objetivo estratificar o solo em camadas e permitir o correto dimensionamento do eletrodo de aterramento.
Para que o aterramento cumpra sua função sem que se causem danos, seu dimensionamento tem que ser preciso e necessário ter para garantir a segurança tem de observar esses fatores em relação ao projeto, execução e fiscalização que destacaram algumas orientações a seguir:
Projeto – Precisa ser realizado por com uma empresa idônea, especializada e que possui o devido conhecimento da norma da ABNT NBR 5419/2015 para projetar a melhor solução de proteção e aterramento em função da disponibilidade física e dos recursos disponíveis, otimizando assim os custos de implantação.
Execução – Deve ser realizada por empresa especializada, utilizando sempre os materiais indicados no projeto em conformidade com ​as ​norma​s​, extinguindo de suas instalações cabos comerciais, hastes de baixa camada, conexões mal feitas e etc.
Fiscalização – Esta é a parte em que será possível avaliar ​a compatibilidade do projeto com a instalação, garantir que os materiais usados são normalizados e se estão de acordo com a especificação do projeto, garantindo assim o sucesso da instalação.

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