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ANÁLISE E PROPOSTA DE ADEQUAÇÃO DA PROTEÇÃO CONTRA
DESCARGAS ATMOSFÉRICAS DO IFBA – CAMPUS DE PAULO
AFONSO CONFORME A NORMA ABNT NBR 5419:2015
ADAILTON LUCAS GALINDO DE ANDRADE
Paulo Afonso 2017
INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNLOGIA DA BAHIA
DEPARTAMENTO DE ENSINO
COORDENAÇÃO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
ADAILTON LUCAS GALINDO DE ANDRADE
ANÁLISE E PROPOSTA DE ADEQUAÇÃO DA PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS DO IFBA – CAMPUS DE PAULO
AFONSO CONFORME A NORMA ABNT NBR 5419:2015
Trabalho de Conclusão de Curso (TCC) apresentado ao Instituto Federal da Bahia - IFBA, como requisito para a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Elétrica.
Orientadora: Prof.º MSc. Danielle Bandeira de M. Delgado
Paulo Afonso 2017
BIBLIOTECA CENTRAL DA FASETE – Paulo Afonso - BA
A565a Andrade, Adailton Lucas Galindo de.
Análise e proposta de adequação da proteção contra
descargas atmosféricas do IFBA-Campus de Paulo Afonso
conforme a norma ABNT NBR 5419:2015.
/Adailton Lucas Galindo de Andrade.
Paulo Afonso – BA: 2017. 91f. il.
Orientadora: MSc. Danielle Bandeira de M. Delgado.
Monografia (Graduação) – Instituto Federal da
Bahia/IFBA.
Curso: Bacharelado em Engenharia Elétrica.
1. Gerenciamento de risco 2. PDA 3. Descargas
atmosféricas 4. Danos físicos I. Título
CDD – 621.3
TERMO DE APROVAÇÃO
ADAILTON LUCAS GALINDO DE ANDRADE
ANÁLISE E PROPOSTA DE ADEQUAÇÃO DA PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS DO IFBA – CAMPUS DE PAULO AFONSO
CONFORME A NORMA ABNT NBR 5419:2015
Monografia apresentada ao curso de Engenharia Elétrica, do Instituto Federal da Bahia, como requisito à obtenção do título de graduação.
Aprovada em _____ de __________________ de 2017.
BANCA EXAMINADORA:
_________________________________________________ Prof.ª MSc. Danielle Bandeira de M. Delgado
_________________________________________________ Prof.° MSc. Lucas Tenório de Souza Silva
_________________________________________________ Prof.° Esp. Saulo Farias Alves
AGRADECIMENTOS
Primeiramente sou grato a Deus por sempre me fortalecer e ter me concebido
a determinação suficiente para conquistar os meus sonhos e objetivos.
Agradeço à minha orientadora, Danielle Bandeira de M. Delgado, pela
paciência e ensinamentos transmitidos, além dos puxões de orelha quando o prazo
do trabalho apertava.
Também agradeço ao professor Lucas Tenório de Souza Silva pela disposição
e comprometimento durante este trabalho.
Sou grato à minha família, que além de terem moldado os meus valores,
confiam e incentivam as minhas decisões.
Agradeço aos meus amigos, em especial à Patrícia, Bruna, Arthur, Eduardo e
Sávio, que sempre estiveram ao meu lado, e fizeram toda essa fase da minha vida
mais divertida.
Não poderia esquecer-me da minha namorada, Bárbara Lima Tavares, ou
carinhosamente, Binha, que me acompanhou, acalmou e incentivou durante esse
tempo, me fazendo sentir especial e recuperar a motivação quando o cansaço e a
frustração me perseguiam.
Agradeço aos funcionários e professores do campus pela disposição para
auxiliar no trabalho.
E finalmente, gostaria de agradecer aos meus colegas e amigos de curso, que
me acompanharam durante estes anos. Em especial, agradeço ao meu amigo e
mestre dos mestres, Francisco Jadilson, que me auxiliou durante todo este trabalho,
principalmente durante a coleta de dados e informações, e ao meu colega e amigo,
Fabiano Almeida, que me ajudou com a escrita do abstract deste trabalho.
RESUMO
A extensão territorial, assim como algumas peculiaridades físicas e climatológicas fazem do Brasil um dos países com maior incidência de descargas atmosféricas, tendo seu território atingido por aproximadamente 100 milhões de raios anualmente. Tais eventualidades têm como consequências danos físicos as pessoas e estruturas das edificações. Como exemplo, podem ser citados: incêndios em florestas e residências, morte de pessoas e animais, e danos a sistemas, ocasionando: colapsos nas redes de transmissão e distribuição de energia elétrica, prejuízos nos sistemas de telefonia e telecomunicações, dentre outras perdas. Este trabalho objetiva avaliar a Proteção contra Descargas Atmosféricas (PDA) do IFBA - Campus de Paulo Afonso, utilizando uma ferramenta desenvolvida para otimizar os cálculos do gerenciamento de risco e tendo como base bibliográfica a norma ABNT NBR 5419:2015, cuja atualização ocorreu depois da execução do projeto existente. Para a composição da metodologia, os dados utilizados foram coletados a partir da observação direta intensiva acerca da localização, estrutura física, instalações elétricas, entre outros, necessários para o projeto e cadastramento da proteção, sendo estes aplicados à planilha para obter o resultado da análise de risco. Além da existência de não conformidades no Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas atual, o resultado do gerenciamento de risco comprovou que a PDA da estrutura precisa ser atualizada, tanto no que se refere à eliminação das irregularidades, quanto na adoção de um sistema coordenado de Dispositivos de Proteção contra Surtos (DPS) para reduzir o risco a um valor tolerável. Palavras-chave: Gerenciamento de risco, PDA, Descargas atmosféricas, Danos físicos.
ABSTRACT
Territorial extension and some other physical and climatological peculiarities makes Brazil one of the countries with highest atmospheric discharges incidence, having its territory reached by approximately 100 million lightning annually. Such eventualities bring as consequence physical damage to people and buildings structures. As example it can be considered: forest and residential fires, people and animals death and damage to systems, leading to: transmission and distribution networks collapsing, telephone and telecommunications systems losses, inter alia. This work aims to evaluate the Protection against Atmospheric Discharge (PAD) used in IFBA - Campus of Paulo Afonso, using a tool developed to optimize risk management calculations based on ABNT NBR 5419: 2015 standard, which was updated after the existing project execution. Methodology composition was based on the data collected at an intensive and direct observation of the location, physical structure, electrical installations, inter alia, that were necessary to the project analysis and registration of the protection, being applied on the worksheet to structure the risk analysis result. In addition to nonconformities existence in the installed Atmospheric Discharge Protection System, the risk management analysis proved that the structure PAD needs to be updated, both regarding to irregularities elimination, and in the adoption of a coordinated system of Surge Protective Device (SPD) to reduce the risk to a tolerable value. Keywords: Risk management, PAD, Atmospheric Discharge, Physical Damage.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Distribuição de cargas elétricas no interior de uma nuvem. ...................... 14
Figura 2 - Formação de uma descarga atmosférica. ................................................. 14
Figura 3 - Morte de animais próximos a uma árvore que foi atingida por raio. .......... 17
Figura 4 - Danos à estrutura de uma mansão após a incidência direta de um raio... 17
Figura 5 - Ruptura de tentos em cabos OPGW devido a incidência de descarga. .... 18
Figura 6 - Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas. ............................. 23
Figura 7 - Componentes do subsistema de Captação: (a) captor Franklin com mastro;
e (b) condutor em malha. .......................................................................................... 24
Figura 8- Ângulo de proteção correspondente à classe de SPDA. ........................... 25
Figura 9 - Volume de proteção provido por um mastro. ............................................ 26
Figura 10 - Projeto do subsistema de captação conforme o método da esfera rolante.
.................................................................................................................................. 27
Figura 11 - Volume de proteção de um captor vertical quando a altura do captor é: (a)
menor que o raio R da esfera rolante; (b) maior que o raio R da esfera rolante. ...... 27
Figura 12 - Subsistema de captação método da gaiola de Faraday. ........................ 28
Figura 13 - Componentes do subsistema de Descida. .............................................. 29
Figura 14 - Componentes do subsistema de aterramento: (a) Haste com cabo de cobre
e grampo em caixa de inspeção; (b) condutores de cobre formando uma malha de
aterramento. .............................................................................................................. 30
Figura 15 - Esquemas de aterramento conforme a ABNT NBR 5410:2004: (a) TN-S;
(b) TN-C-S; (c) TN-C; (d) TT; (e) TT; (f) IT A; (g) IT B; (h) IT B.1; (i) IT B.2; (j) IT B.3.
.................................................................................................................................. 31
Figura 16 - Comprimento mínimo l1 do eletrodo de aterramento de acordo com a classe
do SPDA.................................................................................................................... 33
Figura 17 - Rede de equipotencialização interligada com o subsistema de aterramento.
.................................................................................................................................. 36
Figura 18 - Diagrama básico de ligação de um DPS trifásico. .................................. 37
Figura 19 - Coordenação entre DPS Classe I, Classe II e Classe III. ....................... 39
Figura 20 - Áreas de exposição equivalentes (AD, AM, AI, AL) ................................... 51
Figura 21 - Tabela B.2 da norma ABNT NBR 5419:2015: (a) original; e (b) após a
modificação. .............................................................................................................. 52
Figura 22 - Layout inicial com as primeiras informações solicitadas. ........................ 53
Figura 23 – Opção quanto a existência de uma estrutura Adjacente. ....................... 54
Figura 24– Opção quanto a quantidade de linhas conectadas à estrutura ou à zona.
.................................................................................................................................. 54
Figura 25 - Opção quanto a necessidade de calcular os riscos R3 e R4. ................. 55
Figura 26 - Relação entre a opção quanto a presença de animais na estrutura e o risco
R4. ............................................................................................................................. 55
Figura 27 – Relação entre a opção quanto ao risco de explosão ou de uma falha dos
sistemas internos imediatamente colocar em perigo a vida humana e o risco R1. .... 56
Figura 28 – Comentários para auxiliar o projetista na inserção das informações. .... 56
Figura 29 - Memorial de cálculo. ............................................................................... 57
Figura 30 - Resultado do Gerenciamento de Risco e quantidade de zonas. ............ 58
Figura 31 - Estrutura completa do IFBA - Campus de Paulo Afonso. ....................... 59
Figura 32 - Zona 1: Prédio principal. ......................................................................... 59
Figura 33 – (a) Zona 2: Laboratório de química; (b) Zona 3: Biblioteca. ................... 60
Figura 34 - Zona 4: Prédio da cantina. ...................................................................... 61
Figura 35 - Zona 5: Prédio anexo. ............................................................................. 62
Figura 36 - Zona 6: Casa de bombas. ....................................................................... 62
Figura 37 - Zona 7: Quadra poliesportiva. ................................................................. 63
Figura 38 - Cadastramento do SPDA atual. .............................................................. 67
Figura 39 - Área de exposição equivalente por zona da estrutura. ........................... 69
Figura 40 - Raio do volume de proteção de acordo com o NP IV para o método do
ângulo de proteção. ................................................................................................... 69
Figura 41 - Linhas que adentram a estrutura do IFBA: (a) energia elétrica; (b) sinal e
telefonia. .................................................................................................................... 70
Figura 42 - Resultado do Gerenciamento de Risco. .................................................. 71
Figura 43 - Componentes de risco que mais influenciaram no valor do gerenciamento
de risco para: (a) Z1; (b) Z5. ...................................................................................... 73
Figura 44 - Resultado do Gerenciamento de Risco com as novas MPS. .................. 74
Figura 45 - Não conformidades existentes no atual SPDA. ...................................... 75
Figura 46 - Proposta de projeto de SPDA com as melhorias propostas. .................. 77
LISTA DE QUADROS
Quadro 1 - Valores máximos dos raios da esfera rolante, tamanho da malha e ângulo
de proteção correspondente a classe do SPDA. ....................................................... 25
Quadro 2 - Valores típicos de distância entre os condutores de descida e entre os
anéis condutores de acordo com a classe de SPDA. ................................................ 29
Quadro 3 – Informações gerais da estrutura ............................................................. 63
Quadro 4 – Informações da zona .............................................................................. 64
Quadro 5 - Informações da linha ............................................................................... 64
Quadro 6 - Dados gerais da estrutura do IFBA ......................................................... 84
Quadro 7 - Dados gerais de Z1 - Prédio principal. .................................................... 84
Quadro 8 - Dados das linhas de Z1 - Prédio principal. .............................................. 85
Quadro 9 - Dados gerais de Z2 - Laboratório de química. ........................................ 86
Quadro 10 - Dados das linhas de Z2 - Laboratório de química. ................................ 86
Quadro 11 - Dados gerais de Z3 - Biblioteca. ........................................................... 87
Quadro 12 - Dados das linhas de Z3 - Biblioteca. ..................................................... 87
Quadro 13 - Dados gerais de Z4 - Prédio da cantina. ............................................... 88
Quadro 14 - Dados das linhas de Z4 – Prédio da cantina. ........................................ 88
Quadro 15 - Dados gerais de Z5 - Prédio anexo. ...................................................... 89
Quadro 16 - Dados das linhas de Z5 – Prédio anexo. ............................................... 89
Quadro 17 - Dados gerais de Z6 - Casa de bombas. ................................................ 90
Quadro 18 - Dados da linha de Z6 – Casa de bombas. ............................................ 90
Quadro 19 - Dados gerais de Z7 - Quadra poliesportiva. .......................................... 91
Quadro 20 - Dados da linha de Z7 – Quadra poliesportiva. ...................................... 91
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ............................................................................................. 11
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ................................................................... 13
2.1 DESCARGAS ATMOSFÉRICAS .................................................................. 13
2.1.1 Formação dos raios .................................................................................... 13
2.1.2 Efeitos nocivos ........................................................................................... 15
2.2 NORMAS E LEGISLAÇÃO VIGENTE .......................................................... 18
2.2.1 ABNT NBR 5419:2015 ................................................................................. 19
2.2.1.1 Atualização e principais modificações na norma .......................................... 19
2.2.2 ABNT NBR 5410:2004 ................................................................................. 21
2.2.3 NR 10 ........................................................................................................... 21
2.3 PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS (PDA) .................. 22
2.3.1 Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA) .............. 22
2.3.1.1 Subsistema de captação .............................................................................. 23
2.3.1.2 Subsistema de descida ................................................................................. 28
2.3.1.3 Subsistema de aterramento .......................................................................... 30
2.3.1.4 Componentes naturais de SPDA .................................................................. 33
2.3.2 Medidas de Proteção contra Surtos causados por LEMP (MPS) ........... 34
2.3.2.1 Aterramento e equipotencialização............................................................... 35
2.3.2.2 Blindagem magnética e roteamento das linhas ............................................ 36
2.3.2.3 Coordenação de DPS ................................................................................... 37
2.3.2.4 Interfaces isolantes ....................................................................................... 39
3. MATERIAIS E MÉTODOS ........................................................................... 39
3.1 METODOLOGIA ADOTADA ......................................................................... 39
3.2 PLANILHA DE GERENCIAMENTO DE RISCO ........................................... 41
3.3.1 Parâmetros .................................................................................................. 41
3.3.2 Construção .................................................................................................. 51
3.3.3 Divisão do campus em zonas .................................................................... 58
3.3.4 Coleta de dados .......................................................................................... 63
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES ................................................................. 65
4.1 CADASTRAMENTO DO ATUAL PROJETO DO CAMPUS .......................... 65
4.2 RESULTADO DO GERENCIAMENTO DE RISCO DO IFBA – CAMPUS DE
PAULO AFONSO ......................................................................................... 68
4.3 PROPOSTA DE PROJETO A PARTIR DO RESULTADO DO
GERENCIAMENTO DE RISCO .................................................................... 72
4.3.1 Modificações que atendem à norma ......................................................... 72
4.3.2 Simulação de projeto após as alterações ................................................ 76
5. CONSIDERAÇÕESFINAIS .......................................................................... 78
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................ 80
APÊNDICE – DADOS E INFORMAÇÕES DE CADA ZONA ....................... 84
11
1. INTRODUÇÃO
A extensão territorial, assim como algumas peculiaridades físicas e
climatológicas fazem do Brasil um dos países com maior incidência de descargas
atmosféricas, tendo seu território atingido por aproximadamente 100 milhões de raios
anualmente. Tais eventualidades tem como consequência danos físicos às pessoas e
estruturas, podendo ser citados os incêndios em florestas e residências ou até mesmo
a morte de pessoas e animais, assim como danos a sistemas, como, por exemplo,
colapsos nas redes de transmissão e distribuição de energia elétrica, prejuízos nos
sistemas de telefonia e telecomunicações, entre outros (DE SOUSA et al., 2012).
Segundo a norma ABNT NBR 5419:2015, não existem dispositivos ou métodos
capazes de modificar os fenômenos climáticos naturais a ponto de se prevenir a
ocorrência de descargas atmosféricas, porém os riscos associados às mesmas
podem ser reduzidos ou praticamente extinguidos a partir da adoção de medidas de
proteção. Esta norma é utilizada no país para avaliar a necessidade de proteção
contra descargas atmosféricas e estabelecer as condições mínimas que devem ser
atendidas pelas estruturas e seus sistemas internos.
Todos os normativos passam e devem passar por atualizações constantes, de
modo a manter o seu conteúdo o mais completo, técnico e atualizado possível com a
tecnologia atualmente disponível. Desta forma, a norma ABNT NBR 5419:2005 foi
atualizada no ano de 2015 e quando comparados os seus textos, o “grau de
complexidade relacionado às diferenças não se restringe apenas aos cálculos, mas
também aos conceitos, à utilização e ao posicionamento de novos materiais”
(MODENA, 2015).
O IFBA – campus de Paulo Afonso possui, de fato e fisicamente instalado, um
Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA), mas não realizou a
atualização de seu prontuário elétrico no que se refere às instalações elétricas para
Proteção Contra Descargas Atmosféricas (PDA), o que dificulta a identificação e
manutenção dos seus componentes. Nesse contexto, possíveis não conformidades,
tendo como referência a norma atualizada, podem existir nas instalações elétricas do
campus, e desta forma, podem colocar em risco a vida das pessoas e o patrimônio
institucional.
12
Este trabalho consiste na avaliação da Proteção Contra Descargas
Atmosféricas do instituto, usando uma ferramenta desenvolvida para este fim, que
auxiliará os cálculos do gerenciamento de risco baseado na atualização da norma
ABNT NBR 5419:2015. Buscando-se alcançar isto, os seguintes objetivos foram
criados:
Estudar a norma ABNT NBR 5419:2015, principalmente a Parte 2, que trata do
gerenciamento de risco;
Coletar informações gerais e dados da atual Proteção Contra Descargas
Atmosféricas do IFBA - Campus de Paulo Afonso;
Cadastrar o atual Sistema de Proteção Contra Descargas Atmosféricas e as
Medidas de Proteção Contra Surtos causados por LEMP (MPS);
Desenvolver uma planilha eletrônica que realize os cálculos do gerenciamento
de risco, a partir da análise dos riscos existentes.
Realizar a análise e o gerenciamento do risco de descargas, tendo como auxílio
a planilha eletrônica desenvolvida.
Projetar o SPDA e/ou as MPS para reduzir o risco a um valor menor ou igual
ao risco tolerável (RT);
Elaborar o projeto elétrico de adequação, que atenda aos requisitos da norma;
Comparar a proteção existente com a projetada.
Por ser uma instituição educacional e que promove a formação técnica e
superior na área de Engenharia Elétrica, o instituto deve preocupar-se em atender as
prerrogativas previstas nas normas de segurança elétrica, principalmente para
garantir a segurança dos seus usuários. Tendo este trabalho sua relevância
assegurada pela elaboração da planilha que realiza os cálculos do gerenciamento de
risco, pela confecção do projeto de PDA em meio eletrônico e por último e mais
importante, pela avaliação da segurança dos usuários e dos equipamentos próximos
e internos à estrutura do campus.
13
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1 DESCARGAS ATMOSFÉRICAS
A descarga atmosférica, também denominada raio, é o fenômeno climático
composto pelo relâmpago, que é uma corrente elétrica muito intensa, com típica
duração de meio segundo e trajetória com comprimento de 5 a 10 km (considerado
raio, quando o mesmo encontra-se com o solo), e o trovão, som gerado devido ao
deslocamento repentino do ar em função da elevação de temperatura e consequente
aumento de volume. Quando o raio tem seu início no solo e sobe em direção à nuvem,
é classificado como ascendente, já o percurso contrário, ou seja, uma descarga
atmosférica, da nuvem para o solo é classificado como descendente (ELAT, 2014).
2.1.1 Formação dos raios
A origem dos raios é concebida a partir da troca de cargas elétricas causada
pela fricção entre as partículas de água que formam as nuvens, que ocorre durante a
ascensão da água à atmosfera por meio dos processos de evaporação, condensação
e precipitação (DE SOUSA et al., 2012).
Os fortes ventos ascendentes são responsáveis por separar as partículas de
cargas opostas, sendo normalmente observado de forma experimental que as cargas
elétricas positivas tendem a ocupar a parte superior da nuvem, enquanto que as
cargas negativas ficam concentradas na parte inferior. Em resposta a esta
concentração de cargas na parte inferior da nuvem, ocorre o acúmulo de cargas de
polaridade opostas à da nuvem na superfície da Terra (sendo as cargas na nuvem de
polaridade negativa, as cargas na superfície serão positivas) (MAMEDE FILHO,
2017). A Figura 1 a seguir apresenta a forma como as cargas se distribuem durante
esse processo.
14
Figura 1 - Distribuição de cargas elétricas no interior de uma nuvem.
Fonte: De Sousa et al., 2012, p.30.
Analisando a Figura 1 acima é possível constatar que existirá uma diferença de
potencial entre a superfície terrestre e a nuvem, devido à grande concentração de
cargas de polaridades opostas. Se essa diferença de potencial aumentar (denominado
gradiente de tensão) até alcançar um valor superior à rigidez dielétrica do ar existente
entre a nuvem e a terra, cerca de 1 kV/mm, os átomos deste irão se ionizar e então
as cargas elétricas irão migrar tortuosamente e com ramificações em direção à
superfície (descarga atmosférica descendente) (MAMEDE FILHO, 2017).
Na Figura 2 são ilustradas as etapas de formação de uma descarga
atmosférica.
Figura 2 - Formação de uma descarga atmosférica.
Fonte: Mamede Filho, 2017, p.1022.
Após o acúmulo das cargas e um consequente valor de campo elétrico na base
da nuvem superior ao valor de rigidez dielétrica do ar, ocorre uma descarga elétrica
intensa, que constitui um canal ionizado de plasma, cujo comprimento se estende por
várias dezenas de metros. Em seguida as cargas negativas provenientes da região
15
próxima à nuvem acumulam-se nesse canal condutor (devido à propriedade física
conhecida como poder das pontas, que é a tendência das cargas elétricas se
concentrarem nas extremidades dos corpos), gerando descargas consecutivas e
semelhantes à primeira (porém com comprimento de 50 metros cada), configurando
uma longa coluna de plasma que desloca-se em direção ao solo. O caminho
estabelecido por essa sucessão de descargas é chamado canal precursor de
descarga e essa descarga preliminar é denominada piloto (VISACRO FILHO, 2005).
Segundo De Souza et al. (2012), alguns autores supõem que antes da
descarga piloto atingir o solo, esta dá início a um movimento ascendente de cargas
de polaridade opostas em resposta ao elevado campo elétrico existente entre a ponta
da descarga piloto e a superfície terrestre, conforme a segunda etapa da Figura 2,
podendo essa descarga ascendente se encontrar com a piloto em algum ponto acima
do solo e então dar início à descarga de retorno.
A corrente da descarga de retorno flui pelo canal ionizado em direção à nuvem
e é caracterizada pelo descarregamento do canal de descarga, constituindo um
campo eletromagnético intenso que se propaga e interage com o ambiente ao seu
redor e origina as tensões induzidas (SILVEIRA, 2006).
Na última etapa mostrada na Figura 2 ocorre a descarga principal que possui
uma grande intensidade e percorre o canal de forma direta e descendente (da nuvem
para a Terra). Se após a descarga principal ainda existir uma enorme quantidade de
cargas na nuvem, outras descargas são iniciadas, com características parecidas com
a anterior e denominadas descargas reflexivas ou múltiplas (MAMEDE FILHO, 2017).
2.1.2 Efeitos nocivos
A descarga atmosférica é um fenômeno físico de caráter aleatório que possui
efeitos destrutivos para a sociedade. Estima-se que anualmente no país mais de uma
centena de pessoas venham a óbito devido à incidência de descargas atmosféricas e
que as perdas econômicas sejam de centenas de milhões de reais. Esses efeitos
destrutivos asseguram a necessidade e a importância do tema tanto na divulgação de
16
informações, quanto no desenvolvimento e adoção de práticas eficientes para
minimizá-los (VISACRO FILHO, 2005).
Algumas características das estruturas possuem uma forte relação com os
efeitos das descargas atmosféricas nestas, sendo as principais: a construção, quanto
aos materiais que constituem a estrutura; a função, que constitui a finalidade de
utilização da estrutura; os ocupantes e o conteúdo, que abrange a presença de
pessoas, animais, sistemas elétricos e eletrônicos, materiais combustíveis ou
explosivos; as linhas elétricas e as tubulações metálicas que adentram a estrutura; as
medidas de proteção, existência de SPDA e/ou MPS; e a dimensão do risco, devido à
dificuldade de evacuação ou ao perigo que a estrutura pode oferecer a meios externos
(ABNT, 2015).
De acordo com a Parte 1 da norma ABNT NBR 5419 (2015, p.11) as fontes de
danos a uma estrutura são classificadas em função da posição do ponto de impacto
da corrente da descarga atmosférica, podendo esta atingir diretamente ou próximo à
estrutura ou a uma linha conectada a esta. E como consequência podem ser causados
os três tipos básicos de danos: danos às pessoas devido a choque elétrico; danos
físicos devido aos efeitos das correntes das descargas atmosféricas; e falhas de
sistemas internos consequentes de pulso eletromagnético, ou lightning
electromagnetic impulse (LEMP), devido às descargas atmosféricas.
Normalmente a maior causa de mortes e ferimentos de seres vivos não é
ocasionada devido a incidência direta da descarga atmosférica, mas sim dos efeitos
indiretos, como incêndios e quedas de linhas de energia. Os principais efeitos da
corrente elétrica do raio no corpo são queimaduras, danos ao coração, aos pulmões
e ao sistema nervoso central, ocasionados pelo aquecimento e reações
eletroquímicas, tendo sua gravidade influenciada diretamente pela intensidade da
corrente, pela parte do corpo afetada e condições físicas da vítima e pelas condições
específicas do acidente (RINDAT, 2005).
A Figura 3 a seguir ilustra o quanto devastadores para os seres vivos podem
ser os danos causados pelos efeitos de uma descarga atmosférica, e nesta ocorrência
em questão, levando vários animais à morte devido à tensão de passo ocasionada
por um raio que atingiu a árvore próxima a estes.
17
Figura 3 - Morte de animais próximos a uma árvore que foi atingida por raio.
Fonte: Isaias, 2013.
As estruturas e componentes de sistemas elétricos também são prejudicadas
pela potência dissipada devido a corrente de descarga, como mostrado na Figura 4,
onde uma mansão em Campos do Jordão (SP) foi parcialmente destruída ao ser
atingida por um raio. As edificações de madeira (típicas dos países de regiões
temperadas) e as florestas estão sujeitas à incêndios consequentes das descargas
atmosféricas diretas, enquanto que as edificações de alvenaria e concreto são alvos
de destruição, principalmente em quinas de edifícios altos (VISACRO FILHO, 2005).
Figura 4 - Danos à estrutura de uma mansão após a incidência direta de um raio.
Fonte: Teodora, 2013.
Nas redes aéreas de transmissão e distribuição podem ser induzidos surtos de
até centenas de kV, devido a incidência de uma descarga atmosférica na linha,
devendo estas serem protegidas por cabos guarda e seus equipamentos elétricos por
18
para-raios a resistor não linear. Tais surtos também oferecem perigo para a rede de
baixa tensão, na qual durante um evento desta natureza, uma parte da corrente de
surto transferida pelo sistema de distribuição pode promover sobretensão na carga do
consumidor e até mesmo danificá-la (VISACRO FILHO, 2005; MAMEDE FILHO,
2017).
Figura 5 - Ruptura de tentos em cabos OPGW devido a incidência de descarga.
Fonte: Visacro Filho, 2005.
Na Figura 5, é possível observar o dano causado em um cabo OPGW após ser
atingido por uma descarga atmosférica. Além de exercer sua função principal de
transferência de dados, esse tipo de cabo também é utilizado para blindar os cabos
de fase quanto a incidência dos raios.
2.2 NORMAS E LEGISLAÇÃO VIGENTE
De modo geral, as leis e as normas ditam as regras que os indivíduos de uma
determinada sociedade devem seguir para viver em harmonia. Analogamente, em
qualquer área ou atividade, existem normativos a serem seguidos, que visam a correta
aplicação e realização de um determinado procedimento, de modo que para manter
um nível aceitável de segurança, deve-se atentar para a legislação vigente.
O art. 39 do Código de defesa do consumidor de 1990 estabelece que é vedado
ao fornecedor de produtos ou serviços, dentre outras práticas abusivas:
VIII - colocar, no mercado de consumo, qualquer produto ou serviço em desacordo com as normas expedidas pelos órgãos oficiais competentes
19
ou, se normas específicas não existirem, pela Associação Brasileira de Normas Técnicas ou outra entidade credenciada pelo Conselho Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial (Conmetro).
Para este trabalho, ou para qualquer outro que envolva a proteção contra
descargas atmosféricas, é imprescindível a utilização da norma ABNT NBR
5419:2015, que trata especificamente do assunto, devendo ser auxiliada a partir da
norma ABNT NBR 5410:2004 com o título Instalações elétricas de baixa tensão e da
norma regulamentadora NR 10 cujo título é Segurança em instalações e serviços em
eletricidade.
2.2.1 ABNT NBR 5419:2015
A ABNT NBR 5419:2015 é a norma que estabelece todos os métodos e
requisitos necessários para a realização de um projeto de Proteção contra Descargas
Atmosféricas. Sua versão atualmente em vigor foi dividida nas seguintes partes: Parte
1 – Princípios gerais, que estabelece os requisitos, subsídios e restrições para a
aplicação em projetos de proteção contra descargas atmosféricas; Parte 2 –
Gerenciamento de risco, na qual são definidos os requisitos para análise de risco em
uma estrutura devido às descargas atmosféricas para a terra e o procedimento para
avaliar tais riscos, a partir de um limite superior tolerável; Parte 3 – Danos físicos a
estruturas e perigos à vida, que institui os requisitos para proteção de uma estrutura
contra danos físicos por meio de um SPDA e contra lesões causadas pelas tensões
de toque e passo; e Parte 4 – Sistemas elétricos e eletrônicos internos na estrutura, a
partir da qual são fornecidas informações para o projeto, instalação, manutenção e
ensaio das MPS (ABNT, 2015).
2.2.1.1 Atualização e principais modificações na norma
Com a atualização da norma ABNT NBR 5419:2005 ocorrida no ano de 2015 e
comparando seus textos, o “grau de complexidade relacionado às diferenças não se
restringe apenas aos cálculos, mas também aos conceitos, à utilização e ao
posicionamento de novos materiais” (MODENA, 2015).
20
Diferente da versão de 2005, a primeira parte da ABNT NBR 5419:2015 traz
uma breve introdução às quatro partes da série e uma definição mais abrangente para
a proteção contra descargas atmosféricas, na qual o SPDA é uma das duas partes
que o compõe. Nesta seção foram introduzidos diversos novos termos e definições
devido à sua grande relação com o fenômeno físico da descarga atmosférica (SILVA,
2015).
A mudança mais significativa, quando comparada com a versão anterior da
norma, foi a parte do gerenciamento de risco. No instrumento antecedente, realizava-
se apenas um simples estudo com poucos índices e variáveis para verificar a
necessidade e o método de instalação do SPDA. A versão atual trata o gerenciamento
de risco a partir da avaliação de diversos parâmetros da estrutura, dos arredores desta
e das linhas elétricas ligadas a mesma, indicando as medidas de proteção necessárias
para minimizar os riscos dos efeitos nocivos das descargas atmosféricas (SUETA,
2015).
A terceira parte do documento normativo é a que mais se assemelha com o
texto compreendido pela versão de 2005, possuindo algumas alterações das quais
podemos citar: determinação da bitola de 35 mm² para cabos de cobre a serem
utilizados nos subsistemas de captação e descidas; a retirada de um anexo
informativo referente ao guia para projeto, construção, manutenção e inspeção do
SPDA; as dimensões de cada malha serão menores no método de Faraday; no
método de Franklin, curvas para cada nível de proteção em função da altura da
edificação substituíram a tabela que existia na versão precedente, o que poderá
revitalizar comercialmente a utilização desse método; aumento da quantidade de
descidas para os níveis II, III e IV, devido a aproximação entre os condutores de
descida; o valor de 10Ω não é mais utilizado como indicativo principal para um bom
aterramento. Todas essas mudanças aumentam a eficiência dos subsistemas de
captação, descida e aterramento, e consequentemente os custos para atender às
exigências mínimas da revisão (MOREIRA, 2014).
A última parte deste normativo promove ações para proteger de uma descarga
atmosférica, direta ou indireta, os equipamentos e sistemas elétricos e eletrônicos
internos à estrutura, permitindo que estes funcionem durante e após a sua ocorrência.
Mesmo sendo uma parte que foi totalmente acrescentada à norma, suas prescrições
não são novas, estando algumas descritas ou fundamentadas em outras normas, a
21
exemplo da ABNT NBR 5410:2004, e outras superficialmente na versão anterior. Entre
os principais temas abordados, temos: definições dos termos que serão utilizados;
Medidas de Proteção contra Surtos (MPS), Zonas de Proteção contra Raios (ZPR);
conceitos de aterramentos e equipotencialização; blindagem dos cabos; roteamento
das linhas elétricas; e aplicação dos Dispositivos de Proteção contra Surtos (DPS)
(SANTOS, 2015).
2.2.2 ABNT NBR 5410:2004
A norma ABNT NBR 5410:2004 determina as condições mínimas que as
instalações elétricas de baixa tensão devem atender para garantir a segurança de
pessoas e animais, assim como o correto funcionamento da instalação e a
preservação dos bens. Tem sua principal aplicação nas instalações elétricas de
edificações (independente do seu uso), destinando-se também às instalações
elétricas: em áreas descobertas; de reboques de acampamento; locais de
acampamento, marinas e instalações análogas; e instalações temporárias (ABNT,
2004).
No que se refere à proteção contra descargas atmosféricas, esta norma traz
informações importantes a respeito dos tipos de aterramento, dos dispositivos de
proteção contra surtos e da equipotencialização.
2.2.3 NR 10
A norma regulamentadora, NR 10 - Segurança em instalações e serviços em
eletricidade, tem como objetivo garantir a segurança e a saúde dos trabalhadores que
interajam direta ou indiretamente em instalações elétricas e serviços com eletricidade,
nas fases de geração, transmissão, distribuição e consumo (independentemente da
etapa do trabalho e em quaisquer trabalhos realizados nas proximidades), a partir da
adoção de medidas de controle e sistemas preventivos (BRASIL, 2004).
Entre os principais pontos citados na NR 10 que a associam à proteção contra
descargas atmosféricas, podemos citar: 10.2.3 que trata da obrigatoriedade da
22
existência de especificações a respeito do aterramento e demais dispositivos e
equipamentos de proteção nos esquemas unifilares das empresas; 10.2.4 b) que
exige a existência de documentação das inspeções e medições do sistema de
proteção contra descargas atmosféricas e aterramentos elétricos, para
estabelecimentos com carga instalada superior a 75 kW; e 10.2.8.3 segundo o qual o
aterramento das instalações elétricas deve ser executado conforme a regulamentação
estabelecida pelo órgãos competentes (BRASIL, 2004).
2.3 PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS (PDA)
Segundo a norma ABNT NBR 5419:2015 não existem dispositivos ou métodos
capazes de modificar os fenômenos climáticos naturais a ponto de se prevenir a
ocorrência de descargas atmosféricas, porém os riscos associados às mesmas
podem ser reduzidos a partir da adoção de medidas de proteção. A norma define o
conjunto de todas estas medidas como sendo o sistema completo para proteção de
estruturas contra as descargas atmosféricas, denominado Proteção contra Descargas
Atmosféricas (PDA), e que pode ser dividida em Sistema de Proteção contra
Descargas Atmosféricas (SPDA) e Medidas de Proteção contra Surtos (MPS)
causados por pulso eletromagnético devido às descargas atmosféricas (ABNT, 2015).
2.3.1 Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA)
O Sistema de Proteção contra descargas atmosféricas tem como função
reduzir os danos devido à incidência de raios em uma estrutura, oferecendo um
caminho de baixa resistência elétrica para a corrente da descarga. Este pode ser
dividido em um sistema interno e outro externo, no qual o primeiro é responsável pela
condução da corrente de elevada intensidade do ponto de impacto à terra e o segundo
pela redução dos efeitos elétricos e magnéticos da corrente dentro do volume a
proteger, a partir da utilização da equipotencialização e isolação elétrica (ABNT, 2015;
DE SOUSA et al., 2012).
23
O SPDA é composto basicamente por três subsistemas com elementos
condutivos (captores, condutores e um sistema de aterramento), mostrados na Figura
6. Este sistema deve estar em conformidade com norma ABNT NBR 5419:2015 e é
um dos itens inspecionados em edificações públicas e privadas, em áreas de risco e
de aglomeração de público, para obtenção do atestado de conformidade das
instalações elétricas e emissão do Auto de Vistoria do Corpo de Bombeiros – AVCB
(CBMBA, 2017).
Figura 6 - Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas.
Fonte: IPT Engenharia, 2017.
A ABNT NBR 5419:2015 considera quatro níveis de proteção (NP) contra
descargas atmosféricas, onde para cada um destes (I a IV), é estabelecida uma série
de valores para os parâmetros das correntes das descargas atmosféricas,
apresentados nas tabelas 3, 4 e 5 da Parte 1 da norma. Este nível de proteção está
relacionado à classe do SPDA que influenciará em dados como: 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; e comprimento mínimo dos eletrodos de
aterramento.
2.3.1.1 Subsistema de captação
O subsistema de captação tem por função limitar a probabilidade de penetração
da corrente da descarga atmosférica na estrutura, e é composto por qualquer
24
combinação entre hastes (incluindo mastros), condutores suspensos e condutores em
malha. A Figura 7 apresenta os principais componentes desse subsistema (ABNT,
2015).
Figura 7 - Componentes do subsistema de Captação: (a) captor Franklin com mastro; e (b) condutor
em malha.
Fonte: (a) Ideal Brasil, 2015; (b) Canal Eletro.
O volume de proteção da estrutura é determinado pelo correto posicionamento
dos elementos captores e do subsistema de captação. Desta forma, tais componentes
devem ser posicionados nos cantos salientes, pontas expostas e nas beiradas,
utilizando-se os métodos do ângulo de proteção (método de Franklin), da esfera
rolante (método Eletrogeométrico) e das malhas (método da Gaiola de Faraday)
(ABNT, 2015; DE SOUSA et al., 2012).
A partir do Quadro 1 e da Figura 8 a seguir, é possível determinar o ângulo de
proteção, o raio da esfera rolante e o tamanho da malha para cada classe de SPDA.
Os métodos da esfera rolante e das malhas são adequados em todos os casos,
enquanto o método do ângulo de proteção é adequado para edificações simples e não
pode ser utilizado para valores de altura H acima dos valores finais de cada curva da
Figura 8 (ABNT, 2015).
(a) (b)
25
Quadro 1 - Valores máximos dos raios da esfera rolante, tamanho da malha e ângulo de proteção
correspondente a classe do SPDA.
Classe
do SPDA
Método de proteção
Raio da esfera
rolante – R (m)
Máximo afastamento
dos condutores da
malha (m)
Ângulo de
Proteção αº
I 20 5 x 5
Ver Figura 8
II 30 10 x 10
III 45 15 x 15
IV 60 20 x 20
Fonte: Adaptado de ABNT, 2015.
Figura 8- Ângulo de proteção correspondente à classe de SPDA.
Fonte: ABNT, 2015.
No método do ângulo de proteção a abrangência do volume de proteção é
determinada pelo cone formado em torno do eixo vertical de um mastro, conforme a
Figura 9. Este volume de proteção pode ser expandido a partir da utilização de um
condutor suspenso entre mastros.
26
Figura 9 - Volume de proteção provido por um mastro.
Fonte: ABNT, 2015.
A partir das dimensões e o nível de proteção requerido pela edificação, o raio
da base do cone da Figura 9 será:
𝑟 = 𝑡𝑔 𝛼 ∗ ℎ1 (1)
Onde: α é o ângulo de proteção cujo valor é dado na Figura 8 e h1 é a altura
de um mastro acima de plano de referência.
O método da esfera rolante é adequado para estruturas de formas
arquitetônicas complexas e é constituído por hastes, cabos ou uma combinação de
ambos. Para este método deverá ser considerada uma esfera fictícia rolando ao redor
e no topo da estrutura em todas as direções possíveis, de modo que a esfera não
entre em contato com nenhum ponto da estrutura a ser protegida, tocando apenas o
subsistema de captação. Este método é apresentado na Figura 10 a seguir (ABNT,
2015; DE SOUSA et al., 2012).
27
Figura 10 - Projeto do subsistema de captação conforme o método da esfera rolante.
Fonte: ABNT, 2015.
Segundo Mamede Filho (2017) existem dois casos contemplados pelo método
da esfera rolante,Figura 11. No primeiro caso a altura do captor é menor do que o raio
da esfera rolante, fazendo com que toda a estrutura esteja dentro do volume formado
pela região hachurada e, portanto, esteja protegida. Já no segundo caso, em que a
altura do captor é maior do que o raio da esfera rolante, parte da estrutura excederá
o volume de proteção podendo ser atingida por descargas laterais. Desta forma, a
medida que a altura da haste captora aumenta a partir do valor Hc ≥ Re o SPDA perderá
eficiência.
Figura 11 - Volume de proteção de um captor vertical quando a altura do captor é: (a) menor que o
raio R da esfera rolante; (b) maior que o raio R da esfera rolante.
Fonte: Mamede Filho, 2017.
O terceiro método de captação é o das malhas, que pode ser bem empregado
em superfícies planas, devendo ter seus captores instalados na periferia e nas
(a) (b)
28
saliências da cobertura da estrutura e nas cumeeiras dos telhados, se o declive deste
exceder 1/10. Este método também deve atender outros requisitos: as dimensões da
malha não devem exceder os valores estabelecidos no Quadro 1; o conjunto de
condutores do subsistema de captação deve ser construído de forma que a corrente
possa percorrer duas rotas condutoras até o aterramento; nenhuma instalação
metálica que não tenha função de captor ultrapasse o volume de proteção; e os
condutores da malha devem seguir o caminho mais curto e retilíneo possível da
instalação. Este método está representado na Figura 12 a seguir (ABNT, 2015).
Figura 12 - Subsistema de captação método da gaiola de Faraday.
Fonte: Saber Elétrica, 2015.
2.3.1.2 Subsistema de descida
O subsistema que tem como função conduzir a descarga atmosférica do
subsistema de captação ao subsistema de aterramento, é denominado subsistema de
descida. Para reduzir a probabilidade de danos devido à corrente de alta intensidade,
os condutores de descida devem prover diversos caminhos paralelos com o menor
comprimento possível.
A Figura 13 apresenta um subsistema de descida com alguns dos seus
componentes mais comuns, sendo eles: cabo de cobre nu, tudo de PVC, caixa de
inspeção PVC suspensa e abraçadeiras.
29
Figura 13 - Componentes do subsistema de Descida.
Fonte: Mamede Filho, 2017.
Para um SPDA isolado as descidas devem ser posicionadas de modo que: se
os captores forem hastes em mastros separados não metálicos nem interconectados
às armaduras, é necessário pelo menos um condutor de descida para cada mastro;
para condutores suspensos em catenária como elemento captor, pelo menos um
condutor de descida é necessário em cada suporte da estrutura; e se os captores
formam uma rede de condutores, é necessário pelo menos um condutor de descida
em cada suporte de terminação dos condutores. Já para um SPDA não isolado, o
número de condutores de descida não pode ser inferior a dois (ABNT, 2015).
O Quadro 2 apresenta as distâncias máximas entre os condutores de descida
e entre os anéis condutores com base na classe do SPDA. Devendo ser,
preferencialmente, instalados condutores de descida em cada canto saliente da
estrutura.
Quadro 2 - Valores típicos de distância entre os condutores de descida e entre os anéis condutores
de acordo com a classe de SPDA.
Classe do SPDA Distâncias (m)
I 10
II 10
III 15
IV 20
NOTA: É aceitável que o espaçamento dos condutores de descidas tenha no máximo 20% além dos valores acima.
Fonte: ABNT, 2015.
30
2.3.1.3 Subsistema de aterramento
O subsistema de aterramento de um SPDA é a parte responsável por conduzir
e dispersar a corrente da descarga atmosférica na terra, no qual para essa dispersão
o método mais importante para atenuar sobretensões perigosas é estudar e aprimorar
a geometria e as dimensões deste subsistema, obtendo assim, a menor resistência
de aterramento possível (ABNT, 2015).
A norma ABNT NBR 5419:2015 estabelece a preferência por uma única
infraestrutura de aterramento integrada, ou seja, que o eletrodo seja comum e atenda
à proteção contra descargas atmosféricas, sistemas de energia elétrica e sinal. Na
Figura 14 são apresentados alguns componentes de um subsistema de aterramento
(haste ou eletrodo de aterramento, cabo de cobre nu de 50 mm², grampo estanhado
para conexão dos cabos com a haste, e caixa de inspeção PVC com tampa), e
também a sua disposição, onde em (a) temos uma haste vertical de aterramento e em
(b) a representação de uma malha de aterramento formada por condutores de cobre
nus.
Figura 14 - Componentes do subsistema de aterramento: (a) Haste com cabo de cobre e grampo em
caixa de inspeção; (b) condutores de cobre formando uma malha de aterramento.
Fonte: (a) Gomes, 2013; (b) SV Elétrica, 2015.
A Figura 15 apresenta os esquemas de aterramento definidos pela norma
ABNT NBR 5410:2004, e suas possíveis disposições.
(a) (b)
31
Figura 15 - Esquemas de aterramento conforme a ABNT NBR 5410:2004: (a) TN-S; (b) TN-C-S; (c)
TN-C; (d) TT; (e) TT; (f) IT A; (g) IT B; (h) IT B.1; (i) IT B.2; (j) IT B.3.
Fonte: ABNT, 2004.
No esquema de aterramento TN, mostrado nos detalhes “a”, “b” e “c” da Figura
15, o neutro é diretamente aterrado e as massas são conectadas a este, existindo três
classificações distintas para esse tipo de esquema. O primeiro esquema, mostrado no
(a) (b)
(c) (d)
(e) (f)
(g) (h)
(i) (k)
32
detalhe “a” da Figura 15, denominado TN-S, é caracterizado pela utilização de cabos
distintos para as funções de neutro e proteção. Já no detalhe “b” está representado o
esquema TN-C-S, no qual em uma parte da instalação o mesmo condutor tem a
função de neutro e de proteção, enquanto em outra eles são distintos. E o detalhe “c”
apresenta o esquema TN-C, em que um mesmo condutor (PEN) combina a função de
neutro e proteção.
O esquema de aterramento TT é apresentado nos detalhes “d” e “e” da Figura
15. Neste tipo de aterramento o condutor neutro e o condutor de proteção estão
conectados diretamente à terra, porém não existe ligação física entre estes
condutores. No detalhe “d” as massas possuem uma proteção em comum, enquanto
no detalhe “e” elas são aterradas separadamente.
Por último, no esquema de aterramento IT, representado pelos detalhes “f”, “g”,
“h”, “i”, e “j” da Figura 15 é utilizada uma caixa de resistência para aterrar o condutor
neutro com a finalidade de reduzir a corrente de falta e evitar o seccionamento
automático da alimentação quando da ocorrência da primeira falta, exceto no detalhe
“f”. A diferença entre as variações do esquema IT é que no detalhe “f” o neutro não é
aterrado, em “g” o neutro é aterrado a partir de impedância, em “h” as massas são
aterradas em eletrodos separados e independentes do eletrodo de aterramento da
alimentação, em “i” as massas são aterradas em um mesmo eletrodo independente
do eletrodo de aterramento da alimentação, e em “j” as massas são aterradas no
mesmo eletrodo da alimentação.
Os condutores em anel só devem ser utilizados na impossibilidade do
aproveitamento das armaduras das fundações. Estes condutores devem ser dispostos
externos à estrutura (afastados aproximadamente 1 metro ao redor das paredes) a
ser protegida e em contato com o solo por pelo menos 80% do seu comprimento, além
de atender a condição de que o raio médio re da área abrangida pelos eletrodos não
pode ser inferior ao comprimento l1 do eletrodo de aterramento. A Figura 16 a seguir,
apresenta o comprimento mínimo do eletrodo de aterramento de acordo com o nível
do SPDA e a resistividade do solo (ABNT, 2015).
33
Figura 16 - Comprimento mínimo l1 do eletrodo de aterramento de acordo com a classe do SPDA.
Fonte: ABNT, 2015.
2.3.1.4 Componentes naturais de SPDA
A ABNT NBR 5419:2015 deixa claro a preferência pela utilização das partes
metálicas da estrutura como componentes naturais de SPDA, afirmando e
comprovando que essa coordenação entre os demais projetos das estruturas a serem
protegidas e do Sistema de Proteção contra Descargas atmosféricas garantirão não
apenas uma otimização de custos, como também será a melhor solução técnica, o
que pode ser constado no gerenciamento de risco, pois os componentes naturais
possuem valores de risco menores do que os artificias.
Os captores naturais são geralmente constituídos por partes integrantes da
edificação que se quer proteger e que possuem elementos condutores expostos. Entre
os elementos que podem ser atingidos por descargas atmosféricas e que podem ser
utilizados como captores naturais, temos: coberturas metálicas de edificações;
mastros ou outros elementos metálicos cuja extremidade se sobressai à cobertura;
calhas metálicas instaladas na periferia das edificações; estruturas metálicas de
suporte de fachadas envidraçadas construídas acima de 60 m do solo; tubulações
metálicas e tanques contendo misturas explosivas ou combustíveis fabricados com
material de espessura não inferior aos valores indicados na Tabela 3 da Parte 3 da
34
norma (que trata da espessura mínima de chapas metálicas ou tubulações metálicas
em sistemas de captação), desde que todas as suas partes constituintes sejam
equipotencializadas; e chapas metálicas da cobertura de galpões (MAMEDE FILHO,
2017).
Outras informações e condições acerca dos captores naturais são tratadas na
seção 5.2.5 da Parte 3 da norma ABNT NBR 5419:2015. E o material, configuração e
área da seção mínima dos condutores de captação, hastes captoras e condutores de
descidas são dados na Tabela 6 desta mesma parte da norma.
Os subsistemas de descidas naturais são elementos condutores que fazem
parte da estrutura e que permitem escoar para o subsistema de aterramento as
correntes elétricas resultantes das descargas atmosféricas. São exemplos de
subsistemas de descida naturais os elementos metálicos eletricamente contínuos que
interligam o subsistema de captores à malha de aterramento na base da edificação,
as estruturas metálicas, tais como postes, torres e similares, e as armaduras de aço
dos pilares de concreto da edificação que têm continuidade até a armadura da base.
Estes componentes devem obedecer às exigências das seções 4.3 e 5.3 (mais
especificamente da seção 5.3.5) da Parte 3 da norma 5419 (ABNT, 2015; MAMEDE
FILHO, 2017).
Elementos metálicos embutidos nas fundações das edificações e parte
integrante destas formam os subsistemas de aterramento naturais. Como
subsistemas de aterramento naturais, podemos citar: a armação das fundações de
concreto armado das edificações, a armação das bases de torre de aerogeradores,
as estruturas de concreto armado enterradas, estruturas metálicas subterrâneas
contidas na área da edificação e outros meios equivalentes. Devendo todos estes
elementos atender as prescrições da seção 5.4.4 da parte 3 da norma ABNT NBR
5419:2015 (MAMEDE FILHO, 2017).
2.3.2 Medidas de Proteção contra Surtos causados por LEMP (MPS)
A incidência de descargas atmosféricas causa impulsos eletromagnéticos
(LEMP) que podem danificar os sistemas internos de uma estrutura, sendo necessária
a adoção de Medidas de Proteção contra Surtos (MPS). Esta proteção é baseada no
35
conceito de zonas de proteção contra raios (ZPR) que teoricamente são associadas à
parte do espaço ou de um sistema interno e que caracterizam a severidade do LEMP
(ABNT, 2015).
O LEMP pode causar danos permanentes em sistemas elétricos e eletrônicos
por meio surtos conduzidos e induzidos, transmitidos através da conexão por
condutores metálicos, cujo a proteção deverá ser realizada a partir da utilização de
um sistema coordenado de Dispositivos de Proteção contra Surtos (DPS). Outra
causa de danos são os efeitos de campos eletromagnéticos irradiados diretamente
para os próprios equipamentos, que exigem a adoção de MPS como blindagens
espaciais e/ou condutores blindados, combinados com a blindagem dos invólucros
dos equipamentos (ABNT, 2015).
As subseções a seguir tratam das MPS básicas estabelecidas pela Parte 4 da
norma ABNT NBR 5419:2015 em sua seção 4.4. De acordo com a norma, estas
medidas básicas são: aterramento e equipotencialização; blindagem magnética e
roteamento das linhas; coordenação de DPS; e interfaces isolantes.
2.3.2.1 Aterramento e equipotencialização
Uma importante Medida de Proteção contra Surtos consiste na combinação
entre o subsistema de aterramento que conduz e dispersa as correntes da descarga
atmosférica para o solo, e a rede de equipotencialização que minimiza as diferenças
de potencial e pode reduzir o campo magnético, conforme exemplificado na Figura 17.
Enquanto que para o subsistema de aterramento, devem ser atendidas as prescrições
da ABNT NBR 5419-3, estando interligados tanto o eletrodo em forma de anel ao redor
da estrutura quanto o eletrodo natural usado nas armaduras do concreto das
fundações, para a ligação equipotencial é necessária uma baixa impedância para
minimizar diferenças de potencial perigosas entre todos os equipamentos dentro da
ZPR, podendo ser realizada por uma malha que interliga elementos condutores da
estrutura, ou partes de sistemas internos, e pela ligação de partes metálicas ou
serviços condutores no limite de cada ZPR, diretamente ou usando DPS adequados
(ABNT,2015).
36
Figura 17 - Rede de equipotencialização interligada com o subsistema de aterramento.
Fonte: ABNT, 2015.
Barras de equipotencialização devem ser instaladas para reduzir a tensão
entre: todos os condutores de serviços que adentram uma ZPR; o condutor de
proteção PE; componentes metálicos dos sistemas internos; e a blindagem magnética
da ZPR na periferia e dentro da estrutura. As regras para eficiência da
equipotencialização são estabelecidas nas seções 5.4.2 e 5.5 da Parte 3 da norma,
enquanto que os materiais e dimensões dos componentes são dados na seção 5.6 da
mesma parte (ABNT, 2015).
2.3.2.2 Blindagem magnética e roteamento das linhas
A ocorrência de falhas permanentes em sistemas internos será reduzida pela
adoção de blindagem magnética que poderá minimizar o campo eletromagnético e a
intensidade dos surtos induzidos, e por um roteamento adequado das linhas internas
que também poderá reduzir estes surtos (ABNT,2015).
A blindagem magnética pode ser dos seguintes tipos: blindagem espacial, que
define zonas protegidas, podendo ser em forma de grade, blindagens metálicas
contínuas ou compreender os componentes naturais da estrutura; blindagem de linhas
37
internas, que podem se restringir ao cabeamento e equipamentos; e blindagem de
linhas externas, que inclui a blindagem dos cabos, dutos metálicos fechados e dutos
de concreto armado. Já o roteamento de linhas internas roteará os cabos junto aos
componentes naturais da estrutura que forem aterrados e/ou roteará as linhas
elétricas de energia e sinal juntas (ABNT,2015).
2.3.2.3 Coordenação de DPS
Os Dispositivos de Proteção contra Surtos podem ser constituídos por
centelhadores a gás, varistores, ou por uma combinação destes dois. Estes
dispositivos foram desenvolvidos com a finalidade de proteger as instalações elétricas
e suas cargas contra sobretensões e impulsos de corrente originados por descargas
atmosféricas e chaveamentos (DE SOUSA et al., 2012; PRESTES, 2016).
A Figura 18 mostra a ligação de um DPS trifásico para proteção do sistema
elétrico. Como é possível observar, a sua ligação é feita entre a linha e o terra,
limitando a diferença de potencial durante uma sobretensão. Quando em operação, a
alta impedância existente entre a entrada e a saída do DPS será reduzida a valores
mínimos, fazendo com que a corrente de surto escorra pelo barramento de
equipotencialização para o subsistema de aterramento, voltando ao seu valor de
impedância inicial, quando cessado o surto.
Figura 18 - Diagrama básico de ligação de um DPS trifásico.
Fonte: WEG, 2017.
38
A utilização de um dos esquemas de aterramento, conforme determina a norma
ABNT NBR 5410:2004 e mostrado na Figura 15, é imprescindível para a atuação e o
correto funcionamento dos DPS. Este tipo de equipamento possui uma vida útil
dependente do número de operações e da intensidade das correntes conduzidas
durante as descargas, podendo vir a ser danificado até mesmo na sua primeira
atuação (DE SOUSA et al.,2012).
Os DPS são classificados segundo três classes, sendo elas: classe I, que é a
proteção primária utilizada em ambientes expostos a descargas atmosféricas diretas,
como áreas urbanas periféricas ou áreas rurais e instalados nos quadros primários
(QGBT) de distribuição, possuindo a capacidade para drenar correntes parciais de
uma descarga atmosférica; classe II, cujo os dispositivos são instalados nos quadros
de distribuição e têm a capacidade de drenar correntes induzidas que penetram nas
edificações, ou seja, os efeitos indiretos de uma descarga atmosférica; classe III, que
são utilizados para a proteção direta de equipamentos ligados as linhas elétricas,
sendo instalados próximos a estes (CLAMPER, 2016).
Tanto a Parte 4 da norma ABNT NBR 5419:2015 em seu ANEXO C subseção
C.3.4, quanto a ABNT NBR 5410:2004 em sua subseção 6.3.5 (neste caso, abrange
informações técnicas gerais a respeito dos DPS) tratam da coordenação entre os DPS
que protegem os sistemas eletroeletrônicos de uma estrutura. Na Figura 19 é
apresentada a utilização, em conjunto, das três classes de DPS existentes,
proporcionando assim uma maior segurança aos sistemas internos durante a
ocorrência de um surto. Desta forma a eficiência do sistema coordenado de DPS
dependerá não somente da sua apropriada seleção, como também de sua correta
instalação (ABNT, 2004, 2015).
39
Figura 19 - Coordenação entre DPS Classe I, Classe II e Classe III.
Fonte: FINDER, 2012.
2.3.2.4 Interfaces isolantes
Segundo a ABNT NBR 5419-3 as interfaces isolantes são dispositivos capazes
de reduzir os efeitos dos LEMP nas linhas que adentram as zonas de proteção contra
raios. Caso haja a necessidade de proteção dessas interfaces, a mesma será provida
por DPS. A IEC 60664-1 determina as categorias de sobretensões cujo o valor deve
ser coordenado com a suportabilidade das interfaces isolantes e o nível de proteção
do DPS (ABNT, 2015).
3. MATERIAIS E MÉTODOS
3.1 METODOLOGIA ADOTADA
O presente trabalho, quanto aos objetivos, trata-se de uma pesquisa
exploratória, já que busca proporcionar maior familiaridade e explicitar um
determinado problema que ocorre no IFBA - Campus de Paulo Afonso. Quanto aos
40
procedimentos técnicos, estão presentes as etapas de Pesquisa Bibliográfica,
Pesquisa de Campo, Pesquisa Experimental e Estudo de Caso.
A pesquisa bibliográfica foi adotada principalmente para análise do conteúdo
previsto na ABNT NBR 5419:2015, com o objetivo de embasar a criação da ferramenta
de cálculo para o gerenciamento do risco e a confecção do projeto de PDA. Outras
referências bibliográficas como artigos, dissertações, teses e legislação vigente no
estado da Bahia foram úteis para interpretação da norma e também para confecção
do projeto que propõe adequações para a Proteção contra Descargas Atmosféricas
na instalação.
A pesquisa de campo foi necessária na etapa de recolhimento de todas as
informações acerca da localização, estrutura física, instalações elétricas e outras que
foram necessárias para o projeto e cadastramento da Proteção contra Descargas
Atmosféricas do Campus.
O estudo de caso, baseado na definição de GIL (2008), consistiu no estudo
profundo e exaustivo de outros trabalhos acadêmicos referentes à interpretação e
aplicação da norma, que permitiu fazer uma análise detalhada do SPDA do Campus
de Paulo Afonso e consequente confecção do projeto de PDA.
A pesquisa experimental se configurou, já que alguns dados técnicos do
Instituto estudado foram medidos e analisados, com o uso de equipamentos de
medição.
Dentro dos tipos de pesquisas apresentados e, para fins didáticos, o trabalho
foi dividido basicamente nas seguintes etapas:
Levantamento das informações atualizadas sobre a arquitetura do IFBA –
Campus de Paulo Afonso: etapa necessária para conhecer a fundo a instalação
que se pretende analisar;
Elaboração da planilha eletrônica do gerenciamento de risco, a partir do uso do
software Excel versão de 2013;
Cálculo do Gerenciamento de Risco utilizando ferramenta de cálculo própria:
nesta etapa foram utilizados todos os parâmetros previstos na norma ABNT
NBR 5419:2015 para: construir a planilha de cálculo, verificar a necessidade
do PDA na instalação, bem como identificar o método que melhor se aplica a
mesma;
41
Escolha do método adequado para elaboração do PDA: após a etapa do
gerenciamento do risco, foram avaliados os métodos disponíveis na doutrina:
Método de Franklin, Método de Faraday e Método Eletrogeométrico para
indicar o mais adequado para o Campus;
Construção e digitalização dos projetos (atual e proposto) do Instituto, baseada
nas informações obtidas nas etapas anteriores: foi utilizado o software
AutoCAD 2014 (versão educacional) para confecção dos projetos elétricos.
3.2 PLANILHA DE GERENCIAMENTO DE RISCO
Apesar de possuir operações simples e pouco rebuscadas, como será
apresentado a seguir na seção 3.3.1, o cálculo do gerenciamento de risco é um
processo demorado e minucioso, tanto durante a fase de coleta de dados, quanto na
utilização destes para encontrar os componentes de risco e posteriormente os valores
de risco.
A planilha eletrônica criada e utilizada neste trabalho tem como principal
função, otimizar o gerenciamento de risco, reduzindo o tempo e os possíveis erros
que o projetista pode cometer durante os numerosos e exaustivos cálculos manuais
que este procedimento exige. Além disso, sendo constatada a necessidade da adoção
de PDA, as medidas poderão ser simuladas na planilha, de modo a reduzir o risco até
um valor aceitável.
3.3.1 Parâmetros
Segundo a ABNT (2015) para a realização do gerenciamento de risco, deve ser
seguido um procedimento básico que conta com as seguintes etapas:
Identificação da estrutura a ser protegida e suas características;
Identificação de todos os tipos de perdas na estrutura e os
correspondentes riscos relevantes R (R1 a R4);
Avaliação do risco R para cada tipo de perda R1 a R4;
42
Avaliação da necessidade de proteção, por meio da comparação dos
riscos R1, R2 e R3 com os riscos toleráveis (RT);
Avaliação da eficiência do custo da proteção pela comparação do custo
total das perdas com ou sem as medidas de proteção.
De forma análoga, a norma estabelece o procedimento específico para avaliar
a necessidade de proteção, tendo como base os valores dos riscos R1, R2 e R3, e
sendo realizado para cada um destes conforme descrito abaixo:
Identificação dos componentes RX que compõe o risco;
Cálculo dos componentes de risco identificados RX;
Cálculo do risco total R;
Identificação dos riscos toleráveis RT;
Comparação do risco R com o valor do risco tolerável RT. Se o valor de
R for maior do que o de RT, medidas de proteção devem ser adotadas
para reduzir todos os riscos aos quais a estrutura está sujeita.
Como já mencionado em 2.1.2, e segundo estabelecido em ABNT (2015),
existem três tipos básicos de danos que ocorrem em consequência das descargas
atmosféricas. Estes danos causam perdas que podem ser classificadas em quatro
categorias:
L1: perda de vida humana (incluindo ferimentos permanentes);
L2: perda de serviço ao público;
L3: perda de patrimônio cultural;
L4: perda de valores econômicos.
Segundo a ABNT (2015) para cada tipo de perda que possa aparecer na
estrutura, deve ser avaliado o risco resultante. Conforme definido na Parte 2 da norma
ABNT NBR 5419:2015, o risco (R) é um valor relativo a uma provável perda anual,
sendo avaliado e classificado em:
R1: Risco de perda de vida humana (incluindo ferimentos permanentes);
R2: Risco de perda de serviço ao púbico;
R3: Risco de perda de patrimônio cultural;
R4: Risco de perda de valores econômicos.
43
Para calcular o valor dos riscos existentes em uma estrutura é necessário
avaliar riscos parciais, denominados componentes de risco (RX). Desta forma, cada
risco R é a soma dos seus componentes de risco. A definição de cada um dos
componentes RX (RA, RB, RC, RM, RU, RV, RW e RZ) é apresentada a seguir de acordo
com o ponto de impacto da descarga atmosférica.
De acordo com a ABNT (2015) os componentes de risco para uma estrutura
devido às descargas atmosféricas na estrutura são:
RA: componente 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.
Os componentes de risco para uma estrutura devido às descargas atmosféricas
perto da estrutura são:
RM: componente relativo a falhas de sistemas internos causados por
LEMP.
Os componentes de risco para uma estrutura devido às descargas atmosféricas
em uma linha conectada à estrutura são:
RU: componente relativo a ferimentos aos seres vivos causados por
choque elétrico devido às tensões de toque e passo dentro da estrutura;
RV: componente relativo a danos físicos (incêndio ou explosão iniciados
por centelhamentos perigosos entre instalações externas e partes
metálicas geralmente no ponto de entrada da linha na estrutura) devido
à corrente da descarga atmosférica transmitida ou ao longo das linhas;
RW: componente relativo a falhas de sistemas internos causados por
sobretensões induzidas nas linhas que entram na estrutura e transmitida
a esta.
44
Os componentes de risco para uma estrutura devido às descargas atmosféricas
perto de uma linha conectada à estrutura são:
RZ: componente relativo a falhas de sistemas internos causados por
sobretensões induzidas nas linhas que entram na estrutura e transmitida
a esta.
Os componentes de risco são expressos pela seguinte equação básica:
𝑅𝑋 = 𝑁𝑋 ∗ 𝑃𝑋 ∗ 𝐿𝑋 (2)
Onde: NX é o número de eventos perigosos por ano, apresentado no Anexo A
da Parte 2 da norma ABNT NBR 5419:2015; PX é a probabilidade de dano à estrutura,
apresentado no Anexo B da norma; e LX é a perda consequente, cujo os parâmetros
são definidos no anexo C da norma (ABNT, 2015).
Os principais fatores que afetam NX são a densidade de descargas
atmosféricas para a terra (NG) e as características físicas da estrutura a ser protegida,
bem como a sua vizinhança, as linhas conectadas e o solo. Já a probabilidade PX é
influenciada pelas características da estrutura, linhas conectadas e pelas medidas de
proteção existentes. E finalmente, LX é afetada pelo tipo de utilidade da estrutura,
permanência das pessoas, tipo de serviço fornecido ao público, valor dos bens
afetados pelos danos, e pelas medidas providenciadas para limitar a quantidade de
perdas (ABNT, 2015).
A seguir são apresentadas as equações para o cálculo de cada um dos
componentes de risco, sendo importante salientar que as fórmulas para calcular os
valores de LX variam de acordo com o risco R e, portanto, são explicadas
posteriormente às equações dos riscos (ABNT, 2015).
𝑅𝐴 = 𝑁𝐷 ∗ 𝑃𝐴 ∗ 𝐿𝐴 (3)
Cujo os parâmetros são calculados por:
𝑁𝐷 = 𝑁𝐺 ∗ 𝐴𝐷 ∗ 𝐶𝐷 ∗ 10−6 (4)
Onde: NG é a densidade de descargas atmosféricas para a terra por km*ano,
cujo os valores foram disponibilizados pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais
(INPE) em Mapas impressos, apresentados no Anexo F da norma; AD é área de
exposição equivalente em m², que tratando-se de uma estrutura retangular deverá ser
45
calculada pela Equação 5, caso seja uma estrutura complexa, um método gráfico
deverá ser utilizado; e CD é o fator de localização da estrutura, que pode ser
encontrado na tabela A.1 do Anexo A da norma.
𝐴𝐷 = 𝐿 ∗ 𝑊 + 2 ∗ (3 ∗ 𝐻) ∗ (𝐿 + 𝑊) + 𝜋 ∗ (3 ∗ 𝐻)² (5)
Onde: L é o comprimento, W é a largura e H é a altura da estrutura, todos em
metros.
𝑃𝐴 = 𝑃𝑇𝐴 ∗ 𝑃𝐵 (6)
Onde: PTA depende das medidas de proteção adicionais contra tensões de
toque e passo, cujos valores são definidos na tabela B.1 do Anexo B da norma; e no
mesmo anexo, porém na tabela B.2 são estabelecidos os valores de PB, que depende
do nível de proteção contra descargas atmosféricas (NP) para o qual o SPDA foi
projetado.
𝑅𝐵 = 𝑁𝐷 ∗ 𝑃𝐵 ∗ 𝐿𝐵 (7)
𝑅𝐶 = 𝑁𝐷 ∗ 𝑃𝐶 ∗ 𝐿𝐶 (8)
Cujo o valor de PC é dado pela seguinte equação:
𝑃𝐶 = 𝑃𝑆𝑃𝐷 ∗ 𝐶𝐿𝐷 (9)
Onde: PSPD depende do sistema coordenado de DPS conforme a ABNT NBR
5419-4 e do nível de proteção contra descargas atmosféricas para o qual os DPS
foram projetados, com seus valores encontrados na tabela B.3 do Anexo B da norma;
e CLD é um fator que depende das condições da blindagem, aterramento e isolamento
da linha a qual o sistema interno está conectado, com valores definidos no mesmo
anexo que PSPD, porém na tabela B.4.
𝑅𝑀 = 𝑁𝑀 ∗ 𝑃𝑀 ∗ 𝐿𝑀 (10)
Cujo os parâmetros são calculados por:
𝑁𝑀 = 𝑁𝐺 ∗ 𝐴𝑀 ∗ 10−6 (11)
Onde: AM é a área de exposição equivalente de descargas atmosféricas que
atingem perto da estrutura em metros e calculada pela Equação 12.
𝐴𝑀 = 2 ∗ 500 ∗ (𝐿 + 𝑊) + 𝜋 ∗ 500² (12)
46
𝑃𝑀 = 𝑃𝑆𝑃𝐷 ∗ 𝑃𝑀𝑆 (13)
Os valores de PMS são obtidos da Equação a seguir:
𝑃𝑀𝑆 = (𝐾𝑆1 ∗ 𝐾𝑆2 ∗ 𝐾𝑆3 ∗ 𝐾𝑆4)² (14)
Onde: KS1 leva em consideração a eficiência da blindagem por malha da
estrutura, SPDA ou outra blindagem na interface ZPR 0/1 (estas zonas de proteção
contra descargas atmosféricas são definidas na subseção 8.3 da Parte 1 da norma
ABNT NBR 5419:2015, e neste caso representa a blindagem existente entre as Zonas
de proteção 0 e 1), e é definido pela Equação 15; KS2 leva em consideração a
eficiência da blindagem por malha de blindagem interna a estrutura na interface ZPR
X/Y (X>0, Y>1), que é calculada pela Equação 16; KS3 leva em consideração as
características da fiação interna e seus valores são encontrados na tabela B.5 do
Anexo B da norma; e KS4 leva em consideração a tensão suportável de impulso do
sistema a ser protegido, e é calculado a partir da Equação 17.
𝐾𝑆1 = 0,12 ∗ 𝑤𝑚1 (15)
𝐾𝑆2 = 0,12 ∗ 𝑤𝑚2 (16)
Onde: wm1 e wm2, ambos em metros, são as larguras da blindagem em forma
de grade, ou dos condutores de descidas do SPDA tipo malha ou o espaçamento
entre colunas metálicas da estrutura, ou o espaçamento entre estruturas de concreto
armado atuando como SPDA natural. Para blindagens metálicas contínuas com
espessura não inferior a 0,1mm, KS1 = KS2 = 10-4.
𝐾𝑆4 = 1
𝑈𝑊 (17)
Onde: UW é a tensão suportável nominal de impulso do sistema a ser protegido,
expressa em kV.
𝑅𝑈 = (𝑁𝐿 + 𝑁𝐷𝐽) ∗ 𝑃𝑈 ∗ 𝐿𝑈 (18)
Onde: NL é o número de sobretensões de amplitude não inferior a 1 kV (1/ano)
na seção da linha e NDJ é o número de eventos perigosos para uma estrutura
adjacente. Os cálculos de NL e NDJ são mostrados abaixo:
𝑁𝐿 = 𝑁𝐺 ∗ 𝐴𝐿 ∗ 𝐶𝐼 ∗ 𝐶𝐸 ∗ 𝐶𝑇 ∗ 10−6 (19)
47
Onde: AL é a área de exposição equivalente de descargas atmosféricas que
atingem a linha, expressa em metros e calculada conforme a Equação 20; CI é o fator
de instalação da linha, definido na tabela A.2 do Anexo A da ABNT NBR 5419:2015;
CE é o fator ambiental da linha; cujo os valores são apresentados na tabela A.4 da
norma; e CT é o fator tipo de linha; com valores determinados na tabela A.3 do mesmo
anexo.
𝐴𝐿 = 40 ∗ 𝐿𝐿 (20)
Onde: LL é o comprimento da seção da linha em metros.
𝑁𝐷𝐽 = 𝑁𝐺 ∗ 𝐴𝐷𝐽 ∗ 𝐶𝐷𝐽 ∗ 𝐶𝑇 ∗ 10−6 (21)
Onde: ADJ é a área de exposição equivalente da estrutura adjacente, que deve
ser determinada de forma semelhante a AD e CDJ é o fator de localização da estrutura
adjacente, que é equivalente a CD.
𝑃𝑈 = 𝑃𝑇𝑈 ∗ 𝑃𝐸𝐵 ∗ 𝑃𝐿𝐷 ∗ 𝐶𝐿𝐷 (22)
Onde: PTU depende das medidas de proteção contra tensões de toque, como
restrições físicas ou avisos visíveis de alerta, tendo seus valores definidos na tabela
B.6 do Anexo B da Parte 2 da norma; PEB depende das ligações equipotenciais para
descargas atmosféricas (EB) conforme a ABNT NBR 5419-3 e do nível de proteção
contra descargas atmosféricas (NP) para o qual o DPS foi projetado, cujo os valores
são determinados na tabela B.7 do Anexo B da norma; e PLD é a probabilidade de
falha de sistemas internos devido a uma descarga atmosférica na linha conectada
dependendo das características da linha, e com seus valores estabelecidos na tabela
B.8 do mesmo que PTU e PEB.
𝑅𝑉 = (𝑁𝐿 + 𝑁𝐷𝐽) ∗ 𝑃𝑉 ∗ 𝐿𝑉 (23)
Cujo o valor de PV é dado por:
𝑃𝑉 = 𝑃𝐸𝐵 ∗ 𝑃𝐿𝐷 ∗ 𝐶𝐿𝐷 (24)
𝑅𝑊 = (𝑁𝐿 + 𝑁𝐷𝐽) ∗ 𝑃𝑊 ∗ 𝐿𝑊 (25)
Onde: PW é calculado pela seguinte equação:
𝑃𝑊 = 𝑃𝑆𝑃𝐷 ∗ 𝑃𝐿𝐷 ∗ 𝐶𝐿𝐷 (26)
48
𝑅𝑍 = 𝑁𝐼 ∗ 𝑃𝑍 ∗ 𝐿𝑍 (27)
Onde: NI é o número de sobretensões de amplitude não inferior a 1 kV (1/ano)
na seção da linha, e é calculado a partir da equação abaixo:
𝑁𝐼 = 𝑁𝐺 ∗ 𝐴𝐼 ∗ 𝐶𝐼 ∗ 𝐶𝐸 ∗ 𝐶𝑇 ∗ 10−6 (28)
Onde: AI é a área de exposição equivalente de descargas atmosféricas para a
terra perto da linha, expressa em m², que deve ser calculada a partir da Equação 29.
𝐴𝐼 = 4000 ∗ 𝐿𝐿 (29)
𝑃𝑍 = 𝑃𝑆𝑃𝐷 ∗ 𝑃𝐿𝐼 ∗ 𝐶𝐿𝐼 (30)
Onde: PLI é a probabilidade de falha e sistemas internos devido a uma descarga
atmosférica perto de uma linha conectada dependendo das características da linha e
dos equipamentos, cujo os valores são determinados na tabela B.9 do Anexo B da
norma; e CLI é um fator que depende das condições da blindagem, do aterramento e
da isolação da linha, com valores determinados na tabela B.4 do mesmo anexo.
A partir da definição e equação de cada um dos componentes de risco, é
possível determinar os valores dos riscos R conforme as equações apresentadas
abaixo:
𝑅1 = 𝑅𝐴1 ∗ 𝑅𝐵1 ∗ 𝑅𝐶1
1
∗ 𝑅𝑀11 ∗ 𝑅𝑈1 ∗ 𝑅𝑉1 ∗ 𝑅𝑊1
1 ∗ 𝑅𝑍11 (31)
𝑅2 = 𝑅𝐵2 ∗ 𝑅𝐶2 ∗ 𝑅𝑀2 ∗ 𝑅𝑉2 ∗ 𝑅𝑊2 ∗ 𝑅𝑍2 (32)
𝑅3 = 𝑅𝐵3 ∗ 𝑅𝑉3 (33)
𝑅4 = 𝑅𝐴4
2
∗ 𝑅𝐵4 ∗ 𝑅𝐶4 ∗ 𝑅𝑀4 ∗ 𝑅𝑈42 ∗ 𝑅𝑉4 ∗ 𝑅𝑊4 ∗ 𝑅𝑍4 (34)
Para o risco R1 os valores de LX serão dados pelas seguintes equações:
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 pôr em perigo a vida humana.
2 Somente para propriedades onde animais possam ser perdidos.
49
𝐿𝐴 = 𝐿𝑈 = 𝑟𝑡 ∗ 𝐿𝑇 ∗𝑛𝑧
𝑛𝑡∗
𝑡𝑧
8760 (35)
Onde: rt é um fator de redução da perda de vida humana dependendo do tipo
de solo ou piso, com valores estabelecidos na tabela C.3 do Anexo C da norma; LT é
o número relativo médio típico de vítimas feridas por choque elétrico devido a um
evento perigoso, cujo os valores são dados na tabela C.2 do Anexo C; nz é o número
de pessoas na zona; nt é o número total de pessoas na estrutura; e tz é o tempo
durante o qual as pessoas estão presente na zona, expresso em horas por ano.
𝐿𝐵 = 𝐿𝑉 = 𝑟𝑃 ∗ 𝑟𝑓 ∗ ℎ𝑧 ∗ 𝐿𝐹 ∗𝑛𝑧
𝑛𝑡∗
𝑡𝑧
8760 (36)
Onde: rp é um fator de redução da perda devido a danos físicos dependendo
das providências tomadas para reduzir as consequências do incêndio, e tem seus
valores determinados na tabela C.4 do Anexo C da norma; rf é um fator de redução
da perda devido a danos físicos dependendo do risco de incêndio ou do risco de
explosão da estrutura, cujo os valores são apresentados na tabela C.5 do mesmo
Anexo; hz é um fator de aumento da perda devido a danos físicos quando um perigo
especial estiver presente, com valores estabelecidos na tabela C.6 do Anexo C; e LF
é número relativo médio típico de vítimas por danos físicos devido a um evento
perigoso, com valores definidos na tabela C.2 da norma 5419-2.
𝐿𝐶 = 𝐿𝑀 = 𝐿𝑊 = 𝐿𝑍 = 𝐿𝑂 ∗𝑛𝑧
𝑛𝑡∗
𝑡𝑧
8760 (37)
Onde: LO é o número relativo médio típico de vítimas por falha de sistemas
internos devido a um evento perigoso, cujo os valores devem ser determinados a partir
da tabela C.2 do Anexo C da norma.
Para o risco R2 os valores de LX devem ser calculados pelas equações abaixo:
𝐿𝐵 = 𝐿𝑉 = 𝑟𝑃 ∗ 𝑟𝑓 ∗ 𝐿𝐹 ∗𝑛𝑧
𝑛𝑡 (38)
Onde: LF é o número relativo médio típico de usuários não servidos, resultante
do dano físico devido a um evento perigoso, cujo os valores são encontrados na tabela
C.8 do Anexo C da norma.
𝐿𝐶 = 𝐿𝑀 = 𝐿𝑊 = 𝐿𝑍 = 𝐿𝑂 ∗𝑛𝑧
𝑛𝑡 (39)
50
Onde: LO é o número relativo médio típico de usuários não servidos, resultante
da falha de sistemas internos devido a um evento perigoso, que possui seus valores
estabelecidos na tabela C.8 do Anexo C da norma.
Para o risco R3 os valores de LX são determinados pela Equação 39.
𝐿𝐵 = 𝐿𝑉 = 𝑟𝑃 ∗ 𝑟𝑓 ∗ 𝐿𝐹 ∗𝑐𝑧
𝑐𝑡 (40)
Onde: LF é o valor relativo médio típico de todos os valores atingidos pelos
danos físicos devido a um evento perigoso, determinado na tabela C.10 do Anexo C
da norma; cz é o valor do patrimônio cultural na zona e ct é o valor total da edificação
e conteúdo da estrutura (soma de todas as zonas).
Para o risco R4 os valores de LX são determinados pelas equações a seguir:
𝐿𝐴 = 𝐿𝑈 = 𝑟𝑡 ∗ 𝐿𝑇 ∗𝑐𝑎
𝑐𝑡𝑎 (41)
Onde: LT é o valor relativo médio típico de todos os valores danificados por
choque elétrico devido a um evento perigoso, tendo seu valor definido na tabela C.12
do Anexo C da ABNT 5419-2; ca é o valor dos animais na zona; e ct é o valor total da
estrutura (soma de todas as zonas para animais, edificação, conteúdo e sistemas
internos incluindo suas atividades).
𝐿𝐵 = 𝐿𝑉 = 𝑟𝑃 ∗ 𝑟𝑓 ∗ 𝐿𝐹 ∗(𝑐𝑎 + 𝑐𝑏+ 𝑐𝑐+ 𝑐𝑠)
𝑐𝑡𝑎 (42)
Onde: LF é o valor relativo médio típico de todos os valores atingidos pelos
danos físicos devido a um evento perigoso, cujo os valores são determinados na
tabela C.12 da norma; cb é o valor da edificação relevante à zona; cc é o valor do
conteúdo da zona; cs é o valor dos sistemas internos incluindo suas atividades na
zona.
𝐿𝐶 = 𝐿𝑀 = 𝐿𝑊 = 𝐿𝑍 = 𝐿𝑂 ∗𝑐𝑠
𝑐𝑡
3 (43)
3 Estas relações devem somente se consideradas nas Equações 39 – 42, se a análise de risco for conduzida de acordo com a seção 6.10 da norma 5419-2, usando o seu anexo D. No caso de utilizar um valor representativo para o risco tolerável R4 de acordo com a tabela 4 desta norma, as relações não podem ser levadas em consideração. Nestes casos, as relações devem ser substituídas pelo valor 1.
51
Onde: LO é o valor relativo médio típico de todos os valores danificados pela
falha de sistemas internos devido a um evento perigoso; com valores definidos na
tabela C.12 do Anexo C da norma.
A Figura 20 a seguir tem como objetivo auxiliar o projetista na determinação e
entendimento das áreas de exposição equivalentes utilizadas para o cálculo do
gerenciamento de risco.
Figura 20 - Áreas de exposição equivalentes (AD, AM, AI, AL)
Fonte: ABNT, 2015.
3.3.2 Construção
A planilha eletrônica do gerenciamento de risco foi elaborada a partir do
software Excel, versão de 2013. Durante todo o desenvolvimento foram utilizadas
ferramentas e funções de diversos níveis de aprendizado e experiência no software,
podendo ser citadas: funções básicas como a “soma”; funções lógicas como “e”, “ou”
e “se”; funções intermediárias a exemplo da validação de dados, “procv”, “proch” e
“proc”; e funções avançadas como “índice” e “corresp”. Ferramentas como a
formatação condicional de dados e comentários, auxiliaram para uma melhor
compreensão, organização e visualização dos dados pelo projetista.
As fórmulas existentes na planilha foram criadas de acordo com os parâmetros
e tabelas existentes na Parte 2 da norma ABNT NBR 5419:2015, sendo algumas de
suas tabelas modificadas ou unificadas para facilitar a seleção e recolhimento dos
dados solicitados. Um exemplo de modificação que foi necessária para o
desenvolvimento da planilha é apresentado na Figura 21, onde a Tabela B.2 do anexo
B da norma teve algumas de suas colunas mescladas e reescritas.
52
Figura 21 - Tabela B.2 da norma ABNT NBR 5419:2015: (a) original; e (b) após a modificação.
Fonte: (a) ABNT, 2015.
Esteticamente, buscou-se desenvolver uma ferramenta de caráter técnico,
porém com um design que remetesse à área da engenharia elétrica e com cores
estrategicamente selecionadas para facilitar a inserção de informações pelo projetista.
A Figura 22, a seguir, apresenta o layout inicial da planilha, sendo muito importante
especificar a função das principais cores de células presentes nesta, que são: branca,
utilizada para títulos, informações e perguntas, portanto, não podendo estas ser
alteradas pelo projetista; amarela, na qual são inseridos valores, nomes ou escolhidas
opções, o que as tornam modificáveis pelo usuário; e verde, cujo os valores são
consequência das informações inseridas nas células amarelas.
Características da estrutura Classe de SPDA PB
Estrutura não protegida por SPDA - 1
IV 0,2
III 0,1
II 0,05
I 0,02
0,01
0,001
Estrutura protegida por SPDA
Estrutura com subsistema de captação conforme SPDA classe I e
uma estrutura metálica contínua ou de concreto armado atuando
como um subsistema de descida natural
Estrutura com cobertura metálica e um subsistema de captação,
possivelmente incluindo componentes naturais, com proteção
completa de qualquer instalação na cobertura contra descargas
atmosféricas diretas e uma estrutura metálica contínua ou de
concreto armado atuando como um subsistema de descidas natural
Tabela B.2 - Valores de probabilidade PB dependendo das medidas de
proteção para reduzir danos físicos
Características da estrutura PB
Estrutura não protegida por SPDA 1
Estrutura protegida por SPDA classe IV 0,2
Estrutura protegida por SPDA classe III 0,1
Estrutura protegida por SPDA classe II 0,05
Estrutura protegida por SPDA classe I 0,02
Estrutura com subsistema de captação conforme
SPDA classe I e uma estrutura metálica contínua
ou de concreto armado atuando como um
subsistema de descida natural
0,01
Estrutura com cobertura metálica, um
subsistema de captação e uma estrutura
metálica contínua ou de concreto armado
atuando como um subsistema de descidas
natural
0,001
Tabela B.2 - Valores de probabilidade PB dependendo das
medidas de proteção para reduzir danos físicos
(a) (b)
53
Figura 22 - Layout inicial com as primeiras informações solicitadas.
Por ser um recurso interativo e o mais automatizado possível, esta planilha
permite ao usuário fazer escolhas para alcançar melhores resultados durante o
gerenciamento de risco, bem como desconsiderar algumas informações, caso
entenda necessário e, obviamente, quando a norma assim permitir. As figuras a seguir
mostram as principais opções que são apresentadas ao projetista durante a inserção
das informações, a exemplo de: a existência ou não de estruturas adjacentes, Figura
23; a quantidade de linhas conectadas à estrutura ou à zona, Figura 24; a necessidade
de calcular os riscos R3 e R4,Figura 25; a presença de animais na estrutura para o
cálculo de R4, Figura 26; e o risco de explosão ou de uma falha dos sistemas internos
imediatamente colocar em perigo a vida humana para o cálculo de R1, Figura 27.
54
Figura 23 – Opção quanto a existência de uma estrutura Adjacente.
Figura 24– Opção quanto a quantidade de linhas conectadas à estrutura ou à zona.
O motivo pelo qual a planilha possibilita considerar ou não os ricos R3 e R4,
representado na Figura 25, é explicado de acordo com a definição destes. O primeiro,
risco R3, deve ser considerado para tipos bem específicos de estruturas, onde
patrimônio cultural possa ser perdido, como em museus e galerias, enquanto que o
segundo, o risco R4, trata-se de uma avaliação da eficiência do custo da proteção em
relação ao custo total das perdas, ficando sua consideração a critério do projetista e
do proprietário.
4
NÃO
SIM
Quantidade de linhas conectadas à estrutura:
Existe estrutura adjacente?
Deseja que os valores de Nx, Px, Lx e Rx estejam visíveis?
4
SIM
SIM
Quantidade de linhas conectadas à estrutura:
Existe estrutura adjacente?
Deseja que os valores de Nx, Px, Lx e Rx estejam visíveis?
1
SIM
SIM
Quantidade de linhas conectadas à estrutura:
Existe estrutura adjacente?
Deseja que os valores de Nx, Px, Lx e Rx estejam visíveis?
LL(m): 10 AL: 400 LL(m): 20 AL: 800
UW (KV): 6 UW (KV): 6
PLI: 0,04 AI: 40000 PLI: 0,1 AI: 80000
CI: 1 CI: 0,01
CLI: 0,1 CLI: 0,2
CLD: 1 CLD: 1
PSPD: 1 PSPD: 1
SIM SIM
KS1: 0,0001 5 KS1: 0,0001 5
KS2: 0,0001 5 KS2: 0,0001 5
KS3: 1 KS3: 1
KS4: 0,166666667 PMS: 2,78E-18 KS4: 0,166666667 PMS: 2,78E-18
PLD: 0,8 PLD: 0,1
Linha aéria blindada (energia ou sinal) - Blindagem não
interligada ao mesmo barramento de equipotencialização que o
equipamento
Linha de energia com neutro multiaterrado - Nenhuma
Cabo não blindado - sem preocupação no roteamento no sentido
de evitar laços (a)
Blindada aéria ou enterrada cuja blindagem está interligada ao
mesmo barramento de equipotencialização do equipamento -
1Ω/km < RS ≤ 5Ω/km
Nenhum sistema de DPS coordenado
Cabo não blindado - sem preocupação no roteamento no sentido
de evitar laços (a)
CARACTERÍSTICAS DA LINHA 2
NOME DA LINHA: ENERGIA
Cabos enterrados instalados completamente dentro
de uma malha de aterramento
Linhas de energia
CARACTERÍSTICAS DA LINHA 1
NOME DA LINHA: SINAL
Aéreo
Linha de energia com neutro multiaterrado - Nenhuma
Existe blindagem metálica contínua com espessura superior a 0,1 mm?
Linhas de sinais
Nenhum sistema de DPS coordenado
Linha de energia com neutro multiaterrado - Nenhuma
Blindada aéria ou enterrada cuja blindagem está interligada ao
mesmo barramento de equipotencialização do equipamento -
5Ω/km < RS ≤ 20Ω/km
Existe blindagem metálica contínua com espessura superior a 0,1 mm?
LL(m): 10 AL: 400 LL(m): 20 AL: 800
UW (KV): 6 UW (KV): 6
PLI: 0,04 AI: 40000 PLI: 0,1 AI: 80000
CI: 1 CI: 0,01
CLI: 0,1 CLI: 0,2
CLD: 1 CLD: 1
PSPD: 1 PSPD: 1
SIM SIM
KS1: 0,0001 5 KS1: 0,0001 5
KS2: 0,0001 5 KS2: 0,0001 5
KS3: 1 KS3: 1
KS4: 0,166666667 PMS: 2,78E-18 KS4: 0,166666667 PMS: 2,78E-18
PLD: 0,8 PLD: 0,1
Linha aéria blindada (energia ou sinal) - Blindagem não
interligada ao mesmo barramento de equipotencialização que o
equipamento
Linha de energia com neutro multiaterrado - Nenhuma
Cabo não blindado - sem preocupação no roteamento no sentido
de evitar laços (a)
Blindada aéria ou enterrada cuja blindagem está interligada ao
mesmo barramento de equipotencialização do equipamento -
1Ω/km < RS ≤ 5Ω/km
Nenhum sistema de DPS coordenado
Cabo não blindado - sem preocupação no roteamento no sentido
de evitar laços (a)
CARACTERÍSTICAS DA LINHA 2
NOME DA LINHA: ENERGIA
Cabos enterrados instalados completamente dentro
de uma malha de aterramento
Linhas de energia
CARACTERÍSTICAS DA LINHA 1
NOME DA LINHA: SINAL
Aéreo
Linha de energia com neutro multiaterrado - Nenhuma
Existe blindagem metálica contínua com espessura superior a 0,1 mm?
Linhas de sinais
Nenhum sistema de DPS coordenado
Linha de energia com neutro multiaterrado - Nenhuma
Blindada aéria ou enterrada cuja blindagem está interligada ao
mesmo barramento de equipotencialização do equipamento -
5Ω/km < RS ≤ 20Ω/km
Existe blindagem metálica contínua com espessura superior a 0,1 mm?
55
Figura 25 - Opção quanto a necessidade de calcular os riscos R3 e R4.
No caso de ser considerado o risco R4, deve ser informada a existência de
animais na estrutura a ser protegida, conforme mostrado na Figura 26 e especificado
na Parte 2 da ABNT NBR 5419:2015. Se não houver animais na estrutura, as
componentes RA e RU do risco R4 deverão ser desconsideradas.
Figura 26 - Relação entre a opção quanto a presença de animais na estrutura e o risco R4.
NÃO
SIM
SIMDeseja considerar o risco de perdas de valor econômico (R4)?
Existe risco de perdas de patrimônio cultural (R3)?
A zona ou estrutura possui risco de explosão ou trata-se de uma estrutura na qual
a falha dos sistemas internos imediatamente possam colocar em perigo a vida
humana?
cz: 50 ct: 100
R3:
SIM
ca: 25 cs: 30
cb: 15
cc: 30 ct: 100
LF: 0,1
LO: 0,0001
R4: 3,77407E-05
R4: RISCO DE PERDA DE VALORES ECONÔMICOS
Existem animais nesta propriedade que possam correr risco?
Outros
Outros
R3: RISCO DE PERDAS DE PATRIMÔNIO CULTURAL
1,86603E-05
50 100
SIM
25 30
15
30 100
LF: 0,1
LO: 0,0001
Outros
Outros
NÃO
NÃO
NÃODeseja considerar o risco de perdas de valor econômico (R4)?
Existe risco de perdas de patrimônio cultural (R3)?
A zona ou estrutura possui risco de explosão ou trata-se de uma estrutura na qual
a falha dos sistemas internos imediatamente possam colocar em perigo a vida
humana?
SIMExistem animais nesta propriedade que possam correr risco?
RA: 0
RB: 3,62182E-05
RCL1: 1,08655E-07
RC: 2,17309E-07
RML1: 4,65308E-22
RM: 9,30616E-22
RUL1: 0
RU: 0
RVL1: 1,02877E-06
RV: 1,10233E-06
RWL1: 1,54316E-07
RW: 1,6535E-07
RZL1: 3,3696E-08
RZ: 3,70656E-08
Valores R4 para a linha 1
RA: 9,05456E-11
RB: 3,62182E-05
RCL1: 1,08655E-07
RC: 2,17309E-07
RML1: 4,65308E-22
RM: 9,30616E-22
RUL1: 2,57193E-10
RU: 2,75583E-10
RVL1: 1,02877E-06
RV: 1,10233E-06
RWL1: 1,54316E-07
RW: 1,6535E-07
RZL1: 3,3696E-08
RZ: 3,70656E-08
Valores R4 para a linha 1
NÃOExistem animais nesta propriedade que possam correr risco?
56
Em um processo semelhante ao anterior, deve ser informado pelo usuário se a
estrutura ou zona avaliada possui risco de explosão ou se uma falha nos sistemas
internos pode colocar a vida de pessoas em risco. Em caso negativo, as componentes
RC, RM, RW e RZ deverão ser desconsideradas no cálculo do risco R1, como mostrado
na Figura 27 a seguir.
Figura 27 – Relação entre a opção quanto ao risco de explosão ou de uma falha dos sistemas
internos imediatamente colocar em perigo a vida humana e o risco R1.
Os comentários e a opção de visualização do memorial de cálculo são
apresentados na Figura 28 e Figura 29, respectivamente. O memorial de cálculo foi
desenvolvido de modo a se adaptar automaticamente aos parâmetros considerados
pelo projetista, apresentando apenas os valores pertinentes à estrutura avaliada.
Figura 28 – Comentários para auxiliar o projetista na inserção das informações.
RA: 9,05456E-11
RB: 9,05456E-07
RCL1: 9,05456E-05
RC: 0,000181091
RML1: 3,87757E-19
RM: 7,75513E-19
RUL1: 2,57193E-10
RU: 2,75583E-10
RVL1: 2,57193E-08
RV: 2,75583E-08
RWL1: 0,000128596
RW: 0,000137791
RZL1: 0,00002808
RZ: 0,000030888
Valores R1 para a linha 1
RA: 9,05456E-11
RB: 9,05456E-07
RCL1: 0
RC: 0
RML1: 0
RM: 0
RUL1: 2,57193E-10
RU: 2,75583E-10
RVL1: 2,57193E-08
RV: 2,75583E-08
RWL1: 0
RW: 0
RZL1: 0
RZ: 0
Valores R1 para a linha 1
NÃOA zona ou estrutura possui risco de explosão ou trata-se de uma estrutura na qual
a falha dos sistemas internos imediatamente possam colocar em perigo a vida
humana?
SIM
NÃO
NÃODeseja considerar o risco de perdas de valor econômico (R4)?
Existe risco de perdas de patrimônio cultural (R3)?
A zona ou estrutura possui risco de explosão ou trata-se de uma estrutura na qual
a falha dos sistemas internos imediatamente possam colocar em perigo a vida
humana?
57
Figura 29 - Memorial de cálculo.
Como qualquer software, aplicativo ou ferramenta recém criada, esta planilha
ainda possui algumas limitações como, por exemplo, o fato de que deve ser iniciado
um novo arquivo para cada zona, ou seja, para uma estrutura com uma única zona, a
planilha expressa o resultado do risco diretamente na aba Resultado do GR, como
mostrado na Figura 30, porém no caso de uma estrutura multizonas, como o IFBA, a
planilha deve ser utilizada pelo projetista para encontrar os valores de risco em cada
zona, para só então estes valores serem inseridos pelo projetista e somados nesta
mesma aba da planilha, sendo limitada para uma estrutura com 10 zonas. Outras duas
limitações existentes são: que a estrutura deve ter no máximo 4 linhas por zona, o que
pode ser visualizado na Figura 24; e que só pode ser considerada uma única estrutura
adjacente à estrutura ou à zona, sendo está última a menos importante, já que a
própria ABNT NBR 5419:2015 deixa claro que em muitos casos os valores
consequentes desses dados são desprezíveis. O somatório dessas limitações
acarreta na necessidade de aperfeiçoamento da planilha para que esta seja aplicada
a projetos de maior porte, como por exemplo, um shopping center.
4
SIM
SIMDeseja que os valores de Nx, Px, Lx e Rx estejam visíveis?
Quantidade de linhas conectadas à estrutura:
Existe estrutura adjacente?
58
Figura 30 - Resultado do Gerenciamento de Risco e quantidade de zonas.
3.3.3 Divisão do campus em zonas
Conforme estabelecido na Parte 2 da norma ABNT NBR 5419:2015, durante a
realização do gerenciamento de risco, a estrutura total pode ser dividida em zonas
(Zs), de modo a atender melhor diferenças com relação ao tipo de solo ou piso, aos
compartimentos à prova de fogo; à blindagem espacial, e adicionalmente, ao layout
dos sistemas internos, às medidas de proteção existentes ou a serem instaladas, e
aos valores de perdas LX. Quando realizada esta divisão em zonas, cada componente
de risco será avaliado para cada zona e o risco total R da estrutura será a soma dos
componentes de risco de todas as zonas que a constituem. Essa divisão permite
selecionar as medidas de proteção adequadas para cada zona e reduz o custo total
da proteção contra descargas atmosféricas.
O IFBA - Campus de Paulo Afonso possui edificações construídas sobre uma
área de 4675,11 m² do seu terreno, sendo composto por diversas edificações, como
mostrado na Figura 31. A distância entre um prédio e outro, assim como as
características anteriormente citadas foram levadas em consideração, de tal forma
que a estrutura total do campus foi dividida em sete zonas.
59
Figura 31 - Estrutura completa do IFBA - Campus de Paulo Afonso.
A primeira zona, representada pela Figura 32, é a maior parte do prédio
principal do campus, com uma área de 2176,35 m² e perímetro de 411,04 m, composto
pelo setor administrativo, dois vestiários, recepção, auditório, seis banheiros, sala dos
professores e quinze salas de aula (incluindo os laboratórios). Além das aulas em sala
e laboratórios, nesse prédio está centralizado praticamente todo o serviço
administrativo do campus.
Figura 32 - Zona 1: Prédio principal.
60
A Figura 33 a seguir apresenta a zona 2, denominada laboratório de química e
constituída por três salas, tendo uma área total de 81,59 m² e 38,04 m de perímetro.
Esta zona faz parte do prédio principal e foi escolhida, pois é uma área que possui
material líquido inflamável. É uma área utilizada para aulas e experimentos químicos,
assim como para o armazenamento de substâncias químicas. A zona 3 mostrada na
segunda parte da Figura 33 possui uma área de 360,54 m², perímetro de 84,24 m e é
formada pela biblioteca, recepção e administração da biblioteca e setor
multidisciplinar. Esta zona foi dividida em consequência à escolha do laboratório de
química como zona, pois o laboratório fica entre a biblioteca e o resto do prédio
principal, como pode ser visto no lado esquerdo da Figura 31. Este espaço é utilizado
como área de estudo e armazenamento do acervo bibliográfico do campus, assim
como local de acesso a computadores.
Figura 33 – (a) Zona 2: Laboratório de química; (b) Zona 3: Biblioteca.
(a)
(b)
61
O prédio da cantina foi inserido na zona 4, Figura 34 - Zona 4: Prédio da
cantina.Figura 34, tendo uma área de 170,69 m² e 58,10m de perímetro. Esta
edificação é formada pela cantina e sua varanda, dois banheiros, almoxarifado do
IFBA e almoxarifado da prestadora de serviços, sendo escolhida como zona por estar
distante do prédio principal. Além da utilização como refeitório da instituição, é
também o almoxarifado, guardando uma parte do material utilizado pela administração
e serviços realizados no campus.
Figura 34 - Zona 4: Prédio da cantina.
Na Figura 35 é apresentado o prédio anexo que é a construção mais recente
do campus, e tem uma área e um perímetro de 601,00 m² e 122,58 m,
respectivamente. O prédio é composto por um térreo e 3 andares, e contempla seis
laboratórios, nove salas de aula, doze banheiros, salas para depósito e um espaço de
convivência. Esta zona foi escolhida, pois é um prédio anexo ao prédio principal.
Atualmente é empregada para aulas, estudos em grupo e realização de experimentos
elétricos.
62
Figura 35 - Zona 5: Prédio anexo.
A sexta e menor zona é a estrutura onde fica o sistema de bombeamento e a
caixa d’água que é responsável pelo armazenamento e distribuição da água
consumida no prédio principal. A casa de bombas possui área de 22,28 m² e perímetro
de 18,88 m, e foi escolhido como uma zona devido à sua distância em relação ao
prédio principal. A Figura 36 abaixo mostra o prédio da casa de bombas.
Figura 36 - Zona 6: Casa de bombas.
Na quadra poliesportiva, Figura 37, são realizadas aulas, competições e outros
eventos tanto do IFBA como da comunidade local. A zona é constituída pela quadra e
uma pequena sala, tendo área total de 1262,66 m² e 147,40 m de perímetro. Foi
escolhida como a sétima zona, pois está distante do prédio principal e possui uma
estrutura diferente das demais do campus.
63
Figura 37 - Zona 7: Quadra poliesportiva.
3.3.4 Coleta de dados
Devido à necessidade de observar e coletar uma grande quantidade de
variáveis para o cálculo do gerenciamento de risco, criou-se alguns formulários que
foram preenchidos durante a avaliação dos riscos existentes na estrutura para facilitar
a inserção destes na planilha eletrônica criada. O quadro a seguir apresenta as
informações que são gerais para toda a estrutura do IFBA – campus de Paulo Afonso.
Quadro 3 – Informações gerais da estrutura
Nome:
Localização:
CD:
nt:
No Quadro 4 são apresentados os dados solicitados para cada uma das zonas
da estrutura. A maior parte dos dados foi coletada a partir de informações
disponibilizadas pelos técnicos e profissionais do próprio campus ou zona da
64
estrutura, bem como pela constatação visual da presença e classificação de
determinados parâmetros.
Quadro 4 – Informações da zona
Nome:
L: W: H:
nz: tz:
QTD. De linhas:
CT: CE:
PB:
PTA:
Existe medida de proteção adicional? SIM ( ) NÃO ( )
Qual?
PTU: PEB:
rt:
rp:
rf:
hz:
LF de R1: LF de R2:
LO de R1: LO de R2:
Para cada zona da estrutura foi necessário quantificar e avaliar as linhas que
adentram estas e, portanto, foram levantadas informações sobre cada uma destas
linhas de sinal ou de energia elétrica, conforme mostra o Quadro 5.
Quadro 5 - Informações da linha
Nome:
LL: UW:
PLI: CI:
CLI:
CLD:
PSPD:
Existe blindagem metálica cont. com esp. superior a 0,1 mm?
SIM ( ) NÃO ( )
WM1: WM2:
KS3:
PLD:
65
Como pode ser observado, nos quadros mostrados anteriormente não existe a
solicitação de informações de estruturas adjacentes, ou de parâmetros necessários
para o cálculo dos riscos R3 e R4. Além de, na maioria dos casos, os valores
consequentes das estruturas adjacentes pouco influenciarem nos valores de risco R,
no caso particular do IFBA – campus de Paulo Afonso, o mesmo não divide linhas
com outras estruturas e está em um terreno onde a sua estrutura fica longe de outras
propriedades, podendo então ser desconsiderada a influência de uma estrutura
adjacente durante o cálculo do gerenciamento de risco.
O risco R3 não foi considerado, pois o campus não é uma estrutura na qual um
grande patrimônio cultural possa ser perdido, como no caso de galerias e museus. Já
o risco R4 não foi levado em conta por ficar a cargo do projetista e demandar muita
informação econômica, que nem sempre está disponível.
4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.1 CADASTRAMENTO DO ATUAL PROJETO DO CAMPUS
A partir de uma pesquisa de campo foi possível realizar o cadastramento do
Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas existente no IFBA – campus de
Paulo Afonso, que até então não possuía um desenho técnico do mesmo no seu
prontuário. Sendo em um primeiro momento realizada a identificação do tipo e
localização dos componentes dos subsistemas de captação, descida e aterramento.
Com relação ao subsistema de captação, foi identificada a utilização de dois
métodos. O método das malhas (Faraday) foi adotado para o prédio anexo, enquanto
que para o prédio principal (incluindo as estruturas do laboratório de química, da
biblioteca e da casa de bombas) e para o prédio da cantina foi utilizado o método do
ângulo de proteção (Franklin). Entre os componentes desse subsistema temos:
captores de 60 cm, isoladores com rosca mecânica de 20 cm e cabos encordoados
de cobre nu de 35 mm² no prédio anexo; e nas demais estruturas, captores Franklin
de 24,5 cm sobre mastros de 2 m, isoladores com rosca mecânica de 20 cm e cabos
encordoados de cobre nu de 16 mm².
66
Para o subsistema de descida, as mesmas foram dispostas em sua maioria de
forma aparente na estrutura, salvo as três descidas na parte frontal do prédio principal
do campus e a descida no prédio da cantina, que são encaminhadas por dentro da
alvenaria. Os principais componentes presentes nesse subsistema são: cabos
encordoados de cobre nu de 35 mm² no prédio anexo e de 16 mm² nas demais
edificações; isoladores com rosca mecânica de 20 cm; e eletroduto rígido de PVC de
2,5 m de comprimento.
O subsistema de aterramento foi composto de duas formas distintas dentro do
campus. No prédio anexo e no prédio da cantina existem aterramentos pontuais, ou
seja, para cada condutor de descida, existe uma haste de aterramento sem ligação
direta com as demais, já no prédio principal foi realizada a ligação entre as hastes de
aterramento da estrutura, formando uma malha que circula próximo ao perímetro
externo da mesma e também está conectada à haste da casa de bombas. Com
relação aos materiais, foram utilizadas hastes de cobre de 2,4 m de comprimento em
todas as zonas da estrutura do campus, cabos encordoados de cobre nu de 50 mm²
e caixa de PVC de 15 cm de diâmetro para inspeção da haste de aterramento e
conexões no prédio anexo e cabos encordoados de cobre nu de 35 mm² e caixa de
PVC de 20 cm de diâmetro para as outras partes da estrutura.
O resultado do cadastramento do SPDA existente no campus e a distribuição
dos seus componentes são apresentados na Figura 38.
67
Figura 38 - Cadastramento do SPDA atual.
68
É muito importante ressaltar que alguns dos componentes mostrados no projeto
de SPDA da Figura 38 não foram fisicamente encontrados, sendo assim definidos no
próprio esquema. Isso ocorreu apenas para o subsistema de aterramento, onde
muitos dos eletrodos de aterramento não foram encontrados. De forma semelhante, o
caminho da malha de aterramento traçada neste projeto foi desenhado de forma
hipotética, pois para ambos os casos, existe a certeza da existência destes
componentes.
4.2 RESULTADO DO GERENCIAMENTO DE RISCO DO IFBA – CAMPUS DE
PAULO AFONSO
A maior parte dos dados foi obtida a partir de uma inspeção visual de cada uma
das zonas em que a estrutura foi dividida, buscando quantificar e qualificar tais
informações de acordo com os parâmetros solicitados na seção 3.3.1 deste trabalho
e na Parte 2 da norma ABNT NBR 5419:2015. Já uma parte um pouco menor foi
adquirida juntamente com funcionários do campus, desde técnicos da área de
eletrotécnica e informática até o pessoal de RH. Os formulários preenchidos com
todos os dados coletados e utilizados para a realização do gerenciamento de risco
são apresentados no apêndice.
Alguns dos dados apresentados no apêndice foram obtidos de formas mais
específicas e análises um pouco mais criteriosas, entre estes podemos citar: a área
de exposição equivalente (AD); o nível de proteção (NP) do SPDA existente; o
comprimento da linha (LL) e outros parâmetros da linha; a tensão suportável de
impulso do sistema a ser protegido (UW); as larguras da blindagem (wM1 e wM2); o
número relativo médio típico de vítimas por danos devido a um evento perigoso (LO);
e o fator de redução da perda devido a danos físicos dependendo do risco de incêndio
ou explosão (rf).
Na Figura 39 são apresentadas as áreas de exposição equivalente para cada
zona da estrutura. Os valores de AD para as estruturas retangulares foram calculados
conforme a Equação 5 na própria planilha do gerenciamento de risco, enquanto que
para as zonas de formas complexas (perímetro não retangular e alturas variadas para
uma mesma zona), utilizou-se o método gráfico mostrado na figura a baixo.
69
Figura 39 - Área de exposição equivalente por zona da estrutura.
O nível de proteção para o Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas
existente no IFBA foi determinado de acordo com o nível de proteção dos métodos de
captação utilizados. Onde para o método das malhas, utilizado no prédio anexo,foi
medido o valor da maior malha existente que foi de 18,45 x 12,73 m que de acordo
com Quadro 1 se enquadra apenas no NP IV. Já para o método do ângulo de proteção,
utilizou-se a Equação 1 para estabelecer o raio da base do cone que representa o
volume de proteção e optou-se por adotar α = 80º para um captor de 2 metros de
altura e NP IV conforme estabelecido na Figura 8, a qual, a partir da Figura 40 a seguir
fica evidente que o NP dessa estrutura é IV.
Figura 40 - Raio do volume de proteção de acordo com o NP IV para o método do ângulo de
proteção.
Casa de bombas
Prédio Anexo
Biblioteca
Cantina
Laboratório de química
Prédio principal
Quadra poliesportiva
70
Outro parâmetro que necessitou do auxílio do software AutoCAD foi o
comprimento LL das linhas que adentram a estrutura. O caminho que estas linhas
percorrem ao entrar na estrutura assim como a sua distribuição, são mostrados na
Figura 41. A escolha do comprimento da linha para cada zona foi definida da seguinte
forma: para a linha de energia, no prédio principal foi considerada a distância entre o
quadro de medição e quadro geral de baixa tensão (QGBT), já para as demais foram
consideradas as distâncias entre o QGBT até o quadro de distribuição (QD) mais
próximo da zona considerada (preferencialmente alimentando apenas essa zona e
situado dentro da mesma); para a linha de sinal, a distribuição da mesma é dada no
setor COINF do IFBA, pois lá está localizado o ponto principal do sistema, desta forma,
o comprimento para a linha do prédio principal foi dada a partir da distância da antena
receptora do sinal (no prédio anexo) até o hack principal no COINF (que nesse caso
teria uma função semelhante ao QGBT da linha de energia elétrica), enquanto os
outros comprimentos foram estabelecidos pela distância entre o hack do COINF e os
demais hacks distribuidos pelo campus (totalizando 5).
Figura 41 - Linhas que adentram a estrutura do IFBA: (a) energia elétrica; (b) sinal e telefonia.
(a)
(b)
Linha de Energia elétrica
Linha de Sinal (dados)
Linha de Telefonia
71
Algumas observações importantes a respeito dos outros parâmetros
anteriormente evidenciados são: UW foi definido como 2,5 kV para linhas de energia e
1,5 kV para linhas de sinal (dados e telefonia), de acordo com as definições da Tabela
31 da ABNT NBR 5410:2004; para WM1 e WM2 foi adotado o valor 8,33333 meramente
como um arranjo matemático para que o valor de KS1 e KS2 fosse igual a 1; por
nenhuma das zonas se enquadrarem nas especificações de LO para o risco R1, foi
adotado o menor valor, neste caso 0,001; o valor de rf foi definido a partir da instrução
técnica nº 14/2017 do Corpo de Bombeiros Militar da Bahia, segundo a qual todas as
zonas foram classificadas como escola, com exceção do laboratório de química que
foi classificado como laboratório, porém ambos com um valor de carga de incêndio de
300 MJ/m².
Depois de inseridas todas as informações dos Quadros 6 a 20 apresentados
no apêndice separadamente (uma zona por vez) na planilha do gerenciamento, foram
obtidos os resultados apresentados no a seguir:
Figura 42 - Resultado do Gerenciamento de Risco.
Como é possível observar na figura acima, o valor final de cada tipo de risco
para a estrutura é igual à soma daquele risco em cada uma de suas zonas. Desta
forma, fica evidente que o valor de risco de perda de vida humana (R1) na estrutura
como um todo está muito abaixo do valor de risco tolerável (RT) e portando não
72
necessita da adoção de novas medidas de proteção, enquanto que o valor de risco de
perda de serviço ao público (R2) está acima do valor permitido, devendo, portanto, ser
reduzido a um valor igual ou mais baixo que RT (que para R2 deve é 0,001) a partir da
adoção de novas medidas de proteção ou um nível de proteção mais elevado para as
já existentes.
4.3 PROPOSTA DE PROJETO A PARTIR DO RESULTADO DO
GERENCIAMENTO DE RISCO
A partir da confirmação de que o risco R2 está acima do valor tolerável RT =
0,001, é necessário avaliar os parâmetros que mais influenciaram para os valores
obtidos na Figura 42. Em seguida, as MPS deverão ser adotadas para que assim seja
realizado um novo cálculo do gerenciamento de risco, com o objetivo de comprovar
que o novo resultado está dentro dos valores aceitáveis.
Visando uma maior proteção e de certa forma a manutenção do PDA atual,
devem ser avaliadas as não conformidades existentes nessa, e então propostas as
melhorias juntamente com as novas medidas de proteção.
4.3.1 Modificações que atendem à norma
Observando separadamente os valores apresentados na Figura 42 para cada
zona da estrutura, fica claro que as zonas do prédio principal (Z1) e do prédio anexo
(Z5), obtiveram, respectivamente, os maiores valores de R2, devendo, portanto, ser o
foco principal para implementação das MPS.
Tratando-se do risco de perdas de serviços ao público para as todas zonas
selecionadas, podemos constatar a partir da Figura 43 que a zona 1 possui valores
de risco significativos para as componentes RC, RM e RZ, enquanto que para Z5
apenas RM possui um valor considerável. Também é possível constatar que para
ambas as zonas a componente RM foi a principal responsável pelo resultado acima do
tolerável.
73
Figura 43 - Componentes de risco que mais influenciaram no valor do gerenciamento de risco para:
(a) Z1; (b) Z5.
A componente de risco RM é composta pelos parâmetros NM, PM e LM, e por
depender apenas de condições de localização e dimensões da estrutura, o parâmetro
NM não pode ser considerado como foco de melhorias. De forma semelhante, o
parâmetro LM também não pode ser reduzido, pois necessitaria da realocação de
pessoal para outro prédio. Sendo assim, o único parâmetro referente ao risco RM que
pode ser modificado é a probabilidade PM de uma descarga atmosférica perto da
estrutura causar falha em sistemas internos. Esse parâmetro é composto por PSPD,
que trata da existência de um sistema coordenado de DPS, e PMS, que depende da
blindagem das ZPRs.
Optando-se pela redução do parâmetro PSPD, com a simulação da utilização de
um sistema coordenado de DPS de NP III-IV em todas as linhas da estrutura do
campus (exceto a linha de telefonia, que está praticamente em desuso), e visando
também atender às exigências das normas quanto a proteção contra surtos, foram
obtidos os valores de risco apresentados na figura abaixo:
(a) (b)
74
Figura 44 - Resultado do Gerenciamento de Risco com as novas MPS.
Como mostrado na Figura 44 acima, a aplicação dessas MPS atende aos
requisitos da ABNT NBR 5419:2015, deixando todos os valores de risco abaixo dos
valores toleráveis.
Quanto à disposição dos DPS na estrutura, devem ser instalados DPS de
Classe I no QGBT do prédio principal e no QGBT do prédio anexo para escoar para a
terra a maior parte do surto proveniente de uma descarga atmosférica. E de forma
coordenada, devem ser instalados DPS de classe II nos QDs principais de cada andar
do prédio anexo, enquanto que para o prédio principal, estes deverão ser instalados,
no QD que alimenta a quadra e a casa de bombas, nos QDs que alimentam os blocos
da estrutura e continuar existindo no prédio da cantina, com a função de escoar
qualquer resíduo de sobretensão que não for encaminhado para a terra pelo DPS
classe I. DPS de classe III só deverão ser instalados para os equipamentos mais
sensíveis da instalação, se assim um profissional qualificado achar viável
tecnicamente e economicamente.
Além das novas medidas de proteção a serem adotadas, algumas não
conformidades devem ser sanadas no SPDA atualmente existente no campus, para
que o mesmo esteja de acordo com as demandas das normas vigentes. Algumas
dessas irregularidades são apresentadas na Figura 45.
75
Figura 45 - Não conformidades existentes no atual SPDA.
Nas imagens “a” e “b” da Figura 45 é possível perceber que ambas as antenas
ultrapassam o volume de proteção, sendo a antena do caso “a” (em cima da casa de
bombas) da mesma altura que o captor e, portanto, dividindo com este a probabilidade
de ser atingida por um raio. Já no caso “b” (no prédio anexo) a antena está mais alta
do que os captores, possuindo então uma probabilidade de ser atingida do que o
próprio subsistema de captação. Para solucionar esta não conformidade, as partes
metálicas das antenas devem ser aterradas.
A imagem “c” deixa evidente a necessidade de uma inspeção mais criteriosa
com consequente manutenção dos condutores de todo o SPDA do campus, pois
alguns desses estão com várias veias partidas, o que acarreta em uma seção reduzida
dos cabos (que neste caso mais extremo, está com apenas metade das suas veias
intactas). Também é importante salientar, que no prédio principal as seções dos
condutores do subsistema de captação e descidas estão subdimensionados, devendo
(b)
(a) (c)
(d)
76
os condutores possuir uma seção de 35mm², conforme estabelecido na norma ABNT
NBR 5419:2015.
Outra não conformidade encontrada foi com relação à profundidade dos
condutores do subsistema de aterramento, que segundo a norma 5419 de 2015,
devem estar enterrados a uma profundidade mínima de 0,5 m, mas conforme a
imagem “d” da Figura 45, em muitos casos estão a menos que 0,4 m abaixo do solo,
e em casos extremos, é possível encontrar partes do condutor da malha de
aterramento expostas (acima do nível do solo).
4.3.2 Simulação de projeto após as alterações
Em posse do valor do gerenciamento, das novas medidas de proteção que
devem ser tomadas para reduzir o valor do risco, das não conformidades existentes
na PDA atual de acordo com a norma ABNT NBR 5419:2015, foi elaborado uma
proposta de projeto para o campus, que está representada na Figura 46.
77
Figura 46 - Proposta de projeto de SPDA com as melhorias propostas.
78
5. CONSIDERAÇÕESFINAIS
Como em qualquer área ou atividade, existem normativos a serem seguidos,
que visam a correta aplicação e realização de um determinado procedimento,
deixando evidente o grau de importância do tema abordado, de modo que para manter
um nível aceitável de segurança, deve-se atentar para a legislação vigente, buscando
sempre sanar da forma mais eficiente possível as não conformidades existentes.
Sendo assim, o projeto, a manutenção e a adequação da Proteção contra Descargas
Atmosféricas do IFBA – campus de Paulo Afonso deve atender aos requisitos e
padrões determinados pela norma ABNT NBR 5419:2015, para que seja alcançado
um nível mínimo de segurança.
Como primeira etapa deste trabalho, foi desenvolvida a planilha eletrônica na
qual foram realizados todos os cálculos do Gerenciamento de Risco e que além de
proporcionar um maior grau de exatidão e de confiabilidade para os resultados
obtidos, reduziu drasticamente o tempo de realização deste processo. É importante
salientar, que está ferramenta possui grande aplicabilidade para a área da Engenharia
Elétrica, podendo então ser utilizada em outros projetos semelhantes a este. Já para
a realização de projetos mais robustos e minuciosos, a mesma deverá ser atualizada
para atender as condições exigidas.
Foi realizado o cadastramento da Proteção contra Descargas Atmosféricas
existentes, atualizando assim o prontuário das instalações do instituto, o que facilitará
o acesso às informações técnicas necessárias para identificação e manutenção dos
componentes dos subsistemas de captação, descida e aterramento.
Em posse da planilha eletrônica e de todos os dados referentes à estrutura,
ocupação e instalações do IFBA – campus de Paulo Afonso, foi realizado o
gerenciamento de risco, que deixou clara a necessidade de atualização da PDA do
campus, visto que o risco R2 ficou acima do valor tolerável. Desta forma, avaliou-se
que a adequação introduzindo um sistema coordenado de DPS com nível de proteção
IV atenderia aos requisitos da norma ABNT NBR 5419:2015.
O cadastramento das informações da estrutura do campus também permitiu ter
uma visão geral de todos os seus componentes, assim como das irregularidades
existentes. A soluções para estas não conformidades, bem como a adoção das novas
79
MPS geraram uma proposta de projeto, que auxiliará na atualização da PDA do IFBA,
para que esta esteja de acordo com a legislação vigente.
Este trabalho deixa evidente a importância das inspeções, manutenções e
atualizações da Proteção contra Descargas Atmosféricas para diminuir o risco de que
um raio venha a causar danos, e na ocorrência destes, que a perdas sejam as
menores possíveis. Deste modo, sugere-se, para futuros trabalhos, uma análise mais
detalhada das MPS que serão utilizadas, assim como a determinação do risco R4 e
uma avaliação da eficiência do custo da proteção pela comparação do custo total com
ou sem as medidas de proteção.
80
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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______.ABNT NBR 5419-3: Proteção contra descargas atmosféricas: Parte 3: Danos físicos a estruturas e perigos à vida. Rio de Janeiro, 2015.
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84
APÊNDICE – DADOS E INFORMAÇÕES DE CADA ZONA
Quadro 6 - Dados gerais da estrutura do IFBA
Nome: IFBA – CAMPUS DE PAULO AFONSO
Localização: PAULO AFONSO - BA
CD: Estrutura cercada por objetos da mesma altura ou mais baixos
nt:908 pessoas
Quadro 7 - Dados gerais de Z1 - Prédio principal.
Nome: PRÉDIO PRINCIPAL
L: 87,55 m W: 46,7704 m H: 5,4 m
nz: 473 pessoas tz: 3000 h/ano
QTD. De linhas: 3
CT: Linha de energia ou sinal CE: Urbano
PB: SPDA IV
PTA: Isolação elétrica
Existe medida de proteção adicional? SIM ( ) NÃO ( X )
Qual?
PTU: Isolação elétrica PEB: DPS NP III ou IV
rt: Cascalho
rp: Extintores de incêndio
rf: Incêndio baixo
hz: Sem perigo especial
LF de R1: Escola LF de R2: Gás, água e fornecimento de energia
LO de R1: 10^-3 LO de R2: Gás, água e fornecimento de energia
85
Quadro 8 - Dados das linhas de Z1 - Prédio principal.
Nome: ENERGIA
LL: 25,6 m UW: 2,5 KV
PLI: Energia CI: Aérea
CLI: Aérea não blindada
CLD: Aérea não blindada
PSPD: Nenhum sistema de DPS coordenado
Existe blindagem metálica cont. com esp. superior a 0,1 mm?
SIM ( ) NÃO ( X )
WM1: 8,33333 WM2: 8,33333
KS3: Cabo não blindado – sem preocupação no roteamento
PLD: Aérea ou enterrada, não blindada
Nome: SINAL
LL: 112,0632 m UW: 1,5 KV
PLI: Sinal CI: Enterrada
CLI: Enterrada não blindada
CLD: Enterrada não blindada
PSPD: Nenhum sistema de DPS coordenado
Existe blindagem metálica cont. com esp. superior a 0,1 mm?
SIM ( ) NÃO ( X )
WM1: 8,33333 WM2: 8,33333
KS3: Cabo não blindado – sem preocupação no roteamento
PLD: Aérea ou enterrada, não blindada
Nome: TELEFONIA
LL: 26,4 m UW: 1,5 KV
PLI: Sinal CI: Enterrada
CLI: Enterrada não blindada
CLD: Enterrada não blindada
PSPD: Nenhum sistema de DPS coordenado
Existe blindagem metálica cont. com esp. superior a 0,1 mm?
SIM ( ) NÃO ( X )
WM1: 8,33333 WM2: 8,33333
KS3: Cabo não blindado – sem preocupação no roteamento
PLD: Aérea ou enterrada, não blindada
86
Quadro 9 - Dados gerais de Z2 - Laboratório de química.
Nome: LABORATÓRIO DE QUÍMICA
L: 6,6 m W: 12,4 m H: 5,6 m
nz: 22 pessoas tz: 1600 h/ano
QTD. De linhas: 2
CT: Linha de energia ou sinal CE: Urbano
PB: SPDA IV
PTA: Isolação elétrica
Existe medida de proteção adicional? SIM ( ) NÃO ( X )
Qual?
PTU: Isolação elétrica PEB: DPS NP III ou IV
rt: Cascalho
rp: Extintores de incêndio
rf: Incêndio baixo
hz: Sem perigo especial
LF de R1: Escola LF de R2: Gás, água e fornecimento de energia
LO de R1: 10^-3 LO de R2: Gás, água e fornecimento de energia
Quadro 10 - Dados das linhas de Z2 - Laboratório de química.
Nome: ENERGIA
LL: 64,733 m UW: 2,5 KV
PLI: Energia CI: Aérea
CLI: Aérea não blindada
CLD: Aérea não blindada
PSPD: Nenhum sistema de DPS coordenado
Existe blindagem metálica cont. com esp. superior a 0,1 mm?
SIM ( ) NÃO ( X )
WM1: 8,33333 WM2: 8,33333
KS3: Cabo não blindado – sem preocupação no roteamento
PLD: Aérea ou enterrada, não blindada
Nome: SINAL
LL: 63,8741 m UW: 1,5 KV
PLI: Sinal CI: Aérea
CLI: Aérea não blindada
CLD: Aérea não blindada
PSPD: Nenhum sistema de DPS coordenado
Existe blindagem metálica cont. com esp. superior a 0,1 mm?
SIM ( ) NÃO ( X )
WM1: 8,33333 WM2: 8,33333
KS3: Cabo não blindado – sem preocupação no roteamento
PLD: Aérea ou enterrada, não blindada
87
Quadro 11 - Dados gerais de Z3 - Biblioteca.
Nome: BIBLIOTECA
L: 11,95 m W: 30,17 m H: 5,4 m
nz: 40 pessoas tz: 2800 h/ano
QTD. De linhas: 2
CT: Linha de energia ou sinal CE: Urbano
PB: SPDA IV
PTA: Isolação elétrica
Existe medida de proteção adicional? SIM ( ) NÃO ( X )
Qual?
PTU: Isolação elétrica PEB: DPS NP III ou IV
rt: Cascalho
rp: Extintores de incêndio
rf: Incêndio baixo
hz: Sem perigo especial
LF de R1: Escola LF de R2: Gás, água e fornecimento de energia
LO de R1: 10^-3 LO de R2: Gás, água e fornecimento de energia
Quadro 12 - Dados das linhas de Z3 - Biblioteca.
Nome: ENERGIA
LL: 72,4 m UW: 2,5 KV
PLI: Energia CI: Aérea
CLI: Aérea não blindada
CLD: Aérea não blindada
PSPD: Nenhum sistema de DPS coordenado
Existe blindagem metálica cont. com esp. superior a 0,1 mm?
SIM ( ) NÃO ( X )
WM1: 8,33333 WM2: 8,33333
KS3: Cabo não blindado – sem preocupação no roteamento
PLD: Aérea ou enterrada, não blindada
Nome: SINAL
LL: 85,9441 m UW: 1,5 KV
PLI: Sinal CI: Aérea
CLI: Aérea não blindada
CLD: Aérea não blindada
PSPD: Nenhum sistema de DPS coordenado
Existe blindagem metálica cont. com esp. superior a 0,1 mm?
SIM ( ) NÃO ( X )
WM1: 8,33333 WM2: 8,33333
KS3: Cabo não blindado – sem preocupação no roteamento
PLD: Aérea ou enterrada, não blindada
88
Quadro 13 - Dados gerais de Z4 - Prédio da cantina.
Nome: CANTINA
L: 19,081 m W: 9,968 m H: 4,43 m
nz: 20 pessoas tz: 3000 h/ano
QTD. De linhas: 2
CT: Linha de energia ou sinal CE: Urbano
PB: SPDA IV
PTA: Isolação elétrica
Existe medida de proteção adicional? SIM ( ) NÃO ( X )
Qual?
PTU: Isolação elétrica PEB: DPS NP III ou IV
rt: Cascalho
rp: Extintores de incêndio
rf: Incêndio baixo
hz: Sem perigo especial
LF de R1: Escola LF de R2: Gás, água e fornecimento de energia
LO de R1: 10^-3 LO de R2: Gás, água e fornecimento de energia
Quadro 14 - Dados das linhas de Z4 – Prédio da cantina.
Nome: ENERGIA
LL: 144,1 m UW: 2,5 KV
PLI: Energia CI: Enterrada
CLI: Enterrada não blindada
CLD: Enterrada não blindada
PSPD: Nenhum sistema de DPS coordenado
Existe blindagem metálica cont. com esp. superior a 0,1 mm?
SIM ( ) NÃO ( X )
WM1: 8,33333 WM2: 8,33333
KS3: Cabo não blindado – sem preocupação no roteamento
PLD: Aérea ou enterrada, não blindada
Nome: SINAL
LL: 63,4274 m UW: 1,5 KV
PLI: Sinal CI: Enterrada
CLI: Enterrada não blindada
CLD: Enterrada não blindada
PSPD: Nenhum sistema de DPS coordenado
Existe blindagem metálica cont. com esp. superior a 0,1 mm?
SIM ( ) NÃO ( X )
WM1: 8,33333 WM2: 8,33333
KS3: Cabo não blindado – sem preocupação no roteamento
PLD: Aérea ou enterrada, não blindada
89
Quadro 15 - Dados gerais de Z5 - Prédio anexo.
Nome: PRÉDIO ANEXO
L: 44,64 m W: 31,64 m H: 11,5/13,5 m
nz: 320 pessoas tz: 3000 h/ano
QTD. De linhas: 2
CT: Linha de energia ou sinal CE: Urbano
PB: SPDA IV
PTA: Isolação elétrica
Existe medida de proteção adicional? SIM ( ) NÃO ( X )
Qual?
PTU: Isolação elétrica PEB: Sem DPS
rt: Cascalho
rp: Extintores de incêndio
rf: Incêndio baixo
hz: Sem perigo especial
LF de R1: Escola LF de R2: Gás, água e fornecimento de energia
LO de R1: 10^-3 LO de R2: Gás, água e fornecimento de energia
Quadro 16 - Dados das linhas de Z5 – Prédio anexo.
Nome: ENERGIA
LL: 115,0,329 m UW: 2,5 KV
PLI: Energia CI: Enterrada
CLI: Enterrada não blindada
CLD: Enterrada não blindada
PSPD: Nenhum sistema de DPS coordenado
Existe blindagem metálica cont. com esp. superior a 0,1 mm?
SIM ( ) NÃO ( X )
WM1: 8,33333 WM2: 8,33333
KS3: Cabo não blindado – sem preocupação no roteamento
PLD: Aérea ou enterrada, não blindada
Nome: SINAL
LL: 12 m UW: 1,5 KV
PLI: Sinal CI: Aérea
CLI: Aérea não blindada
CLD: Aérea não blindada
PSPD: Nenhum sistema de DPS coordenado
Existe blindagem metálica cont. com esp. superior a 0,1 mm?
SIM ( ) NÃO ( X )
WM1: 8,33333 WM2: 8,33333
KS3: Cabo não blindado – sem preocupação no roteamento
PLD: Aérea ou enterrada, não blindada
90
Quadro 17 - Dados gerais de Z6 - Casa de bombas.
Nome: CASA DE BOMBAS
L: 4,74 m W: 4,7 m H: 7,8 m
nz: 1 pessoa tz: 100 h/ano
QTD. De linhas: 1
CT: Linha de energia ou sinal CE: Urbano
PB: SPDA IV
PTA: Isolação elétrica
Existe medida de proteção adicional? SIM ( ) NÃO ( X )
Qual?
PTU: Isolação elétrica PEB: Sem DPS
rt: Cascalho
rp: Nenhuma providência
rf: Incêndio baixo
hz: Sem perigo especial
LF de R1: Escola LF de R2: Gás, água e fornecimento de energia
LO de R1: 10^-3 LO de R2: Gás, água e fornecimento de energia
Quadro 18 - Dados da linha de Z6 – Casa de bombas.
Nome: ENERGIA
LL: 52 m UW: 2,5 KV
PLI: Energia CI: Enterrada
CLI: Enterrada não blindada
CLD: Enterrada não blindada
PSPD: Nenhum sistema de DPS coordenado
Existe blindagem metálica cont. com esp. superior a 0,1 mm?
SIM ( ) NÃO ( X )
WM1: 8,33333 WM2: 8,33333
KS3: Cabo não blindado – sem preocupação no roteamento
PLD: Aérea ou enterrada, não blindada
91
Quadro 19 - Dados gerais de Z7 - Quadra poliesportiva.
Nome: QUADRA POLIESPORTIVA
L: 29,95 m W: 42,015 m H: 8,166 m
nz: 32 pessoas tz:2912 h/ano
QTD. De linhas: 1
CT: Linha de energia ou sinal CE: Urbano
PB: Estrutura não protegida por SPDA
PTA: Isolação elétrica
Existe medida de proteção adicional? SIM ( ) NÃO ( X )
Qual?
PTU: Isolação elétrica PEB: Sem DPS
rt: Cascalho
rp: Nenhuma providência
rf: Incêndio baixo
hz: Sem perigo especial
LF de R1: Escola LF de R2: Gás, água e fornecimento de energia
LO de R1: 10^-3 LO de R2: Gás, água e fornecimento de energia
Quadro 20 - Dados da linha de Z7 – Quadra poliesportiva.
Nome: ENERGIA
LL: 103,6349 m UW: 2,5 KV
PLI: Energia CI: Enterrada
CLI: Enterrada não blindada
CLD: Enterrada não blindada
PSPD: Nenhum sistema de DPS coordenado
Existe blindagem metálica cont. com esp. superior a 0,1 mm?
SIM ( ) NÃO ( X )
WM1: 8,33333 WM2: 8,33333
KS3: Cabo não blindado – sem preocupação no roteamento
PLD: Aérea ou enterrada, não blindada