1

SISTEMAS DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS: A AVALIAÇÃO

DE RISCO SEGUNDO A VERSÃO DA NORMA ABNT NBR 5419 DE MAIO DE 2015

Alessandra Germiniani Ribeiro Maíra Campos Cardoso

Orientador: Prof. Credson de Salles Instituto de Sistemas Elétricos e Energia (ISEE)

Resumo – Neste trabalho desenvolveu-se uma planilha

eletrônica, com cálculos e parâmetros da Norma NBR

5419. Essa planilha pode ser considerada uma ferra-

menta eficiente e rápida para determinação da neces-

sidade ou não da instalação de sistemas de proteção

contra descargas atmosféricas.

Palavras-Chave: Descargas atmosféricas, SPDA, fa-

lhas, danos, riscos.

I – INTRODUÇÃO

As descargas atmosféricas são consideradas, geralmente,

as responsáveis por uma parcela expressiva das falhas de

equipamentos e interrupções não programadas do forne-

cimento de energia em sistemas elétricos, podendo pro-

vocar danos permanentes a equipamentos eletrônicos

sensíveis e de alto valor agregado [1-3].

Esses dados resultam, frequentemente, na interrupção do

funcionamento de máquinas, perda de produtividade e de

dados, contribuindo de forma negativa para a composição

dos índices de qualidade de energia, mesmo no caso de

regiões com níveis ceráunicos moderados [4].

Apesar do crescente desenvolvimento de novas técnicas

de proteção contra descargas atmosféricas como, por e-

xemplo, as novas recomendações de projeto de SPDA

(sistemas de proteção contra descargas atmosféricas) e as

novas tecnologias de dispositivos de proteção, os proble-

mas decorrentes deste fenômeno têm assumido propor-

ções bastante elevadas [5]. Pode-se mencionar como e-

xemplo, os prejuízos causados devido às interrupções dos

sistemas de distribuição de energia elétrica e dos sistemas

de comunicação de dados e telecomunicações.

No Brasil, assim como em outros países, os prejuízos em

consequência deste fenômeno natural giram em torno de

milhões de dólares [6]. Estima-se que aproximadamente

70% dos desligamentos em linhas de transmissão são

ocasionados por descargas atmosféricas, que também são

as responsáveis por, aproximadamente, 30% das faltas

não programadas nas linhas de distribuição [7].

II – A NOVA VERSÃO DA ABNT NBR 5419

A versão de 2005 da NBR 5419 [8], cuja validade extin-

guiu-se em 21 junho de 2015, possuía 42 páginas. Já a

revisão tem um total de 309 páginas e foi publicada em

quatro partes [9], tal como a IEC 62305 [10], norma na

qual foi baseada. São elas: Parte 1:”Princípios gerais”,

com 67 páginas; Parte 2: “Gerenciamento de risco”, com

104 páginas; Parte 3: “Danos físicos a estruturas e perigos

à vida ”, com 51 páginas; e Parte 4: “Sistemas elétricos e

eletrônicos internos na estrutura”, 87 páginas. Somente

este grande aumento de material dá uma ideia da magni-tude das mudanças introduzidas na proteção de estruturas,

pessoas e sistemas internos em relação às descargas at-

mosféricas.

A parte 2, “Gerenciamento de risco”, é a grande novidade

da revisão. Muito mais abrangente que o Anexo B da

versão de 2005, onde se estimava a necessidade ou não da

instalação de um SPDA para uma dada estrutura, agora

aproximadamente 110 parâmetros são analisados no sen-

tido de se calcularem os riscos e compará-los com valores

toleráveis descritos na norma [11]. Isso possibilitou au-

mentar a segurança nos sistemas de proteção e elevar o nível de segurança do SPDA [12].

O risco, definido por esta Norma NBR 5419 de 2015 co-

mo a provável perda média anual em uma estrutura devi-

do às descargas atmosféricas, depende de:

- O número anual de descargas atmosféricas que influen-

ciam a estrutura;

- A probabilidade de dano por uma das descargas atmos-

féricas que influenciariam;

- A quantidade média das perdas causadas.

TRABALHO FINAL DE GRADUAÇÃO

OUTUBRO/2016

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ

ENGENHARIA ELÉTRICA

2

As descargas atmosféricas que influenciam a estrutura

podem ser divididas em:

- S1: descargas diretas à estrutura;

- S2: descargas atmosféricas perto da estrutura;

- S3: descargas atmosféricas na linha;

- S4: descargas atmosféricas perto da linha.

Estas descargas são ilustradas na Figura 1:

Fig.1 – Descargas atmosféricas que influenciam as

estruturas [11].

As descargas atmosféricas diretas à estrutura ou a uma

linha conectada podem causar danos físicos e perigo à vida. As descargas atmosféricas próximas à estrutura ou à

linha, assim como as descargas atmosféricas diretas à

estrutura ou à linha, podem causar falhas dos sistemas

eletroeletrônicos devido às sobretensões resultantes do

acoplamento resistivo e indutivo desses sistemas com a

corrente da descarga atmosférica.

Entretanto, as falhas causadas pelas sobretensões atmos-

féricas nas instalações do usuário e nas linhas de supri-

mento de energia podem também gerar sobretensões do

tipo chaveamento nas instalações.

O número das descargas atmosféricas que influenciam a

estrutura depende das dimensões e das características das

estruturas e das linhas conectadas, das características do

ambiente da estrutura e das linhas, assim como da densi-

dade de descargas atmosféricas para a terra na região on-

de estão localizadas a estrutura e as linhas.

A probabilidade de danos devido à descarga atmosférica

depende da estrutura, das linhas conectadas, e das carac-

terísticas da corrente da descarga atmosférica, assim co-

mo do tipo e da eficiência das medidas de proteção efetu-adas.

A quantidade média da perda consequente depende da

extensão dos danos e dos efeitos consequentes, os quais

podem ocorrer como resultado de uma descarga atmosfé-

rica.

O efeito das medidas de proteção resulta das característi-

cas de cada medida de proteção e pode reduzir as proba-

bilidades de danos ou a quantidade média da perda con-

sequente.

A decisão de prover uma proteção contra descargas at-

mosféricas pode ser tomada independentemente do resul-

tado da análise de risco [12].

II.1 – Danos e perdas provocados pela descarga

Danos provocados:

- D1: ferimentos aos seres vivos por choque elétrico; - D2: danos físicos;

- D3: falhas de sistemas eletroeletrônicos.

Perdas provocadas:

-L1: perda de vida humana;

-L2: perda de serviço público;

-L3: perda de patrimônio cultural;

-L4: perda de valores econômicos (estrutura, conteúdo, e

perdas de atividade).

II.2 – Riscos e componentes de risco

a) Risco

Os riscos R1, R2 e R3 devem ser considerados na avalia-

ção da necessidade de proteção contra descargas atmosfé-

ricas.

- R1: Risco de perda de vida humana (incluindo ferimen-

tos permanentes);

- R2: risco de perda de serviço ao público;

- R3: risco de perda ao patrimônio cultural.

Cada risco é a soma dos seus componentes de risco.

b) Componentes de risco

b.1) Componentes de risco para uma estrutura devido às

descargas atmosféricas na estrutura.

- RA: componente relativo a ferimentos aos seres vivos

causados por choque elétrico devido a tensões de toque e

passo dentro da estrutura e fora nas zonas até 3m ao redor

dos condutores de descidas. Perdas do tipo L1 e L4

(quando a estrutura contiver animais (gado), por exem-

plo);

- RB: componente relativo a danos físicos causados por

centelhamentos perigosos dentro da estrutura iniciando incêndio ou explosão, os quais podem também colocar

em perigo o meio ambiente. As perdas são L1, L2, L3 e

L4;

- RC: componente relativo a falhas de sistemas internos

causados por LEMP (Lightning electromagnetic impul-

se).

b.2) Componente de risco para descarga perto da estrutu-

ra:

- RM: componente de risco relativo a falhas de sistemas

internos causados por LEMP.

b.3) Componente de risco para uma estrutura devido as

descargas atmosféricas em uma linha conectada à estrutu-

ra:

3

- RU: componente relativo a ferimentos;

- RV: componente relativo a danos físicos (incêndio ou

explosão);

- RW: componente devido a falhas do sistema interno

causados por sobretensões.

b.4) Componente de risco para uma estrutura devido às

descargas atmosféricas próximas de uma linha conectada

a estrutura:

- RZ : componente devido a falhas internas causados por

sobretensões induzidas nas linhas que entram na estrutura [11].

II.3 – Gerenciamento de risco

A Figura 2 detalha o procedimento básico para o gerenci-

amento de risco.

Fig.2 – Gerenciamento de risco- procedimento básico

[11].

O risco tolerável RT é de responsabilidade da autoridade

que tenha jurisdição em identificar o seu valor.

Os valores representativos de risco tolerável RT, onde as

descargas atmosféricas envolvem perdas de vida humana

ou perda de valores sociais ou culturais [11], são apresen-

tados na Tabela 1:

Tipo de Perda

Risco

tolerável

(RT)

L1: perda de vida humana ou ferimentos 10-5

L2: perda de serviço ao pública 10-3

L3: perda de patrimônio 10-4

Tabela 1 – Valores típicos de risco tolerável RT, adap-

tada de [12]

Se R ≤ RT, a proteção contra descarga atmosférica não é

necessária. Se R ˃ RT medidas de proteção devem ser

adotadas no sentido de reduzir R para todos os riscos aos

quais a estrutura está sujeita. [12]

III – METODOLOGIA

III.1 – Análise dos componentes de risco

a) Equação base

Cada componente de risco pode ser expressa pela seguin-

te equação geral:

RX = NX . PX . LX (1)

Onde:

NX = Número de eventos perigosos por ano; PX = Probabilidade de dano à estrutura;

LX = Perda consequente.

O número NX de eventos perigosos é afetado pela densi-

dade de descargas atmosféricas para a terra (NG) e pelas

características físicas da estrutura a ser protegida, sua

vizinhança, linhas conectadas e o solo.

A probabilidade do dano PX é afetada pelas características

da estrutura a ser protegida, das linhas conectadas e das

medidas de proteção existentes.

A perda conseguinte LX é afetada pelo uso para a qual a

estrutura foi projetada, a frequência das pessoas, o tipo de

serviço fornecido ao público, o valor dos bens afetados

pelos danos e as medidas providenciais para limitar a

quantidade de perdas [11].

b) Análise das componentes de risco devido às des-

cargas atmosféricas na estrutura (S1)

Para avaliação dos componentes de risco devidos às des-

cargas atmosféricas na estrutura, as seguintes equações são aplicáveis:

- Componente relativa a ferimentos a seres vivos por

choque elétrico (D1):

RA = ND × PA × LA (2)

- Componente relacionado a danos físicos (D2):

RB = ND × PB × LB (3)

- Componente relacionado à falha de sistemas internos

(D3):

RC = ND × PC × LC (4)

c) Análise das componentes devido às descargas

atmosféricas perto da estrutura (S2)

4

Para a avaliação dos componentes de risco devidos às

descargas atmosféricas próximas da estrutura, a seguinte

equação é aplicável:

- Componente relacionado à falha dos sistemas internos

(D3):

RM = NM × PM × LM (5)

d) Análise das componentes devido às descargas

atmosféricas em uma linha conectada à estrutura

(S3):

- Componente relacionado a ferimentos a seres vivos por

choque elétrico (D1):

RU = (NL + NDJ ) × PU × LU (6)

- Componente relacionado a danos físicos (D2):

Rv = (NL + NDJ ) × Pv × Lv (7)

- Componente relacionado à falha dos sistemas internos (D3):

Rw = (NL + NDJ ) × Pw × Lw (8)

e) Análise dos componentes de risco devido às

descargas atmosféricas perto de uma linha co-

nectada a estrutura (S4):

Para avaliação dos componentes de risco devido às des-

cargas atmosféricas perto de uma linha conectada à estru-

tura, a seguinte equação é aplicada:

- Componente aplicada à falha dos sistemas internos

(D3):

RZ = NI × PZ × LZ (9)

Os parâmetros para avaliar estes componentes de risco

são dados nas Tabelas 2, 3, 4, 5, 6 e 7 a seguir:

ND À estrutura

NM Perto da estrutura

NL Em uma linha conectada à estrutura

NI Perto de uma linha conectada à estrutura

NDJ A uma estrutura adjacente

Tab. 2 – Número médio anual de eventos perigosos

devido às descargas atmosféricas, adaptada de [12].

PA Ferimentos a seres vivos por choque elétrico

PB Danos físicos

PC Falha de sistemas internos

Tab. 3 – Probabilidade de uma descarga atmosférica

na estrutura causar, adaptada de [12].

PM Falha de sistemas internos

Tab. 4 – Probabilidade de uma descarga atmosférica

perto da estrutura causar, adaptada de [12].

PU Ferimentos a seres vivos por choque elétrico

PV Danos físicos

PW Falha de sistemas internos

Tab. 5 – Probabilidade de uma descarga atmosférica

em uma linha causar, adaptada de [12].

PZ Falha de sistemas internos

Tab. 6 – Probabilidade de uma descarga atmosférica

perto de uma linha causar, adaptada de [12].

LA = LU Ferimentos a seres vivos por choque

elétrico

LB = LV Danos físicos

LC = LM=LW = LZ Falha de sistemas internos

Tab. 7 – Perdas, adaptada de [12].

III.2 – Análise do número anual N de eventos perigosos

(ANEXO A)

a) Análise do número médio anual de eventos peri-

gosos ND devido às descargas atmosféricas na

estrutura e NDJ em uma estrutura adjacente

a.1) Número de eventos perigosos ND para estrutura

ND = NG × AD × CD × 10-6 (10)

NG = densidade de descargas atmosféricas para a terra

(1/km² × ano);

AD = área de exposição equivalente da estrutura expressa

em (m²), sendo:

- Estrutura retangular

AD = L× W + 2× (3× H) × (L+W) + π × (3×H)2 (11) - Estrutura com forma complexa

AD = π × (3 × HP)2 (12);

CD = fator de localização da estrutura

A seguir, na Tabela 8 os valores do fator de localização

para diferentes estruturas são apresentados:

Localização relativa CD

Estrutura cercada por objetos mais altos 0,25

Estrutura cercada por objetos da mesma altura ou mais baixos

0,50

Estrutura isolada: nenhum outro objeto nas vizinhan-ças

1,0

Estrutura isolada no topo de uma colina ou monte 2,0

Tab. 8 – Fator de localização da estrutura, adaptada

de [12].

a.2) Número de eventos perigosos NDJ para uma estrutura

adjacente

NDJ = NG × ADJ × CDJ × CT × 10-6 (13)

ADJ = área de exposição equivalente da estrutura adjacen-te, expressa em (m²).

CDJ = fator de localização da estrutura adjacente

5

CT = fator tipo de linha

Os valores de fator tipo de linha são apresentados na Ta-

bela 9:

Instalação CT

Linha de energia ou sinal 1,0

Linha de energia em AT (com transformador AT/BT) 0,2

Tab. 9 – Fator tipo de linha, adaptada de [12].

b) Avaliação do número médio anual de eventos

perigosos NM devido a descargas atmosféricas

perto da estrutura

NM = NG × AM × 10-6 (14)

AM = Área de exposição equivalente de descargas atmos-

féricas que atingem perto da estrutura expressa em (m²).

AM = 2 × 500 × ( L + W) + π × 500² (15)

c) Avaliação do número médio anual de eventos

perigosos NL devido a descargas atmosféricas

na linha

NL = NG × AL × CI× CE × CT × 10-6 (16)

NL = Número de sobretensões de amplitude não inferior a

1 kV (1/ano) na seção da linha;

AL = Área de exposição equivalente de descargas atmos-

féricas que atingem a linha, expressa em (m²);

CI = Fator de instalação da linha;

CE = Fator ambiental.

AL = 40 × LL (17)

LL = comprimento da seção da linha expressa em (m).

Nas Tabelas 10 e 11 a seguir, apresentam-se os valores de CI e CE, respectivamente:

Roteamento CI

Aéreo 1,00

Enterrado 0,50

Cabos enterrados instalados completamente dentro de uma malha de aterramento (ABNT NBR 5419-4:

2015, 5.2)

0,01

Tab. 10 – Fator de instalação da linha, adaptada de

[12].

Localização relativa CE

Rural 1,00

Suburbano 0,50

Urbano 0,10

Urbano com edifícios com mais de 20 m 0,01

Tab. 11 – Fator ambiental da linha, adaptada de [12].

d) Avaliação do número médio anual de eventos

perigosos NI devido a descargas atmosféricas

próximas à linha.

NI = NG × AI × CI× CE × CT × 10-6 (18)

NI = número de sobretensões de amplitude não inferior a

1kV (1/ano) na seção da linha;

AI = Área de exposição equivalente de descargas atmos-

féricas para a terra perto da linha, expressa em (m²);

AI = 4000 × LL (19)

A Figura 3 abaixo mostra as áreas de exposição equiva-

lentes (AD, AM, AI, AL):

Fig. 3 – Áreas de exposição equivalentes [12].

III.3 – Avaliação da probabilidade PX de danos (ANEXO

B)

a) Geral

As probabilidades fornecidas neste item são válidas se as

medidas de proteção estiverem de acordo com:

- ABNT NBR 5419-3 para medidas de proteção para re-

duzir ferimentos a seres vivos e reduzir danos físicos;

- ABNT NBR 5419-4 para medidas de proteção para re-

duzir falhas de sistemas internos.

b) Probabilidade PA de uma descarga atmosférica e

uma estrutura causar ferimentos a seres vivos por

meio de choque elétrico

PA= PTA × PB (20)

Onde

PTA= depende das medidas de proteção adicionais contra

tensões de toque e de passo.

PB= depende do nível de proteção contra descargas at-

mosférica (NP) para o qual o SPDA de acordo com a

ABNT NBR 5419-3 foi projetado. [11]

Nas tabelas 12 e 13 a seguir são obtidos valores de PTA e

PB respectivamente.

6

Medida de Proteção adicional PTA

Nenhuma medida de Proteção 1

Avisos de alerta 10-1

Isolação elétrica(por exemplo, de pelo menos 3 mm de polietileno reticulado das partes expostas, por exemplo, condutores de descidas )

10-2

Equipotencialização eletiva do solo 10-2

Restrições físicas ou estrutura do edifício utilizada como subsistema descida

0

Tab. 12 – Valores PTA de uma descarga atmosférica

em uma estrutura causar choque a seres vivos devido

a tensões de toque e de passo perigosas [12].

Características

da Estrutura Classe da SPDA PB

Estrutura não

protegida por

SPDA

- 1

IV 0,2

III 0,1

II 0,05

I 0,02

Estrutura com sistema de captação

conforme SPDA classe I e uma es-

trutura metálica contínua ou de con-creto armado atuando como um sub-

sistema de descida natural

0,01

Estrutura com cobertura metálica e

um subsistema de captação possi-

velmente incluindo componentes

naturais, com proteção completa de

qualquer instalação na cobertura

contra descargas atmosféricas diretas

e uma estrutura metálica de concreto

armado atuando como um subsiste-

ma de descidas natural.

0,001

Tab. 13 – Valores de probabilidade PB dependendo

das medidas de proteção para reduzir danos físicos,

adaptada de [12].

c) Probabilidade PC de uma descarga atmosférica e

uma estrutura causar falha a sistemas internos

PC = PSPD ×CLD (21)

Onde

PSPD = depende do sistema coordenado DPS conforme a

ABNT NBR 5419-4 e do nível de proteção (NP) para o

qual os DPS foram projetados; CLD = é um fator que depende das condições de blinda-

gem, aterramento e isolamento da linha a qual o sistema

interno está conectado. [11]

Nas tabelas 14 e 15 abaixo são obtidos valores de PSPD,

CLD e CLI respectivamente.

NP PSPD

Nenhum sistema de DPS coordenado

1

III-IV 0,05

II 0,02

I 0,01

Sistema de DPS com caracte-rísticas melhores que a classe

I

0,005-0,001

Tab. 14 – Probabilidade de PSPD –em função do NP

para o qual os DPS foram projetados, adaptada de

[12].

Tipo de Linha

Externa Conexão na Entrada CLD CLI

Linha aérea não blindada

Indefinida 1 1

Linha enterrada não

Blindada Indefinida 1 1

Linha de energia com neutro multia-

terrado Nenhuma 1 0,2

Linha aérea blinda-da (energia ou si-

nal)

Blindagem não inter-ligada ao mesmo bar-

ramento de

equipotencialização que o equipamento

1 0,3

Linha aérea blinda-da (energia ou si-

nal)

Blindagem não inter-ligada ao mesmo bar-

ramento de equipotencialização que o equipamento

1 0,1

Linha enterrada blindada (energia

ou sinal)

Blindagem interligada ao mesmo barramento

de equipotencialização que o equipamento

1 0

Linha aérea blinda-

da (energia ou si-nal)

Blindagem interligada ao mesmo barramento

de equipotencialização que o equipamento

1 0

Cabo protegido contra descargas atmosféricas ou cabeamentos em dutos para cabos

protegido contra descargas atmosfé-ricas, eletrodutos

metálicos ou tubos metálicos

Blindagem interligada ao mesmo barramento

de equipotencialização que o equipamento

0 0

(Nenhuma linha externa)

Sem conexões com linhas externas (Sis-

temas independentes)

0 0

Qualquer tipo

Interfaces Isolantes de acordo com a NBR 5419-4 (Sistemas

elétricos e eletrônicos internos na estrutura)

0 0

Tab. 15 – Valores dos fatores CLD E CLI dependendo

das condições de blindagem aterramento e isolamento,

adaptada de [12].

7

d) Probabilidade PM de uma descarga atmosférica

perto de uma estrutura causar falha em sistemas

internos

PM = PSPD × PMS (22)

Para sistemas internos com equipamentos não conformes

com a suportabilidade de tensão dados nas normas espe-

cificas de produto, PM=1 deve ser assumido.

Os valores de PMS são:

PMS = (KS1 × KS2 × KS3 × KS4)² (23)

Onde:

KS1 = leva em consideração a eficiência de blindagem por

malha da estrutura e SPDA;

KS2 = leva em consideração a eficiência da blindagem por

malha de blindagem interna;

KS3 = leva em consideração as características da fiação

interna;

KS4 = leva em consideração a tensão suportável de impul-

so do sistema a ser protegido [12].

Na Tabela 16 mostramos valores de KS3 dependendo do

tipo de fiação interna.

Tipo de Função interna KS3

Cabo não blindado - sem

preocupação no roteamento no sentido de evitar laçosa

1

Cabo não blindado - sem preocupação no roteamento no sentido de evitar laçosb

0,2

Cabo não blindado - sem preocupação no roteamento

no sentido de evitar laçosc

0,01

Cabo não blindado - sem preocupação no roteamento no sentido de evitar laçosd

0,0001

a Condutores em laço com diferentes roteamentos em grandes edifícios (área do laço da ordem de 50 m²) b Condutores em laço roteados em um mesmo eletroduto ou

condutores em laço com diferentes roteamentos em edifícios pequenos (área do laço da ordem de 10 m²) c Condutores em laço roteados em um mesmo cabo (área do laço da ordem de 0,5 m²) d Blindados e eletrodutos metálicos interligados a um barra-mento de equipotencialização em ambas extremidades e equi-pamentos estão conectados no mesmo barramento equipotenci-alização.

Tab.16 – valor do fator KS3 dependendo do tipo de

fiação interna, adaptada de [12].

e) Probabilidade PU de uma descarga atmosférica

em uma linha causar e ferimentos a seres vivos

por choque elétrico

PU = PTU × PEB × PLD ×CLD (24)

Onde:

PTU = depende das medidas de proteção contra tensões

de toque como restrições físicas ou avisos visíveis de

alerta;

PEB = depende das ligações equipotenciais para descargas

atmosféricas (EB) conforme a ABNT NBR 5419-3 e do

nível de proteção contra descargas atmosféricas (NP) para

o qual o DPS;

PLD = é a probabilidade de falha de sistemas internos de-

vido a uma descarga atmosférica na linha. Conectada

dependendo das características da linha;

CLD = é um fator que depende da blindagem do aterra-mento e das condições da isolação da linha. [12].

Nas tabelas 17, 18 e 19 são apresentadas as probabilida-

des utilizadas para o cálculo da PU.

Medida de Proteção PTU

Nenhuma medida de proteção 1

Avisos visíveis de alerta 10-1

Isolação elétrica 10-2

Restrições Físicas 0

Tab. 17– Valores de probabilidade PTU de uma des-

carga atmosférica em uma linha que adentre a estru-

tura causar choque a seres vivos devido as tensões de

toque perigosas, adaptada de [12].

NP PEB

Sem DPS 1

III-IV 0,05

II 0,02

I 0,01

Os valores PEB podem ser reduzidos para DPS que te-

nham melhores características de proteção comparados com os requistos definidos para

NP I.

0,005 – 0,001

Tab. 18 – Valor da probabilidade PEB em função de

NP para o qual os DPS foram projetados, adaptada de

[12].

8

Tipo de

Linha

Condições do roteamento, blindagem e interligação

Tensão suportável UW em kV

1

1,5

2,5

4

6

Linhas de energia ou sinal

Linha aérea ou enterrada, não blindada ou com a blin-dagem não interligada ao mesmo barramento de equi-

potencialização do equipamento.

1

1

1

1

1

Blindada aérea ou enterrada cujo a blindagem está

interligada ao mes-mo barramento de

equipotencialização do equipamento.

5Ω/km<Rs≤20 Ω/km

1

1

0,95

0,9

0,8

1Ω/km<Rs≤5 Ω/km

0,9

0,8

0,6

0,3

0,1

Rs≤1 Ω/km

0,6

0,4

0,2

0,04

0,02

Tab. 19 – Valores de probabilidade PLD dependendo da resistência RS da blindagem do cabo e da tensão suportá-

vel de impulso UW do equipamento, adaptada de [12].

f) Probabilidade PV de uma descarga atmosférica

em uma linha causar danos físicos

PV = PEB × PLD × CLD (25)

Onde:

PEB = depende das ligações equipotenciais para descargas

atmosféricas (EB) conforme a ABNT NBR 5419-3 e do

nível de proteção contra descargas atmosféricas (NP) para

os qual o DPS foram projetados;

PLD = é a probabilidade de falha de sistemas internos de-vido a uma descarga atmosférica na linha. Conectada

dependendo das características da linha;

CLD = é um fator que depende da blindagem do aterra-

mento e das condições da isolação da linha. [11]

g) Probabilidade Pz de uma descarga atmosférica

perto de um linha que entra na estrutura, causar

falha dos sistemas internos

Pz = PSPD× PLI × CLI (26)

Onde: PSPD = depende do sistema coordenado de DPS de acordo

coma ABNT NBR 5919-4 e do nível de proteção contra

descargas atmosféricas (NP) para o qual o DPS;

PLI = é a probabilidade de falha de sistemas internos de-

vido a uma descarga atmosférica perto da linha, conecta-

da dependendo das características da linha e dos equipa-

mentos;

CLI = é um fator que depende da blindagem do aterramen-

to e das condições da isolação da linha [12].

A Tabela 20 apresenta a probabilidade PLI para o cálculo

da PZ.

Tipo de linha Tensão suportável UW em kV

1,0 1,5 2,5 4,0 6,0

Linhas de Enegia 1,0 0,6 0,3 0,16 0,1

Linhas de Sinais 1,0 0,5 0,2 0,08 0,04

Tab. 20 – Valor da probabilidade PLI dependendo do

tipo de linha e da tensão suportável de impulso UW

dos equipamentos projetados, adaptada de [12].

h) Probabilidade PW de uma descarga atmosférica

em uma linha causar falha de sistemas internos

Pw = PSPD× PLID× CLD (27)

Onde

PLD = é a probabilidade de falha de sistemas internos de-

vido a uma descarga em uma linha, conectada dependen-

do das características da linha;

CLD = é um fator que depende da blindagem do aterra-mento e das condições da isolação da linha [12].

III.4 – Análise de quantidade de perda (ANEXO C)

a) Perda de vida humana

9

O valor de perda Lx para cada zona pode ser determinado

pela Tab.21:

Tipo de

dano

Perda típica

D1 LA = rt × LT × nz/ nt × tz/ 8760

D1 LU = rt × LT × nz/ nt × tz/ 8760

D2 LB =LV=rp×rf×hz×LF × nz/ nt × tz/ 8760

D3 LC=LM=LW=LZ=LO × nz/ nt × tz/ 8760

Tab.21 – Tipo de perda L1: valores da perda para

cada zona, adaptada de [12].

As definições dos parâmetros na Tabela 22 a seguir:

LT É um número relativo médio típico de vítimas feridas pós

choque elétrico (D1) devido à um evento perigoso

LF É o número relativo médio típico de vítimas por danos físicos (D2) devido a um evento perigoso

LO É o número relativo médio típico de vítimas por falha de sistemas internos (D3) devido a um evento perigoso

rt É um fator de redução da perda de vida humana depen-dendo do tipo de solo ou piso

rp É um fator de redução da perda devido a danos físicos dependendo das providências tomadas para reduzir as

consequências do incêndio

rf É um fator de redução da perda devido a danos físicos dependendo do risco de incêndio ou do risco de explosão da estrutura

hz É um fator de aumento da perda devido a danos físicos quando um perigo especial estiver presente

nz É o número de pessoas na zona

nt É o número total de pessoas na estrutura

tz É o tempo, durante o qual as pessoas estão presentes na zona, expresso em horas por ano.

Tab.22 – Definições dos parâmetros, adaptada de [12].

Tipo de perda L1: Valores médios típicos de LT,, LF e LO

Tipos de

danos

Valor de perda típico Tipo da estru-

tura

D1 Ferimentos

LT 10-2 Todos os tipos

D2 danos físicos

LF

10-1 Risco de explo-são

10-1

Hospital, hotel, escola, edifício cívico

5×10-2 Entretenimento público, igreja,

museu

2×10-2 Industrial, co-mercial

10-2 Outros

D3 falhas de

sistemas internos

LO

10-1 Risco de explo-são

10-2 Unidade de terapia intensiva

e bloco cirúrgi-co de hospital

10-3 Outras partes do hospital

Tab. 23 – Valores médios típicos de LT, LF e LO, adap-

tada de [12].

Tipo de superfí-

cieb

Resistência de

contato k Ωa

rt

Agricultura, con-creto

≤ 1 10-2

Mármore, cerâmi-ca

1 – 10 10-3

Cascalho, tapete, carpete

10 – 100 10-4

Asfalto, linóleo, madeira

≥ 100 10-5

a Valores medidos entre um eletrodo de 400cm2 comprimido com uma força uniforme de 500N e um ponto considerado no infinito. b Uma camada de material isolante, por exemplo, asfalto, de 5 cm de espessura (ou uma camada de cascalho de 15 cm de espessura) geralmente reduz o perigo a um nível tolerável.

Tab.24 – Fator de redução rt em função do tipo da

superfície do solo ou piso, adaptada de [12].

Providências rp

Nenhuma providência 1,0

Uma das seguintes providências: extintores, instalações fixas operadas manualmente, instalações de alarme

manuais, hidrantes, compartimentos à prova de fogo, rotas de escape

0,5

Uma das seguintes providências: instalações fixas ope-radas automaticamente, instalações de alarme automá-tico a

0,2

a Somente se protegidas contra sobretensões e outros danos e se os bombeiros puderem chegar em menos de 10 minutos.

Tab. 25 – Fator de redução rp em função das provi-

dências tomadas para reduzir as consequências de um

incêndio, adaptada de [12].

Risco Quantidade de

risco

rf

Explosão Zonas 0,20 e ex-plosivos sólidos

1

Zonas 1, 21 10-1

Zonas 2, 22 10-3

Incêndio Alto 10-1

Normal 10-2

Baixo 10-3

Explosão ou in-cêndio

Nenhum 0

Tab. 26 – Fator de redução rt em função do risco de

incêndio ou explosão na estrutura, adaptada de [12].

Tipo de perigo especial hz

Sem perigo especial 1

Baixo nível de pânico (por exemplo, uma estrutura limitada a dois andares e número de pessoas não supe-

rior a 100)

2

Nível médio de pânico (por exemplo, estruturas desig-nadas para eventos culturais ou esportivos com um número de participantes entre 100 e 1000 pessoas)

5

Dificuldade de evacuação (por exemplo, estrutura com

pessoas imobilizadas, hospitais)

5

Alto nível de pânico (por exemplo, estruturas designa-das para eventos culturais ou esportivos com um núme-

ro de participantes maior que 1000 pessoas)

10

10

Tab.27 – Fator hz aumentando a quantidade relativa

de perda na presença de um perigo especial, adaptada

de [12].

b) Perda inaceitável de serviço ao público

c) O valor de LX para cada zona pode ser determi-

nado com equação abaixo:

Tipo de dano Perda típica

D2 LB =LV=rp×rf×LF × nz/ nt

D3 LC=LM=LW=LZ=LO × nz/ nt

Tab.28–Tipo de perda L2: valores de perda para cada

zona, adaptada de [12].

Tipo de

dano

Valor da perda típica Tipo de ser-

viço

D2 danos físicos

LF

10-1

Gás, água, fornecimento

de energia

10-2

TV, linhas de sinais

D3 Falhas de

Sistemas Internos

LO

10-2

Gás, água, fornecimento

de energia

10-3

TV, linhas de sinais

Tab.29 – Tipo de perda L2: valores médios típicos de

LF e LO, adaptada de [12].

d) Perda inaceitável de patrimônio cultural

Tipo de dano Perda típica

D2

Danos físicos

LB =LV=rp×rf×LF × cz/ ct

Tab.30 - Tipo de perdas L3: valores de perda para

cada zona, adaptada de [12].

cz = valor do patrimônio cultural na zona;

ct = valor total da edificação e conteúdo da estrutura

Tipo de

dano

Valor típico de perda Tipo de

estrutura ou

zona

D2 Danos Físicos

LF

10-1

Museus, galerias

Tab.31 – Tipo de perda L3 valor médio típico de LF,

adaptada de [12].

e) Perda econômica (L4)

Tipo de

dano

Perda típica

D1 LA = rt × LT × ca/ ct

D1 LU = rt × LT × ca/ ct

D2 LB =LV=rp×rf×LF ×(ca+cb+cc+cs)/ct

D3 LC=LM=LW=LZ=LO × cs/ ct

Tab.32- Tipo de perda L4 – valores de perda de cada

zona, adaptada de [12].

Ca =valor dos animais na zona;

Cb = valor da edificação referente a zona;

Cc = valor do conteúdo da zona;

Cs = valor dos sistemas internos incluindo suas atividades

na zona

Ct = valor total da estrutura (soma de todas as zonas para

animais, edificação, conteúdo e sistemas internos incluin-

do suas atividades).

Tipos de

danos

Valor de perda

típico

Tipo de estrutura

D1 Ferimento devido a choque

LT

10-2

Todos os tipos onde somente animais estão

presentes

D2 Danos Físicos

LF

1,0 Risco de explosão

0,5

Hospital, industrial, museu, agricultura

0,2

Hotel, escola, escritó-rio, igreja, entreteni-mento público, co-

mercial

10-1 Outros

D3 Falha de Sistemas internos

LO

10-1 Risco de explosão

10-2

Hospital, industrial, escritório, hotel, co-

mercial

10-3

Museu, agricultura, escola,igreja, entrete-

nimento público

10-4 Outros

Tab.33 – Tipo de perda L4: valores médios típicos de

LT, LF e LO, adaptada de [12].

IV – RESULTADOS E DISCUSSÕES

De início foi desenvolvida a planilha estruturada para melhor atender o uso da Norma ABNT NBR 5419, com

as informações necessárias e com o objetivo de identifi-

car as necessidades atuais exigidas com a alteração desta.

No sentido de atender os objetivos desse trabalho de con-

clusão de curso e de apresentar os resultados obtidos se-

gue um estudo de caso apresentando a determinação de

risco em um apartamento residencial, evidenciando a

simplicidade dos cálculos através da planilha, bem como

sua eficiência.

IV.1 – Estudo de caso: determinação de risco em apar-

tamento residencial

Considera-se um apartamento localizado em um território

plano em Brasília com 200 pessoas no local, sendo esse o

número de pessoas na edificação, onde não há estruturas

nas redondezas. Considerando apenas risco de vida hu-

mana [11]. A Figura 4 ilustra a edificação e suas zonas de

proteção:

11

Fig. 4 – Apartamento Residencial [11].

Como se trata de uma edificação residencial, com risco

de perda de vida humana calculam-se os parâmetros R1,

L1, D1, D2 e D3. Analisando R1 pelo tipo de estrutura e

por não haver risco de explosão observa-se que contém os

seguintes componentes de risco: RA, RB, RU e RV.

Assim, conhecendo os valores necessários para os cálcu-

los dos parâmetros através das tabelas já apresentadas,

pode-se por fim, comparar o valor de R1 ao RT= 10-5 (vide Figura 5) para então decidir a necessidade ou não

da proteção e para selecionar as medidas corretas.

Para o cálculo de RA, utilizou-se as equações 2 e 11 e as

tabelas 8, 12, 13, 21, 22 e 23. Foi possível encontrar a

localidade da estrutura (Brasília) e obter NG através do

endereço eletrônico [14], cujo valor encontrado foi

5,31(1/ km2 × ano). Com os dados fornecidos do número

de pessoas na zona e o número total de pessoas na estru-

tura, tem-se nz = nt= 200. E utilizando tz = 8760.

Os mesmos passos foram seguidos para os cálculos dos

parâmetros RB, RU e RV, sendo que para RB foram con-

sultadas as equações 3,10 e 12 e as tabelas 8, 12, 21, 23,

25, 26 e 27, para RU as equações 6,17 e 24 e as tabelas

15, 16, 18,19, 23 e 24 e por fim, para RV, as equações

7,17 e 25 e as tabelas 9, 10, 11, 15, 18, 19, 23, 25, 26 e

27. Para as equações 6 e 7, o parâmetro NDJ deve ser

considerado nulo já que não há estrutura adjacente.

Manuseando corretamente a planilha, inserindo os dados

obtidos através das tabelas e dados fornecidos da edifica-

ção, obtém-se: RA = 9,51007× 10-9 RB= 9,51007×10-7, RU =1,59300×10-9 RV=1,59300×10-9, que somados re-

sultam em R1=1,12141× 10-6, como já citado anterior-

mente, se R1 ≤ RT proteção contra descarga atmosférica

não é necessária, se R1 ˃ RT medidas de proteção devem

ser adotadas no sentido de reduzir R para todos os riscos

aos quais a estrutura está sujeita.

As figuras 5,6 e 7 ilustram os resultados obtidos na plani-

lha, para o estudo de caso em questão:

Fig. 5 – Resultado de RA, RB do estudo de caso na

planilha estruturada para melhor atender o uso da

Norma ABNT NBR 5419

Fig. 6 – Resultado de RU, RV do estudo de caso na

planilha estruturada para melhor atender o uso da

Norma ABNT NBR 5419

Fig. 7 – Resultado de R1 do estudo de caso na planilha

estruturada para melhor atender o uso da Norma

ABNT NBR 5419

Neste caso, como R1 < RT a instalação de SPDA é opcio-

nal.

Realizado o estudo de caso, notou-se a eficiência e a faci-

lidade oferecida pela planilha, levando-se em conta a

complexidade da atualização da norma esse instrumento

viabiliza os cálculos de forma rápida e segura, atendendo os objetivos esperados.

V. CONCLUSÃO

Com a entrada em vigor da nova versão da ABNT NBR

5419, a expectativa é de que haja um impacto positivo no

setor elétrico de maneira geral, levando a mudanças no

mercado de equipamentos de proteção contra descargas

atmosféricas, no comportamento dos profissionais e na

vida das edificações e de seus usuários. [12]

A mudança principal dá-se pelo maior volume de elemen-

tos e a necessidade de atualização dos projetos existentes, bem como a atualização dos projetistas, por ser um texto

mais extenso e um pouco mais técnico, será necessário o

treinamento dos profissionais a fim de que seus novos

projetos atendam as novas solicitações da norma.

Os usuários acostumados com a antiga versão podem ter

dificuldades devido a grande abrangência e grande núme-

ro de parâmetros avaliados, a planilha desenvolvida mos-

trou-se uma ferramenta eficiente, rápida e de fácil acesso

para uso da norma, bastando uma leitura minuciosa da

12

norma para que o usuário domine completamente seu

conteúdo e obtenha os resultados mais facilmente e corre-

tamente, conforme esperado.

VI. AGRADECIMENTOS

A Deus por mais essa etapa e força para continuar essa

caminhada.

Agradecemos a todos professores que nos auxiliaram

durante o decorrer do curso. Enfatizamos também um

agradecimento aos nossos colegas de curso que fizeram

parte dessa trajetória.

Em especial agradecemos ao nosso professor orientador Credson de Salles que nos auxiliou na elaboração desse

trabalho, demonstrando paciência e compreensão, sendo

assim de suma importância.

VII. REFERÊNCIAS

[1] PIANTINI, A.;JANISZEWSKI, J.M. “Avaliação do

número de interrupções em linhas de média tensão

devido a descargas atmosféricas indiretas ”. In: XVI-

II Seminário Nacional de Produção e Transmis-são

de Energia Elétrica (XVIII SNPTEE), Curitiba, Ou-

tubro , 2005. [2] PIANTINI, A.; SILVA NETO , A. “As tensões Indu-

zidas em Linhas de Baixa Tensão por Descargas At-

mosféricas ”, In: IEEE/PES Transmission & Dis-

tribution Conference and Exposition: Latin America.

São Paulo, Novembro , 2004.

[3] LUNDQUIST, S. “Fires caused by lightning and

eletric wires”, Proceedings of the 21st International

Conference on Lightning Protection, p. 475-478,

Berlin, 1992.

[4] LUNDQUIST, S. “Lightning protection and light-

ning research – strategy 2000.” In: 21st International

Conference on Lightning Protection, Proceedings p. 1-3 Berlin, 1992.

[5] PIANTINI, A.;JANISZEWSKI, J.M. “Campos Ele-

tromagnéticos associados a descargas atmosféricas:

simulação e análise.” Congresso Brasileiro de Ele-

tromagnetismo Aplicado, Belo Horizonte, MG. Bra-

sil, Junho, 1992.

[6] SMIDT, E. R. “Lightning analysis in a high-voltage

transmission environment”. Vaissala News, United

States, 2003.

[7] SILVA, S. P.; PIANTINI, A.; FRANCO, J. L.;

GONÇALVES, J. “Lightning performance studies for a 13,8 kV distribution network.” VII SIPDA - In-

ternational Symposium on Lightning Protection, p.

137-143. Curitiba, 2003.

[8] ABNT NBR 5419:2005 - Proteção contra descargas

atmosféricas; Associação Brasileira de Normas Téc-

nicas.

[9] SUETA, Hélio Eiji. A Nova versão da NBR 5419: o

que muda nos projetos de proteção contra raios. Rev.

Eletricidade Moderna, São Paulo, 60: p. 65-6, 2015.

1990.

[10] IEC 62305 (all parts), Protection against lightning.

[11] DUQUE , Luciano Henrique. SPDA: nova NBR

5419/2015 e suas características relevantes.

[12] ABNT NBR 5419-2:2015 - Proteção contra descar-

gas atmosféricas Parte 2: Gerenciamento de risco;

Associação Brasileira de Normas Técnicas.

[13] Portal o Setor Elétrico “Nova Norma para SPDA sai

em 2015”. Disponível em:

http://www.osetoreletrico.com.br/web/a-

empresa/1502-nova-norma-para-spda-sai-em-

2015.html . Acesso em 03 de outubro de 2016.

[14] http://www.inpe.br/webelat/ABNT_NBR5419_Ng

VIII. BIOGRAFIA

Maíra Campos Cardoso nasceu em

Itajubá- MG, em 1987. Graduanda em

Engenharia Elétrica com ênfase em Sistemas de Potência na Universidade

Federal de Itajubá. Fez parte da AIE-

SEC em 2012. Participou do Cursinho

Assistencial CACIC, como professora

voluntária. Foi estagiária, em 2015 do

Departamento de Obras da UNIFEI e na semana de em-

preendedorismo da UNIFEI ganhou o prêmio de melhor

projeto na categoria “mão na massa”.

Alessandra Germiniani Ribeiro nas-

ceu em Itajubá- MG, em 1991. Gra-duanda em Engenharia Elétrica com

ênfase em Sistemas de Potência na

Universidade Federal de Itajubá. Par-

ticipou em 2015 da semana de empre-

endedorismo da UNIFEI e ganhou o

prêmio de melhor projeto na categoria

“mão na massa”.