Apresentação NBR5419 Final

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NBR5419 -Proteção contra descarga atmosférica
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DE GOIÁS
Hiago Vinicius
Thatielly
Goiânia-GO 
 2018
Estrutura
Ameaça de descargas atmosférica
Parte 1
Princípios gerais
Apresenta informações relativas aos efeitos das descargas, valores de corrente de descargas, valores de corrente de descarga, parâmetros de ensaios para simular corrente de descarga, etc.
Riscos associados a descarga 
Parte 2
Gerenciamento de risco
Apresenta informações relativas ao gerenciamento de risco, tais como: os parâmetros e a forma de calcular o risco devido as descargas atmosféricas.
Danos físicos as estruturas e perigos a vida
Parte 3
Apresenta dados sobre a classe de proteção, distância entre descidas, seção dos condutores, aterramento, captores e tipos de SPDA.
Sistemas elétricos e eletrônicos internos a estrutura
Parte 4
Apresenta dados sobre o uso do DPS nas estruturas e as zonas de proteção.
NBR5419 -Proteção contra descarga atmosférica.
 Parte 1: Princípios gerais
Danos a estrutura
	Efeitos das descargas atmosféricas sobre uma estrutura
 a) construção (por exemplo, madeira, alvenaria, concreto, concreto armado, estrutura em aço);  
b) função (residência, escritório, comércio, rural, teatro, hotel, escola, hospital, museu, igreja, prisão, shopping center, banco, fábrica, área industrial, área de práticas esportivas); 
 c) ocupantes e conteúdos (pessoas e animais, presença ou não de materiais combustíveis ou explosivos, sistemas elétricos e eletrônicos de baixa tensão ou alta tensão); 
 d) linhas elétricas e tubulações metálicas que adentram a estrutura (linhas de energia, linhas de sinal, tubulações);  
e) medidas de proteção existentes ou providas (por exemplo, medidas de proteção para reduzir danos físicos e risco à vida, medidas de proteção para reduzir falhas em sistemas internos);  
f) dimensão do risco (estrutura com dificuldade de evacuação ou estrutura na qual pode haver pânico, estrutura perigosa às redondezas, estrutura perigosa ao ambiente).
Medidas de proteção
Medidas de proteção para reduzir danos a pessoas devido a choque elétrico 
São possíveis as seguintes medidas de proteção: 
 a) isolação adequada das partes condutoras expostas; 
 b) equipotencialização por meio de um sistema de aterramento em malha; 
 c) restrições físicas e avisos;  
d) ligação equipotencial para descargas atmosféricas (LE)
Medidas de proteção para redução de danos físicos 
A proteção é alcançada por meio de um sistema de proteção contra descargas atmosféricas (SPDA) o qual inclui as seguintes características:  
subsistema de captação;  
b) subsistema de descida;  
c) subsistema de aterramento;  
d) equiponcialização para descargas atmosféricas (EB);  
e) isolação elétrica (e daí a distância de segurança)
Medidas de proteção para redução de falhas dos sistemas elétricos e eletrônicos 
Medidas de proteção contra surtos (MPS) possíveis:  
medidas de aterramento e equipotencialização;  
b) blindagem magnética; 
 c) roteamento da fiação;  
d) interfaces isolantes; 
 e) sistema de DPS coordenado.
			As medidas acima compõem o sistema completo de proteção contra descargas atmosféricas
Zonas de proteção contra descarga atmosférica (ZPR)
Níveis de proteção contra descargas atmosféricas (NP) 
	Níveis de proteção contra descargas atmosféricas (NP) 
Para efeitos da ABNT NBR 5419, são considerados quatro níveis de proteção contra descargas atmosféricas (I a IV). Para cada NP, é fixado um conjunto de parâmetros máximos e mínimos das correntes das descargas atmosféricas.
Informações de corrente de descarga em função do nível de proteção (NP):
Nível de proteção
Primeiro impulso positivo
Corrente de Pico
I (KA)
Primeiro impulso negativo
Corrente de pico
I (KA)
Impulso subsequente
Corrente de pico
I (KA)
I
200
100
50
II
150
75
37,5
III
100
50
25
IV
100
50
25
Os parâmetros de corrente de descarga atmosférica na ABNT 5419 são baseados nos resultados do Comitê Internacional de Produção e Transmissão de Energia Elétrica (CIGRE). Os valores desses parâmetros são estatísticos e em distribuição logarítmica normal.
Tabela 1
Critérios de interceptação
NP
 
Símbolo
Unidade
I
II
III
IV
Corrente de pico mínima
/
KA
3
5
10
16
Raio da esfera rolante
r
m
20
30
45
60
Das distribuições estatísticas, pode ser determinada uma probabilidade ponderada, tal que os parâmetros das correntes das descargas atmosféricas são menores que os valores máximos e respectivamente maiores que os valores mínimos definidos para cada nível de proteção.
Valores mínimos dos parâmetros das descargas atmosféricas e respectivos raios da esfera 
rolante, correspondentes aos níveis de proteção (NP) 
Tabela 2
Assume-se que a eficiência de uma medida de proteção é igual à probabilidade com a qual os parâmetros das correntes das descargas estão dentro da meta
Eficiência de um sistema de aterramento
Probabilidade
de que os
parâmetros da corrente sejam:
Nível I
Nível II
Nível III
Nível IV
menores que os máximos valores definidos na Tabela 1
99%
98%
95%
95%
maiores que os mínimos valores definidos na Tabela 2
99%
97%
91%
84%
Eficiência da
medida de
proteção
99%
97%
91%
84%
Anexo A (informativo) Parâmetros da corrente das descargas atmosféricas
Anexo B (informativo) Equação da corrente da descarga atmosférica em função do tempo para efeito de análise
Anexo C (informativo) Simulação da corrente da descarga atmosférica com a finalidade de ensaios
Anexo D (informativo) Parâmetros de ensaio para simular os efeitos da descarga atmosférica sobre os componentes do SPDA
Anexo E (informativo) Surtos devido às descargas atmosféricas em diferentes pontos da instalação
NBR5419 -Proteção contra descarga atmosférica.
Parte 2: Gerenciamento de risco
Apresenta os critérios para gerenciamento do risco e para escolha das medidas de proteção mais adequadas. Nessa nova norma foi dedicado uma parte apenas para o gerenciamento e cálculo do risco de forma mais abrangente.
Os perigos para uma estrutura pode resultar em:
Danos à estrutura e ao seu conteúdo.
Falhas ao sistema eletroeletrônicos associados.
Ferimentos a seres vivos dentro ou perto das estruturas.
O risco definido pelo NBR 5419-2 como provável perda média anual em uma estrutura devido às descargas atmosféricas, depende de:
Número anual de descargas atmosféricas que influenciam a estrutura.
A probabilidade de dano por uma das descargas atmosféricas que influenciam.
A quantidade média das perdas causadas.
Riscos
		O risco, R, é um valor relativo a uma provável perda anual média. Para cada tipo de perda que pode aparecer na estrutura, o risco resultante deve ser avaliado.
Os riscos a serem avaliados em uma estrutura devem ser como a seguir:
R1: risco de perda de vida humana (incluindo ferimentos permanentes);
R2: risco de perda de serviço ao público;
 R3: risco de perda de patrimônio cultural;
R4: risco de perda de valores econômicos.
		Para avaliar os riscos, R, os relevantes componentes de risco (riscos parciais que dependem da fonte e do tipo de dano) devem ser definidos e calculados.
		Cada risco, R, é a soma dos seus componentes de risco. Ao calcular um risco, os componentes de risco podem ser agrupados de acordo com as fontes de danos e os tipos de danos.
Composição dos componentes de risco
Os componentes de risco a serem considerados para cada tipo de perda na estrutura são a) R1: Risco de perda de vida humana:
R1= RA1+ RB1+ RC1 1 + RM1 1 + RU1 + RV1 + RW1 1 + RZ1 1 (1)
	Somente para estruturas com risco de explosão e para hospitais com equipamentos elétricos para salvar vidas ou outras estruturas quando a falha dos sistemas internos imediatamente possa por em perigo a vida humana.
	b) R2: Risco de perdas de serviço ao público:
R2 = RB2 + RC2 + RM2 + RV2 + RW2 + RZ2 (2)
	c) R3: Risco de perdas de patrimônio cultural:
R3 = RB3 + RV3 (3)
	d)
R4: Risco de perdas de valor econômico:
R4= RA4 2 + RB4 + RC4 + RM4 + RU4 2 + RV4 + RW4 + RZ4 (4)
	 Somente para propriedades onde animais possam ser perdidos.
Procedimento básico
a) identificação da estrutura a ser protegida e suas características;
b) identificação de todos os tipos de perdas na estrutura e os correspondentes riscos relevantes (R1 a R4);
c) avaliação do risco R para cada tipo de perda R1 a R4;
d) avaliação da necessidade de proteção, por meio da comparação dos riscos R1, R2 e R3 com os riscos toleráveis RT;
e) avaliação da eficiência do custo da proteção pela comparação do custo total das perdas com ou sem as medidas de proteção. Neste caso, a avaliação dos componentes de risco R4 deve ser feita no sentido de avaliar tais custos.
Estrutura a ser considerada para análise de risco
A estrutura a ser considerada inclui:
a) a própria estrutura;
b) as instalações na estrutura;
c) o conteúdo da estrutura;
d) as pessoas na estrutura ou nas zonas até 3 m para fora da estrutura;
e) o meio ambiente afetado por danos na estrutura.
A proteção não inclui as linhas conectadas fora da estrutura.
A decisão de prover uma proteção contra descarga atmosférica pode ser tomada independente do resultado da análise de risco!
		De acordo com ABNT NBR 5419-1, os riscos R1, R2 e R3 devem ser considerados na avaliação da necessidade da proteção contra as descargas atmosféricas.
Para cada tipo de risco a ser considerado, os seguintes passos devem ser tomados:
a) identificação dos componentes RX que compõe o risco;
b) cálculo dos componentes de risco identificados RX;
c) cálculo do risco total R (ver 4.3);
d) identificação dos riscos toleráveis RT;
e) comparação do risco R com o valor do risco tolerável RT.
Se R ≤ RT, a proteção contra a descarga atmosférica não é necessária.
Se R > RT, medidas de proteção devem ser adotadas no sentido de reduzir R ≤ RT para todos os riscos aos quais a estrutura está sujeita.
Seleção da medida de proteção
NBR5419 -Proteção contra descarga atmosférica.
Parte 3: Danos físicos a estrutura e riscos à vida.
Parte 3
		As características do SPDA são determinadas pela características da estrutura a ser protegida e pelo nível de proteção considerado.
		Esta parte da norma define os níveis de proteção, associa os materiais necessários para o nível de proteção adequado nos subsistemas de descidas, captação, aterramento e define os tipos de métodos de SPDA.
Cada classe de SPDA é caracterizada pelo seguinte:
a) dados dependentes da classe de SPDA:
—— parâmetros da descarga atmosférica;
—— raio da esfera rolante, tamanho da malha e ângulo de proteção ;
—— distâncias típicas entre condutores de descida e dos condutores em anel;
—— distância de segurança contra centelhamento perigoso ;
—— comprimento mínimo dos eletrodos de terra .
b) fatores não dependentes da classe do SPDA:
—— equipotencialização para descargas atmosféricas ;
—— espessura mínima de placas ou tubulações metálicas nos sistemas de captação;
—— materiais do SPDA e condições de uso ;
—— materiais, configuração e dimensões mínimas para captores, descidas e eletrodos de aterramento;
—— dimensões mínimas dos condutores de conexão .
Componentes
Projeto do SPDA
		Quanto maior for a sintonia e a coordenação entre os projetos e execuções das estruturas a serem protegidas e do SPDA, melhores serão as soluções adotadas possibilitando otimizar custo dentro da melhor solução técnica possível. Preferencialmente, o próprio projeto da estrutura deve viabilizar a utilização das partes metálicas desta como componentes naturais do SPDA.
Sistema externo de proteção contra descargas atmosféricas
Aplicação de um SPDA externo
		O SPDA externo é projetado para interceptar as descargas atmosféricas diretas à estrutura, incluindo as descargas laterais às estruturas, e conduzir a corrente da descarga atmosférica do ponto de impacto à terra. O SPDA externo tem também a finalidade de dispersar esta corrente na terra sem causar danos térmicos ou mecânicos, nem centelhamentos perigosos que possam iniciar fogo ou explosões.
Escolha de um SPDA externo
		Na maioria dos casos, o SPDA externo pode incorporar partes da estrutura a ser protegida. Um SPDA externo isolado deve ser considerado quando os efeitos térmicos e de explosão no ponto de impacto, ou nos condutores percorridos pela corrente da descarga atmosférica, puderem causar danos à estrutura ou ao seu conteúdo. Exemplos típicos incluem estruturas com paredes ou cobertura de material combustível e áreas com risco de explosão e fogo.
Uso de componentes naturais
		Componentes naturais feitos de materiais condutores, os quais devem permanecer dentro ou na estrutura definitivamente e não podem ser modificados, por exemplo, armaduras de aço interconectadas estruturando o concreto armado, vigamentos metálicos da estrutura etc., podem ser utilizados como componente natural do SPDA. Outros componentes metálicos que não forem definitivos à estrutura devem ficar dentro do volume de proteção ou incorporados complementarmente ao SPDA.
Subsistemas de captação
Subsistemas de captação podem ser compostos por qualquer combinação dos seguintes elementos:
hastes (incluindo mastros);
condutores suspensos;
condutores em malha.
		O correto posicionamento dos elementos captores e do subsistema de captação é que determina o volume de proteção.
	Captores individuais devem ser interconectados ao nível da cobertura para assegurar a divisão de corrente em pelo menos dois caminhos.
		Componentes do subsistema de captação instalados na estrutura devem ser posicionados nos cantos salientes, pontas expostas e nas beiradas (especialmente no nível superior de qualquer fachada) de acordo com um ou mais dos seguintes métodos.
Métodos aceitáveis a serem utilizados na determinação da posição do subsistema de captação incluem:
a) método do ângulo de proteção;
b) método da esfera rolante;
c) método das malhas.
Captores para descargas laterais de estruturas altas
Estruturas até 60 m de altura
		Pesquisas indicam que a probabilidade do impacto de descargas atmosféricas de baixa amplitude na fachada de estruturas menores de 60 m de altura são suficientemente baixas podendo ser desconsideradas. Telhados e saliências horizontais devem ser protegidos de acordo com a classe do SPDA determinada pela avaliação de risco da ABNT NBR 5419-2.
Estruturas acima de 60 m de altura
		Em estruturas com altura superior a 60 m, descargas laterais podem ocorrer, especialmente em pontas, cantos e em saliências significativas, como: varandas, marquises etc.
Construção
Captores de um SPDA não isolado da estrutura a ser protegida podem ser instalados como a seguir:
a) se a cobertura é feita por material não combustível, os condutores do subsistema de captação podem ser posicionados na superfície da cobertura;
b) se a cobertura for feita por material prontamente combustível, cuidados especiais devem ser tomados em relação à distância entre os condutores do subsistema de captação e o material. Para coberturas de sapé ou palha onde não sejam utilizadas barras de aço para sustentação do material, uma distância não inferior a 0,15 m é adequada. Para outros materiais combustíveis, 0,10 m;
c) partes facilmente combustíveis da estrutura a ser protegida não podem permanecer em contato direto com os componentes de um SPDA externo e não podem ficar abaixo de qualquer componente metálico que possa derreter ao ser atingido pela descarga atmosférica.Devem ser considerados componentes menos combustíveis como folhas de madeira.
Componentes naturais
As seguintes partes de uma estrutura podem ser consideradas como captores naturais e partes
de um SPDA:
chapas metálicas cobrindo a estrutura a ser protegida:
b) componentes metálicos da construção da cobertura (treliças, ganchos de ancoragem, armadura de aço da estrutura etc.), abaixo de cobertura não metálica, desde que esta possa ser excluída do volume de proteção;
c) partes metálicas, como as ornamentações, grades, tubulações,
coberturas de parapeitos etc., que estejam instaladas de forma permanente;
d) tubulações metálicas e tanques na cobertura, desde que eles sejam construídos de material com espessuras e secções transversais de acordo com esta norma.
e) Tubulações metálicas e tanques contendo misturas explosivas ou prontamente combustíveis, desde que elas sejam construídas de material com espessura não inferior aos valores apropriados.
Subsistema de descida
Geral
		Com o propósito de reduzir a probabilidade de danos devido à corrente da descarga atmosférica fluindo pelo SPDA, os condutores de descida devem ser arranjados a fim de proverem:
a) diversos caminhos paralelos para a corrente elétrica;
b) o menor comprimento possível do caminho da corrente elétrica;
c) a equipotencialização com as partes condutoras de uma estrutura.
Posicionamento para um SPDA isolado
O posicionamento das descidas deve obedecer ao seguinte:
a) se os captores consistirem em hastes em mastros separados (ou um mastro) não metálicos nem interconectados às armaduras, é necessário para cada mastro pelo menos um condutor de descida. Não há necessidade de condutor de descida para mastros metálicos ou interconectados às armaduras;
b) se os captores consistem em condutores suspensos em catenária (ou um fio), pelo menos um condutor de descida é necessário em cada suporte da estrutura;
c) se os captores formam uma rede de condutores, é necessário pelo menos um condutor de descida em cada suporte de terminação dos condutores.
Posicionamento para um SPDA não isolado
		Para cada SPDA não isolado, o número de condutores de descida não pode ser inferior a dois, mesmo se o valor do cálculo do perímetro dividido pelo espaçamento para o nível correspondente resultar em valor inferior. No posicionamento, utilizar o espaçamento mais uniforme possível entre os condutores de descida ao redor do perímetro.
Subsistema de aterramento
		Quando se tratar da dispersão da corrente da descarga atmosférica (comportamento em alta frequência) para a terra, o método mais importante de minimizar qualquer sobretensão potencialmente perigosa é estudar e aprimorar a geometria e as dimensões do subsistema de aterramento. Deve-se obter a menor resistência de aterramento possível, compatível com o arranjo do eletrodo, a topologia e a resistividade do solo no local. Sob o ponto de vista da proteção contra descargas atmosféricas, uma única infraestrutura de aterramento integrada é preferível e adequada para todos os propósitos, ou seja, o eletrodo deve ser comum e atender à proteção contra descargas atmosféricas, sistemas de energia elétrica e sinal (telecomunicações, TV a cabo, dados etc.).
Componentes
		Componentes de um SPDA devem suportar os efeitos eletromagnéticos da corrente de descarga atmosférica e esforços acidentais previsíveis sem serem danificados. Devem ser fabricados com os materiais listados na Tabela apresentada a seguir ou com outros tipos de materiais com características de comportamento mecânico, elétrico e químico (relacionado à corrosão) equivalente.
Fixação
		Elementos captores e condutores de descidas devem ser firmemente fixados de forma que as forças eletrodinâmicas ou mecânicas acidentais (por exemplo, vibrações, expansão térmica etc.) não causem afrouxamento ou quebra de condutores.
		A fixação dos condutores do SPDA deve ser realizada em distância máxima assim compreendida:
a) até 1,0 m para condutores flexíveis (cabos e cordoalhas) na horizontal;
b) até 1,5 m para condutores flexíveis (cabos e cordoalhas) na vertical ou inclinado;
c) até 1,0 m para condutores rígidos (fitas e barras) na horizontal;
d) até 1,5 m para condutores rígidos (fitas e barras) na vertical ou inclinado.
		O número de conexões ao longo dos condutores deve ser o menor possível. Conexões devem ser feitas de forma segura e por meio de solda elétrica ou exotérmica e conexões mecânicas de pressão (se embutidas em caixas de inspeção) ou compressão.
Materiais e dimensões
Materiais
		Materiais e suas dimensões devem ser escolhidos tendo em mente a possibilidade de corrosão tanto da estrutura a ser protegida quanto do SPDA.
Dimensões
		Configurações e áreas de seção mínima dos condutores dos subsistemas de captação e de descida são dadas na Tabela abaixo:
NBR5419 -Proteção contra descarga atmosférica, Parte 4, Sistemas elétricos e eletrônicos internos a estrutura.
Projeto e instalação das medidas de proteção contra surtos (MPS)
Princípios gerais:
=> Sistemas elétricos e eletrônicos sujeitos a danos devidos a impulsos eletromagnéticos causados pelas descargas atmosféricas (LEMP).
=> Proteção baseada no conceitos de zonas de proteção contra raios (ZPR)
=>Estas zonas são teoricamente associadas a parte do espaço onde a severidade do LEMP é compatível com a suportabilidade dos sistemas internos existentes.
Princípios gerais para a divisão de diferentes ZPR 
Exemplos de projeto de MPS
	Medidas básicas contra LEMP incluem os seguintes itens:
Aterramento e equipotencialização;
Blindagem magnética e roteamento das linhas;
Coordenação de DPS;
Interfaces isolantes;
 
Equipotencialização de um sistema
		A regularidade das inspeções é condição fundamental para a confiabilidade de um SPDA.
		O responsável pela estrutura deve ser informado de todas as irregularidades observadas por meio de relatório técnico emitido após cada inspeção periódica. Cabe ao profissional emitente da documentação recomendar, baseado nos danos encontrados, o prazo de manutenção no sistema, que pode variar desde “imediato” a “item de manutenção preventiva”.
Fim!