aula 3b spda

02/09/2010

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SISTEMA DE PROTEO CONTRA

DESCARGAS ATMOSFRICAS

SPDA

CONSIDERAES INICIAIS

- A fim de se evitar falsas expectativas sobre o sistema deproteo(SPDA), necessrio fazer os seguintesesclarecimentos :

1 - A descarga eltrica atmosfrica (raio) um fenmeno da natureza absolutamente imprevisvel e aleatrio, tanto em relao s suas caractersticas eltricas (intensidade de corrente, tempo de durao, etc), como em relao aos efeitos destruidores decorrentes de sua incidncia sobre as edificaes.

2 - Nada em termos prticos pode ser feito para seimpedir a "queda" de uma descarga em determinadaregio. No existe "atrao" a longas distncias, sendoos sistemas prioritariamente receptores. Assim sendo,as solues internacionalmente aplicadas buscam tosomente minimizar os efeitos destruidores a partir dacolocao de pontos preferenciais de captao econduo segura da descarga para a terra.

3 - A implantao e manuteno de sistemas de proteo (pra-raios) sonormalizadas internacionalmente pela IEC (International EletrotecnicalComission) e em cada pas por entidades prprias como a ABNT(Brasil), NFPA (Estados Unidos) e BSI (Inglaterra).

4 - Somente os projetos elaborados com base em disposies destasnormas podem assegurar uma instalao dita eficiente e confivel.Entretanto, esta eficincia nunca atingir os 100 % estando, mesmoestas instalaes, sujeitas falhas de proteo. As mais comuns so adestruio de pequenos trechos do revestimento das fachadas deedifcios ou de quinas da edificao ou ainda de trechos de telhados.


5 - No funo do sistema de pra-raios proteger equipamentos eletro-eletrnicos (comando de elevadores, interfones, portes eletrnicos, centrais telefnicas, subestaes, etc), pois mesmo uma descarga captada e conduzida a terra com segurana, produz forte interferncia eletromagntica, capaz de danificar estes equipamentos. Para sua proteo, dever ser contratado um sistema adicional, especfico para instalao de supressores de surto individuais (protetores de linha).

6 - Os sistemas implantados de acordo com a Norma, visam proteo da estrutura das edificaes contra as descargas que a atinjam de forma direta, tendo a NBR-5419 da ABNT como norma bsica.


7 - de fundamental importncia que aps ainstalao haja uma manuteno peridicaanual a fim de se garantir a confiabilidade dosistema. So tambm recomendadas vistoriaspreventivas aps reformas que possamalterar o sistema e toda vez que a edificaofor atingida por descarga direta.


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FORMAO DAS DESCARGAS ATMOSFRICAS

- Aps tantas civilizaes o homem acaboudescobrindo que o raio corrente eltrica e por issodever ser conduzida o mais rpido possvel para osolo, minimizando seus efeitos destrutivos.

- O primeiro cientista a perceber que se tratava de umfenmeno Fsico/Eltrico , foi Benjamin Franklin(1752)

EXPERINCIA PERIGOSA

DE FRANKLIN

Benjamin Franklin amarrou um fio bem fino de metal na pipa e uma chave na ponta. A partir da chave, um fio de seda que ele segurava com a mo esquerda; com a mo direita um outro fio de metal que fazia contato com o solo. Ao aproxim-lo da chave, esta soltava fascas. Foi assim que surgiram os pra-raios muito conhecidos hoje em dia.

EXPERINCIA PERIGOSA

DE FRANKLIN FORMAO DOS RELMPAGOS

FORMAO DOS RELMPAGOS

A maioria dos raios ou

relmpagos comea e

termina dentro das

nuvens. So poucos os

que vm para o cho. E

justamente desses que

devemos nos prevenir!!

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No momento inicial do relmpago, isto , alguns milsimos de

segundos antes da descarga, a nuvem e o solo ficam com uma

diferena de potencial que pode variar de 10 kV a 100 kV,

formando assim um gigantesco ....

Em resumo, podemos dizer que: o raio, relmpago ou descarga

atmosfrica, o arco eltrico formado entre uma nuvem

eletricamente carregada e um ponto da superfcie da terra.

COMO NASCEM E MORREM OS RAIOS

1- No incio, forma-se uma pequena fasca e, neste estgio

denominada Lder Escalonado.

2 O Lder Escalonado a medida que vai descendo, vai se

ramificando pelo caminho.

3 Ao aproximar-se do solo(aproxim. 50 metros), sai a uma

velocidade de 1500 km/s, outra fasca, chamada Descarga

Piloto.

Em resumo, podemos dizer que: o raio, relmpago ou descarga atmosfrica,

o arco eltrico formado entre uma nuvem eletricamente carregada e um ponto

da superfcie da terra.

4- Neste momento, as duas fascas se encontram. chamada de

Descargas de Retorno ou Principal. Isso o que de fato, enxergamos.

5 A Descarga de Retorno ou Principal, ento, comea a subida em

direo nuvem a uma velocidade de 30.000 km/s e intensidade de

corrente eltrica de 2 kA a 200 kA.

6 Quando a fasca chega l, neste momento ela atinge o mximo da

luminosidade.

EFEITO DOS RAIOS

Os raios ocorrem num curtssimo espao de tempo(200 milsimos de

segundo), e em funo disso as instalaes eltricas(residenciais,

comerciais ou industriais) podem atingir de forma direta estruturas de edificaes, o sistema de pra-raios, as fiaes eltricas, redes de energia

eltrica, postes, e, de forma indireta, em funo da radiao

eletromagntica, induzir sobretenses nas estruturas, nas linhas de energia

eltrica, cabos subterrneos, cabos de comunicaes e de transmisso de

dados.

ELEMENTOS QUE COMPEM UM SISTEMA DE

PROTEO (SPDA)

CAPTAO

-Tm como funo receber as descargas que incidam sobre o topo da edificao e distribui-las

pelas descidas.

- composta por elementos metlicos, normalmente mastros ou condutores metlicos devidamente

dimensionados.

DESCIDAS

- Recebem as correntes distribudas pela captao encaminhando-as o mais rapidamente para o

solo. Para edificaes com altura superior a 20 metros tm tambm a funo de receber

descargas laterais, assumindo neste caso tambm a funo de captao devendo os condutores

ser corretamente dimensionados para tal.

-No nvel do solo as descidas devero ser interligadas com cabo de cobre nu #50 mm2.

ANIS DE CINTAMENTO

- Os anis de cintamento assumem duas importantes funes.

- A primeira equalisar os potenciais das descidas minimizando assim o campo eltrico dentro da

edificao.

- A segunda receber descargas laterais e distribui-las pelas descidas. Neste caso tambm

devero ser dimensionadas como captao.

-Sua instalao dever ser executada a cada 20 metros de altura interligando todas as descidas.

ATERRAMENTO

- Recebe as correntes eltricas das descidas e as dissipam no solo.

- Tem tambm a funo de equalizar os potenciais das descidas e os potenciais no solo, devendo

haver preocupao com locais de freqncia de pessoas, minimizando as tenses de passo nestes

locais.

- Para um bom dimensionamento da malha de aterramento imprescindvel a execuo de uma

prospeco da resistividade de solo previamente.

Proteo contra descargas

atmosfricas ( Para-raios)

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Histrico.

O estudo cientifico do raio teve inicio em 1752, quando Benjamim Franklin, valendo-se de um papagaio ( ou pipa) munido de linha metlica, empinou-o num dia nublado propenso a queda de raios e verificou que ocorriam choques quando se tocava na linha metlica.

Lendas, Crenas e Crendices

O homem sempre teve medo do raio.Em conseqncia, surgiram varias lendas e crendices a seu respeito. Deuses eram associados aos raios. Varias simpatias existiam, e ainda existem, para proteger as pessoas de raios , tais como:

No abanar para o raio em dias de tempestade;

Acender velas;

Ficar escondido;

Rezar encolhidinho;

Cobrir espelhos;

Carregar amuleto colhido no local da queda de um raio.

Mito: Um raio nunca cai 2 vezes no mesmo lugar...

O Brasil o pais com a maior

incidncia de raios no mundo.

Magnitude de corrente do Raio.

0,1% excede 200.000 Amperes.

0,7% excede 100.000 Amperes.

6% excede 60.000 Amperes.

50% excede 15.000 Amperes.

Raio,Relmpago e trovoada

Raio: uma gigantesca fasca eltrica, dissipada rapidamente sobre a terra, causando efeitos danosos.

Relmpago: a luz gerada pelo arco eltrico do raio.

Trovoada: ao rudo ( estrondo) produzido pelo deslocamento do ar devido ao sbito aquecimento causado pela descarga do raio.

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Locais a serem evitados durante a

ocorrncia de tempestades

Picos de colinas.

Topo de construes.

Campos abertos, campos de futebol.

Estacionamentos.

Piscinas, lagos e costa martimas.

Sob arvores isoladas.

Legislao Vigente

No Brasil os sistemas de para-raios

devem atender a Norma Brasileira

NBR-5419/01 da ABNT ( Associao

Brasileira de Normas Tcnicas.

NR-10 do Ministrio do Trabalho.

Decreto 32.329/92 .

Definies:

Descarga Atmosfrica: Descarga eltrica de

origem atmosfrica entre uma nuvem e a terra

ou entre nuvens, consistindo em um ou mais

impulsos de vrios quiloamperes.

Raio: Um dos impulsos eltricos de uma

descarga atmosfrica para a terra.

Tipos de proteo.

Proteo Isolada: aquela em que os

componentes do sistema de proteo

esto colocados acima e ao lado da

estrutura , mantendo uma distancia em

relao a esta suficientemente alta para

evitar descargas captor-teto ou

descidas-faces laterais fachada.

Tipos de proteo.

Proteo no isolada: aquela em que captores e descidas so colocados diretamente sobre a estrutura; note-se que as normas editadas ate a dcada de 60 pediam um afastamento dos condutores de poucos centmetros ( 10 a 20 cm), o que no mais exigido por nenhuma das normas revisadas a partir das dcadas de 70 e 80.

O SPDA ( Para-Raios) composto

por basicamente 03 subsistemas:

a) Sistema de captao.

b) Sistema de descidas.

c) Sistema de aterramento.

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Sistema de captores.

Tem a funo de receber os raios , reduzindo ao Maximo a probabilidade da estrutura ser atingida diretamente por eles e deve ter a capacidade trmica e mecnica suficiente para suportar o calor gerado no ponto de impacto, bem como os esforos eletromecnicos resultantes. A corroso pelos agentes atmosfricos tambm deve ser levada em conta no seu dimensionamento, de acordo com o nvel de poluio e o tipo de poluente da regio.

Sistema de descidas.

Tem a funo de conduzir a corrente do raio recebida pelos captores ate o aterramento, reduzindo ao mnimo a probabilidade de descargas laterais e de campos eletromagnticos perigosos no interior da estrutura; deve ter ainda capacidade trmica suficiente para suportar o aquecimento produzido pela passagem da corrente, resistncia mecnica para suportar os esforos eletromecnicos e boa suportabilidade a corroso.

Sistema de aterramento.

Tem a funo de dispersar no solo a corrente

recebida dos condutores de descida,

reduzindo ao mnimo a probabilidade de

tenses de toque e de passo perigosas; deve

ter capacidade trmica suficiente para

suportar o aquecimento produzido pela

passagem da corrente e , principalmente,

devem resistir a corroso pelos agentes

agressivos encontrados nos diversos tipos de

solos.

Mtodos de proteo

Modelo eletrogeometrico.

Mtodo Franklin.

Mtodo da Gaiola de faraday.

Modelo Eletrogeometrico.

a mais moderna ferramenta com que

contam os projetistas dos SPDA para

estruturas. baseado em estudos feitos

a partir de registros fotogrficos , da

medio dos parmetros dos raios , dos

ensaios em laboratrios de alta tenso,

do emprego das tcnicas de simulao e

modelagem matemtica.

Mtodo Franklin

Este mtodo baseado na proposta inicial

feita por Benjamim Franklin e tem por base

uma haste elevada. Esta haste na forma de

ponta , produz , sob a nuvem carregada, uma

alta concentrao de cargas eltricas,

juntamente com um campo eltrico intenso.

Isto produz a ionizao do ar , diminuindo a

altura efetiva da nuvem carregada, o que

propicia o raio atravs do rompimento da

rigidez dieltrica do ar.

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Mtodo Franklin- ngulos de

abrangncia.

De acordo com a NBR 5419/01 temos para

um prdio residencial ( nvel de proteo lll) os

seguintes ngulos de proteo:

45 graus- prdios com altura ate 20 metros

35 graus prdios com altura entre 20 e 30 metros.

25 graus prdios com altura entre 31 e 45 metros.

Exemplo de instalao de captor

tipo Franklin

Outros exemplos de aplicao de

captores tipo FranklinMtodo da Gaiola de Faraday.

O mtodo Faraday tambm conhecido como mtodo da utilizao dos condutores em malha ou gaiola.

Captores em malha consistem em uma rede de condutores dispostos no plano horizontal ou inclinado sobre o volume a proteger. As gaiolas de Faraday so formadas por uma rede de condutores envolvendo todos os lados do volume a proteger.

Quanto menor forem as distancias dos condutores das malhas, maior ser o nvel de proteo.

Ainda sobre a Gaiola de Faraday

Este mtodo o mais utilizado em varias partes do mundo.

Ele foi especificado em norma a partir de 1993.

o mais recomendado para edifcios com grades reas especialmente em grandes alturas,sendo o mesmo obrigatrio para prdios com mais de 60 metros de altura.

Para um prdio residencial ou comercial comum ( nvel de proteo tipo lll) o mesh ou modulo da malha devera ser de 10 x 20 m.

Exemplo de aplicao da gaiola de

faraday.

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Regras bsicas para a construo

de captores:

Qualquer que seja o mtodo escolhido para a proteo deve-se:

- Instalar um condutor na periferia do teto( em anel).

- Instalar condutores nas periferias ( em anel ) de todas salincias das estruturas ( casa de maquinas dos elevadores, chamins,etc).

- Instalar o sistema captor , que completando a malha sobre o teto interligado com os anis das salincias, quer colocando hastes verticais de maneira que todo o teto esteja dentro do volume de proteo ( Franklin ou modelo eletrogeometrico).

Interligao das antenas e massas

metlicas ao sistema de captao.

Todas as partes metlicas existentes no

teto, como escadas, beirais, mastros de

luz piloto e antenas , farao parte do

sistema captor e devero ser

interligadas aos condutores mais

prximos.

Uso dos componentes naturais

como captores

A utilizao racional de

componente naturais

das edificaes, como

telhados , rufos , telhas

metlicas e armaes

de ao do concreto

armado , podem reduzir

enormemente os custos

e aumentar a eficincia

do sistema captor.

Materiais utilizados nos captores

Cobre e suas ligas.

Alumnio e suas ligas.

Ao inoxidvel e ao galvanizado a

quente.

Dimensionamento.

MATERIAL SECAO MINIMA

COBRE 35 MM2

ALUMINIO 70 MM2

ACO 50 MM2

Para- raios radioativos

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Proibio do para-raios radioativo

Depois de pelo menos quinze anos de

utilizao irrestrita no Brasil, os captores

radioativos tiveram sua fabricao

proibida pelo CNEN-Comissao Nacional

de Energia Nuclear, atraves da

Resoluo n. 4 , de 19 de abril de 1989,

e publicada no Dirio Oficial da Unio do

dia 9 de maio.

Remoo do captor radioativo

As Descidas

Depois da descarga atmosfrica ter sido

recebida pelo sistema de captores, as

correntes correspondentes devero ser

conduzidas ao sistema de aterramento

por um conjunto de condutores

denominados condutores de descida.

Os condutores de descida sero

instalados de maneira que:

Os condutores suportem trmica e mecanicamente as correntes e os respectivos esforos dinmicos.

No hajam descargas laterais.

Os campos eletromagnticos internos sejam mnimos.

No haja risco para as pessoas prximas .

Suportem o impacto dos raios .

No haja danos as paredes.

Os materiais usados resistam as intempries e a corroso.

Materiais para Descidas.

Cobre.

Alumnio.

Ao galvanizado a quente ou embutido no concreto.

Dimensionamento.

MATERIAL DESCIDA ATE 20 M

DESCIDA ACIMA 20 M

COBRE 16 MM2 35 MM2

ALUMINIO 25 MM2 70 MM2

ACO GALV.OU

EMBUTIDO

50 MM2 50 MM2

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Numero de descidas e

espaamento.

Para um prdio residencial/comercial ( nvel de proteo lll) o numero de descidas o resultado da diviso do permetro do prdio por 20 ( espaamento Maximo para o nvel de proteo lll) .

Por exemplo para um prdio de largura 15 metros e comprimento 25 metros , temos o permetro como a soma dos 4 lados do prdio ( 15 + 15 + 25 + 25 = 80m). O numero de descidas ser igual a 80/20 = 4 descidas.

Descidas de cabos Generalidades.

Os condutores de descida devem ser

espaados regularmenteem todo o permetro .

Sempre que possvel , instalar descidas em

cada canto da estrutura.

No mnimo so necessrios dois condutores

de descida em qualquer caso.

O comprimento destes trajetos devera ser o

menor possvel.

Condutores de descidas-Instalacao.

Se a parede for de material no combustvel , os condutores de descida podem ser instalados na superfcie ou embutidos na parede.

Os condutores de descida devem ser retilneos e verticais , de modo a prover o caminho mais curto e direto para a terra. Curvas fechadas devem ser evitadas.

Os condutores de descida devem ser instalados a uma distancia mnima de 0,5 m de portas, janelas e outras aberturas.

Os condutores de descidas no devem ser instalados dentro de calhas ou tubos de guas pluviais, para evitar corroso.

Os cabos de descida devem ser protegidos contra danos mecnicos ate, no mnimo 2,5 m do solo.

Evitar a proximidade e o paralelismo das descidas do SPDA com os circuitos das instalaes eltricas, comunicaes , gs.

Forma dos condutores.

Cabos.

Fitas metlicas e barras chatas.

Cantoneiras

Condutores de descidas naturais.

Elementos da estrutura podem ser

considerados como condutores de

descida naturais se atender os quesitos

previstos na norma principalmente

quanto a continuidade eltrica ao longo

do tempo.

Podem ser considerados como

descidas naturais:

As instalaes metlicas.

Os pilares metlicos da estrutura.

As armaes de ao interligadas das

estruturas de concreto armado.

Os elementos da fachada , tais como

perfis e suportes das fachadas

metlicas.

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Generalidades.

Considerado

elementos de uma

malha de terra:

- Eletrodo de terra

-Condutor de

aterramento.( Cu Nu

no inferior a 16

mm2, ou em solos

alcalinos >=25mm2)


Generalidades.

Do ponto de vista da proteo contra o raio, um subsistema de aterramento nico e integrado a estrutura prefervel e adequado para todas as finalidades.

Subsistemas de aterramento distinto devem ser interligados atravs de ligao equipotencial de baixa impedncia.

Requisitos de um aterramento.

Baixa resistncia de aterramento ( deve ser menor que 10 ohms).

Alta capacidade de conduo de corrente.

Resistncia de aterramento variando pouco com as estaes do ano.

Proporcionar segurana ao pessoal, evitando potenciais ao toque, passo e transferncia perigosos.

(evitar cjoques eltricos e proteger sistemas eltricos)

Resistividade do solo

As caractersticas do solo, no que diz

respeito a sua homogeneidade devem

ser conhecidas.

Para saber precisamente a resistividade

do solo necessrio realizar medies

com Megger.

Fatores que influenciam na

resistividade do solo

Composio qumica: presena de sais

e cidos. Para correo utiliza-se

produtos qumicos circundante ao solo.

Umidade. Se nvel cai a menos de 20%

a alterao da resistividade

significativa. Por isso a profundidade dos

eletrodos deve ser adequado para no

sofrer este efeito

Fatores que influenciam na

resistividade do solo

Temperatura: Temperaturas abaixo de zero grau no so bons os efeitos. Para acima deste valor a resistividade do solo e resistncia do aterramento se reduzem.

Natureza Geolgica:Solos turvos apresentam baixa resistividade. Solos pedregosos e/ou arenosos apresentam alta resistividade

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Eletrodo de aterramento.

o conjunto de elementos do sistema

de aterramento que assegura o contato

eltrico com o solo e dispersa a corrente

para a terra.

a) Aterramento natural das fundaes.

b) Condutores em anel.

c) Hastes verticais ou inclinados.

d) Condutores horizontais radiais.

Dimensionamento.

MATERIAL ELETRODO DE

ATERRAMENTO

COBRE 50 MM2

ALUMINIO NO PERMITIDO

ACO GALV. A QUENTE

OU EMBUT.

80 MM2

Materiais utilizados nas instalaes. Captores tipo franklin

Mini-captores ( terminais areos) Suportes e elementos de fixao.

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Sistemas de Aterramento. Proteo Interna

Importncia.

Com a evoluo da

eletrnica, os danos

causados

indiretamente pelos

raios esto se

tornando cada vez

mais importantes ,

tanto para usurios

como para as

seguradoras.

Surto um transitrio que ocorre

em uma rede eltrica.

Dispositivos de proteo.

Centelhadores a gs.

Centelhadores a ar.

Varistores.

Para-raios de linha.

Diodos especiais.

Filtros.

Supressor de surto eltrico

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Supressor de surto telefnico. Supressor de surto para informtica.

Supressor de surto para CFTV. A medio da Resistncia.

A medio da resistncia de terra de um

eletrodo pode ser feita pelo mtodo do

ampermetro e voltmetro ou, mais

facilmente, por um aparelho construdo

especialmente para essa finalidade e

que denominado terrmetro ou

telurimetro.

Terrmetro modelo Minipa Terrmetro Modelos Instrutherm.

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Terrmetro Modelo Instrum.Mili-amperimetro Modelo Instrutherm.

Manuteno.

Os SPDA instalados devem atender a NBR 5419/01 da ABNT.

Os componentes metlicos ( suportes, mastros , conectores, elementos de contraventagem, etc ) devem estar isentos de oxidao e fuligem.

Todos os componentes , em especial, os condutores eltricos devem estar tensionados e firmemente conectados garantindo uma perfeita ligao eltrica e mecnica.

Os valores de resistncia hmica devem estar abaixo de 10 ohms.

Periodicidade das inspees

Uma inspeo visual do SPDA deve ser

efetuada anualmente ( item 6.3.1 da

NBR 5419/01).

Dado as condies climticas e dos

nveis de poluio na cidade de So

Paulo recomendamos tambm uma

inspeo completa e medio hmica

dos aterramentos do sistema.

Documentao tcnica

Projeto e memorial tcnico do SPDA ( prdios novos).

Croqui ou as built para prdios existentes e que passaram por reforma.

Atestado de medio hmica e abrangncia do para-raios assinado por Eng. Eletricista.

ART ( Responsabilidade Tcnica) do Eng. Responsvel.

Copia ( Xerox) do documento funcional ( CREA) do eng. Eletricista.

Comprovante de emisso de captor radioativo para o CNEN.

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