Post on 16-Oct-2015
Universidade Federal de Campina Grande
Centro de Engenharia Eltrica e Informtica
Curso de Graduao em Engenharia Eltrica
LORENA CRISTIANE RODRIGUES ARAUJO
ANLISE DE CONFORMIDADE DOS PROJETOS DE SPDA EM
EDIFCIOS RESIDENCIAIS SEGUNDO A NBR 5419 (2005)
Campina Grande, Paraba
Fevereiro de 2013
ii
LORENA CRISTIANE RODRIGUES ARAUJO
ANLISE DE CONFORMIDADE DOS PROJETOS DE SPDA EM
EDIFCIOS RESIDENCIAIS SEGUNDO A NBR 5419 (2005)
Trabalho de Concluso de Curso submetido
Unidade Acadmica de Engenharia Eltrica da
Universidade Federal de Campina Grande
como parte dos requisitos necessrios para a
obteno do grau de Bacharel em Cincias no
Domnio da Engenharia Eltrica.
Orientador:
Genolton Joo de Carvalho Almeida
Campina Grande, Paraba
Fevereiro de 2013
iii
LORENA CRISTIANE RODRIGUES ARAUJO
ANLISE DE CONFORMIDADE DOS PROJETOS DE SPDA EM
EDIFCIOS RESIDENCIAIS SEGUNDO A NBR 5419 (2005)
Trabalho de Concluso de Curso submetido Unidade
Acadmica de Engenharia Eltrica da Universidade
Federal de Campina Grande como parte dos requisitos
necessrios para a obteno do grau de Bacharel em
Cincias no Domnio da Engenharia Eltrica.
Aprovado em 21 / 02 / 2013
Genolton Joo de Carvalho Almeida Orientador
Karcius M. C. Dantas Componente da Banca
iv
Aos meus pais, com todo o meu amor.
v
AGRADECIMENTOS
Agradeo primeiramente a Deus por minha vida e por ter me dado condies
de concluir este trabalho
Agradeo tambm aos meus pais, Severino do Ramo e Erotildes Rodrigues
pelos seus esforos em me proporcionar uma boa educao, e pelo apoio e carinho
constantes.
Agradeo aos meus irmos Hlio, Gergia, Bruna e Paolo, por sempre
acreditarem que este dia chegaria.
Agradeo a todos os meus amigos que no mediram esforos para eu chegar a
esta etapa da minha vida, em especial a Andreza Andrade, companheira de estudos e
lazer, e a Tarcisio Oliveira, que muito me ajudaram.
Agradeo aos professores e funcionrios do DEE, por exercerem to bem sua
funo permitindo-me obter uma excelente formao.
Enfim, agradeo a todos que de alguma forma, passaram pela minha vida e
contriburam para a construo de quem sou hoje.
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Resumo
Este trabalho tem o objetivo de fazer uma anlise dos projetos do Sistema de
Proteo contra Descargas Atmosfricas (SPDA) de um condomnio de edifcios
residenciais localizado em guas Claras - DF, conforme a NBR 5419 (2005).
Inicialmente ser feita uma explanao da norma em seus principais aspectos, que
fixam condies de projeto e instalao do SPDA, em seguida ser feito o estudo de
caso do sistema projetado, por fim a concluso deste estudo ser dada.
Palavras-chave: Descargas atmosfricas, SPDA, NBR 5419.
vii
LISTA DE ILUSTRAES
Figura 1 - Formao de uma descarga Atmosfrica ..................................................................................... 3 Figura 2. Mapa de curvas isocerunicas Brasil .......................................................................................... 4 Figura 3. Forma de onda do raio .................................................................................................................. 4 Figura 4. rea equivalente de atrao das descargas atmosfricas ............................................................. 8 Figura 5. Zona de proteo do mtodo de Franklin .................................................................................. 12 Figura 6. Comprimento e largura de um mdulo da malha ....................................................................... 13 Figura 7. Principio de proteo pelo mtodo e eletrogeomtrico ............................................................. 14 Figura 8 Zona espacial de proteo do mtodo eletrogeomtrico ......................................................... 15 Figura 9 - Aplicao do modelo eletrogeomtrico a uma estrutura muito alta ......................................... 16 Figura 10 Campo magntico gerado pela corrente do Raio em condutores vizinhos ............................. 19 Figura 11 - Comprimento mnimo dos eletrodos de aterramento em funo dos nveis de resistividade do solo. ....................................................................................................................................................... 21 Figura 12 Superfcies equipotenciais de uma edificao ......................................................................... 23 Figura 13 Disposio de terminais captores ao longo da malha de Faraday ........................................... 28 Figura 14 Detalhe da fixao de captores ............................................................................................... 29 Figura 15 rea de proteo do captor Franklin ........................................................................................ 29 Figura 16 Detalhe de Fixao do Captor Franklin .................................................................................... 30 Figura 17 Detalhe de conexo metlica para garantir continuidade da descida..................................... 31 Figura 18 Interligao das ferragens da laje com as do pilar................................................................... 32 Figura 19 Detalhe de conexo da malha de aterramento com o subsistema de descida ....................... 33 Figura 20 Barramento de equipotencializao principal (BEP) ............................................................... 35
viii
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Valores do raio ............................................................................................................................. 6
Tabela 2 Probabilidade Ponderada............................................................................................................ 9 Tabela 3 - ngulos de proteo .................................................................................................................. 11 Tabela 4 - Largura da malha pelo nvel de proteo .................................................................................. 13 Tabela 5- R e respectiva Imax em funo do nvel de proteo. .................................................................. 15 Tabela 6 - Sees mnimas dos materiais do SPDA .................................................................................... 18 Tabela 7 - Espessuras mnimas dos componentes do SPDA ....................................................................... 18 Tabela 8- Espaamento mdio dos condutores de descida no naturais conforme nvel de proteo ..... 20 Tabela 9 - Sees mnimas dos condutores de ligao equipotencial para conduzir uma parte substancial da corrente de descarga ............................................................................................................................. 24 Tabela 10 - Sees mnimas dos condutores de ligao equipotencial para conduzir uma parte reduzida de descarga atmosfrica ............................................................................................................................ 24
ix
SUMRIO
1 Introduo ............................................................................................................................................. 1
2 Descargas atmosfricas ........................................................................................................................ 2
2.1 Parmetros dos raios ................................................................................................................... 3
2.1.1 Frequncia de ocorrncia ........................................................................................................ 3
2.1.2 Intensidade e polaridade da corrente ...................................................................................... 4
2.1.3 ngulo de Incidncia .............................................................................................................. 5
2.1.4 Valores dos raios .................................................................................................................... 6
3 Seleo do nvel de proteo ................................................................................................................ 7
3.1 rea equivalente de atrao de um raio em uma estrutura .......................................................... 7
3.2 Frequncia admissvel de danos .................................................................................................. 8
3.3 Avaliao geral do risco .............................................................................................................. 9
4 Sistemas de proteo contra descargas atmosfricas -SPDA ............................................................. 10
4.1 Mtodo de Franklin ................................................................................................................... 11
4.2 Mtodo Faraday ........................................................................................................................ 12
4.3 Mtodo Eletrogeomtrico ......................................................................................................... 14
5 Sistema externo de proteo contra descargas atmosfricas. .............................................................. 17
5.1 Subsistema captores .................................................................................................................. 17
5.2 Subsistema de condutores de descidas ...................................................................................... 19
5.3 Subsistema de aterramento........................................................................................................ 21
5.4 Equalizao de potenciais ......................................................................................................... 22
6 Anlise de edificaes estudo de caso ............................................................................................. 25
6.1 Avaliao geral do risco e seleo do nvel de proteo ........................................................... 25
6.2 Subsistema de captao ............................................................................................................. 27
6.3 Subsistema de descidas ............................................................................................................. 31
6.4 Subsistema de aterramento........................................................................................................ 33
6.5 Equalizao de Potencial .......................................................................................................... 34
7 Concluses.......................................................................................................................................... 36
Bibliografia ................................................................................................................................................. 37
Anexo A Fatores de Ponderao para avaliao geral do risco e classificao de estruturas com nvel de proteo. (NBR 5419, 2005) ...................................................................................................................... 38
1
1 INTRODUO
A formao de cargas nas nuvens, e a sua consequente descarga a terra, so
fenmenos naturais que causam srios danos materiais nas construes atingidas, sem
contar os riscos de vida que as pessoas e animais ficam submetidos. A cincia e a
tecnologia ainda no desenvolveram mtodos para impedir estas descargas eltricas,
no entanto, necessrio disciplin-las na sua queda, obrigando-as a seguir um
caminho pr-determinado para a terra por intermdio de dispositivos que trabalham
para minimizar os efeitos destruidores da eletricidade.
neste contexto que esta pesquisa est inserida, o projeto do sistema de
proteo contra descargas atmosfricas de um condomnio de edifcios residenciais
localizado em guas Claras DF analisado conforme a NBR 5419 que fixa condies
de projeto, instalao e de manuteno do SPDA, para proteger as edificaes contra a
incidncia direta dos raios, assim como proporcionar uma rea de proteo para as
pessoas e equipamentos no interior das mesmas.
Inicialmente sero abordadas as definies de descargas atmosfricas e os
parmetros dos raios, em seguida sero definidos os nveis de proteo assim como a
avaliao geral do risco de uma estrutura ser atingida, depois sero explanados os
mtodos de proteo e os subsistemas constituintes de um SPDA. Por fim ser feito
um estudo de caso dos projetos de SPDA do residencial, e sero dadas as devidas
concluses.
2
2 DESCARGAS ATMOSFRICAS
A descarga atmosfrica um processo de transformao de energia
eletroesttica, em energia eletromagntica (ondas de luz e de rdio), trmica e
acstica. (CREDER, 2007) Vrias teorias foram desenvolvidas ao longo dos anos para
explicar tal fenmeno, atualmente acredita-se que os ventos ascendentes de forte
intensidade provocam a frico entre as partculas de gua contidas nas nuvens dando
origem a uma grande quantidade de cargas eltricas nas nuvens.
Acredita-se que as regies superiores da nuvem so geralmente carregadas
positivamente, enquanto que a zona inferior predominantemente negativa. De
acordo com NAIDU (1995) o mximo gradiente de tenso alcanado no nvel do solo,
devido a nuvem carregada em torno de 300 V/cm, enquanto o gradiente em
condies climticas normais de aproximadamente 1 V/cm.
Quando a intensidade do campo eltrico em algum ponto da nuvem carregada
excede a rigidez dieltrica do ar mido e ionizado ( 10 kV/cm), uma descarga piloto,
denominada de lder escalonado ou lder descendente, inicia uma descida para a
terra em saltos de direes aleatrias (Figura 1a). Estes saltos discretos so atribudos,
entre outros fatores, a ao do vento, que dispersa a frente de ar ionizado e impe um
processo intermitente de ionizao e ruptura do dieltrico do ar.
A ionizao do caminho seguido pela descarga piloto propicia condies
favorveis de condutibilidade do ar ambiente. Mantendo-se elevado o gradiente de
tenso na regio entre a nuvem e a terra, surge, em funo da aproximao ao solo de
uma das ramificaes da descarga piloto, uma descarga ascendente (Figura 1b)
constituda de cargas eltricas positivas, denominada de descarga de retorno da terra
para a nuvem (Figura 1c). Em seguida ocorre a descarga principal no sentido da nuvem
para a terra (Figura 1d). A intensidade desta descarga acarreta aquecimento e
aumento de presso do ar prximo a trajetria do raio, expandindo-o em velocidades
superiores s do som, gerando uma onda de choque. O rudo resultante desta onda
conhecido como trovo.
3
Fonte: Mamede (2002) Figura 1. Formao de uma descarga atmosfrica
2.1 PARMETROS DOS RAIOS
O raio um dos impulsos eltricos de uma descarga atmosfrica para a terra
(NBR 5419, 2005), as variveis mais importantes associadas a este, so:
frequncia de ocorrncia;
intensidade e polaridade de corrente;
ngulo de incidncia.
Estes parmetros so utilizados no dimensionamento do sistema de proteo
contra descargas atmosfricas.
2.1.1 FREQUNCIA DE OCORRNCIA
O ndice que caracteriza o nmero de descargas anual para o solo em uma
determinada regio conhecido como densidade de descargas atmosfricas para a
terra (Ng) e pode ser estimado pela Equao 1:
[raios por km/ano] 1
onde, Td o ndice cerunico, e indica o nmero de dias do ano em que foi
ouvida uma trovoada na regio, o mesmo pode ser obtido em mapas de curvas
isocerunicas, como o da Figura 2 presente na NBR 5419 (2005).
4
Fonte: NBR 5419 (2005) Figura 2. Mapa de curvas isocerunicas Brasil
2.1.2 INTENSIDADE E POLARIDADE DA CORRENTE
Aps analise de sucesses de fotografias e registros oscilogrficos, foi obtida a
forma de onda do impulso da corrente de descarga do raio, bem como a sua durao.
Na Figura 3 pode-se observar esta forma de onda e definio de alguns termos
importantes.
Figura 3. Forma de onda do raio
5
Frente da onda (t2) corresponde ao perodo crescente da corrente ou
tenso do raio, este tempo de 1,2s a 10 s.
Valor de crista o valor mximo alcanado pela corrente ou tenso do
raio no tempo t2.
Cauda do raio corresponde forma descendente da onda, desde o
valor de crista at o final (t2 a t0). Este perodo longo e suave
comparado com a frente de onda, com valor entre 70s a 200 s.
Perodo de meia cauda (t1) o tempo que a cauda atinge o valor de
meia crista, este perodo de 20s a 50s .
O valor da corrente de crista de uma descarga uma varivel que apresenta
uma distribuio estatstica, onde se tem uma relao inversa entre a intensidade da
corrente e a sua probabilidade de ocorrncia.
Tomando como base as medies feitas na Estao do Monte San Salvatori, as
intensidades das descargas atmosfricas podem ocorrer nas seguintes probabilidades
(MAMEDE, 2002):
97% 10 kA;
85% 15kA;
50% 30 kA;
20% 15 kA;
4% 80 kA;
Tambm ficou comprovado que a corrente de descarga tem uma nica
polaridade, isto , uma s direo.
2.1.3 NGULO DE INCIDNCIA
O ngulo de incidncia da descarga tambm obedece a uma distribuio
estatstica. A incidncia vertical apresenta maior probabilidade de ocorrncia,
diminuindo medida que o ngulo de incidncia aumenta.
6
2.1.4 VALORES DOS RAIOS
O conhecimento da forma de onda e dos valores tpicos de corrente, tenso e
tempo, alm dos percentuais de sua ocorrncia, possibilitou os estudos para
dimensionamento do sistema de proteo contra descargas atmosfricas.
Valores medidos e registrados esto indicados na Tabela 1.
Tabela 1 - Valores do raio Fonte Kindermann (1997)
Corrente 2 a 200 kA
Tenso 100 a 1.000.000 kV
Durao 70 a 200s
Carga eltrica da nuvem 20 a 50 C
Potncia Liberada 1000 a 8.000 milhes de kW
Energia 4 a 10 kWh
Tempo de crista 1,2 s
Tempo de meia cauda 50 s
5,5
Nota-se que a energia liberada pelo raio relativamente pequena enquanto a
potencia gigantesca, mas de pouca durao. Cerca de 75% da energia do raio
convertida em energia trmica, acstica e luminosa sendo que apenas 1%
transformada em energia eletromagntica em forma de onda. (KINDERMANN, 1997)
7
3 SELEO DO NVEL DE PROTEO
Mesmo com a instalao de um sistema de para-raios a edificao no estar
totalmente protegida, podendo a mesma ser atingida por uma descarga atmosfrica. A
partir desta premissa, foram estabelecidos quatro diferentes nveis de proteo, de
acordo grau de proteo julgado necessrio aos diversos tipos de edificao. Esses
nveis de proteo esto assim definidos:
Nvel I: o nvel mais severo quanto perda de patrimnio. Refere-se s
construes protegidas, cuja falha no sistema de para-raios pode provocar
danos s estruturas adjacentes, tais como as indstrias petroqumicas, de
materiais explosivos, etc.
Nvel II: refere-se s construes protegidas, cuja falha no sistema de para-raios
pode ocasionar a perda de bens de estimvel valor ou provocar pnico aos
presentes, porm sem nenhuma consequncia para construes adjacentes.
Enquadram-se neste nvel os museus, teatros, estdios, etc.
Nvel III: refere-se s construes de uso comum, tais como os prdios
residenciais, comerciais e industriais de manufaturados simples.
Nvel IV: refere-se s construes onde no rotineira a presena de pessoas.
So feitas de material no inflamvel, sendo o produto armazenado nelas de
material no combustvel, tais como armazns de concreto para produtos de
construo.
A NBR 5419 (2005) classifica diversos tipos de estruturas comuns e especiais,
com o respectivo nvel de proteo. A Tabela A.6, apresentada no Anexo A deste
trabalho, exemplifica a classificao de estruturas.
3.1 REA EQUIVALENTE DE ATRAO DE UM RAIO EM UMA ESTRUTURA
Define-se como rea de captao (atrao) do raio em uma estrutura normal,
sem sistema de proteo, como sendo a rea equivalente no solo em que se ocorrer a
incidncia do raio o mesmo ser atrado pela estrutura. (KINDERMANN, 1997).
8
Esta a rea em metros quadrados, do plano da estrutura prolongada em
todas as direes, de modo a levar em conta sua altura. Os limites da rea de
exposio equivalente esto afastados do permetro da estrutura por uma distncia
correspondente altura da estrutura do ponto considerado.
Assim, para uma estrutura retangular simples de comprimento L, largura W, e
altura H, a rea de exposio equivalente Ae determinada pela Equao 2:
[m] 2
A Figura 4 mostra a rea de exposio equivalente de uma estrutura com as
definies geomtricas necessrias.
Fonte: NBR 5419 (2005) Figura 4. rea equivalente de atrao das descargas atmosfricas
3.2 FREQUNCIA ADMISSVEL DE DANOS
De posse dos valores da densidade de descargas atmosfricas para a terra (Ng)
de uma determinada regio, estimado pela Equao 1, e da rea de exposio
equivalente de uma estrutura (Ae), obtida pela Equao 2, de acordo com NBR 5419
(2005) previso da frequncia mdia anual de descargas atmosfricas sobre uma
estrutura (Nd) feita pela Equao 3.
3
9
Para a frequncia mdia anual de danos (Nc), os limites reconhecidos
internacionalmente so os seguintes:
riscos maiores que , isto , 1 dano ocorrido na estrutura para 1.000
descargas por ano, so considerados inaceitveis;
riscos menores que , isto , 1 dano ocorrido na estrutura para
100.000 descargas por ano, em geral, so considerados aceitveis.
3.3 AVALIAO GERAL DO RISCO
Antes de se tomar uma deciso aleatria sobre a necessidade de dotar
determinada edificao de uma proteo contra incidncia de raios, prudente que
seja calculada a chamada Avaliao Geral de Risco (Ndc). Esta corresponde a uma
probabilidade ponderada associada importncia tcnica do empreendimento e que
subsidiar a tomada de deciso referente necessidade de implantao de um sistema
de proteo contra as descargas atmosfricas. Esta avaliao feita aplicando-se os
fatores de ponderao, e obtida pela Equao 4.
4
Fator A tipo de ocupao da estrutura.
Fator B tipo de construo da estrutura.
Fator C contedo da estrutura e efeitos indiretos das descargas atmosfricas.
Fator D localizao da estrutura.
Fator E topografia da regio.
Os fatores esto indicados em tabelas da NBR (5419), as mesmas podem ser
observadas no Anexo A deste trabalho.
A necessidade ou no de se adotar a estrutura de um SPDA dada na Tabela 2.
Tabela 2 Probabilidade Ponderada Fonte: Mamede (2002)
Probabilidade ponderada Proteo desejada
Obrigatria
Aconselhada
Dispensvel
10
4 SISTEMAS DE PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICAS -SPDA
Como no se pode evitar que o raio caia sobre a estrutura, deve-se empregar
tcnicas de proteo que disciplinem o escoamento do raio para a terra, minimizando,
ou mesmo evitando, seus efeitos danosos estrutura, pessoas, equipamentos, etc.
Com o objetivo de facilitar o caminho do raio para a terra, os sistemas de proteo so
constitudos de 3 componentes bsicos, so eles:
Subsistema captor de descargas;
Subsistema descida;
Subsistema aterramento.
A rede de interligao dos aterramentos e das massas metlicas da instalao,
em uma concepo mais atual, pode ser considerada a quarta parte dos sistemas de
proteo contra descargas atmosfricas.
Existem basicamente trs mtodos de proteo contra descargas atmosfricas.
A diferena fundamental entre os mtodos usados hoje a definio da rea
protegida. So eles:
Mtodo da Haste Vertical de Flanklin;
Mtodo da Malha ou Gaiola de Faraday;
Mtodo das Esferas Rolantes ou Eletrogeomtrico.
O bom projeto de uma rede captora de descargas diretas no dever, porm
atender apenas soluo geomtrica, uma vez que os aspectos de esttica (impacto
visual) e de custo so tambm variveis importantes a serem consideradas. Assim, o
tipo e posicionamento do SPDA devem ser estudados cuidadosamente no estgio de
projeto da edificao, para se tirar o mximo proveito dos elementos condutores da
prpria estrutura. Isto facilita o projeto e construo de uma instalao integrada,
permite melhorar o aspecto esttico, aumentar a eficincia do SPDA e minimizar
custos.
11
4.1 MTODO DE FRANKLIN
Este mtodo proposto por Franklin utiliza o poder das pontas, uma propriedade
das pontas metlicas, para propiciar o escoamento das cargas eltricas para a
atmosfera. O mtodo tem por base uma haste elevada com uma alta concentrao de
cargas eltricas induzidas, sob a nuvem carregada, juntamente com um campo eltrico
intenso provocando a ionizao do ar e diminuindo a altura efetiva da nuvem
carregada, o que propicia o raio atravs do rompimento da rigidez dieltrica da
camada de ar.
O raio captado pela ponta da haste transportado pelo cabo de descida e
escoado na terra pelo sistema de aterramento.
A zona de proteo proporcionada pelo mtodo consiste no volume de um
cone, cujo ngulo da geratriz com a vertical varia segundo o nvel de proteo
desejado e para uma determinada altura da construo (Figura 5). O valor do raio da
base do cone dado pela Equao 5.
5
- raio da base do cone de proteo, em m;
- altura da extremidade do captor, em m;
- ngulo de proteo com a vertical, se houver mais de um captor, pode-se
acrescentar 10 ao ngulo
A Tabela 3 fornece o ngulo de proteo em funo da altura da haste e do
grau de proteo.
Tabela 3 - ngulos de proteo Fonte: NBR 5419 (2005)
Altura mxima da ponta do captor
Nvel de proteo 0 20m 21m 30m 31m 45m 46m 60m 60m
I 25 * * * *
II 35 25 * * *
III 45 35 25 * *
IV 55 45 35 25 *
12
A notao * na Tabela 3 significa que a proteo por Franklin no suficiente.
Fonte: Mamede (2002) Figura 5. Zona de proteo do mtodo de Franklin
O mtodo Franklin recomendado para aplicao em estruturas elevadas e de
pouca rea horizontal, onde se pode utilizar uma pequena quantidade de captores, o
que torna o projeto economicamente interessante.
4.2 MTODO FARADAY
A proteo proposta por Michael Faraday fundamentada na teoria pela qual o
campo eletromagntico nulo no interior de uma estrutura metlica ou envolvida por
uma superfcie (ou malha) metlica, quando percorridas por uma corrente eltrica de
qualquer intensidade.
O mtodo de Faraday consiste em envolver a parte superior e laterais da
construo com condutores eltricos nus, formado uma malha. A NBR 5419 (2005)
estabelece que o mdulo da malha dever constituir um anel fechado, com largura
proporcional ao nvel de proteo, de acordo com a Tabela 4, e com comprimento no
superior ao dobro da sua largura (Figura 6).
13
Fonte: NBR 5419 (2005) Figura 6. Comprimento e largura de um mdulo da malha
Tabela 4 - Largura da malha pelo nvel de proteo Fonte: NBR 5419 (2005)
Nvel de proteo Largura do mdulo da malha (m)
I 5
II 10
III 10
IV 20
Quanto menor for a abertura da malha protetora, maior a proteo oferecida
pelo mtodo.
Este mtodo indicado para edificaes com altura relativamente baixa, porm
com uma grande rea horizontal, nas quais seria necessria uma grande quantidade de
hastes, tornando o projeto de proteo pelo mtodo de Franklin muito oneroso. No
entanto, estruturas muito alta podem estar sujeitas a descargas laterais. Assim, de
acordo com a NBR 5419 (2005) obrigatrio o emprego do mtodo Faraday para
edificaes com altura superior a 60m.
Elementos metlicos estruturais, de fachada e de cobertura, podem integrar a
rede de condutores, desde que atendam a requisitos especficos. Edificaes com
estrutura metlica na cobertura, continuidade eltrica nas ferragens estruturais e
aterramento em fundao (ou anel) tem bom desempenho como Gaiolas de Faraday.
14
4.3 MTODO ELETROGEOMTRICO
O mtodo eletrogeomtrico tambm designado mtodo da esfera rolante ou
fictcia, o mesmo delimita o volume de proteo dos captores de um SPDA sejam eles
constitudos de hastes, cabos, ou de uma combinao de ambos.
A zona de atrao do mtodo de Franklin determinada independente da
intensidade do raio. Porm, estudos feitos a partir da medio da forma e valor da
corrente dos raios, ensaios em laboratrios, tcnicas de simulao e modelagem
matemtica, verificaram que a zona de proteo dependente da corrente do raio.
A Equao 6, relaciona o valor mximo da corrente (Imax) com a distncia de
atrao (hs), que maior distancia em que o raio ser atrado pelo captor ou pela terra.
6
Imax - valor mximo da corrente de crista do primeiro raio negativo em kA.
O mtodo eletrogeomtrico se fundamenta na premissa de uma esfera com
raio (R) de valor igual a distancia de atrao (hs), e centro localizado na extremidade da
descarga lder antes do seu ultimo salto (Figura 7). Os pontos da superfcie da referida
esfera so o lugar geomtrico dos locais possveis de onde pode partir o lder
ascendente, que vai ao encontro do lder descendente, de modo a completar o
canal ionizado, por onde se far a descarga.
Fonte: Creder (2007) Figura 7. Principio de proteo pelo mtodo e eletrogeomtrico
15
A Tabela 5 prescreve os valores de R em funo do nvel de proteo exigido e
os valores de Imax conforme o comprimento de R.
Tabela 5- R e respectiva Imax em funo do nvel de proteo. Fonte: NBR 5419 (2005)
Nvel de Proteo R (m) Imax (kA)
I 20 3
II 30 5
III 45 10
IV 60 15
A zona espacial de proteo do mtodo eletrogeomtrico, observada na Figura
8, obtida traando-se uma linha horizontal com a altura R do solo e um arco de
circunferncia de raio R com centro no topo do captor, a interseo da reta com o arco
se far no ponto P. Em seguida traa-se um arco de circunferncia de raio R e com
centro em P, atingindo o plano do solo e o topo do captor. O volume de proteo
delimitado pela rotao da rea hachurada, em torno do captor.
Fonte: Mamede (2002) Figura 8 Zona espacial de proteo do mtodo eletrogeomtrico
Se a estrutura tiver uma altura superior distncia R, apenas um
elemento captor no garantir uma proteo adequada, pois o arco de circunferncia
tangente ao solo tocar lateralmente a estrutura (Figura 9). As partes da edificao
eventualmente tocadas pela esfera podero ser consideradas falhas de blindagem, e
sero pontos suscetveis de serem atingidos por uma descarga atmosfrica direta.
16
Fonte: Creder (2007) Figura 9 - Aplicao do modelo eletrogeomtrico a uma estrutura muito alta
O mtodo eletrogeomtrico empregado com eficincia em estruturas
elevadas e/ou de formas arquitetnicas complexas sendo bastante aplicado em
subestaes de potncia de instalao exterior.
17
5 SISTEMA EXTERNO DE PROTEO CONTRA DESCARGAS
ATMOSFRICAS.
O sistema externo de proteo contra descargas atmosfricas consiste em
subsistemas de captores, de decida e de aterramento. O mesmo pode ser:
isolado do volume a proteger, no qual os subsistemas de captores e decidas
so suficientemente afastados do volume a proteger de modo a reduzir a
probabilidade de centelhamento perigoso (descarga eltrica inadmissvel,
provocada pela corrente de descarga atmosfrica);
no isolado do volume a proteger, no qual os subsistemas de captores e
decidas so instalados de modo que o trajeto da corrente de descarga pode
estar em contato com o volume a proteger.
5.1 SUBSISTEMA CAPTORES
Os captores so os principais elementos dos para-raios, eles so destinados a
interceptar as descargas atmosfricas, reduzindo a probabilidade da estrutura ser
atingida diretamente pelos raios e podem ser constitudos por uma combinao dos
seguintes elementos:
a) hastes;
b) cabos esticados;
c) condutores em malha;
d) elementos naturais.
Para correto posicionamento dos captores conforme o nvel de proteo
desejado deve ser observado os requisitos do mtodo que ser utilizado (Tabelas 3, 4 e
5). Os condutores utilizados como captores devem ter a capacidade trmica e
mecnica suficiente para suportar o calor gerado no ponto de impacto, bem como
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 tipo de poluente da regio. A NBR 5419 (2005) especifica as sees e espessuras
mnimas dos captores do SPDA, como sendo os valores das Tabelas 6 e 7.
18
Tabela 6 - Sees mnimas dos materiais do SPDA Fonte: NBR 5419 (2005)
Material Captor e anis intermedirios
(mm)
Descidas (para estruturas de altura
at 20 m) (mm)
Descidas (para estruturas
superior a 20 m) (mm)
Eletrodo de aterramento
(mm)
Cobre 35 16 35 50
Alumnio 70 25 70 -
Ao galvanizado a quente, ou embutido em concreto
50 50 50 80
Tabela 7 - Espessuras mnimas dos componentes do SPDA Fonte: NBR 5419 (2005)
Material Captores (mm) Descidas Aterramento
NPQ NPF PPF
Ao galvanizado a quente
4 2,5 0,5 0,5 4
Cobre 5 2,5 0,5 0,5 0,5
Alumnio 7 2,5 0,5 0,5 -
Ao Inox 4 2,5 0,5 0,5 5
NPQ - no gera ponto quente; NPF no perfura; PPF pode perfurar.
De acordo com a NBR 5419 (2005), para um SPDA isolado, a distncia entre o
subsistema captor e instalaes metlicas do volume a proteger deve ser maior que
2m. Para um SPDA no isolado o captor pode ser instalado diretamente sobre o teto
ou a uma pequena distncia do volume a proteger.
Existem componentes da estrutura que podem desempenhar uma funo de
proteo contra descargas atmosfricas, mas no so instalados especificamente para
este fim, estes so chamados de componentes naturais de um SPDA.
Assim, quaisquer elementos condutores expostos de uma edificao, devem ser
considerados como parte de um SPDA e devem ser analisados para certificar se as suas
caractersticas so compatveis com os critrios estabelecidos para elementos
captores. Exemplos de elementos metlicos nas condies deste item so coberturas
metlicas sobre o volume a proteger, mastros e outros elementos condutores salientes
nas coberturas, rufos e/ou calhas perifricas de recolhimento de guas pluviais, etc.
19
No entanto, elementos condutores expostos que no possam suportar o
impacto direto do raio devem ser colocados dentro da zona de proteo de captores
especficos, integrados ao SPDA.
5.2 SUBSISTEMA DE CONDUTORES DE DESCIDAS
O subsistema de descida a parte do SPDA destinada a conduzir a corrente de
descarga atmosfrica desde o sistema captor at o subsistema de aterramento. Esta
conduo dever ser feita de modo a no causar dano na estrutura protegida, manter
potenciais abaixo do nvel de segurana e no produzir faiscamentos laterais com
estruturas metlicas vizinhas.
Quando a corrente do raio flui pelo cabo de descida, gerado ao seu redor um
campo magntico varivel que atrai e induz tenso nos materiais condutores vizinhos
(Figura 10). Para atenuar as correntes induzidas nos materiais condutores vizinhos,
deve-se distribuir o cabo de descida de modo que a corrente percorra diversos
condutores em paralelo, dividindo assim os efeitos trmicos e proporcionando uma
reduo nos campos magnticos internos estrutura de modo a minimizar as
influncias nos equipamentos eltricos e telefnicos.
Fonte: Kindermann (1997) Figura 10 Campo magntico gerado pela corrente do Raio em condutores vizinhos
Os cabos de descida devem ser retilneos e verticais, de modo a prover o trajeto
mais curto e direto para a terra. Tambm devem ser preferencialmente contnuos, se
20
no for possvel, usar emendas metalizadas ou conexes mecnicas adequadas. Laos
devem ser evitados.
No caso de um SPDA isolado, o espaamento entre condutores de descida e as
instalaes metlicas do volume a proteger no deve ser inferior a 2 m.
Para um SPDA no isolado, a instalao dos condutores de descida deve levar
em considerao o material da parede onde os mesmos sero fixados:
a) parede de material no inflamvel: os condutores de descida podem ser
instalados na superfcie ou embutidos na mesma;
b) parede de material inflamvel: os condutores de descida podem ser instalados
na sua superfcie, desde que a elevao de temperatura causada pela passagem
da corrente de descarga atmosfrica no implique risco para o material da
parede. Se a elevao de temperatura dos condutores de descida implicar
riscos, a distncia entre estes e o volume deve ser de no mnimo 10 cm.
Os condutores de descida devem ser distribudos ao longo do permetro do
volume a proteger sendo que a quantidade mnima de descidas deve ser determinada
de acordo com o nvel de proteo de modo que seus espaamentos mdios no
sejam superiores aos indicados na Tabela 8. Se o nmero mnimo de condutores assim
determinado for inferior a dois, devem ser instaladas duas descidas.
Tabela 8- Espaamento mdio dos condutores de descida no naturais conforme nvel de proteo Fonte: NBR 5419 (2005)
Nvel de proteo Espaamento mdio (m)
I 10
II 15
III 20
IV 25
A NBR 5419 (2005) especifica as sees e espessuras mnimas dos condutores
de descida do SPDA, como sendo os valores das Tabelas 6 e 7.
21
5.3 SUBSISTEMA DE ATERRAMENTO
O subsistema de aterramento tem a funo de dispersar no solo a corrente
resultante de descargas atmosfrica recebida dos condutores de descida, o arranjo e
as dimenses deste subsistema so muito importantes para assegurar a disperso sem
causar sobretenses perigosas.
A NBR 5419 (2005) recomenda conectar o aterramento do SPDA com o dos
demais sistemas, ou seja, com o aterramento dos sistemas de potncia de baixa tenso
e dos sistemas de sinal. Esta interligao deve ser feita com as devidas precaues, de
modo a evitar interferncias indesejadas entre subsistemas distintos.
Os seguintes tipos de eletrodos de aterramento podem ser utilizados:
aterramento natural pelas fundaes, em geral as armaduras de ao das
fundaes;
condutores em anel;
haste verticais ou inclinadas;
condutores horizontais radiais.
Como forma de reduzir gradientes de potencial no solo e a probabilidade de
centelhamento perigoso, a resistncia de aterramento dos eletrodos no deve ser
superior a 10 . A NBR 5419 (2005) determina o comprimento total dos mesmos,
conforme o nvel de proteo e para diferentes resistividades do solo pela Figura 11.
Fonte: NBR 5419 (2005) Figura 11 - Comprimento mnimo dos eletrodos de aterramento em funo dos nveis de resistividade
do solo.
22
O concreto completamente seco tem resistividade eltrica muito elevada, mas,
quando est embutido no solo, permanece mido e a sua resistividade torna-se
semelhante do solo circundante. Por esta razo as armaduras de concreto das
fundaes, quando bem interligadas, constituem um bom eletrodo de terra.
Os condutores do subsistema de aterramento deve ter capacidade trmica
suficiente para suportar o aquecimento produzido pela passagem da corrente e
principalmente deve resistir corroso pelos agentes agressivos encontrados nos
diferentes tipos de solo. A NBR 5419 (2005) especifica as sees e espessuras mnimas
dos eletrodos de aterramento do SPDA, como sendo os valores das Tabelas 6 e 7.
5.4 EQUALIZAO DE POTENCIAIS
No projeto de SPDA, os cabos de descida no formam uma distribuio
uniforme e simtrica, podendo, durante a descarga, gerar potenciais distintos na
mesma altura do prdio. Estas diferenas de potencial podem provocar incndio e
exploso, devido ao centelhamento, assim como choques eltricos dentro do volume
protegido.
Deste modo, conveniente interligar o SPDA, a armadura metlica da
estrutura, as instalaes metlicas, as massas e os condutores dos sistemas eltricos
de potncia e de sinal, dentro do volume a proteger, para obter a equalizao de
potencial.
Poder ser necessrio estabelecer ligaes equipotenciais entre componentes
metlicos exteriores ao volume a ser protegido, se os mesmos interferirem com a
instalao do SPDA exterior.
A NBR 5419 (2005), determina que uma ligao equipotencial deve ser
efetuada:
no subsolo, ou prximo ao quadro geral de entrada de baixa tenso. Os
condutores devem ser conectados a uma barra de ligao equipotencial
principal (BEP), construda e instalada de modo a permitir fcil acesso para
inspees. Essa barra de ligao equipotencial deve estar conectada ao sistema
de aterramento;
23
acima de nvel do solo, em intervalos verticais no superiores a 20m, para
estruturas com mais de 20m de altura. As barras secundrias de ligao
equipotencial devem ser conectadas a armaduras do concreto ao nvel
correspondente, mesmo que estas no sejam utilizadas como componentes
naturais. Ver Figura 12.
Em estruturas providas de SPDA isolados, a ligao equipotencial deve ser
efetuada somente ao nvel do solo.
A superfcie equipotencial pode ser feita aproveitando a prpria armao
metlica das lajes e vigas do prdio, desde que as conexes sejam feitas
convenientemente.
Fonte: Kindermann (1997) Figura 12 Superfcies equipotenciais de uma edificao
Onde a continuidade eltrica no for assegurada por ligaes naturais, a ligao
equipotencial pode ser realizada atravs de condutores especficos, os quais devem
estar conforme a Tabela 9 caso deva suportar toda a corrente de descarga atmosfrica,
ou substancial parte dela, para os demais casos, as sees so indicadas na Tabela 10.
Todos os condutores dos sistemas eltricos de potncia e de sinal devem ser
direta ou indiretamente conectados ligao equipotencial. Condutores vivos devem
ser conectados somente atravs de DPS (Dispositivo de Proteo contra Surtos).
24
Tabela 9 - Sees mnimas dos condutores de ligao equipotencial para conduzir uma parte substancial da corrente de descarga Fonte: NBR 5419 (2005)
Nvel de proteo Material Seo (mm)
I - IV
Cobre 16
Alumnio 25
Ao 50
Tabela 10 - Sees mnimas dos condutores de ligao equipotencial para conduzir uma parte reduzida de descarga atmosfrica Fonte: NBR 5419 (2005)
Nvel de proteo Material Seo (mm)
I - IV
Cobre 6
Alumnio 10
Ao 16
Nas tubulaes e outros elementos metlicos que se originam do exterior da
estrutura, a conexo ligao equipotencial deve ser efetuada o mais prximo possvel
do ponto em que elas penetram na estrutura.
25
6 ANLISE DE EDIFICAES ESTUDO DE CASO
Foram analisados os projetos do sistema de proteo contra descargas
atmosfricas do Residencial Riviera Dei Fiori, localizado na Alameda das Accias lotes
2, 4 e 6, Quadra 107, guas Claras DF, de acordo com a NBR 5419 de 2005.
As edificaes consistem em quatro blocos de edifcios residenciais contendo
estes, os seguintes pavimentos:
Blocos A e B: 01 cobertura (reservatrios superiores de gua potvel, barrilete,
casa de mquinas e telhado), 01 pavimento cobertura com dois apartamentos,
17 pavimentos tipo com quatro apartamentos; 01 pilotis, 2 semienterrados;
Bloco C: 01 cobertura (reservatrios superiores de gua potvel, barrilete, casa
de mquinas e telhado), 01 pavimento cobertura com dois apartamentos, 17
pavimentos tipo com quatro apartamentos, 01 pilotis, 01 semienterrado;
Bloco E: 01 cobertura (reservatrios superiores de gua potvel, barrilete, casa
de mquinas e telhado), 01 pavimento cobertura com dois apartamentos, 14
pavimentos tipo com quatro apartamentos, 01 pilotis, 02 semi-enterrados;
6.1 AVALIAO GERAL DO RISCO E SELEO DO NVEL DE PROTEO
Inicialmente deve-se determinar se um SPDA ou no exigido, e qual o nvel de
proteo aplicvel, a NBR 5419 (2005) recomenda uma avaliao que considere o risco
de a estrutura ser atingida pelo raio, e a importncia tcnica do empreendimento.
A partir do o mapa de curvas isocerunicas da Figura 2, obtemos o nmero
mdio de dias de trovoada por ano (Td) na regio do Distrito Federal como sendo 120.
De posse deste valor, possvel determinar a densidade de descargas atmosfricas
(Ng) da mesma regio utilizando a Equao 1 da seguinte maneira:
.
26
A rea de atrao do raio de cada bloco pode ser determinada a partir da Equao 2.
Blocos A e B (L = 44,03 m, W = 20,14 m e H = 61,21 m):
.
Bloco C (L = 43,34 m, W = 16,75 m e H = 61,13 m):
.
Bloco E (L = 43,34 m, W = 16,75 m e H = 48,75 m):
.
Conhecendo a rea de exposio equivalente das edificaes (Ae) e a densidade
de descargas atmosfricas da regio (Ng), podemos utilizar a Equao 3 para obter a
previso da frequncia anual de descargas atmosfricas de cada bloco.
Blocos A e B:
.
Bloco C:
.
Bloco E:
.
Finalmente, aplicando os fatores de ponderao das Tabelas A.1 A.5 (Anexo
A) na Equao 4, podemos avaliar se os edifcios necessitam de proteo contra
descargas atmosfricas.
onde,
A = 1,2 (edifcios residenciais);
B = 1,0 (estrutura de alvenaria com cobertura no metlica);
C = 0,3 (residncias comuns);
D = 1,0 (estrutura localizada numa rea contendo poucas estruturas de altura similar);
E = 0,3 (plancie).
27
Blocos A e B:
.
A previso indica que os blocos A e B sero atingidos por uma descarga
atmosfrica a cada 28 anos.
Bloco C:
.
A previso indica que o bloco C ser atingido por uma descarga atmosfrica a
cada 30 anos.
Bloco E:
A previso indica que o bloco E ser atingido por uma descarga atmosfrica a
cada 36 anos.
A NBR 5419 (2005) considera riscos maiores que (isto , 1 em cada 1000
anos) inaceitveis. Deste modo, obrigatria a instalao de sistemas de proteo
contra descargas atmosfricas em todos os blocos do residencial.
Com relao ao nvel de proteo, a NBR 5419 (2005) recomenda o nvel III,
para edifcios residenciais. (Tabela A.6 - Anexo A)
6.2 SUBSISTEMA DE CAPTAO
O SPDA projetado do tipo no isolado, com subsistema captor instalado
diretamente sobre o teto e platibandas dos edifcios, j que estes no so de material
inflamvel. Para o projeto de captores, necessrio o uso de um dos mtodos (ou
combinao deles) explicados nos itens 4.1 ao 4.3.
Os mtodos utilizados nos projetos foi o de Faraday combinado com o
eletrogeomtrico. De acordo com a NBR 5419(2005), o emprego do primeiro j seria
obrigatrio, por possurem altura superior a 45 m e estarem mais sujeitos a descargas
laterais. Visando a proteo de antenas de TV e luz piloto, encontrados sobre a caixa
dgua na cobertura dos blocos, foi projetada uma proteo especfica com uso do
captor Franklin.
28
A proteo pelo mtodo Faraday consiste em uma rede de condutores,
disposta no plano horizontal na cobertura dos edifcios, formando uma malha. A
largura de um mdulo desta malha pode ser obtida na Tabela 4 e o comprimento no
deve ser superior ao dobro do valor da largura. Para o nvel de proteo III, o mdulo
da malha dever constituir um anel fechado de no mximo 10 m de largura por 20 m
de comprimento. O condutor escolhido para ser utilizado na captao foi o cabo de
cobre nu, que de acordo com a Tabela 6 deve possuir uma seco mnima de 35 mm.
Visando diminuir a probabilidade da malha captora ser danificada nos pontos
de impacto, foi projetada a instalao de captores verticais (terminais areos) ao longo
dos condutores que compem a malha. Estes terminais areos so de ferro
galvanizado a fogo, com de dimetro e 30 cm de altura. A Figura 13 nos da uma
noo da disposio dos captores assim como a interligao dos condutores do
mdulo interno com o externo da malha.
Fonte: Projetos de SPDA Residencial Riviera Dei Fiori (2010) Figura 13 Disposio de terminais captores ao longo da malha de Faraday
Podemos observar na Figura 14 detalhes da fixao da malha condutora assim
como dos terminais areos.
29
Fonte: Projetos de SPDA Residencial Riviera Dei Fiori (2010) Figura 14 Detalhe da fixao de captores
Como os elementos condutores expostos que no possam suportar o impacto
direto do raio devem ser colocados dentro da zona de proteo de captores
especficos, integrados ao SPDA, foi projetada a instalao de um mastro com 6m de
altura com um captor Franklin de 4 pontas sobre a caixa dgua dos edifcios para
proteo da rea onde sero fixadas as antenas de TV e o sinalizador noturno de
obstculos.
Na Figura 15, podemos observar a rea de proteo proporcionada pelo
mtodo eletrogeomtrico (rea hachurada), para um captor a 6 m do plano horizontal
a ser protegido.
Figura 15 rea de proteo do captor Franklin
30
Temos na Figura 16 uma viso geral da estrutura de instalao do captor tipo
Franklin no mastro, assim como detalhes da sua fixao.
Fonte: Projetos de SPDA Residencial Riviera Dei Fiori (2010) Figura 16 Detalhe de Fixao do Captor Franklin
31
6.3 SUBSISTEMA DE DESCIDAS
De acordo com a NBR 5419 (2005), as armaduras de ao das estruturas de
concreto armado podem ser consideradas condutores de descidas naturais desde que
suas sees sejam no mnimo iguais s especificadas para condutores de descidas na
Tabela 6.
Desta forma, o projeto adotou um sistema de descidas naturais no qual uma
barra de ao comum das ferragens do pilar, com dimetro mnimo de 10 mm, ser
utilizada como condutor de descida, em todos os pilares do corpo do prdio.
A continuidade eltrica do condutor de descida deve ser assegurada por solda
ou por conexo mecnica adequada, desde a fundao at a cobertura. O projeto
garantiu esta continuidade fazendo com que a regio de trespasse apresente 20 cm de
comprimento e a conexo seja feita com 3 clips galvanizados conforme Figura 17.
Fonte: Projetos de SPDA Residencial Riviera Dei Fiori (2010) Figura 17 Detalhe de conexo metlica para garantir continuidade da descida
A NBR 5419 (2005) determina que cerca de 50% dos cruzamentos de barra da
armadura, incluindo estribos, estejam firmemente amarradas com arame de ao.
Desta maneira, foi projetado que no encontro das ferragens da laje com os vergalhes
longitudinais dos pilares dever ser feita uma interligao do ferro de construo
transpassado em 20 cm na vertical e horizontal em formato de L, interligando em
32
primeiramente a barra do SPDA, e em seguida as demais ferragens do pilar, uma sim,
uma no, em posies alternadas, conforme podemos observar na Figura 18.
Fonte: Projetos de SPDA Residencial Riviera Dei Fiori (2010) Figura 18 Interligao das ferragens da laje com as do pilar
Na execuo do projeto devem ser realizados testes de continuidade e estes
devem resultar em resistncias medidas inferiores a 1 . As medies devero ser
realizadas entre o topo e a base de alguns pilares, e tambm entre armaduras de
pilares diferentes, para averiguar a continuidade atravs de vigas e lajes.
Anis horizontais externos no so necessrios se forem utilizados como
condutores de descida as armaes do concreto armado, desde que se admitam danos
no revestimento dos elementos metlicos no ponto de impacto do raio. Os mesmos
no foram utilizados no projeto.
Em estruturas cobrindo grandes reas com larguras superiores a 40m, so
necessrios condutores de descida no interior do volume a proteger, este requisito da
NBR 5419 (2005) foi naturalmente atendido com a utilizao das armaduras de ao
interligadas dos pilares.
33
6.4 SUBSISTEMA DE ATERRAMENTO
O projeto adotou um sistema de aterramento natural pela armadura da
fundao combinado com condutores em anel.
No caso do aterramento natural, uma das ferragens da armadura de ao da
fundao, com seo mnima igual especificada para eletrodos de aterramento na
Tabela 6, deve ser interligada com o condutor de descida instalado em cada pilar, de
modo a assegurar a continuidade eltrica. A ferragem utilizada como eletrodo dever
atingir a profundidade da fundao, no mnimo de 5m de acordo com a Figura 11, sem,
contudo, fazer contato com a terra. A camada de concreto que envolve estes eletrodos
deve ter uma espessura mnima de 5 cm.
Os condutores de descida tambm devero ser interligados a um cabo de cobre
nu de 50 mm de bitola (conforme Tabela 6) atravs de um conector bimetlico
instalado numa caixa de inspeo de PVC localizada no solo prximo a cada pilar. Este
cabo por sua vez dever ser conectado a malha de aterramento atravs de solda
exotrmica e enterrado a uma profundidade de 50 cm formando um anel ao redor da
edificao, com uma distncia da ordem de 1 m das fundaes da estrutura, como
recomendado pela NBR 5419 (2005). O esquema destas conexes pode ser visualizado
na Figura 19. A resistncia de aterramento dever ser da ordem de 10 .
Fonte: Projetos de SPDA Residencial Riviera Dei Fiori (2010) Figura 19 Detalhe de conexo da malha de aterramento com o subsistema de descida
34
6.5 EQUALIZAO DE POTENCIAL
A equalizao de potencial constitui a medida mais eficaz para reduzir os riscos
de incndio, exploso e choques eltricos dentro do volume protegido, deste modo,
extremamente importante a equipotencializao de todas as massas metlicas
existentes nas instalaes, externamente ou internamente estrutura.
Assim, todas as estruturas metlicas existentes na cobertura dos blocos, como
antenas e escada do tipo marinheiro, foram interligadas ao ponto mais prximo do
sistema de captao, para a equalizao de potencial e escoamento de alguma possvel
descarga. Para esta interligao foi utilizado o condutor de cobre nu, de 35 mm de
seo.
Como os edifcios possuem uma altura superior a 20 m, foi projetada a
instalao de Barramento de Equipotencializao Local (BEL) nos 6 e 13 pavimentos
de cada bloco, obtendo intervalos inferiores a 20 m entre eles. Na caixa de equalizao
devero ser interligados condutores de cobre nu provenientes dos seguintes locais:
ferragem do pilar constituinte do SPDA;
ferragem da laje;
condutores de proteo do sistema eltrico;
tubulaes metlicas;
trilhos dos elevadores;
barramentos de equipotencializao de outros pavimentos.
No semienterrado de cada bloco, o mais prximo do solo, deve ser instalado o
Barramento de Equipotencializao Principal (Figura 20), nele, sero interligados
condutores de cobre nu provenientes dos seguintes locais:
ferragem do pilar constituinte do SPDA;
distribuidor geral de linhas de telefone;
aterramento do quadro de distribuio geral do sistema eltrico;
barramentos de equipotencializao de outros pavimentos;
malha de aterramento.
A central de gs dever ser aterrada, atravs de ligao direta com a malha de
aterramento mais prxima. A tubulao metlica que sai da central de gs para
35
distribuir para o prdio tambm dever ser aterrada; assim como todas as partes
metlicas que envolvem a central.
Os condutores fase e neutro foram conectados a Equalizao por intermdio de
um DPS Classe II, o mesmo permite proteger os equipamentos eltricos contra
sobretenses induzidas ou conduzidas (efeitos indiretos) causados pelas descargas
atmosfricas. O dispositivo deve ser instalado a jusante do disjuntor principal do
barramento de entrada de energia dos blocos.
Fonte: Projetos de SPDA Residencial Riviera Dei Fiori (2010) Figura 20 Barramento de equipotencializao principal (BEP)
36
7 CONCLUSES
Sabendo a tamanha importncia da proteo de edificaes contra descargas
atmosfricas, conclui-se que o SPDA um elemento fundamental na segurana da
edificao, pois atravs do mesmo, uma descarga captada e conduzida a terra com
segurana.
A partir da anlise realizada, foi possvel observar que o SPDA do Residencial
Riviera Dei Fiori foi projetado de acordo com a NBR 5419 (2005) com as devidas
precaues tomadas. necessrio destacar que a correta execuo deste projeto e
uma manuteno peridica das instalaes so indispensveis para garantir a
confiabilidade do sistema.
37
BIBLIOGRAFIA
ABNT NBR- 5419 (2005). Proteo de estruturas contras descargas atmosfricas.
ABNT NBR- 5410 (2005). Instalaes eltricas de baixa tenso.
CREDER, Hlio. Instalaes eltricas. 15 edio: 2007 e 2008. Editora: Livros Tcnicos e Cientficos (LTC).
FILHO, Joo Mamede. Instalaes eltricas industriais. ). 6 edio: 2002. Editora: Livros Tcnicos e
Cientficos (LTC). 6 edio: 2002.
KINDERMANN, Geraldo. Descargas atmosfricas. 2 edio: 1997. Editora: Sagra Luzzatto.
NAIDU, M. S.; KAMARAJU, V. High Voltage Engineering, 2 edition: 1996. McGraw-Hill Publishing
Company Limited .
38
ANEXO A FATORES DE PONDERAO PARA AVALIAO GERAL DO RISCO E CLASSIFICAO DE ESTRUTURAS COM
NVEL DE PROTEO. (NBR 5419, 2005)
Tabela A. 1 - Tipo de ocupao da estrutura
Tipo de ocupao Fator A
Casas e outras estruturas de porte equivalente 0,3
Casas e outras estruturas de porte equivalente com antena externa 0,7
Fbricas, oficinas e laboratrios 1,0
Edifcios de escritrios, hotis e apartamentos, e outros edifcios residenciais no includos abaixo
1,2
Locais de afluncia de pblico (por exemplo: igrejas, pavilhes, teatros, museus, exposies, loja de departamento, correios, estaes e aeroportos, estdios de esportes)
1,3
Escolas, hospitais, creches e outras instituies, estruturas de mltiplas atividades 1,7
Tabela A. 2 Tipo de construo da Estrutura
Tipo de construo Fator B
Estrutura de ao revestida, com cobertura no-metlica1)
0,2
Estrutura de concreto armado, com cobertura no-metlica 0,4
Estrutura de ao revestida, ou de concreto simples, com qualquer cobertura, exceto metlica ou de palha
0,8
Estrutura de madeira, alvenaria ou concreto simples, com cobertura metlica 1,7
Qualquer estrutura com teto de palha 2,0 1)
Estruturas de metal aparente que sejam contnuas at o nvel do solo esto excludas desta tabela, porque requerem apenas um subsistema de aterramento
Tabela A. 3 Contedo da estrutura e efeitos indiretos das descargas atmosfricas
Contedo da estrutura ou efeitos indiretos Fator C
Residncias comuns, edifcios de escritrios, fbricas e oficinas que no contenham objetos de valor ou particularmente suscetveis a danos
0,3
Estruturas industriais e agrcolas contendo objetos particularmente suscetveis a danos
(1) 0,8
Subestaes de energia eltrica, usinas de gs, centrais telefnicas, estaes de rdio 1,0
Indstrias estratgicas, monumentos antigos e prdios histricos, museus, galerias de arte e outras estruturas com objetos de valor especial
1,3
Escola, hospitais, creches e outras instalaes, locais de afluncia de pblico 1,7 1)
Instalao de alto valor ou materiais vulnerveis a incndio e s suas consequncias.
Tabela A. 4 - Localizao da Estrutura
Localizao Fator D
Estrutura localizada em uma grande rea contendo estruturas ou rvores da mesma altura ou mais altas (por exemplo: em grandes cidades ou em florestas)
0,4
Estrutura localizada em uma rea contendo poucas estruturas ou rvores de altura similar
1,0
Estrutura completamente isolada, ou que ultrapassa, no mnimo, duas vezes a altura de estruturas ou rvores prximas
2,0
39
Tabela A. 5 - Topografia da regio
Topografia Fator E
Plancie 0,3
Elevaes moderadas, colinas 1,0
Montanhas entre 300 m e 900 m 1,3
Montanhas acima de 900 m 1,7
Tabela A. 6 - Exemplo de classificao de estruturas
Classificao da Estrutura
Tipo da estrutura Efeito das descargas atmosfricas Nvel de proteo
Estruturas comuns
1)
Residncias
Perfurao da isolao de instalaes eltricas, incndio, e danos materiais Danos normalmente limitados a objetos no ponto de impacto ou no caminho do raio
III
Fazendas, estabelecimentos agropecurios
Risco direto de incndio e tenses de passo perigosas Risco indireto devido interrupo de energia e risco de vida para animais devido perda de controles eletrnicos, ventilao, suprimento de alimentao e outros
III ou IV2)
Teatros, escolas, lojas de departamento, reas esportivas e igreja
Danos s instalaes eltricas (por exemplo: iluminao) e possibilidade de pnico Falha do sistema de alarme contra incndio, causando atraso no socorro
II
Bancos, companhias de seguro, companhias comerciais, e outros
Como acima, alm de efeitos indiretos com a perda de comunicao, falhas nos computadores e perda de dados
II
Hospitais, casas de repouso e prises
Como para escolas, alm de efeitos indiretos para pessoas em tratamento intensivo e dificuldade de resgate de pessoas imobilizadas
II
Indstrias Efeitos indiretos conforme contedo das estruturas, variando de danos pequenos a prejuzos inaceitveis e perda de produo
II
Museus, locais arqueolgicos
Perda de patrimnio cultural insubstituvel II
Estruturas com risco confinado
Estaes de telecomunicaes usinas eltricas Indstrias
Interrupo inaceitvel de servios pblicos por breve ou longo perodo de tempo Risco indiretos para as imediaes devido a incndios, e outros com risco de incndio
I
Estrutura com risco para arredores
Refinarias, postos de combustvel, fbricas de munio
Risco de incndio e exploso para instalao e seus arredores
I
Estruturas com risco para o meio ambiente
Indstrias qumicas, usinas nucleares, laboratrios bioqumicos
Risco de incndio e falha de operao, com consequncias perigosas para o local e para o meio ambiente
I
1) ETI (Equipamentos de tecnologia da informao) podem ser instalados em todos os tipos de estruturas, inclusive
estruturas comuns. impraticvel a proteo total contra danos causados pelos raios dentro destas estruturas; no obstante, devem ser tomadas medidas (conforme ABNT NBR 5410) de modo a limitar os prejuzos a nveis aceitveis. 2)
Estruturas de madeira: nvel III; estruturas nvel IV. Estruturas contendo produtos agrcolas potencialmente combustvel (ps e gros) sujeitos a exploso so considerados com risco para arredores.