sistema de proteção contra descargas atmosféricas

UNIVERSIDADE FEDERAL DE RORAIMA

CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

INSTALAÇÕES PREDIAIS

SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS

ATMOSFÉRICAS

ADRIEL CARLOS BATISTA DOS SANTOS

ÍTALO HARRY CUNHA CHITLAL

RICARDO DE MELO ROCHA

Boa Vista – RR

2010

ADRIEL CARLOS BATISTA DOS SANTOS

ÍTALO HARRY CUNHA CHITLAL

RICARDO DE MELO ROCHA

SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS

ATMOSFÉRICAS

Projeto de sistema de proteção contra

descargas atmosféricas apresentado à

Professora Draª Ofélia de Lira Carneiro

Silva, da disciplina de Instalações Prediais.

Boa Vista – RR

2010

1

UNIVERSIDADE FEDERAL DE RORAIMA – UFRR

DISCIPLINA: INSTALAÇÕES PREDIAIS

PROJETO: SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS

CALCULISTAS: ADRIEL CARLOS, ÍTALO HARRY, RICARDO ROCHA

A

A

A

A

A

ÍNDICE

1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................. 2

2. JUSTIFICATIVA ................................................................................................................ 3

3. REFERENCIAL TEÓRICO ............................................................................................... 4

4. MEMORIAL DESCRITIVO E DE CÁLCULO ............................................................... 10

5. CADERNO DE ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS ........................................................... 13

6. CONCLUSÃO .................................................................................................................. 15

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................................. 16

ANEXOS .................................................................................................................................. 17

2





A

A

A

A

A

1. INTRODUÇÃO

A descarga elétrica atmosférica (raio) é um fenômeno da natureza absolutamente

imprevisível e aleatório, tanto em relação às suas características elétricas (intensidade de

corrente, tempo de duração, etc), como em relação aos efeitos destruidores decorrentes de

sua incidência sobre as edificações. Mediante a isso, o sistema de proteção contra

descargas atmosféricas se torna imprescindível, pois além de minimizar danos estruturais e

danos a rede elétrica, o mesmo –quando corretamente dimensionado- guarda vidas.

Um SPDA não impede a ocorrência das descargas atmosféricas;

Um SPDA projetado e instalado conforme norma não pode assegurar a proteção

absoluta de uma estrutura, pessoas ou objetos, entretanto reduz os riscos de danos;

O tipo e o posicionamento do SPDA devem ser estudados no projeto da edificação

para máximo proveito dos elementos condutores da estrutura.

3





A

A

A

A

A

2. JUSTIFICATIVA

O sistema de proteção contra descargas atmosféricas é justificável para um edifício,

pois quando tal sistema é corretamente instalado, reduz consideravelmente os perigos e

riscos de danos, pois pode captar os raios que iriam –fatalmente- cair nas proximidades de

sua instalação, proporcionando um caminho seguro e de baixa resistência ao escoamento

das correntes elétricas das descargas atmosféricas.

4





A

A

A

A

A

3. REFERENCIAL TEÓRICO

3.1. Terminologia

1. Descarga atmosférica: Descarga elétrica de origem atmosférica entre uma nuvem e a

terra ou entre nuvens, consistindo em um ou mais impulsos de vários quiloampères.

2. Raio: Um dos impulsos elétricos de uma descarga atmosférica para a terra.

3. Ponto de impacto: Ponto onde uma descarga atmosférica atinge a terra, uma estrutura

ou o sistema de proteção contra descargas atmosféricas.

4. Volume a proteger: Volume de uma estrutura ou de uma região que requer proteção

contra os efeitos das descargas atmosféricas conforme a Norma NBR 5419:2001.

5. Sistema de proteção contra descargas atmosféricas (SPDA): Sistema completo

destinado a proteger uma estrutura contra os efeitos das descargas atmosféricas. É

composto de um sistema externo e de um sistema interno de proteção.

6. Sistema externo de proteção contra descargas atmosféricas: Sistema que consiste em

subsistema de captores, subsistema de condutores de descida e subsistema de

aterramento.

7. Sistema interno de proteção contra descargas atmosféricas: Conjunto de dispositivos

que reduzem os efeitos elétricos e magnéticos da corrente de descarga atmosférica

dentro do volume a proteger.

8. Ligação eqüipotencial: Ligação entre o SPDA e as instalações metálicas, destinada a

reduzir as diferenças de potencial causadas pela corrente de descarga atmosférica.

9. Subsistema captor (ou simplesmente captor): Parte do SPDA externo destinada a

interceptar as descargas atmosféricas.

10. Subsistema de descida: Parte do SPDA externo destinada a conduzir a corrente de

descarga atmosférica desde o subsistema captor até o subsistema de aterramento. Este

elemento pode também estar embutido na estrutura.

11. Subsistema de aterramento: Parte do SPDA externo destinada a conduzir e a dispersar

a corrente de descarga atmosférica na terra. Este elemento pode também estar

embutido na estrutura.

5





A

A

A

A

A

12. Eletrodo de aterramento: Elemento ou conjunto de elementos do subsistema de

aterramento que assegura o contato elétrico com o solo e dispersa a corrente de

descarga atmosférica na terra.

13. Eletrodo de aterramento em anel: Eletrodo de aterramento formando um anel fechado

em volta da estrutura.

14. Eletrodo de aterramento de fundação: Eletrodo de aterramento embutido nas

fundações da estrutura.

15. Resistência de aterramento de um eletrodo: relação entre a tensão medida entre o

eletrodo e o terraremotoea corrente injetada no eletrodo.

16. Tensão de eletrodo de aterramento: Diferença depotencial entre o eletro do de

aterramento considerado e o terra de referência.

17. Terra de referência (de um eletrodo de aterramento): Região na terra, suficientemente

afastada do eletrodo considerado, na qual a diferença de potencial entre dois pontos

quaisquer, causada pela corrente nesse eletrodo, é desprezível.

18. Componente natural de um SPDA: Componente da estrutura que desempenha uma

função de proteção contra descargas atmosféricas, mas não é instalado especificamente

para este fim.

19. Instalações metálicas: Elementos metálicos situados no volume a proteger, que podem

constituir um trajeto da corrente de descarga atmosférica, tais como estruturas,

tubulações, escadas, trilhos de elevadores, dutos de ventilação e ar-condicionado e

armaduras de aço interligadas.

20. Massa (de um equipamento ou instalação): Conjunto das partes metálicas não

destinadas a conduzir corrente, eletricamente interligadas, e isoladas das partes vivas,

tais como invólucros de equipamentos elétricos.

6





A

A

A

A

A

21. Ligação eqüipotencial (LEP ou TAP): Barra condutora onde se interligam ao SPDA as

instalações metálicas, as massas e os sistemas elétricos de potência e de sinal.

22. Condutor de ligação eqüipotencial: Condutor de proteção que assegura uma ligação

eqüipotencial.

23. Armaduras de aço (interligadas): Armaduras de aço embutidas numa estrutura de

concreto, que asseguram continuidade elétrica para as correntes de descarga

atmosférica.

24. Centelhamento perigoso: Descarga elétrica inadmissível, no interior ou na

proximidade do volume a proteger, provocada pela corrente de descarga atmosférica.

25. Distância de segurança: Distância mínima entre dois elementos condutores no interior

do volume a proteger, que impede o centelhamento perigoso entre eles.

26. Dispositivo de proteção contra surtos - DPS: Dispositivo que é destinado a limitar

sobretensões transitórias.

27. Conexão de medição: Conexão instalada de modo a facilitar os ensaios e medições

elétricas dos componentes de um SPDA.

28. SPDA externo isolado do volume a proteger: SPDA no qual os subsistemas de

captores e os condutores de descida são instalados suficientemente afastados do

volume a proteger, de modo a reduzir a probabilidade de centelhamento perigoso.

29. SPDA externo não isolado do volume a proteger: SPDA no qual os subsistemas de

captores e de descida são instalados de modo que o trajeto da corrente de descarga

atmosférica pode estar em contato com o volume a proteger.

30. Estruturas comuns: Estruturas utilizadas para fins comerciais, industriais, agrícolas,

administrativos ou residenciais.

7





A

A

A

A

A

31. Nível de proteção: Termo de classificação de um SPDA que denota sua eficiência.

Este termo expressa a probabilidade com a qual um SPDA protege um volume contra

os efeitos das descargas atmosféricas.

32. Risco de danos: Expectativa de danos anuais médios (de pessoas e bens), resultantes

de descargas atmosféricas sobre uma estrutura.

33. Freqüência de descargas atmosféricas (Nd): Freqüência média anual previsível de

descargas atmosféricas sobre uma estrutura.

34. Freqüência admissível de danos (Nc): Freqüência média anual previsível de danos, que

pode ser tolerada por uma estrutura.

35. Eficiência de intercepção (Ei): Relação entre a freqüência média anual de descargas

atmosféricas interceptadas pelos captores e a freqüência (Nd) sobre a estrutura.

36. Eficiência de dimensionamento (Es): Relação entre a freqüência média anual de

descargas atmosféricas interceptadas sem causar danos à estrutura e a freqüência (Nd)

sobre a estrutura.

37. Eficiência de um SPDA (E): Relação entre a freqüência média anual de descargas

atmosféricas que não causam danos, interceptadas ou não pelo SPDA, e a freqüência

(Nd) sobre a estrutura.

38. Condutor de aterramento: Condutor que interliga um eletrodo de aterramento a um

elemento condutor não enterrado, que pode ser uma descida de pára-raios, o LEP/TAP

ou qualquer estrutura metálica.

8





A

A

A

A

A

3.2. Sistemas de proteção contra descargas atmosféricas

3.2.1. Pára-raio tipo Franklin

Consiste em uma haste captora em forma de ponta que é fixada em mastros elevados, à

qual é ligado um ou mais cabos de descida que se interligam ao eletrodo de aterramento,

proporcionando o caminho de escoamento da descarga. É o método universalmente aceito,

bastante usual em proteção de edifícios.

3.2.2. Gaiola de Faraday

Utiliza como captores, condutores instalados em malha de formato quadricular,

convenientemente fixados de forma a envolver toda a estrutura a ser protegida,

proporcionando um campo magnético nulo em seu interior. Oferece uma proteção total,

porém devido ao seu alto custo, tem maior utilização em instalações de grande

responsabilidade e elevado grau de risco.

3.3. Componentes do sistema de proteção contra descargas

atmosféricas

3.3.1. Captores

Têm a função de receber os raios , reduzindo ao Maximo a probabilidade da estrutura

ser atingida diretamente por eles e deve ter a capacidade térmica e mecânica suficiente para

suportar o calor gerado no ponto de impacto, bem como os esforços eletromecânicos

resultantes. A corrosão pelos agentes atmosféricos também deve ser levada em conta no

seu dimensionamento, de acordo com o nível de poluição e o tipo de poluente da região.

3.3.2. Descidas

Tem a função de conduzir a corrente do raio recebida pelos captores ate o aterramento,

reduzindo ao mínimo a probabilidade de descargas laterais e de campos eletromagnéticos

perigosos no interior da estrutura; deve ter ainda capacidade térmica suficiente para

suportar o aquecimento produzido pela passagem da corrente, resistência mecânica para

suportar os esforços eletromecânicos e boa suportabilidade a corrosão.

9





A

A

A

A

A

3.3.3. Aterramento

Tem a função de dispersar no solo a corrente recebida dos condutores de descida,

reduzindo ao mínimo a probabilidade de tensões de toque e de passo perigosas; deve ter

capacidade térmica suficiente para suportar o aquecimento produzido pela passagem da

corrente e , principalmente, devem resistir a corrosão pelos agentes agressivos encontrados

nos diversos tipos de solos.

10





A

A

A

A

A

4. MEMORIAL DESCRITIVO E DE CÁLCULO

4.1. Nível de proteção

Inicialmente, faz-se necessário classificarmos o nosso edifício conforme um dos níveis

de proteção. Segundo a Norma NBR 5419:1993 (Tabela B.6) e LIMA FILHO (2004), o

nosso edifício, que é comercial, necessita um nível de proteção II, que corresponde a uma

eficiência de 95% de proteção.

4.2. Tipo de SPDA e localização do Captor

O sistema de proteção utilizado será um pára-raios tipo Franklin, instalado em haste

metálica (eletrodo de aço de 4,50 metros de comprimento) fixada no ponto central da laje

superior da caixa d’água do edifício.

4.3. Zona de proteção

O volume protegido pelo pára-raios é considerado a zona de proteção e deve abranger

toda a estrutura. O raio que cair em qualquer ponto deste volume, o pára-raios será o

caminho preferido por ele. A zona de proteção do pára-raios tipo Franklin é um cone. O

vértice do cone é a ponta do captor e o ângulo de inclinação é o ângulo de proteção

definido em função da altura do captor ao solo e do grau de proteção da estrutura.

4.4. Captores

A adequada instalação de captores reduz consideravelmente a probabilidade de

penetração de uma descarga atmosférica no volume protegido. Os captores são constituídos

por:

a. Hastes;

b. Cabos esticados;

c. Condutores em malha;

d. Elementos naturais.

Desnível entre o topo dos captores e o solo:

11





A

A

A

A

A

Desnível entre o topo dos captores e a superfície a ser protegida:

O nível de proteção da estrutura é II e a altura está entre 0 e 20 m, dessa forma, o ângulo

de proteção ( ), conforme tabela 1 da Norma NBR 5419:1993, será:

A tabela também nos fornece a largura do módulo da malha, encontramos: 10 m.

Com os dados obtidos anteriormente é possível calcular o raio de proteção de uma

haste:

Conforme verificação em planta e cortes da edificação, para que toda estrutura fique

protegida serão utilizados:

12 captores de cobre com seção de 35 mm².

4.5. Condutores de descida

O perímetro (P) da edificação -conforme verificação em planta- é de:

Segundo a Norma NBR 5419:1993 (Tabela 2) e LIMA FILHO (2004), o espaçamento

médio dos condutores de descida para o nível de proteção II é de 15 metros.

Dessa forma o número de condutores de descida é de:

Serão utilizados 8 condutores de descida de cobre com seção nominal de 35 mm².

4.6. Eletrodos de aterramento

Os eletrodos de aterramento são utilizados em cada descida, interligando o ponto de

medição a um conjunto de três hastes de aterramento de cobre 3/4” x 3,00 metros. Os

eletrodos de aterramento serão interligados entre si e com o terminal de aterramento

principal da instalação elétrica por um condutor de equipotencialidade.

12





A

A

A

A

A

Serão utilizados 8 eletrodos de aterramento de cobre com seção nominal de 50 mm².

O condutor de equipotencialidade também será de cobre, com seção nominal de 50

mm².

Obs.: As seções dos captores, dos condutores de descida e dos eletrodos de

aterramento respeitaram as seções mínimas dos materiais do SPDA (Tabela 3 da Norma

NBR 5419).

Obs.: Nos anexos, será apresentado em planta e em corte o posicionamento dos

componentes do SPDA.

13





A

A

A

A

A

5. CADERNO DE ESPECIFICAÇÕES TÉCNICAS

5.1. Subsistema de captores

a. O SPDA utilizado no projeto não é isolado do volume a proteger, o subsistema

captor pôde ser instalado diretamente sobre o teto, pois a corrente de descarga não

pode causar qualquer dano à estrutura;

b. No topo da estrutura, foi instalado um captor em forma de anel, disposto ao longo de

todo perímetro. Este captor ficou situado a 0,5 m da borda do perímetro superior da

edificação.

5.2. Condutores de descida

a. O dimensionamento foi realizado de modo que os condutores de descida suportem

térmica e mecanicamente as correntes e os respectivos esforços dinâmicos;

b. O dimensionamento foi realizado de modo que não hajam descargas laterais;

c. O dimensionamento foi realizado de forma que não haja risco para as pessoas

próximas;

d. O dimensionamento foi realizado para que os condutores de descida suportem o

impacto dos raios;

e. Os materiais usados são resistentes às intempéries e a corrosão;

f. Os condutores de descida são espaçados regularmente em todo o perímetro. Com

descidas nas quinas da estrutura;

g. Os condutores de descida serão instalados na superfície da parede, pois a mesma não

é combustível;

h. Os condutores de descida serão retilíneos e verticais, de modo a prover o caminho

mais curto e direto para a terra. Foram evitadas as curvas fechadas;

i. Os condutores de descida serão instalados respeitando uma distancia mínima de 0,5

m de portas, janelas e outras aberturas.

j. Os cabos de descida serão protegidos contra danos mecânicos até 2,5 m do solo.

14





A

A

A

A

A

k. Foi evitada a proximidade e o paralelismo das descidas do SPDA com os circuitos

das instalações elétricas, comunicações, gás.

5.3. Aterramento

a. A resistência de aterramento em nenhuma época do ano será superior a 10Ω;

b. Os eletrodos de aterramento serão interligados entre si, e com o terminal de

aterramento principal da instalação elétrica, através de condutores de

equipotencialidade;

c. Como eletrodos de aterramento, serão utilizadas hastes verticais;

d. O comprimento dos eletrodos de aterramento será de 5 metros;

e. Os eletrodos de aterramento serão instalados a uma profundidade de 0,50 metros e a

uma distância de 1 metro das fundações da estrutura;

f. As hastes de aterramento quando instaladas em paralelo serão espaçadas entre si por

uma distância não inferior a sua profundidade de cravação.

15





A

A

A

A

A

6. CONCLUSÃO

O sistema de proteção contra descargas atmosféricas é de extrema relevância para um

edifício, pois é através de tal sistema que podemos proteger uma estrutura de raios, porém

–infelizmente- a proteção não é total, mas pode ser bastante satisfatória.

Com a elaboração do presente projeto podemos aprender como dimensionarmos o

sistema de proteção contra descargas atmosféricas para a nossa edificação, obviamente,

somando-se com as explanações da professora Ofélia e das bibliografias consultadas.

O cálculo do sistema se deu de forma bastante prática, não demandando maiores

transtornos durante a elaboração do projeto.

Vale ressaltar que a elaboração desse projeto foi extremamente gratificante para nós,

pois nunca estamos satisfeitos em se tratando de obtenção de conhecimentos, queremos

sempre mais, principalmente, quando conseguimos perceber a importância dos projetos

que desenvolvemos, fato que ocorreu no presente projeto.

16





A

A

A

A

A

7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, NBR 5419 –

Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas, Rio de Janeiro: 2001.

Notas de aula da professora Drª. Ofélia de Lira Carneiro Silva da disciplina Instalações

Prediais.

CREDER, H. Instalações elétricas. Editora: Livros Técnicos e Científicos (LTC). 6ª

edição: 2004.

LIMA FILHO, D. L. Projetos de instalações elétricas prediais. Editora: Érica. 10ª edição.

São Paulo: 1997.

Knebel, A. J. SPDA. PDF. Junho de 2007.

Bohn. A. R. Projeto de sistema de proteção contra descargas atmosféricas. Universidade

federal de Santa Catarina. Departamento de Engenharia Civil.

17





A

A

A

A

A

ANEXOS

sistema de proteção contra descargas atmosféricas

Documents