SISTEMAS DE PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOFRICAS E ATERRAMENTO Autores: Ademar Macedo de O. JniorRoberto Jos da Silva Orientador: Prof. Wanir Jos de Medeiros Jnior Goinia Fevereiro/2004 ADEMAR MACDO DE OLIVEIRA JNIOR (MATRCULA: 980115) ROBERTO JOS DA SILVA (MATRCULA: 920175) SISTEMAS DE PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICAS E ATERRAMENTO Goinia Fevereiro/2004 ProjetoFinalapresentadoaoCursodeEngenharia EltricadaEscoladeEngenhariaEltricada Universidade Federal de Gois, para obteno do ttulo de Engenheiro Eletricista. rea de Concentrao: Sistemas de Energia Banca examinadora: EngenheiroAntnioMarcosdeMelo Medeiros- mestrando EEEC-UFG Msc. Henrique Mendona Queiroz Prof. Wanir Jos de Medeiros Jnior Orientador: Prof. Wanir Jos de Medeiros Jnior Agradecimentos: AgradeoaoProf.OrientadorWanirJosdeMedeiros Jnior pela grande ajuda prestada para a minha formao. Ademar Macedo de Oliveira Jnior Agradeo Minhaesposa,Fernanda,meusfilhosPedro e Letcia e a todos meus familiares. Roberto Jos da Silva. Epgrafe: Quando umaportase fecha, outraseabre.Masmuitas vezesnsficamosolhandotantotempo,tristes,paraaporta fechada que nem notamos que se abriu outra para ns. Alexander Graham BellSUMRIO LISTA DE FIGURAS....................................................................................................... 01LISTA DE TABELAS....................................................................................................... 02SIGLAS UTILIZADAS..................................................................................................... 03RESUMO............................................................................................................................ 04INTRODUO.................................................................................................................. 051 ATERRAMENTO........................................................................................................... 071.1 O campo magntico........................................................................................... 081.2 Potencial de Passo e de Toque........................................................................... 091.3 Escoamento da Malha........................................................................................ 101.4 Conceitos relevantes.......................................................................................... 101.5 Finalidades......................................................................................................... 111.6 Requisitos........................................................................................................... 121.7 Fatores que Influenciam no Aterramento........................................................... 122 RESISTIVIDADE DO SOLO........................................................................................ 142.1 Introduo.......................................................................................................... 142.2 Influncia da umidade........................................................................................ 152.3 Influncia da temperatura................................................................................... 162.4 Tpicos sobre medio....................................................................................... 162.4.1 Potencial em Um Ponto....................................................................... 172.4.2 Potencial em Um Ponto Sob a Superfcie de Um Solo Homogneo.. 182.4.3 Mtodo de Wenner.............................................................................. 202.4.4 Medio Pelo Mtodo de Wenner....................................................... 222.4.5 Curva Caracterstica x a................................................................... 242.4.6 Anlise dos resultados......................................................................... 243 TRATAMENTO DO SOLO.......................................................................................... 273.1 Tipos de tratamento qumico.............................................................................. 273.1.1 Bentonita............................................................................................. 283.1.2 Earthron............................................................................................... 283.1.3 Gel................................................................................................... 293.2 Coeficiente de reduo kt............................................................................................................................. 293.3 Variao da resistncia de terra.......................................................................... 304 SISTEMAS FSICOS..................................................................................................... 334.1 Hastes................................................................................................................. 334.2 Dimensionamento do sistema............................................................................ 344.2.1 Uma haste vertical............................................................................... 344.2.2 Hastes Paralelas................................................................................... 364.2.2.1 Resistncia Equivalente de Hastes Paralelas....................... 384.2.3 ndice de Aproveitamento................................................................... 404.2.4 Hastes Profundas................................................................................. 405 CORROSO NOS COMPONENTES DO SISTEMA................................................ 425.1 Utilizao de materiais diferentes...................................................................... 425.2 Solos com diferentes concentraes de elementos............................................. 445.3 Heterogeneidade da temperatura do solo........................................................... 456 ATERRAMENTO PARA MDIA TENSO.............................................................. 466.1 Classificao segundo NBR 5419...................................................................... 466.2 Esquemas com neutro aterrado ou Txx.............................................................. 486.3 Esquemas TN..................................................................................................... 486.4 Esquema TT....................................................................................................... 496.5 Esquema IT........................................................................................................ 507 DESCARGAS ATMOSFRICAS................................................................................. 527.1 Conduo........................................................................................................... 537.2 Uso do concreto armado.................................................................................... 55 7.3 O concreto pr-formado..................................................................................... 577.4 O concreto protendido........................................................................................ 577.5 Eletrodos de aterramento................................................................................... 588 RISCO DE EXPOSIO DE UMA EDIFICAO................................................... 608.1 Densidade de descargas para a terra................................................................... 608.2 rea de exposio equivalente........................................................................... 628.3 Freqncia mdia anual previsvel................................................................................. 628.4 freqncia mdia anual admissvel............................................................................... 638.5 Avaliao geral do rico.................................................................................................. 638.6 Verificao da necessidade de proteo contra descargas atmosfricas........................ 638.7 Nveis de proteo.......................................................................................................... 649 TIPOS DE PRA-RAIOS.............................................................................................. 669.1 Pra-raios de haste............................................................................................. 669.2 Gaiola de Faraday.............................................................................................. 679.3 Pra-raios em linhas de transmisso.................................................................. 699.3.1 Pra-raios de Carboneto de Silcio...................................................... 699.3.2 Pra-raios de xido de Zinco............................... 7010 PROIBIO DO PRA-RAIOS RADIOATIVO..................................................... 73 10.1 Razes para a proibio.............................................................................................. 7310.2 Riscos........................................................................................................................... 7410.3 Recolhimento............................................................................................................... 7510.4 Reprojeto...................................................................................................................... 7510.5 Resoluo do CNEN.................................................................................................... 7511 CONCLUSO............................................................................................................... 77 1LISTA DE FIGURAS FIG. 1.1 Instalao genrica em prdio norma NBR5410/93...................... 18 FIG. 2.1 Curva caracterstica x Temperatura.............................................. 19 FIG. 2.2 Linhas de corrente eltricas ............................................................. 20 FIG. 2.3 Linhas de correntes eltricas ........................................................... 21 FIG. 2.4 Ponto imagem.................................................................................. 21 FIG. 2.5 Quatro hastes cravadas no solo........................................................ 21 FIG. 2.6 Imagem do ponto 1 a 4 .................................................................... 21 FIG. 2.7 Mtodo de Wenner .......................................................................... 21 FIG. 3.1 Valores tpicos de kt em funo da resistividade............................. 21 FIG. 3.2 Variao da resistividade de terra, com o tempo, de eletrodos em solos tratados e no tratados ............................................................................................ 21 FIG. 3.3 Resistncia de terra reduzida pelo tratamento qumico do solo ...... 21 FIG. 3.4 Tratamento qumico do solo e variaes mensais da resistncia .... 21 FIG. 4.1 Haste cravada no solo...................................................................... 21 FIG. 4.2 Zona de interferncia nas linhas equipotnciais de duas hastes ...... 21 FIG. 4.3 Superfcies equipotenciais de duas hastes ....................................... 21 FIG. 4.4 Hastes em paralelo........................................................................... 21 FIG. 4.5 Paralelismo das resistncias ............................................................ 21 FIG. 5.1 Aterramento com ao e cobre.......................................................... 21 FIG. 5.2 rea de ferro exposta....................................................................... 21 FIG. 5.3 Zonas de solos distintos................................................................... 21 FIG. 5.4 Solos com concentraes distintas .................................................. 21 FIG. 7.0 Descarga atmosfrica....................................................................... 21 FIG. 7.1 Condutores do sistema de proteo contra descargas atmosfricas 21 FIG. 8.1 Mapa isocerunico do Brasil ........................................................... 21 FIG. 9.1 Exemplo da gaiola de Faraday ........................................................ 21 2 LISTA DE TABELAS TABELA 2.1 RELAO ENTRE TIPO DE SOLO E RESISTNCIA............................................... 43 TABELA 8.1 NVEL CERUNICO EM DIVERSOS PASES......................................................... 68 TABELA 8.2 NVEL CERUNICO NO BRASIL........................................................................ 85 TABELA 8.3 NVEIS DE PROTEO...................................................................................... 95 TABELA 9.1 DISTNCIA ENTRE OS CABOS DE MALHA DEPROTEO.................................. 97 3 SIGLAS UTILIZADAS CNENComisso Nacional de Energia Nuclear DcoDistncia entre condutores Dm Dimenso da rea plana da malha captora no sentido da largura e do comprimento (m) EPotencial(V) FigFigura HAltura (m) JDensidade de corrente (A) LComprimento (m) NFrequencia mdia anual previsvel NcFreqncia mdia anual admissvel de danos NgA densidade de descargas atmofricas para a terra RResistncia () SiCCarboneto de silcio TdNvel cerunico TabTabela WLargura (m) ZnOxido de zinco Resistividade do solo (xm) kCoeficiente de reflexo 4 RESUMO Paraobomfuncionamentodeumsistemaeltrico,sejanareadepotnciaouna readetelecomunicaoouatmesmoempequenossistemascomoumasalacom computadoresemrede,imprescindvelumbomsistemadeproteocontradescargas atmosfrica e um bom sistema de aterramento. Embora aparentemente simples, os sistemas de proteo devem levar em considerao muitas variveis, abordadas nesse trabalho, com o objetivo de garantir a continuidade do funcionamento dos sistemas onde so empregados. Nessetrabalhotambmseroabordadosasdiversastcnicasemodelosdesistemasde proteocontradescargasatmofricasesistemasdeaterramento,bemcomomtodosde otimizao dos resultados. 5INTRODUO Osprimeirosestudosexperimentaissobreaeletricidadeatmosfricaforam realizados no sculo XIII pelo livreiro e impressor americano Benjamin Franklin. Ele partiu daseguintehiptese:adescargaquesaltavadeumcapacitor,conhecidonapocacomo nomedegarrafadeLeyden,incluindofascaerudo,equivaleria,emmenorescala, descarga atmosfrica, relmpago e trovo. Para verificar se essa hiptese era verdadeira, ele props um experimento: colocar uma haste metlica abaixo de uma nuvem de tempestade e aproximardelaumcorpoaterrado,queestejaemcontatocomosoloparadescarregara eletricidade que vai ser passada pela haste. Em maio de 1752, o cientista francs Thomas-FranoisD'Alibard(1703-1799)realizouoexperimentopropostoporFranklin.Levantou uma barra de ferro pontiaguda na direo de nuvens de tempestade e aproximou desta um fioaterrado,verificandoquefascassaltavamdomastroparaofio.Almdeprovadaa hiptese de Franklin, se estabeleceu assim o princpio do funcionamento dos pra-raios. Ainvenodospra-raiospermitiumaiorseguranacontraasdescargas atmosfricas.Elefazpartedoquehojesechamadesistemadeproteo.Essessistemas foramfeitosparaprotegerconstrueseseusocupantesdosefeitosdaeletricidadedos relmpagos. Ele cria um caminho, com um material de baixa resistncia eltrica, para que a descargaentreousaiapelosolocomumriscomnimospessoaspresentesnolocal.Um sistemadivididoemtrscomponentes:oterminalareo,oscondutoresdedescidaeo terminaldeaterramento.Oterminalareoumahastemetlicargidaepontiaguda, montadanumabaseoutrip,nopontomaisaltodaestrutura,quedevercapturara descarga. comumente conhecido pelo nome de pra-raio. Osterminaisdeaterramentosohastes,geralmentedecobre,enterradasno cho,aumnvelquedependerdotipodesoloedotipodeconstruoquesedeseja proteger. Os minerais que compem o solo determinam melhores resultados no escoamento dadescarga.Existemcomponentesnoconvencionaisdossistemasdeproteoque desativammomentaneamenteumaparelho,uminstrumentooutransmissoreltriconas proximidadesdolocaldequedadorelmpago.Avoltagemdessesintrumentospode aumentar e esse aumento denominado surto de tenso ou sobretenso. Os supressores de surtooupra-raioseletrnicossocomponentesadicionadosaossistemasconvencionais 6protegercontraassobretenses.Centelhadores,varistores,diodoszener,soexemplos comuns de supressores. Quanto sistemas de aterramento pode se afirmar que segurana para o usurio eparaoequipamentoligadoaumafonteeltricaafinalidadebsicaefundamentalem qualquersistemaeltrico.Projetadoparaevitarcorrentesdemodoincomum,assegurando tranqilidade para o usurio de uma instalao de um prdio, de uma empresa, de uma casa, e tambm a segurana do equipamento eventualmente ligado a uma fonte eltrica. 71 ATERRAMENTO Umaterramentoeltricoconsisteemumaligaoeltricapropositaldeum sistemafisicoaosolo.Esteseconstituibasicamentedoseletrodosdeaterramento,as conexes destes ao sistema a ser protegido e a terra que envolve os eletrodos. A figura 1.1 ilustra um aterramento genrico em prdio, segundo norma NBR 5419/93: FIG. 1.1 Instalao genrica em prdio norma NBR5410/93 Promoveraseguranaaprincipalfinalidadedeumaterramento,projetado paraevitarcorrentesdemodocomum,assegurandotranqilidadeparaousuriodeuma instalaodeumprdio,deumaempresa,deumacasa,etambmaseguranado equipamento eventualmente ligado a uma fonte eltrica. Um aterramento pode ser projetado para escoar descarga eltrica atmosfrica, e com essa finalidade ele faz parte de um sistema de proteo contra descargas atmosfricas, e sua funo a de simplesmente conduzir a carga que estava na nuvem e que deve descer para neutralizar umaoutracarga oposta.Umaoutrafinalidadebsicadoaterramento no mbitodesistemadecontrole,comandoeproteo,noquesereferecompatibilidade eletromagntica.Estacompatibilidadeestassociadafontedeinduoeletromagntica que pode perturbar o funcionamento de um equipamento, e que pode ser por ele perturbada. Ou seja, um equipamento pode ser uma origem de perturbao de natureza eletromagntica e, ao mesmo tempo, pode sofrer efeitos dessetipo de perturbao. O aterramento, ao qual todo tipo de equipamento deve estar ligado, tem uma srie de requisitos para atender a esse 8tipodeconceitodecompatibilidadeeletromagntica,eevitarqueelerecebaouproduza rudo externo. Essesrudossochamadosdecampomagntico,quepodeserpositivoou negativo. 1.1 CAMPO MAGNTICO

Osequipamentostmumcertograudesensibilidadeperturbaodeorigem eletromagntica.Umsimplesraioquecaiapertodeumainstalaoquetenhamuitos sensores,transdutoresassociadosasinal,comandos,podecausarummalfuncionamento. Deumaformamaissimples,nodanificaresseequipamento,levaraeleuma informao que ser codificada, no como um raio que caiu, mas uma informao de uma atitudequeeledevetomarequevaisererrada.Issoumaperturbaodeorigem eletromagntica,porqueoraiocriaumcampomagntico,quevaiprovocaromau funcionamento dos comandos, controle de operao. Tudooqueenvolveseguranamuitograndenocampodecontroledeveestar protegidocontraessefenmenoclassificadocomocompatibilidademagnticaeos equipamentos devem estar imunes o mximo possvel a esse tipo de interferncia. Devehaverumapreocupaoemimunizaroequipamentoparaevitaromau funcionamentocontraofenmenodeperturbaoe,aomesmotempo,evitarqueo equipamentoproduzarudosdenaturezadecampoeletromagnticoqueperturbeo funcionamento de outros e dele mesmo. Atravsdelegislaopertinente,umnmerocadavezmaiordeequipamentos eletro-eletrnicosdeveseravaliadoatravsdeensaiosquantoaessesdoisaspectos:a emisso e a imunidade. Ento,essaafinalidadebsicadoestudodeumaterramento,daescolha adequada dotipo de aterramentoparaevitarcorrentescomuns.assegurar,aousurioda instalao,seguranaparaoequipamentoqueestinstalado,paraevitarcertostiposde sobretenso,quesoprovocadasporfalhasnaredeeltrica,comocurto-circuito,por exemplo.Maisumafinalidadedoaterramentoadepromoverumareferenciade potenciaisparaaboaoperaodossistemaseltricos,emespecialquandohpartes isoladas eletricamente, como um transformador. 91.2 POTENCIAL DE PASSO DE TOQUE Oserhumano,quandosubmetidoaumadiferenadepotencial,uma impedncia. Por ele vai passar uma corrente, que dependendo da intensidade pode provocar desde um simples mal estar at a carbonizao das clulas, mas antes disso, passa por um fenmenodecontraomuscular,querdizer,existeumlimiardecorrentenoqualvoc contraosmsculos.comopopularmentesediz:apessoaficou"grudadanofio".Ela colocaamo,contraamusculaturaeindependentementedasuavontadecerebral,fica contrada, "grudada". Um nvel acima dessa corrente provocado uma fibrilao, ao invs de contrair, a pessoa laceia, a morre por parada cardaca. Acima disso, ocorre carbonizao das clulas, o que fatal. Ento,quandoseprojetaumamalhadeterra,halgumasgrandes preocupaes,comoocuidadoparaqueatomadasejacapazdeescoaracorrenteparaa qualelavaiserdimensionada.Umamalhaparaumasubestaototalmentediferentede umamalhadeterraparaaredeprimria,porqueonvel,apotnciadecurto-circuito,na casa de uma pessoa, totalmente diferente da potncia de curto-circuito de um sistema de 500 mil volts. Quanto mais alto for o nvel de tenso, mais alta a potncia de curto-circuito, maior a capacidade de um defeito na penetrao da corrente dentro do solo, ento a malha deveserdimensionadaparaovalordacorrentequedevaserescoada.Essacorrentevai entrar dentro da terra, vai mexer com os potenciais da malha, portanto deve-se checar esses potenciaisparaosdoislimites:opotencialdepassoeodetoquequeestoligadosna corrente,noserhumano.Acorrentequeamalhadeveescoarmexecomospotenciaise estes podem estar aplicados em uma pessoa. A malha de terra projetada para que tenha baixa resistncia, porque a corrente queentrarvaimexeremseuspotenciais,assim,quantomenoraresistnciadamalha, menores sero essas diferenas de potencial. O ponto forte vai repousar no escoamento da corrente,nalimitaodosvaloresdepassoedetoquequevoprovocarenaresistncia baixa da malha. 101.3 ESCOAMENTO DA MALHA A malha geralmente instalada no solo, por sua capacidade infinita de absoro dessas cargas eltricas, mas pode fazer parte da malha de terra a estrutura de um prdio. Entreasdiversasfinalidadesdoaterramento,nocasodoescoamentodoraio, isso feito atravs do praraios, um sistema deproteo para descargasatmosfricas.Os pra raios normalmente esto no topo de uma edificao, de um prdio, de uma casa. Antes do pra raios, h o captor, que o primeiro contato da nuvem , atravs do raio, com a malha quevaiescoaracargaeltrica,masseessacorrentedescersporumfiopodeprovocar interferncias eletromagnticas, ento, a cada vinte metros de um prdio, necessrio que seja feito um equalizador de potenciais. Nocasodeumprdiodevriosandares,terodeserfeitasvriascintaspara igualar todos os potenciais e descidas por muitos caminhos. Embaixo do prdio deve haver um anel de cobre ou outro material condutor, ligado ao sistema demalha de terra que so vrias hastes que esto cravadas no solo em volta do edifcio. Dessa forma, uma malha de terraqueestjuntocomosistemadedescidadocaptorpodeinterferirnainstalao. Modernamente, possvel utilizar a prpria ferragem da estrutura do prdio para fazer essa descida. Se for um prdio de estrutura de ferro ou ao, pode-se usar essa estrutura tambm como meio de descida da descarga atmosfrica, interferindo no projeto da instalao. 1.4 CONCEITOS RELEVANTES Sistema de aterramento: o conjunto de condutores, cabos, hastes e conectores interligados,circundadosporelementosquedissipeparaaterraascorrentesquesejam impostas a esse sistema. Resistnciadeaterramento:aresistnciaoferecidapassagemdecorrente eltrica,quandoaplicadaumatensoaessesistema.Essaresistnciacompostados sequintes elementos. Resistncia dos eletrodos, cabos, conexes e fiaes; 11Resistncia de contato entre os eletrodos ou cabos e o elemento circundante (que poder ser a prpria terra); Resistnciadoelementoquecircundaoeletrodooucabo(podersera prpria terra). Oprimeirocomponentegeralmentedesprezvelepodersertornadomenor ainda, bastando aumentar a seo dos cabos e eletrodos. Normalmente varia com o tempo, devido ao efeito de corroso que se verifica principalmente nas conexes, devido ao meio emqueseencontramergulhadoosistema(caractersticasnoneutras),piorandoa qualidade dos contatos eltricos nos pontos de conexo. Paraefeitodeconduodedescargasatmosfricas,cujacaractersticaalta frequncia, dever ser diminudo ao mximo o comprimento dos cabos de interligao entre oelementoaseraterradoeamalhadeterra,paraseterareatnciadocabodiminuida, minimizando, portanto, o potencial resultante no elemento considerado. O segundo componente tambm pode ser tomado pequeno desde que o eletrodo eaterracircundanteestejamlivresdegorduras,componentesorgnicos,pedras,pinturas, vernizes e xidos. Tambm varia com o tempo, devido a oxidao do eletrodo ou cabo em contatocomomeionoqualseachaenvolvido.Poressemotivo,devemserusados eletrodos ou cabos constitudos de material no oxidante, como tipo Copperweld (alma de aocomrevestimentoexternodecobre).Osmesmosproporcionamsistemasdegrande confiabilidade e de grande durabilidade. Oterceirocomponentedependedoformatoedimensesdoeletrodooucabo, da natureza, umidade e temperatura do meio circundante (terra) e, praticamente, ele quem define o valor da resistncia de aterramento. 121.5 FINALIDADES Proporcionar uma baixa resistncia de aterramento; Mantervaloresdatensocarcaa-terraeestrutura-terradentrodonivelde seguranaparaopessoal,nocasodaspartesmetlicasdacarcaaouestrutura acidentalmente energizadas; Proporcionarumcaminhodeescoamentoparaoterradasdescargas atmosfricas ou sobretenses devidas a manobras de equipamentos; Permitiraosequipamentosdeproteo,fusveis,disjuntores,etc,isolar rapidamente as falhas terra; Diminuirvaloresdetensofase-terradosistema,fixandoatensode isolao a valores determinados; Proporcionaroescoamentoparaaterradaeletricidadeestticageradapor equipamentos ou por induo, evitando faiscamento. 1.6 REQUISITOS Todosistemadeaterramento,paraquepossaserconsideradocomoperfeito, deve apresentar as seguintes caractersticas: CapacidadedeconduodecorrenteSeuvalorestassociadoaotempo deeliminaodafalha,aotipodeconexousada,nomaterialconstituintedoscabose hastes empregados e as caractersticas do solo. SeguranaOndicedeseguranacaractersticadeumainstalao dependedodimensionamentodosistemadeaterramento,quedeverserexecutadodetal formaqueospotenciaisresultantes(decorrentesdefalhasconsideradas)estejamem conformidade com os limites estabelecidos pelas normas tcnicas. Estabilidade Para obter um sistema de aterramento razoavelmente estvel, isto , que apresente invariabilidade no valor da resistncia de aterramento com relao as condiesclimticas,necessrioinstal-loemummeioquepresenteresistividade constante,oquepodeserobtidonaturalmenteouartificialmentecomtratamentodosolo, por exemplo, com aplicao de bentonita. 131.7 FATORES QUE INFLUENCIAM NO ATERRAMENTO H vrios fatores que podem influenciar num aterramento: tipo de solo; a geometria das malhas de aterramento; a estratificao do solo em vrias camadas. Essesfatoresinterferemnosdoisprincipaisvaloresfinaisdoprojetode aterramentoqueso:aresistnciadamalhadaterra,eapossvelelevaodopotencial dessa malha, em alguns pontos, quando ocorre um curto-circuito de uma fase para a terra, de uma fase para essa malha. Ao se injetar corrente nessa malha, a tenso da malha sofre e isso vai determinar valores limites de suportabilidade do homem. 142 RESISTIVIDADE DO SOLO 2.1 CONCEITOS GERAIS O valor da resistividade em xm numericamente iguala resistncia de um cubo de 1 m de aresta. Vriosfatoresinfluenciamnaresistividadedosolo.Entreeles,pode-se ressaltar: Tipo de solo; Mistura de diversos tipos de solo; Solos com camadas estratificadas com profundidades e materiais diferentes; Teor de umidade; Temperatura; Compactao e presso; Composio qumica dos sais dissolvidos na gua retida. Asdiversascombinaesacimaresultamemsoloscomcaractersticas diferentese,conseqentemente,comvaloresderesistividadesdistintas.Assim,solos aparentemente iguais tm resistividades diferentes. Parailustrar,atabela2.1abaixomostraavariaodaresistividadeparasolos de natureza distintas. 15TABELA 2.1 - Relao entre tipo de solo e resistncia TIPO DE SOLORESISTIVIDADE .m Lama5 a 100 Terra de jardim com 50% de umidade 140 Terra de jardim com 20% de umidade 480 Ar ila seca1.500 a5.000 Argila com 40% de umidade80 Ar ila com 20% de umidade330 Areia molhada1.300 Areia seca3.000 a 8.000 Calcrio com acto1.000 a 5.000 Granito1.500 a 10.000 2.1 INFLUNCIA DA TEMPERATURA De uma maneira genrica, a performance de um determinado solo submetido a variao da temperatura pode ser expressa pela curva da figura 2.1. FIG. 2.1 Curva caracterstica x Temperatura Apartirdomnimocomodecrscimodatemperatura,eaconseqente contraoeaglutinaodagua,produzidaumadispersonasligaesinicasentreos grnulosdaterranosolo,oqueresultanummaiorvalordaresistividade.Observa-seque no ponto de temperatura de 0C (gua) a curva sofre descontinuidade, aumentando o valor 16da resistividade no ponto 0C (gelo). Isto devido ao fato de ocorrer uma mudana brusca noestadodaligaoentreosgrnulosqueformamaconcentraoeletroltica.Comum maior decrscimo na temperatura h uma concentrao no estado molecular tornando o solo maisseco,aumentandoassimsuaresistividade.Jemoutroextremo,comtemperaturas elevadas,prximasa100C,oestadodevaporizaodeixaosolomaisseco,coma formaodebolhasinternas,dificultandoaconduodecorrente,conseqentemente, elevando o valor de sua resistividade. 2.2 INFLUNCIA DA UMIDADE Aresistividadedosolosofrealteraescomaumidade.Estavariaoocorre emvirtudedaconduodecargasnomesmoserpredominantementeinica.Uma quantidade maior faz com que os sais, presentes no solo, se dissolvam, formando um meio eletrolticofavorvelapassagemdacorrenteinica.Assim,umsoloespecfico,com concentraodiferentedeumidadeapresentaumagrandevariaonasuaresistividade. Conclui-se, portanto, que o valor da resistividade do solo acompanha os perodos de seca e chuva de uma regio. Os aterramentos melhoram a sua qualidade com solo mido, e pioram no perodo da seca. 2.3 TPICOS SOBRE MEDIO Umsoloapresentaresistividadequedependedotamanhodosistemade aterramento. A disperso de correntes eltricas atinge camadas profundas com o aumento da rea envolvida pelo aterramento. Para se efetuar o projeto do sistema de aterramento deve-se conhecer a resistividade aparente que o solo apresenta para o aterramento pretendido. Os mtodos de medio so resultados da anlise de caractersticas prticas das e equaes de Maxwell do eletromagnetismo, aplicadas ao solo. 172.3.1 POTENCIAL EM UM PONTO Sejaumpontocimersoemumsoloinfinitoehomogneo,emanandouma correnteeltricaI.Ofluxoresultantedecorrentedivergeradialmente,conformefigura 2.2. FIG. 2.2 Linhas de corrente eltricas O campo eltrico E no ponto p dado pela lei de Ohm local, abaixo: Ep = Jp(2.1) Onde: Jp =Densidade de corrente no ponto p. A densidade de corrente a mesma sobre a superfcie da esfera de raio r, com centro no ponto c e que passa pelo ponto p. Seu valor : 2Jp=4 Ir (2.2) Portanto, 2Ep=4Ir(2.3) O potencial do ponto p, em relao a um pontoinfinito dado por: 18 Vp=rEdr(2.4) Onde: dr = variao infinitesimal na direo radial ao longo do raio r. Das equaes acima tem-se que: 1Vp=4rIdrr (2.5) 2.3.2POTENCIALEMUMPONTOSOBASUPERFCIEDEUMSOLO HOMOGNEO Um ponto c, imerso sob a superfcie de um solo homogneo, emanando uma correnteeltricaI,oqualproduzumperfildedistribuiodofluxodecorrentecomo mostra a figura 2.3. FIG. 2.3 Linhas de correntes eltricas As linhas de correntes se comportam como se houvesse umafonte de corrente pontual simtrica em relao a superfcie do solo. Figura 2.4. 19 FIG. 2.4 Ponto imagem O comportamento idntico a uma imagem real simtrica da fonte de corrente pontual (mtodo das imagens). Portanto, para achar o potencial de um ponto p em relao ao infinito basta efetuar a superposio do efeito de cada fonte da corrente individualmente, considerandotodoosolohomogneo,inclusiveodesuaimagem.Assim,paracalcularo potencial do ponto p, basta usar duas vezes a expresso. 1mcmcoDND= +1p 1pI IVp=4 4 r r + (2.6) Olevantamentodosvaloresdaresistividadefeitoatravsdemediesem campo,utilizando-semtodosdeprospecogeoeltricos,nestetrabalhoserexpostoo mtodo de Wenner. 202.3.3 MTODO WENNER Omtodo usa quatro pontosalinhados,igualmenteespaados,cravadosa uma mesma profundidade. FIG. 2.5 Quatro hastes cravadas no solo UmacorrenteeltricaIinjetadanoponto1pelaprimeirahasteecoletado noponto4pelaltimahaste.Estacorrente,passandopelosoloentreospontos1e4, produzpotencialnospontos2e3.Usandoomtododasimagens,jcitado(figura2.4), obtm-se os potenciais nos pontos 2 e 3.

FIG. 2.6 Imagem do ponto 1 a 4 21O potencial no ponto 2 : 2 2 2 2 2I 1 1 1 1V=4 2(2 ) (2 )r a aa p a p (+ ( + + ( (2.7) O potencial no ponto 3 : 2 2 2 2 2I 1 1 1 1V =4 2(2 ) (2 ) (2 )r a aa p a p (+ ( + + ( (2.8) Portanto, a diferena de potencial nos pontos 2 e 3 : 232 3 2 2 2 2I 1 2 2V = V -V =4(2 ) (2 ) (2 )r aa p a p (+ ( + + ( (2.9) FazendoadivisodepotencialV23pelacorrenteI,teremosovalorda resistncia eltrica R do solo para uma profundidade aceitvel de penetrao de corrente I. Assim teremos: 23 2 2 2 2V 1 2 2=I 4(2 ) (2 ) (2 )Raa p a p(= + ( + + ( (2.10) A resistividade do solo dada por: 2 2 2 242 21(2 ) (2 ) (2 )aRa aa p a p = (+ (+ +( (2.11) 22 A expresso (2.11) conhecida como Frmula de Palmer, e usada no mtodo deWenner.Recomenda-sequedimetrodahaste0,1a.Paraumafastamentoentreas hastes relativamente grande, isto , a > 20p, a frmula de Palmer se reduz a: = 2aR [ x m] (2.12) 2.3.4 MEDIO PELO MTODO WENNER O mtodo utiliza um Megger, instrumento de medida de resistncia que possui quatroterminais,doisdecorrenteedoisdepotencial.Oaparelho,atravsdesuafonte interna,fazcircularumacorrenteeltricaIentreasduashastesexternasqueesto conectadas aos terminais de corrente Cl e C2, conforme figura 2.7. As duas hastes internas soligadasnosterminaisP1eP2.Assim,oaparelhoprocessainternamenteeindicana leitura, o valor da resistncia eltrica de acordo com a expresso (2.10). FIG. 2.7 Mtodo de Wenner Onde: 23 R = leitura da resistncia em no Megger, para uma profundidade a a = Espaamento dos eletrodos (hastes) p = Profundidade da haste cravada no solo Omtodoconsideraquepraticamente58%dadistribuiodecorrenteque passaentreashastesexternasocorreaumaprofundidadeigualaoespaamentoentreas hastes. Acorrenteatingeumaprofundidademaior,comumacorrespondentereade dispersogrande,tendo,emconseqncia,umefeitoquepodeserdesconsiderado. Portanto, para efeito do mtodo de Wenner, considera-se que o valor da resistncia eltrica lidanoaparelhorelativaaumaprofundidadeadosolo.Ashastesusadasnomtodo devemteraproximadamente50cmdecomprimentocomdimetroentre10a15mm. Devemserfeitasdiversasleituras,paravriosespaamentos,comashastessempre alinhadas. Deve se observar durante a medio, que: As hastes devem estar alinhadas; As hastes devem estar igualmente espaadas; Ashastesdevemestarcravadasnosoloaumamesmaprofundidade, recomenda-se l0 a 20cm; O aparelho deve estar posicionado simetricamente entre as hastes; Ashastesdevemestarbemlimpas,principalmenteisentasdexidose gorduras para possibilitar bom contato com o solo; A condio do solo (seco, mido, etc) durante a medio deve ser anotada; No devem ser feitas medies sob condies atmosfricas adversas, tendo-se em vista a possibilidade de ocorrncias de raios; Deve-se utilizar calados e luvas de isolao para executar as medies. 242.3.5 CURVA CARACTERSTICA X A Alguns mtodos de estratificao do solo, que sero estudados posteriormente, necessitamdemaisleituraparapequenosespaamentos,oquefeitoparapossibilitara determinao da resistividade da 1 camada do solo. Paraumnicopontodeaterramento,isto,paracadaposiodoaparelho, devem ser efetuadas medidas em trs direes, com ngulos de 60 graus entre si. Esteocasodesistemadeaterramentopequeno,comumnicopontode ligaoaequipamentostaiscomo:reguladordetenso,religador,transformador, seccionalizador,TC,TP,chavesleo,etc.Nocasodesubestaesdeve-seefetuar medidas em vrios pontos, cobrindo toda a rea da malha pretendida. 2.3.6 ANLISE DOS RESULTADOS Feitasasmedies,umaanlisedosresultadosdeveserrealizadaparaqueos mesmos possam ser avaliadas em relao a sua aceitao ou no. Esta avaliao feita da seguinte forma: 1.calcularamdiaaritmticadosvaloresdaresistividadeeltricaparacada espaamento adotado. 1,1,11( ) ( )nj qM j i ji nia an ==== (2.13) Onde: M (aj) = resistividade mdia para o respectivo espaamento aj; n = Nmero de medies efetuadas para o respectivo espaamento aj; 1 (aj) = Valor da i-sima medio da resistividade com o espaamento aj; q = Nmeros de espaamentos empregados. 252.Procederoclculododesviomdiodecadamedidaemrelaoaovalor mdio como se segue: 1,1,( ) ( )j qi j M ji na a ==(2.14) Observaes: a)Deve-se desprezar todos os valores de resistividade que tenham desvio maior que 50% em relao a mdia, isto : 1,1,( ) ( )x100 50%( )i j M jj qi nM ja aa == (2.15) b) Se o valor da resistividade tiver o desvio abaixo de 50% o valor ser aceito como representativo. c)Seobservadoaocorrnciadeacentuadonmerodemedidascomdesvio acimade50%,recomenda-seexecutarnovasmedidasnaregiocorrespondente.Sea ocorrnciadedesviopersistir,deve-seento,considerarareacomoumaregio independente para efeito de modelagem. 3.Comasresistividadesmdiasparacadaespaamento,tem-seentoos valores definitivos e representativos para traar a curva caracterstica x a. 263 TRATAMENTO DO SOLO Todosistemadeaterramentodependedasuaintegraocomosoloeda resistividade aparente. Se o sistema j est fisicamente definido e instalado, a nica maneira dediminuirsuaresistnciaeltricaalterarascaractersticasdosolo,usandoum tratamento qumico. O tratamento qumico deve ser empregado somente quando: Existe o aterramento no solo, com uma resistncia fora da desejada, e no se pretende altera-lo por algum motivo, como por exemplo fator econmico; Noexisteoutraalternativapossvel,dentrodascondiesdosistema,por impossibilidade de trocar o local, e o terreno tem resistividade elevada. Otratamentoqumicodosolovisaadiminuiodesuaresistividade, conseqentementeadiminuiodaresistnciadeaterramento.Osmateriaisaserem utilizados para um bom tratamento qumico do solo devem ter as seguintes caractersticas: Boa higroscopia; No lixivivel; No ser corrosivo; Baixa resistividade eltrica; Quimicamente estvel no solo; No ser txico; No causar dano a natureza. 3.1 TIPOS DE TRATAMENTO QUIMICO Soapresentadosaseguiralgunsprodutosutilizadosnosdiversostiposde tratamento qumico do solo. 273.1.1 BENTONITA Bentonita um material argiloso que tem as seguintes propriedades: Absorve facilmente a gua; Retm a umidade; Boa condutividade eltrica; Baixa resistividade (1,2 a 4 xm); Nocorrosivo,pHalcalinoeprotegeomaterialdoaterramentocontraa corroso natural do solo pouco usado atualmente. Hoje empregado uma variao onde se adiciona o gesso para dar maior estabilidade ao tratamento. 3.1.2 EARTHRON OEarthronummateriallquidodelignosulfato,principalcomponenteda poupademadeira,maisumagentegeleificadoresaisinorgnicos.Suasprincipais propriedades so: No solvel em gua; Nocorrosivo,devidosubstnciagelqueanulaaaodocidoda madeira; Seu efeito de longa durao; de fcil aplicao no solo; E quimicamente estvel; Retm umidade. 283.1.3 GEL O gel constitudo de uma mistura de diversos sais que, em presena da gua, forma o agente ativo de tratamento. Suas propriedades so: Quimicamente estvel; No solvel em gua; Higroscpico; No corrosivo; No atacado pelos cidos contidos no solo; Seu efeito de longa durao. 3.2 COEFICIENTE DE REDUO KT Ovalordektpoderserobtido,paracadacaso,medindo-searesistnciado aterramento antes e aps o tratamento. Desta forma obtm-se: comtratamentotsemtratamentoRkR= (3.1) Parailustrar,nafigura3.1,tem-seumgrficodosvaloresprovveisdektem funo da resistividade do solo para um tratamento do tipo Gel. 29 FIG. 3.1 Valores tpicos de kt em funo da resistividade Aregiohachuradaafaixaprovveldosvaloresdektdadapelofabricante. Observa-se que em solos com alta resistividade, o tratamento qumico mais eficiente. 3.3 VARIAO DA RESISTNCIA DE TERRA Nos grficos das figuras (3.2), (3.3) e (3.4) so apresentadas o comportamento das variaes da resistncia de terra com o tratamento qumico do solo do tipo Gel [1]. Pode-se observar que o tratamento qumico vai perdendo o seu efeito ao longo do tempo. Recomenda-se fazer novo tratamento periodicamente. 30 FIG. 3.2 Variao da resistividade de terra, com o tempo, de eletrodos em solos tratados e no tratados Fig. 3.3 Resistncia de terra reduzida pelo tratamento qumico do solo 31 FIG. 3.4 Tratamento qumico do solo e variaes mensais da resistncia Comootratamentoqumicodosoloempregadonacorreodeaterramento existente,deve-seento,apsaexecuodomesmo,fazersempreumacompanhamento com medies peridicas para analisar os efeitos e a estabilizao do tratamento. Deve-sesempredimensionareexecutarprojetosdesistemadeaterramentode modo eficiente, para no ser necessrio usar tratamento qumico. A ao efetiva do tratamento qumico deve-se ao fato de o produto qumico ser higroscpicoemanterretidaaguaporlongotempo,portanto,recomenda-senasregies que tenham perodo de seca bem definido, molhar a terra do sistema de aterramento, o que ter o mesmo efeito do tratamento qumico. Em subestaes pode-se deixar instalados um conjunto de mangueiras e a perodos regulares, molhar a terra que contm a malha. Pode-se inclusive,adicionarguaasoluodoprodutoqumicodotratamento.Emterrenomuito seco, pode-se concretar o aterramento. O concreto tem a propriedade de manter a umidade. Sua resistividade est entre 30 e 90 xm. 324 SISTEMAS FSICOS Osdiversostiposdesistemasdeaterramentodevemserrealizadosdemodoa garantir a melhor ligao com a terra. Os principais tipos so: Uma simples haste cravada no solo; Hastes alinhadas; Hastes em tringulos; Hastes em quadrado; Hastes em crculos; Hastes profundas; Otipodesistemadeaterramentoaseradotadodependedaimportnciado sistemadeenergiaeltricaenvolvido,dolocaledocusto.Osistemamaiseficientea malha de terra. 4.1 HASTES O material das hastes de aterramento deve ter as seguintes caractersticas: Ser bom condutor de eletricidade; Ser um material praticamente inerte as aes dos cidos e sais dissolvidos no solo; O material deve sofrer a menor ao possvel da corroso galvnica; Resistncia mecnica compatvel com a cravao e movimentao do solo; As melhores hastes so geralmente as acobreadas: Tipocopperweldumabarradeaodeseocircularondeocobre fundido sobre a mesma; 33Tipo encamisada por extruso A alma de ao revestida por um tubo de cobre atravs do processo de extruso; TipocadWeldOcobre,depositadoeletroliticamentesobreaalmade ao. muitoempregadatambm,comsucesso,ahastedecantoneiradeferro zincada. 4.2 DIMENSIONAMENTO DO SISTEMA Oclculoexatodaresistnciadeaterramentorequerdesenvolvimentos analticos, que podem ser mais simples ou mais complicados, conforme a configurao dos eletrodos. A seguir apresentaremos, de forma simplificada, a determinao da resistncia de terra para algumas configuraes de eletrodos. 4.2.1 UMA HASTE VERTICAL Umahastecravadaemumsolohomogneo,deacordocomafigura4.1,tem uma resistncia eltrica que pode ser determinada pela frmula (4.1). 14ln ( )2ha LRL d| |= |\ .(4.1) FIG. 4.1 Haste cravada no solo 34Onde: a = resistividade aparente do solo [ x m]; L = comprimento da haste [m]; d = dimetro do crculo equivalente rea da seco transversal da haste [m]; Nocasodehastetipocantoneira,deve-seefetuaroclculodareadeum circulo equivalente a seco transversal e igualar rea de um crculo. Assim: 2cantoneira sd= (4.2) Onde: Scantoneira = rea da seco transversal Podese observar quea expresso(4.2) nolevaemconta omaterialdeque formada a haste, mas sim o formato da cavidade que a geometria da haste forma no solo. O fluxoformado pelaslinhas de correnteeltrica entraousai do solo,utilizando aformada cavidade.Portanto,oR1threfere-sesomenteresistnciaeltricadaformageomtricado sistema de aterramento interagindo com o solo. Algunstiposdeaplicaorequeremqueoaterramentopossuavalormuito reduzido de resistncia. Em muitos casos no possvel alcanar tal condies especficas deresistividadedosololocal.Examinandoafrmula(4.1),pode-sesaberosparmetros que influenciam na reduo do valor da resistncia eltrica. Eles so: Aumento do comprimento da haste; Reduo do a utilizando tratamento qumico do solo. 354.2.2 HASTES PARALELAS Ainterligaodehastesemparalelodiminuisensivelmenteovalorda resistnciadoaterramento.Oclculodaresistnciadehastesparalelasinterligadasno seguea lei simples do paralelismo de resistncia eltrica. Isto devido as interferncias nas zonasdeatuaodassuperficiesequipotenciais.Nocasodeduashastescravadasnosolo homogneo, distanciadas de a, a figura 4.2 mostra as superficies equipotenciais que cada hasteteriaseaoutranoexistisse,ondepodeserobservadatambmazonade interferncia. A figura 4.3 mostra as linhas equipotenciais resultantes do conjunto formado pelasduashastes.Azonadeinterfernciadaslinhasequipotenciaiscausaumareade bloqueiodofluxodacorrentedecadahaste,resultandonumamaiorresistnciadeterra individual.Comoareadedispersoefetivadacorrentedecadahastetorna-semenor,a resistncia de cada haste dentro do conjunto aumenta. Observe-se que o aumento do espaamento das hastes paralelas faz comque a interfernciasejadiminuda.Teoricamenteparaumespaamentoinfinito,ainterferncia seria nula, porm, um aumento muito grande de espaamento aconselhvel gira em tomo do comprimento da haste. Adota-se muito o espaamento de 3 metros. 36 FIG. 4.2 Zona de interferncia nas linhas equipotnciais de duas hastes FIG. 4.3 Superfcies equipotenciais de duas hastes 374.2.2.1RESISTNCIA EQUIVALENTE DE HASTES PARALELAS Para o clculo da resistncia equivalente de hastes paralelas, deve-se levar em contaoacrscimoderesistnciaocasionadopelainterfernciaentreashastes.Afrmula (4.3) apresenta a resistncia eltrica que cada haste tem inserida no conjunto. nh hh hmm=2m hR= R+R (4.3) Onde: Rh = Resistncia apresentada pela haste h inserida no conjunto considerando as interferncias das outras hastes; N = Nmero de hastes paralelas; Rhh = Resistncia individual de cada haste sem a presena de outras hastes; Rhm=Acrscimoderesistncianahastehdevidoainterfernciamtuada haste m, dada pela expresso (4.4). ( )2ahm2 20,183R=log( )hm hmhm hmb L eL e b L (+ ( ( (4.4) A figura 4.4 segue ilustra um sistema com duas hastes. FIG. 4.4 Hastes em paralelo 38Numsistemadeaterramentoemprega-sehastesiguais,oquefacilitaa padronizaonaempresa,etambmoclculodaresistnciaequivalentedoconjunto. Fazendo o clculo para todas as hastes do conjunto tem-se os valores da resistncia de cada haste: R1 = R11 + R12 + R13 + ... + R1n R2 = R1 + R22 + R23 + ... + R2n . . . Rn = Rn1 + Rn2 + Rn3 + ... + Rnn Determinadaaresistnciaindividualdecadahastedentrodoconjunto,j considerados os acrscimos ocasionados pelas interferncias das outras hastes, a resistncia equivalente das hastes interligadas ser a resultante do paralelismo destas, conforme ilustra a figura 4.5. FIG. 4.5 Paralelismo das resistncias eq 1 21 1 1 1...R n R R R= + + + (4.5) 1 21Req1 1 1...n R R R=+ + +(4.6) 394.2.3. NDICE DE APROVEITAMENTO ndicedeaproveitamentooundicedereduo(T),definidocomoarelao entrearesistnciaequivalentedoconjunto(Req)earesistnciaindividualdecadahaste sem a presena de outras hastes (R1haste). 1e RRhasteqT = (4.7) 1 e R Rhaste q T = (4.8) A expresso (4.8) indica que a resistncia equivalente Req do conjunto de hastes em paralelo est reduzida de T vezes o valor da resistncia de uma haste isoladamente. Para facilitar o clculo de Req os valores de T so tabelados. A expresso (4.8) tambm se aplica para as demais configuraes dos sistemas de aterramento. 4.2.4 HASTES PROFUNDAS O objetivo principal aumentaro comprimento L da haste, o que faz decair o valor da resistncia praticamente na razo inversa de L. Esta tcnica eficaz quando o solo apresentacamadasmaisprofundasdemenorresistividade,seosolohomogneo,a eficciadatcnicareduzidaparaprofundidadessuperioresa3,5m[7].Nautilizaode hastes profundas vrios fatores ajudam a melhorar ainda mais a qualidade do aterramento. Estes fatores so: Condio de gua presente estvel ao longo do tempo; Condio de temperatura constante e estvel ao longo do tempo; Produodegradientedepotencialmaioresnofundodosolo,tomandoos potenciais de passo na superfcie praticamente desprezveis. 40Assim,devidoasconsideraesacima,obtm-seumaterramentodeboa qualidade, com o valor de resistncia estvel ao longo do tempo. 415 CORROSO NOS COMPONENTES DO SISTEMA Osignificadodotermocorrosodemetais,estassociadodegradaodas suaspropriedadesdevidoaaodomeio.Todometaltendeasofrerumcertograude corroso, que o processo natural da volta do metal ao seu estado primitivo. Ossistemasdeaterramentoestarosempresofrendooprocessodecorroso devido a prpria caracterstica do solo e do tipo de material empregado. Aseguirserodiscutidosalgunselementosque,combinadosouseparados, produzem diversos efeitos de corroso no material do sistema de aterramento. 5.1 UTILIZAO DE MATERIAS DIFERENTES Oidealseriaempregarnosistemadeaterramento,materiaiscomamesma concentrao de metal, para evitar eletronegatividade diferentes, impossibilitando a gerao daforaeletromotrizdapilhaeletroqumica.Assimosistemanoteriacorroso.Os sistemasdeaterramento,noentanto,soconstrudosusandocomponentesdiferentes.Ver figura 5.1. A figura 5.1 mostra o aterramento do equipamento no poste, um transformador, quefeitoporumcabodedescidadeaoeahasteusadadotipocopperweld,isto cobreada. FIG. 5.1 Aterramento com ao e cobre 42Osolocontmsaisdissolvidosnagua,tendo-seassimaformaodo eletrlito.Portantoestabelecidaumaaoidnticaaquelaexistentenapilha eletroqumica.Acorrentegalvnicadofluxodeeltronstemosentidoindicadonafigura 5.1.Emconseqncia,ocabodedescida,queestenterradonosolo,sofreracorroso, isto , os ons Fe+, iro para o solo, deixando perfuraes no cabo de ao. Outroexemploocasododesfolhamentodepequenapartedacoberturado cobredeumahaste,mostradonafigura5.2,queocorredevidoaabrasonomomentoda cravao. FIG. 5.2 rea de ferro exposta A camada de cobre e a rea exposta de ferro formaro uma pilha eletroqumica, com o fluxo de eltrons do cobre para o ferro. Portanto, como a rea de cobre do ctodo grande, ser gerada uma grande quantidade de eltrons, que se dirigiro para a pequena rea exposta de ferro e a corroso ser intensa. 435.2 SOLOS COM DIFERENTES CONCENTRAES DE ELEMENTOS Esta corroso em sistema de aterramento que abrange uma rea grande no solo. Osolosendoheterogneo,cadapartetemdiferentesconcentraesedistribuiodesais, umidade, temperatura, formando verdadeiras zonas andicas e catdicas na regio em que o aterramento est contido. FIG. 5.3 Zonas de solos distintos A figura 5.3 mostra o fluxo de eltrons que saem da malha pela zona catdica e entram na zona andica. Assim, os metais que compem a malha de terra na zona andica, sero corrodos, e os da zona catdica sero protegidos. A regio com menor resistividade funcionar como zona andica e, conseqentemente, ser a rea em que ocorrer o processo de corroso. Nosistemadedistribuiodeenergiaeltricacomneutrocontnuo,hum grande nmero de aterramentos distribudos por toda a cidade, abrangendo reas com solos distintos,formandovriaspilhaseletroqumicas.Estascorrentescirculandopelosoloiro corroerosmetaiscontidosnareaandica,quesoasreasdemenoresresistividades.O mesmoocorrenosistemadetransmisso,comoaterramentodastorresecabosde cobertura. Noaterramentoprofundo,ahastetranspevriascamadasdesolosdistintos, gerando vrias regies andicas e catdicas, tendo-se a corroso em vrios locais. 445.3 HETEROGENEIDADE DA TEMPERATURA DO SOLO Quandoumsistemadeaterramentoencontra-seemregiescomtemperaturas distintas, tem-se a ao termomagntica. Como mostra a figura 5.4 a parte do eletrodo que estnaregiofria,agircomonodo,eserazonacorroda.Apartequeestnaregio quente agir como ctodo e, portanto, ser a protegida. FIG. 5.4 Solos com concentraes distintas 456 ATERRAMENTO PARA MEDIA TENSO UmadasnovidadesapresentadasarevisodaNBR14039refereseaos esquemas de aterramento, conceito que representa um grande avano tcnico e muito til quando se precisa definir os aterramentos sem ambigidades. Trata-se de uma classificao detodasascombinaespossveisdeaterramentofuncionaleaterramentodeproteo, descrevendo ento assituaesrelativas do neutro, dasmassas da instalao e das massas da subestao. AclassificaodeesquemadeaterramentoapresentadanarevisodaNBR 14039,anormadeinstalaeseltricasdemediatenso,muitosemelhantedaNBR 5410, a norma de baixa tenso, porque aquelafoi baseada naNEC 13200 que, por sua vez,adotouosesquemasdeaterramentodaIEC60364,normamedaNBR5410.A NBR14039classificaosaterramentosemdoistipos,segundoasuafunonainstalao eltrica: Funcional:aterramentodeumcondutorvivo(normalmenteoneutro) objetivando o correto funcionamento da instalao; Proteo:aterramentodasmassasedoselementosestranhos,objetivandoa proteo contra choques (contatos indiretos). 6.1 CLASSIFICAO SEGUNDO NBR 5419 EmumainstalaoMTtpicaosesquemasdeaterramentopodemser classificados, como faz a reviso da norma, em funo de trs fatores: Modo de aterramento do neutro da subestao; Modo de aterramento das massas da instalao; Modo de aterramento das massas da subestao de alimentao. Oconceitodeesquemasmuitotilquandohnecessidadededefiniros aterramentossemambigidades.Trata-sedeumaclassificaodetodasascombinaes 46possveisdeligaesdocondutorneutroedocondutordeproteonoseletrodosde aterramento, ou seja, todas as combinaes possveis e/ou aplicveis de interligaes entre o aterramento funcional e de proteo. Por essa classificao, o aterramento do neutro e sua ligao com o condutor de proteo ficam completamente definidos com apenas trs letras, sem deixar margem a duvidas. Primeira letra - designa a situao do neutro da instalao em relao terra: T = um ponto de alimentao (geralmente o neutro) est ligado diretamente terra; I=nenhumpontodealimentaoestligadodiretamenteterra(neutro isolado ou ligado terra por meio de uma impedncia de alto valor). Segunda letra - indica a situao das massas da instalao eltrica em relao terra: T = massas esto ligadas diretamente terra, independentemente de haver ou nao um ponto de alimentao aterrado; N = massas esto ligadas ao ponto de alimentao aterrado ( normalmente o neutro). Terceira letra - designa a situao das massas da subestao de alimentao em relao ao neutro e s massas de instalao R=massasdasubestaodealimentaoestoligadasaoeletrodode aterramento do neutro e ao das massas da instalao; N=massasdasubestaodealimentaoestoligadasaoeletrodode aterramento do neutro, mas no ao das massas da instalao; S=massasdesubestaodealimentaoestoligadasaumeletrodode aterramento eletricamente separado daquele do neutro e daquele das massas da instalao. 47Pode-severificarqueatotalliberdadenaescolhadosistemadeaterramentoa serusadonainstalaosexistirquandoosuprimentodeenergiadainstalaoforfeito porsubestaodealimentaodoconsumidor.Quandoofornecimentodeenergiaforem mdiatenso,aescolhadoesquemadeaterramentoaserutilizadopeloconsumidor limitada pelo concessionrio de energiaeltrica. Nesse caso, por exemplo, a terceiraletra, referente instalao de alimentao, definida na subestao da concessionria. O fato de oneutroserounofornecidotambmpoderestringirousurio:ono-fornecimentodo neutro implica a utilizao dos esquemas T T. 6.2 ESQUEMAS COM NEUTRO ATERRADO OU TXX OconjuntodeesquemasTxxconstitudoportodososesquemasquetmo neutro aterrado diretamente ou por meio de uma impedncia de baixo valor. Nesse caso, o usodaimpednciatemcomoobjetivolimitaracorrentedefalta.Estesesquemasse caracterizam,principalmente,porapresentaremumacorrentedefaltasignificativamente elevada, de forma que a tenso de contato que aparece na massa, no caso de falta, maior que a tenso de contato limite. ComoregrageralparatodososesquemasTxx,ocircuitodeveserseccionado automaticamente da alimentao quando uma falta irromper neste circuito ou nos aparelhos quealimenta.Otempo total deeliminao da falta devesercompatvelcomascondies trmicas dos materiais percorridos pela corrente de falta. Os esquemas TN e TT so os que apresentam o neutro aterrado. 6.3 ESQUEMAS TN Estes esquemas apresentam uma corrente de falta da mesma ordem de grandeza docurto-circuitofase-neutro.Portanto,permitidoqueasfaltassejamdetectadaspor dispositivosdeproteoasobrecorrente,instaladosemtodososcondutoresdefase,uma vez que foram dimensionados para atuar tambm se ocorrer curto fase-neutro. Neste caso, devemserverificadasascaractersticasdeatuaodosdispositivosasobrecorrentena 48deteco da falta para a terra, com o objetivo de garantir que eles efetivamente funcionem em tais situaes. No calculo da corrente de curto-circuito devem ser consideradas as impedncias dafonte,doscondutoresdefasesobfaltaedocondutordeproteo.Parapermitireste clculo, o condutor de proteo deve, a princpio, caminhar ao lado dos condutores de fase, seminterposiodeelementosferromagnticos.Porrazespraticas,onicoesquema implementvel, na famlia TN, o TNR. 6.4 ESQUEMA TT Nos esquemas TT, a corrente de falta limitada pela: Resistncia de eletrodo de aterramento do neutro, aumentada do valor da resistncia de limitao eventualmente inserida entre o ponto neutro e a terra; Resistnciadoeletrododeaterramentodasmassas(oudocondutorde proteo); Resistncia dos condutores (de fase e de proteo). A corrente de falta no esquema TT, na prtica, situa-se pelo menos uma ordem degrandezaabaixodacorrentedecurto-circuitofase-neutro.Portanto,mesmoquea correntedaprimeirafaltasejagrande,nopermitidoquesuadetecosejafeitapor dispositivosdeproteoasobrecorrente,poisestestmlimiardefuncionamentomuito elevado em comparao com o valor da corrente de falta. Nesse caso, necessrio recorrer aos dispositivos sensveis corrente diferencial, no sendo preciso verificar as condies de disparo. Na pratica, utilizam-se dois esquemas da famlia TT: o TTN e o TTS. 496.5 ESQUEMA IT Os esquemas IT so implementados com o neutro isolado ou aterrado por meio de uma impedncia grande o bastante para quea corrente defalta no seja suficiente para provocaro aparecimentodeumatensodecontatosuperioraovalordatensodecontato limite (tabela I). Na prtica, utilizam-se trs esquemas da famlia IT: o ITR o ITN e o ITS. Nestecaso,noobrigatriaainterruponaprimeirafaltadeisolamento, desde que as condies seguintes sejam respeitadas: NosesquemasITNeITS,aresistnciadeaterramentodasmassasda instalao Ra: LaFURI(6.1) Sendo: UL = tenso de contato limite; IF=correntequecirculanoeletrododeaterramentodasmassasemuma primeira falta. Um dispositivo supervisor de isolamento (DSI) deve sinalizar a apario da primeirafaltanainstalao,acionandoumsinalsonoroouvisual,quandono os dois. Apsaapariodeumaprimeirafalta,suadetecoeeliminaorequeremo usodedispositivossensveiscorrentediferencialsobrecadacircuito.Quandoa interrupoefetuadanaprimeirafalta,adetecodefaltasdeveserrealizadapor dispositivos sensveis corrente diferencial ou por dispositivo supervisor de isolamento que provoque a interrupo geral da alimentao. 507 DESCARGAS ATMOFRICAS Aolongodosanos,vriasteoriasforamdesenvolvidasparaexplicaro fenmeno dos raios. Atualmente tem-se que a frico entre as partculas de gua e gelo que formam as nuvens, provocada pelos ventos ascendentes, de forte intensidade, do origem a umagrandequantidadedecargaseltricas.Verifica-seexperimentalmentequeascargas eltricas positivas ocupam a parte superior da nuvem, enquanto que as cargas negativas se encontramnaparteinferior,acarretando,conseqentemente,umaintensamigraode cargas positivas na superfcie da terra para a rea correspondente localizao da nuvem. Destaforma,aconcentraodecargaseltricaspositivasenegativasnuma determinadaregiofazsurgirumadiferenadepotencialquesedenominagradientede tensoentreanuvemeaterra.Noentanto,oarapresentaumadeterminadarigidez dieltrica, normalmente elevada, comparada com outros agentes ambientais. Oaumentodesta diferena de potencial, quesedenomina gradiente detenso, poder atingir um valor que supere a rigidez dieltrica do ar, interposto entre a nuvem e a terra, fazendo com que as cargas eltricas negativas migrem na direo da terra, um trajeto tortuoso enormalmente cheio de ramificaes, cujo fenmeno conhecido como descarga piloto.de,aproximadamente,1kV/mmogradientedetensoparaoqualarigidez dieltrica do ar rompida. Aionizaodocaminhoseguidopeladescargapilotopropiciacondies favorveisdecondutibilidadedoarambiente.Mantendo-seelevadoogradientedetenso naregioentreanuvemeaterra,surgedeumadasramificaesdadescargapiloto,em funodaaproximaocomosolo,umadescargaascendente,constitudadecargas eltricaspositivas,denominadasderetornoprincipal,degrandeintensidade,responsvel pelofenmenoconhecidocomotrovo, que odeslocamentodamassadearcircundante ao caminhamento do raio, em funo da elevao da temperatura e, conseqentemente, do aumento do volume. No se tem como precisar a altura do encontro entre estes dois fluxos de cargas quecaminhamemsentidosopostos,masacredita-sequesejaapoucasdezenasdemetros da superfcie da terra. A descarga de retorno atingindo a nuvem provoca, numa determinada regio da mesma, uma neutralizao eletrosttica temporria. Na tentativa de manter o equilbrio dos 51ponteciaiseltricosnointeriordanuvem,surgemnestas,intensasdescargasqueresultam naformaodenovascargasnegativasnasuaparteinferior,dandoincioschamadas descargasreflexasousecundrias,nosentidodanuvemparaaterra,tendocomocanal condutor aquele seguido pela descarga de retorno que em sua trajetria ascendente deixa o ar ionizado.

FIG. 7.0 Descarga atmofrica 7.1 CONDUO Esteumimportantetpicodeaterramentodevezqueasdescargas atmosfricas constituem, de longe, a maior causa de queima de componentes eletrnicos, de fora, incndios e outros fenmenos de risco para pessoas, equipamentos e animais. 52 FIG. 7.1 Condutores do sistema de proteo contra descargas atmosfricas Paraprojetodestesistema,existemmuitassolues,algumasquetemsido implementadas so as seguintes: Utilizaodecondutoresisolados,afastados,daestruturapormeiode isoladores; Utilizao apenas de estruturas metlicas, quando existentes; Utilizaodaferragemestruturaldascolunassuportesdeconcreto,quando existentes; Utilizaodecondutoresmetlicosdiretamenteapoiadosnaestrutura,sem uso de isoladores. No recomendvel a utilizao de condutores afastados e isolados da estrutura (utilizandoasferragenspadronizadasatuais)pelosimplesmotivosdequeseformaarcos entre os condutores de descida e a estrutura, principalmente se houver ferragens embutidas na mesma. Estesarcossofontesdeinterfernciasmaioresdoqueaprpriacorrentede descarga.fcildecomprovarsuaformao.Comumacorrentededescargade10KA (pico), tempo de frente de 1 (um) microsegundo, e indutncia do condutor de descida de 1,5 microhenry por metro, a tenso desenvolvida (V = LdI/dt) de 15 KV/m. A cada 10 (dez) 53metrosdedescidatemos150kV,desenvolvidosdocondutorcontraterra(estrutura). Naturalmentequeosisoladoresusadosnasferragensnosuportamtaltenso, desenvolvendo-seentoarcosaolongodasdescidas.Aquelesquedefendemautilizao das descidas isoladas o fazem com o pensamento de utilizar a ferragem e partes metlicas da estrutura como blindagem para que os campos magnticos produzidos nos condutores de descidanoatinjamovolumeinternodoediflcio,nolevandoemcontaaformaode arcos. Paraevitaraformaodearcososcondutoresdedescidadeveriamser afastadosdaestruturaadistnciabemmaiores,utilizando-seisoladoresdealtovalorde T.S.I,(tensosuportveldeimpulso).Naturalmentequeestasoluoimpraticvel, acresce-seaestasobservaesofatodeautilizaodasferragenseisoladores,daforma atual, uma agresso para a arquitetura dos edificios e residncias. Portanto a recomendao que, quando se utiliza condutor de descida que estes sejaminstaladosdiretamenteapoiados,fixados,sobreasestruturassemisoladores.Esta soluo mais econmica, elimina as ferragens mais caras, e desejvel do ponto de vista de arquitetura. Quanto utilizao de colunas metlicas como descida a nica recomendao que nas emendas parafusadas, isto , no soldadas sejam instaladas Jumps metlicos para garantiracontinuidadeeltrica,jqueasemendasparafusadasdascolunaspodemno apresentar caractersticas adequadas de conduo. Quantoutilizaodaferragemestruturaldascolunasdeconcretocomo descidas,anormabrasileiraNBR5419/1993,indicanoseuitem5.1.2.5,condutoresde descidaeaformadeutilizaodestasferragens.Emgeralsoinstaladoscondutoresde descida especficos como barras de ao, por exemplo, com continuidade garantida por solda ou conector aparafusado, embutido na coluna, e interligados a ferragem estrutural. 7.2 O USO DA FERRAGEM DE CONCRETO ARMADO Emboraagrandemassadematerialmetlicodentrodoconcretoeatravsdo concretoemcontatocomosolopudessesugerirjhbastantetempoutilizaodessa 54massacomoumaterramentonaturalnasedificaesissosrealmenteaconteceuh relativamente pouco tempo. Foram vrias as razes que retardaram essa prtica: Otemorqueoaquecimentodasbarrasdeaosedestacassemdoconcreto peloaquecimento produzido pela corrente de raios ou de curto-circuito; O temor que a passagem de uma corrente de alta freqncia pelas barras de ao pudesse, pelo efeito pelicular, tambm separar o ao do concreto; Otemorqueaopassardaferragemparaosolo,acorrenteproduzissea perfuraodoconcretoeemconseqnciaadeteriorizaodoconcretoarmadopela entrada da umidade; Otemorquehouvessecorrosodaferragempelapassagemdacorrente eltrica; Otemorqueaointerligarumaterramentofeitoemcobre,anelouhastes, comaferragemdafundao,paraequalizaodospotenciais,houvessecorroso eletroltica do ao. Todosessestemoresforamsendovencidosouportrabalhoslaboriaisoupela experincia acumulada em anos e anos. O nico que se mostrou justificvel em experincia delaboratriofoioaquecimentodaferragempelascorrentesdecurto-circuito.Istopode realmente vir a acontecer se houver s uma barra a conduzir a corrente de curto-circuito e se o esquema de proteo for tal que s elimine a corrente aps um tempo muito longo, o que no acontece na prtica, portanto, este temor tambm pode ser deixado de lado. TantoanormaNBR-5410deinstalaoeltricaembaixatensoquanto norma NBR-5419 de proteo de estruturas contra descargas atmosfricas recomendam que o aterramento seja feito de preferncia usando a ferragem das fundaes. Com esta prtica sero atingidos dois objetivos essenciais para um sistema de aterramento: a resistncia ter umvalormaisbaixoqueoquesepodeconseguircomousodecondutoreshorizontaise hastesverticais,Maisimportantequeovalor,noentanto,aequalizaodospotenciais que fica assegurada. 557.3 O CONCRETO PR-FORMADO No caso do concreto pr-formado as barras de ao, por necessidade do processo de fabricao, necessariamente bem amarradas o que garante uma boa continuidade eltrica com resistncia entre as pontas das peas da ordem de dezenas de mW. Quando a deciso deusaressaferragemcomocondutornaturaldacorrentefortomadaantesdafabricao bastaespecificaraofabricantequedeixeumcabooubarraparainterligaoentreas diferentes peas. E possvel tambm especificar uma chapa na superfcie de apoio das peas ligada ferragem: com isto no haver na obra necessidade de realizar conexes ou soldas. A montagem das peas j tornar o prdio similar a um construdo com estrutura metlica, ouseja,umprdioautoprotegido.Paraqueissoacontea,precisoquenabase,seja instalado um anel de aterramento interligado s colunas. Se o edifcio j estiver construdo, ser necessrio quebrar o concreto, fazer a interconexo e refazer o concreto. Esta operao encontraalgumasresistnciasporquehsempreoriscodequeaorefazeroconcretono seremtomadostodososcuidadosnecessrioseoremendosedestaque,expondoa ferragemsintempriescomriscodesriosdanosestrutura.Dequalquermaneira,seo prdiotivermaisde20mdealtura,deveroserfeitasassimaumaposioadequadado concreto. 7.4 O CONCRETO PROTENDIDO Nestetipodeconcreto,cabosdeaosotencionadosemumaformaenessa situaofundidooconcretosobreeles;depoisdoconcretoestarcuradoafrouxadaa tenso dos cabos que ficam em contato ntimo com o concreto, aplicando a este um esforo de compresso. Quase todas as normas nacionais dos diferentes paises e a norma IEC no permitem o uso desses componentes metlicos para conduo de correntes de raios. Uma da exceoanormainglesaquepermiteapassagemdacorrente,desdequeofabricante tenhasidoavisadoequeantesdafusodoconcretotenhafeitoumainterligaoentreos vrios cabos de ao da pea e tenha deixado para fora um rabicho para a interligao com outras peas ou com captores, se for o caso. 56Recentemente,porm,comeouaserusadoumoutrotipodeconcreto pretendidofeitonaobra,comojreferimosacima.Nestetipooscabos,engraxadosou dentrodebainhadePVC,soinstaladosemfurosdeixadosdentrodasLagesdospisose so tencionadas depois da laje j est parcialmente curada. Como os elementos de fixao dostensoresficamemgeralemcontatocomaferragemdasvigaslateraiselessero percorridosporcorrentedeequalizaoentreospotenciaisdeumladoparaooutrodo prdio.Comooscabosassimtencionadosnoestoemcontatocomoconcreto,noh risco para a manuteno da integridade da laje. 7.5 ELETRODOS DE ATERRAMENTO Esteselementostambmsomuitodiversificadosquantoasuaforma construtiva, podendo ser constitudos de eletrodos horizontais enterrados sob e em torno da edificao,associadosounoaeletrodosverticaisouinclinados.Tambmtemsido utilizadocomoeletrodos,asarmaesdeaodasfundaesesapatasdascolunasdas edificaes. Outraopoautilizaodeeletrodoshorizontaisradiais,partindoemgeral doscantosdoanelformadoporeletrodoshorizontaisenterradosemtornodaedificao. Comoumaoutraalternativa,poderamoscitarautilizaodeeletrodosprofundos.Na escolhadotipoougeometriadeeletrodosaserutilizado,importanteobservarquea finalidade deste sistema de aterramento escoar as descargas atmosfricas para o solo, sem causarsobretensesediferenasdepotenciaisperigososparaaspessoaseequipamentos, principalmente equipamentos sensveis. Sabe-se hoje que, para se ter sucesso nesta tarefa, o arranjo e as dimenses do sistema de aterramento so os fatores mais importantes. Aresistnciadeaterramentoumfatorsecundrio,emboraaprprianorma brasileirarecomende umaresistnciamximaemtorno de 10Ohms.Estaumatentativa de reduzir as diferenas de potencial momentneas. Como escolher o sistema de eletrodos correto, entre tantas opes? 57Observandoqueascorrentesdedescargasatmosfricassocorrentes impulsivas,e,portantodealtasfreqncias,aoinvsdefalarmosemresistnciade aterramento,temosqueconsideraraimpednciadeaterramentodosolo,aqualnoser fixa, mas varivel no tempo, caracterizando uma impedncia impulsiva de aterramento. Aelevaodepotencialnosistemadeaterramentodependerdiretamentedo valor de pico da corrente de descarga e do valor da impedncia impulsiva. Esta impedncia definida como a relao entre o valor de pico da onda de tenso e o valor de pico da onda de corrente, que no necessariamente, esto em fase (Zp = VP/Ip). Omelhorsistemadeaterramentoparadescargasatmosfricasaqueleque oferecemenorimpednciaimpulsivaparaumadeterminadacorrentededescargas atmosfricas. 588 RISCO DE EXPOSIO DE UMA EDIFICAO A probabilidade de uma edificao ser atingida por um raio em um ano dada peloprodutodadensidadededescargasatmosfricasparaaterrapelareadeexposio equivalente da edificao 8.1 DENSIDADE DE DESCARGAS PARA A TERRA Adensidadededescargasatmosfricasparaaterra(Ng)onmeroderaios para a terra por Km2 por ano. O valor Ng para uma determinada regio pode ser estimado pela equao (8.1)

Ng = 0.04 x Td 1.25(8.1) Onde: Tdndediasdetrovoadasouvidasporano,tambmconhecidocomonvel cerunico. Onvelcerunicoconstituiumbomindicadordaatividadeeltricada atmosfera, sendo muito utilizado para a determinao das densidades de descargas, atravs da aplicao de frmulas empricas. O Td poder ser obtido:-Em mapas isoceranicos (conforme a figura 7 da NBR 5419/1993); -Consultando as administraes dos aeroportos da regio; -Consultando os distritos de meteorologia do ministrio da agricultura; -Consultandoasempresasconcessionriasdeeletricidadequeatendema regio. Convm esclarecer que o valor Td o n. de dias que ocorrem trovoadas em um anoe no o nmero de descargas para a terra que atingem a regio em um ano. Soapresentadosnatabela8.1algunsvaloresmdiosdoTd.nvel cerunico em diversos pases 59TABELA 8.1 Nvel cerunico em diversos pases PasNvel Cerunico frica do Sul5 a 100 Austrlia4 a 107 Itlia11a 60 Finlndia17 Frana20 a 30 Alemanha15 a 35 Asatividadeseltricasnoterritriobrasileirosogeralmentemaisseveras conforme na tabela 8.2 TABELA 8.2 Nvel cerunico no Brasil Regio Td- Nvel Cerunico (n de trovoadas por ano) Ng ( Densidade de Descargas atmosfricas para terra desc/Km2 ano Estado de So Paulo40 a 100 4,02 a 12,65 Estado de Minas Gerais 40 a 120 4,02 a 15,88 Centro-Oeste80 a 1409,57 a 15,88 Amaznia40 a 1404,02 a 19,26 Nordeste (Litoral)5 a 10 0,30 a 0,71 Nordeste (Serto)20 a 60 1,69 a 6,68 Sul30 a 80 2.81 a 9,57 Afigura8.1mostraasinterligaesentrediversospontosdemesmondice ceranico formando curvas isoceranicas. 60 FIG. 8.1 Mapa isocerunico do Brasil 8.2 REA DE EXPOSIO EQUIVALENTE readeexposioequivalente(Ae)areadoplanodeedificao prolongada em todas as direes, de modo a levar em conta a altura. Ae = LW + 2LH + 2WH + H2 (m2) (8.2) Onde: L = comprimento; W = largura; H = altura. 8.3 FREQUNCIA MDIA ANUAL PREVISVEL A freqncia anual previsvel (N) de descargas atmosfricas sobre a edificao dado por: N = NgxAe x 10-6 (por ano)(8.3) 61

8.4 FREQUNCIA MDIA ANUAL ADMSSIVEL A freqncia mdia anual admissvel de danos (Nc) a seguinte: -Riscosmaioresque103(isto,1em1000)poranosoconsiderados inaceitveis: -Riscosmenoresque105(isto,1em100.000)poranoso,emgeral,considerados aceitveis. 8.5 AVALIAO GERAL DO RISCO Aps a determinao de (N), que o numero provvel de raios que anualmente atingem uma edificao, deve-se multiplica-lo pelos seguintes fatores de ponderao. -Fator A Tipo de ocupao da estrutura: -Fator B Tipo de construo da estrutura: -FatorCContedodaestruturaeefeitosindiretosdasdescargas atmosfricas; -Fator D Localizao da estrutura: -Fator E Topologia da regio. .( ).( ).( ).( ).( ) X N FatorA FatorB FatorC FatorD FatorE = (8.4) 8.6VERIFICAODANECESSIDADEDEPROTEOCONTRA DESCARGAS ATAMOSFRICAS A necessidade de um SPDA determinada da seguinte maneira: Se 310 X , a edificao requer um SPDA; Se 5 310 10 X ,aconveninciaounodeumSPDAdevepassarpela analise critica do projetista e do usurio; 62Se 510 X , a edificao dispensa um SPDA. IndependentedovalordeX obrigatriaainstalaodeumSPDAnos seguinte casos: -Estruturas com riscos de exploso, contendo gases ou lquidos inflamveis, -Locais de grande afluncia de publico; -reas com alta densidade de descargas atmosfricas; -Locais que prestam servios pblicos essenciais; -Estruturas isoladas, ou com altura superior a 25m; -Em estruturas de valor histrico e cultural Asestruturascomriscosinerentesdeexploraorequeremprescries complementares. 8.7 NVEIS DE PROTEO Os nveis de proteo estabelecidos na norma so apresentados na tabela 9.3: TABELA 8.3 Nveis de proteo Nveis de proteoRiscosEficincia do Sist. de Proteo Nvel IRisco muito elevado 98% Nvel IIRisco elevado95% Nvel IIIRisco normal90% Nvel IVBaixo risco80% A determinao da eficincia mnima de um SPDA pode ser estimada conforme expresso (8.5) 1c NEX| |= |\ .(8.5) Sendo: 63E=relaoentreafreqnciamdiaanualdedescargasatmosfricasqueno causam danos, interceptadas ou no pelo SPDA, e a freqnciaXsobre a estrutura. 649 TIPOS DE PRA-RAIOS Fica claro que as descargas eltricas dentro de uma determinada zona so mais facilmente escoada pelo pra-raios do que por uma estrutura de concreto, por exemplo. As cargas eltricas, em vez de irromperem em um ponto qualquer do solo, so conduzidas at aspontasdopra-raios(captor)atravsdeumcabodeexcelentecondutividadeeltrica (cabo de cobre), permitindo, dessa forma,que as descargas sejam efetuadas atravs deste, propiciandoaproteodaconstruodentrodedeterminadoraiodeatuao.Aseguir descreveremos os principais tipos depra-raios. 9.1 PRA-RAIOS DE HASTE Utilizandoapropriedadedaspontasmetlicasdepropiciaroescoamentodas cargas eltricas para atmosfera, chamado de poder das pontas, Franklin concebeu e instalou um dispositivo que desempenha esta funo, que foi denominado de pra-raios. Um sistema de pra-raios do tipo Franklin, constitudo de diferentes partes, cujos elementos principais so: a)Capacitor: o principal elemento dopra-raios, formado por trs pontas ou mais de ao inoxidvel ou cobre. denominado de ponta; b) Mastroouhaste:osuportedecaptor,sendoconstitudodeumtubode cobre de comprimento igual a 5m e 55mm de dimetro. Deve ser fixado firmemente sobre o isoladodeusoexterior.Afunodomastrosuportarocaptoreservirdecondutor metlico; c)Isolador:abasedefixaodomastroouhaste.Normalmentefabricado em porcelana vitrificada ou vidro temperado, para nvel de tenso de 10KV; d) Condutor de descida: o condutor que faz ligao entre o captor e o eletrodo de terra. e)Eletrododeterra:ocondutordedescidaconectadonasuaextremidade inferioratrsoumaiseletrodosdeterra,cujovalordaresistnciadeaterramentono deversersuperiora10ohms,napiorpocadoano(perodoseco)parainstalaesem geral e 1ohm para edificaes destinadas a materiais explosivos ou facilmente inflamveis. 65Se no houver possibilidade, por qualquer motivo, de se chegar a estes valores devero ser adotados novos procedimentos, conforme exposto no captulo 11 deste trabalho; f)Conexo de medio: assim denominada a conexo desmontvel destinada a permitir a medio da resistncia de aterramento.Deve ser instalada a 2m ou mais acima do nvel do solo . 9.2 GAIOLA DE FARADAY OmtododagaioladeFaradayconsisteemenvolverasuperfciedovolume, parte superior e laterais, com malha captora de condutores eltricos nus, cuja distncia entre eles funo do nvel de proteo desejado conforme tabela 10.1.

TABELA 9.1 Distncia entre os cabos de malha deproteo Nveis de proteo Distncia (m) Nivel I5 Nivel II10 Nivel III 10 Nivel IV 20 66 FIG. 9.1 Exemplo da gaiola de Faraday Onmerodoscondutoresdamalhapodeserdeterminadoparaqualquer dimenso da malha pela equao (9.1) 1mcmcoDND= +(9.1) Onde: Dm=dimensodareaplanadamalhacaptoranasentidodalarguraedo comprimento, em m; Dco = distancia entre os condutores, em m determinado conforme Tab. 10.1 AgaioladeFaradaytemrecebidoultimamenteaprefernciadosprojetistas. PoispelomtododeFranklin,ainterligaoentreashastes(suportesdoscaptores)pode conduzir a uma malha, no topo da construo, de dimenses tais que resultam praticamente nas dimenses necessrias aplicao do mtodo de Faraday. 679.3 PRA-RAIOS EM LINHAS DE TRANSMISSO Atualmente so comercializados dois tipos de pra-raios a resistor no linear, e cada um deles apresentam caractersticas bem definidas, em funo do material utilizado de que so constitudos. 9.3.1 PRA-RAIOS DE CARBONETO DE SILCIO Pra-raios de carboneto de silcio so os que utilizam como resistor no-linear o carboneto de silcio (SiC) e tm em srie com este um centelhador formado por vrios gaps. Esses pra-raios so constitudos basicamente das seguintes partes: a)Corpodeporcelana:constitudodeporcelanavitrificadamecnicae dieltrica, dentro do qual esto alojados os principais elementeos ativos do para-raios. b) Resistoresnolineares:soblocoscermicoscompostosapartirdeuma misturaapropriadadematriaprima(SiC),submetidaaumatemperaturaemtornode 2000C.Comoresultado,soformadoscristaismulticoloresqueapstriturao,so transformados em p. Utilizando um aglutinante de fabricao especial, so constitudos os blocos de caboneto de silcio que, empilhados no interior do corpo de porcelana, formam o resistor no-linear. Esse material capaz de conduzir alta corrente de descarga com baixas tenses residuais.Entretanto,oresistorno-linearofereceumaaltaimpednciacorrente subseqente fornecida pelo sistema. Se fosse construdo um para-raios SiC sem centelhador, este conduziria terra umaelevadacorrente,cercade200A,quandosubmetidotensodeoperao,em condies normais de servio. Como resultado, o bloco cermico, atravs do qual fluiria a corrente,sofreriaumaquecimentoexageradodevidosperdasjoulesnosresistoresno lineares, comprometendo a integridade fsica do para raios e ocasionado um defeito fase e terra no sistema. Conclui-se, desta forma, que os pra raios SiC s podem funcionar com a presena do centelhador srie, o que no verdade para o para-raios a xido de zinco. O aumento da temperatura do bloco cermico de carboneto de silcio no deve reduzir a sua resistncia quando da passagem da corrente subseqente, pois, caso contrrio, 68estacorrentepoderiaassumirumvalordemasiadamenteelevadoenopermitirasua interrupopelocentelhadorsrie,nasuaprimeirapassagemporzero,provocandouma reignio no meio ciclo seguinte da corrente, reduzindo ainda mais a sua resistncia trmica econseqentementeelevandoacorrentecirculante,assimsucessivamente,atqueeste processo resulte em danos ao para-raios. Tambm a resistncia do resistor no linear no deve aumentar com a passagem dacorrentededescarga,pois,casocontrrio,haverumaelevaodatensoresidualque pode resultar em dano ao equipamento. c)Centelhador srie: constitudo de um ou mais espaadores entre eletrodos, dispostos em srie com os resitores no-linear, e cuja finalidade assegurar, sob quaisquer condies,umacaractersticadedisruporegularcomumaextinodacorrente subseqente,fornecidapelosistema.Ocentelhadorsriepodeserconsideradocomouma chavedeinterrupoacorrentequesegueacorrentededescargadopra-rios(corrente subsequente), quando esta passa pelo ponto zero natural do ciclo alternado. d) Desligador automtico: constitudo de um elemento resistivo colocado em sriecomumacpsulaexplosivaprotegidaporumcorpodebaquelite.Odesligador automticoprojetadoparanooperarcomamensagemdecorrentededescargaeda correntesubseqente.Suaprincipalutilidadedesligaropara-raiosdefeituosodarede qualesta ligado. Adicionalmente,servecomoindicador visual de defeitodo prprio pra-raios. necessrio que a curva de atuao tempo X corrente do desligador automtico seja compatvel com as curvas caractersticas de atuao dos elementos de proteo do sistema. Estes dispositivos so disponveis somente nas unidades de mdia tenso. e)Protetorcontrasobretenso:umdispositivodestinadoaaliviarapresso internadevidoafalhasocasionadasdopara-raiosecujaaopermiteoescapedosgases antes que haja o rompimento da porcelana e provoque danos vida e ao patrimnio. 9.3.2 PARA-RAIOS DE XIDO DE ZINCO Soassimdenominadosospara-raiosqueutilizamcomoresistorno-linearo xidodezinco(ZnO)e,aocontrriodospara-raiosacarbonetodesilcio,nopossuem centelhadores srie. Estes pra-raios so constitudos basicamente das seguintes partes: 69a)corpodeporcelana:aprensentaasmesmascaractersticasjmencionadas para o pra-raios SiC. b) Resistoresno-lineares:soblocoscermicoscompostosapartirdeuma misturadexidodezinco,emmaiorproporo,eoutrosxidosmetlicos,comoo antimnio, o mangans, o bismuto e o cobalto. Aps a abteno de p, resultante da mistura anteriormente referida, procede-se prensagem dos blocos nas dimeses desejadas, vindo em seguida a sua sinterizao, que consistenumtratamentotrmicocujoobjetivotornaroblocoumelementocermico,e istoobtidoquandoomesmosubmetidoaumatemperaturaquepodechegaraos 1.300C.Apscobrircomelementometlicoassuperfciesplanasdoblococermico,o mesmolevadoaumasriedetestes,depoisdosquaispodeestarclassificadoparaser utilizado nos para-rios. AssimcomoSiC,oxidodezincoaprensentaumaelevadacapacidadede conduo da corrente de surto que resulta em baixas tenses de descarga, ao mesmo tempo que oferece uma alta resistncia corrente subseqente, fornecida pelo sistema. Oxidodezincoapresenta,quandosubmetidoaumatensodeoperao, conduz terra uma corrente eltrica de valor muito pequeno, cerca de 0,03mA, incapaz de provocarumaquecimentosignificativonoblococermico.Comoresultadodeste desempenho, o pra-raios a xido de zinco pode dispensar o uso do centelhador srie. Por ser ainda um produto de uso mais recente, os pra-raios de xido de zinco suscitamalgumasquestesquejestoperfeitamentedefinidasparaospra-raiosde carbonetodesilcio.Umadelasatcnicadeensaioqueaindanofoinormalizada, enquanto,paraqueestesequipamentossejamrecebidospelocontroledequalidadedos usurios,sorealizadososmesmosensaiosdestinadosaospra-raiosdecarbonetode silcio. Atualmentealgunsfabricantesnacionaisestoconstruindopara-raiosde distribuio de xido de zinco utilizado os mesmos elementos dos para-raios de carboneto dedistribuiodezincoutilizandoosmesmoselementosdospara-raiosdecarbonetode silcio, ou seja, desligador automtico etc. 70Porm, os para-raios destinados aos sistemas de potncia j so fabricados contando com todas as vantagens oferecidas pela tecnologia do xido de zinco. 7110 PROIBIO DO PARA-RAIOS RADIOATIVO Depois de pelo menos quinze anos de utilizao irrestrita do Brasil, os captores radioativostiveramsuafabricaoproibidapelaComissoNacionaldeEnergiaNuclear (C7NEN) atravs da resoluo n0 4, de 19 de abril de 1989, e publicada no dirio oficial da Unio, do dia 9 de maio. Foi determinado ainda que os pra-raios radioativos j instalados deveriamserrecolhidos,aindaquenumritmorealista(aremooseriafeitanadataj programada para manuteno do captor). 10.1 RAZES PARA A PROIBIO A razo exposta pelo CNEN para proibir o captor radioativo ou como dispe textualmente a resoluo, suspender a concesso de autorizao para utilizao de material radioativoempra-raiosquenoficoutecnicamentecomprovadaamaioreficciados pra-raiosradioativosemrelaoaosconvencionaiseque,portanto,oprincipioda justificativaprevistoanormaCNEN-NE-3.1:DiretrizesBsicasdaRadioproteono esto demonstrados. Essasdiretrizes,estipulamqueoempregodequalquermaterialradioativoem equipamentosoudispositivosdeusopblicoestsujeitoatrspremissasbsicas: justificativa,otimizaoelimitaodadose.Aprimeira,etalvezamaisimportante,est ligadaaoganhoqueasociedadetercomaaplicao,comseusbenefcioseconmicose sociais.Umexemplodissosoascmaradecobalto,usadasnaancologia,Nocasodos captores radioativos no foi ultrapassada a fase da justificativa. No foi provado que esses captoressotecnicamentemelhoresqueosconvencionais,quenousamessetipode material. Emtodoomundoosfabricantesdepra-raiosradioativostiveramtempoo bastante pra confirmar tecnicamente as vantagens que sempre propalaram a respeito de seus produtos, basicamente, uma distncia de atrao e, por conseguinte, uma zona de proteo bemmaiorqueadocaptortipoFranklin.Eaonoprovardeformacabalessasuposta superioridade,elesdeixaramdeatenderapremissadajustificativa:seomaterial 72radioativo no contribui tecnicamente para tomar mais eficiente a proteo contra descargas atmosfricas, ele no absolutamente indispensvel e, portanto, no deve ser usado. 10.2 RISCOS Entre os grandes produtores mundiais de amercio 241, a Inglaterra, a Frana e aEspanha,apenasoprimeiro,emaiorprodutor,aindanoproibiuafabricaodocaptor radioativo. E que, de forma geral, quase todos os paises europeus no aceitam a propalada superioridadedoproduto,descartandosuautilizao.ApenasnosEUA,faceaautonomia dosestados,algunsdelesaindanoproibiramousodessetipodecaptor,masamacia maioria no admite em edificaes de uso coletivo. Eles s podem se usados em residncias individuais, em funo do prprio liberalismo norte-americano, que garante ao individuo o direito inclusive de se expor a riscos se assim o desejar. Cabe ressaltar que a existncia de um pra-raios radioativo em uma edificao nodevesermotivodegrandepreocupao,poisespecialistasdaCNENchegarama afirmarque:Aemissodapastilhadeamercio241usadanaconfecodoscaptores radioativos varia entre 0,1 e 1mCi. E uma pessoa pode viver a vida inteira, 60 a 80 anos, comumapastilhadessas,aumadistanciade10a15cmdeseucorpo,semqualquer problema. Osespecialistasrecomendamcuidadosespeciaisnomanuseioemanuteno dos captores, servios esses que s devem ser executados por tcnicos habituados. Assim so preocupantes os riscos associados manuteno e manipulao dos captores:Osprpriosfabricantes,alegandoqueadeposiodepoeirapoderiareduzira ionizao produzida pelo captor, sempre recomendaram que ele fosse limpo regularmente. Eumalimpezamaisdescuidada,feitaporpessoanocompletamenteesclarecida,pode exp-loaumaradiaoperigosa.Jtivemos noticiadeumtcnicoque,desavisadamente, limpouocaptorescovando-oemummotoesmeril.Otcnicoduranteaescovao,pode eventualmenteteratingidoapastilhadeamercioe,conseqentemente,inalandopoeira contaminada.Outroproblema:nahiptesedequedadocaptoroudereformadoprdio ondese acha instalado, surge o risco demanuseio por pessoas comuns. A vidatilde um 73captor radioativo varia de 15 a 20 anos, mas a pastilha permanece ativa, pois seu tempo de meia-vida de 430 anos. 10.3 RECOLHIMENTO AResoluodaCNENdeterminaqueoscaptoresradioativosexistentes, instaladosouemestoque,sejamrecolhidos,oumaisprecisamente,queomaterial radioativoremanescentedospra-raiosdesativadossejamimediatamenterecolhida CNEN. Issosignificaqueorecolhimentodeveserimediatodesativao,masno significa,necessariamente, que a desativao deva ser imediata. ACNENfarcircularumcomunicadoentreosfabricanteseempresasde manuteno cadastrados no rgo, orientando-os nesse sentido. 10.4 REPROJETO Se a maior eficcia do pra-raios radioativo no est tecnicamente comprovada, comoafirmaaResoluodaCNEN,issosignificaque,arigor,asinstalaesqueo empregam tero que ser reprojetadas agora de acordo com os procedimentos normalizados. Estereprojetolevaranecessidadedainstalaodeumnmeromaiorde captorestipoFranklin,poisaopoinicialpelopra-raiosradioativofoimotivadapor razeseconmicas.Odepoimentodeumprojetistaapresentadoaseguiresclareceo assunto: Ns propnhamos as duas soluesmas, entre utilizar 10 ou 12 captores tipo Franldin ou apenas um radioativo, muitos usurios no hesitavam em escolher este ltimo, simplesmente por razo econmica 10.5 A RESOLUO DO CNEN Resoluo n0 04, de 19 de abril de 1989 (publicada o Dirio Oficial da Unio de 09/05/89) 74A Comisso Nacional de Energia Nuclear (CNEN), usando das atribuies que lhe confere o antigo 1, da lei n 6189, de 16 de dezembro de 1974, o artigo 141 do Decreto n 51.726, de 19 de fevereiro de 1963, e o artigo 21, incisos de 1 a 5 do Decreto 75569, de 07 de abril de 1975, por deciso de sua Comisso Deliberativa, na 533 Sesso, realizada em 19 de abril de 1989, artigo 1, inciso 2, inline; Considerando que esse monoplio exercido pela CNEN na qualidade de rgo superior de orientao, planejamento, superviso e fiscalizao. ConsiderandoquecompeteaCNENbaixarnormasgeraissobresubstancias radioativas, bem como receber e depositar rejeitos radioativos; Considerando a proliferao do uso de substancias radioativas em pra-raios; Considerandoquenoestcomprovadaamaioreficciadepra-raios radioativosemrelaoaosconvencionaiseque,portanto,oprincipiodajustificao previstonaNormaCNENNE-3.01Dire