Conceitos de Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA)

Instalações Elétricas Eng Igor Bertolino Schram CONCEITOS SPDA CONCEITO DE SPDA SEGUNDO A NBR 54192015 Sistema completo destinado a proteger uma estrutura contra os efeitos das descargas atmosféricas É composto de um sistema externo e de um sistema interno de proteção SISTEMA EXTERNO DE PROTEÇÃO Sistema que consiste em um subsistema de captores subsistema de condutores de descida e subsistema de aterramento SISTEMA INTERNO DE PROTEÇÃO Conjunto de dispositivos que reduzem os efeitos elétricos e magnéticos da corrente e descarga atmosférica dentro do volume a proteger DPS Dispositivo de Proteção contra Surtos CONCEITOS SPDA DESCARGA ATMOSFÉRICA Descarga elétrica de origem atmosférica entre uma nuvem e a terra ou entre nuvens consistindo em um ou mais impulsos de vários kA RAIO Um dos impulsos elétricos de uma descarga atmosférica para a terra RELÂMPAGO Luz gerada pelo arco elétrico do raio TROVÃO Ruído produzido pelo deslocamento do ar devido ao súbito aquecimento causado pela descarga do raio CONCEITOS SPDA DESCARGA ATMOSFÉRICA Mapa de densidade de raios no Brasil Manaus é a cidade com maior número de mortos por raios no Brasil foram 20 mortos de 2000 a 2013 O Rio Grande do Sul é o estado com maior concentração de raios do Brasil e tem os raios mais destrutivos do país Sergipe tem a menor concentração e o menor número absoluto de raios do país Porto Real no Rio de Janeiro é a cidade com maior concentração de raios do país são quase 20 raios por km² por ano A cidade de São Paulo ocupa o primeiro lugar no Sudeste com 20 mil raios por ano CONCEITOS SPDA DESCARGA ATMOSFÉRICA OS RAIOS PODEM SER Descendentes Ascendentes Conectantes Entre nuvens CONCEITOS SPDA DESCARGA ATMOSFÉRICA OS RAIOS PODEM SER Descendentes Ascendentes Conectantes Entre nuvens CONCEITOS SPDA DESCARGA ATMOSFÉRICA OS RAIOS PODEM SER Descendentes Ascendentes Conectantes Entre nuvens CONCEITOS SPDA DESCARGA ATMOSFÉRICA OS RAIOS PODEM SER Descendentes Ascendentes Conectantes Entre nuvens CONCEITOS SPDA DESCARGA ATMOSFÉRICA RAIOS ASCENDENTES Partem do chão e por meio de torres e arranhacéus chegam às nuvens São raros RAIOS DESCENDENTES Os mais perigosos Formamse nas nuvens e podem atingir o solo RAIOS ENTRE NUVENS São os mais comuns Surgem da diferença de polaridade dentro das nuvens CONCEITOS SPDA A maior parte dos raios resultam da movimentação inicial das cargas negativas presentes nas nuvens de tempestade 1 QUANDO O AR NÃO MAIS CONSEGUE ISOLÁLAS AS CARGAS NEGATIVAS SE ACUMULAM E TÊM A IR EM DIREÇÃO AO SOLO ATRAÍDAS PELAS CARGAS POSITIVAS 2 A CARGA NEGATIVA FORMA UMA ESPÉCIE DE CANAL DE AR IONIZADO QUE SAI DA NUVEM ATÉ O SOLO 3 QUANDO O CONTATO É FEITO AS CARGAS FLOUEM DA NUVEM PARA O SOLO EM UM FLUXO DE ENERGIA QUE GERA MUITA LUZ O RELÂMPAGO 35 raios ascendentes foram registrados de jan a out de 2012 no Pico do Jaraguá o ponto mais alto da cidade de São Paulo PÁRARAIOS As descargas elétricas das nuvens de tempestade se dirigem para o solo Um campo elétrico que sai do pararaios intercepta a carga e completa um circuito O resultado é uma grande carga de eletricidade chamada de raio O pararaios dissipa esta carga ao leválo para o solo PARARAIOS É um SPDA que tem como objetivo encaminhar a energia do raio desde o ponto que ele atinge a edificação até o aterramento o mais rápido e seguro possível O SPDA não para o raio não atrai raios e nem evita que o raio caia O SPDA protege o patrimônio edificação e as pessoas que estão dentro da edificação que é protegida PARARAIOS Neutralizar pelo poder de atração das pontas o crescimento do gradiente de potencial elétrico entre o solo e as nuvens por meio do permanente escoamento de cargas elétricas do meio ambiente para a terra Oferecer à descarga elétrica que for cair em suas proximidades um caminho preferencial reduzindo os riscos de sua incidência sobre as estruturas Um pararaios corretamente instalado reduz significativamente os perigos e os riscos de danos pois captará os raios que iriam cair nas proximidades de sua instalação PÁRARAIOS EXISTEM BASICAMENTE DOIS TIPOS DE SPDA Franklin Gaiola de Faraday Os sistemas que utilizam o efeito das ponta são mais econômicos mas para edifícios longos como fábricas o princípio da gaiola de Faraday pode se tonar mais econômico E no caso de edifícios destinados a equipamentos eletrônicos tornase indispensável SPDA TIPO FRANKLIN O método proposto por Franklin tem por base uma haste elevada Esta haste em forma de ponta produz sob a nuvem carregada uma alta concentração de cargas elétricas juntamente com um campo elétrico intenso Isto produz a ionização do ar diminuindo a altura efetiva da nuvem carregada o que propicia o raio através do rompimento da rigidez dielétrica da camada de ar Utiliza a propriedade das pontas metálicas de propiciar o escoamento das cargas elétricas para a atmosfera chamado de poder das pontas SPDA TIPO FRANKLIN SPDA TIPO FRANKLIN HASTES Formado por um mastro galvanizado suportes isoladores para o mastro base de fixação e um condutor de descida que leva a descarga elétrica até a malha de aterramento SPDA TIPO FRANKLIN FUNCIONAMENTO O raio captado pela haste é transportado pelo cabo de descida e escoado na terra pelo sistema de aterramento Se o diâmetro do cabo de descida conexões e aterramento não forem adequados as tensões ao longo do sistema que constitui o pararaios serão elevadas e a segurança estará comprometida Ao instalar um sistema de proteção com pararaios devese ter sempre o princípio básico da proteção é preferível não ter para raios do que ter um mal dimensionado ou mal instalado SPDA TIPO FRANKLIN COMPONENTES DO SISTEMA CAPTOR principal componente do pararaios formado por três pontas ou mais de aço inoxidável ou cobre É denominado de ponta MASTRO HASTE é o suporte do captor constituído de um tubo de cobre de comprimento igual a 5 m e com 55 mm de diâmetro A sua função é suportar o captor e servir de condutor metálico ISOLADOR é a base de fixação do mastro ou haste Em geral de porcelana vitrificada ou de vidro temperado para nível de tensão de 10 kV CONDUTOR DE DESCIDA é o condutor que faz a ligação entre o captor e o eletrodo de terra SPDA TIPO FRANKLIN COMPONENTES DO SISTEMA SPDA TIPO FRANKLIN SPDA TIPO FRANKLIN SPDA TIPO FRANKLIN SPDA TIPO FRANKLIN SPDA TIPO FRANKLIN SPDA TIPO FRANKLIN CONDUTOR DE DESCIDA Tem a função de conduzir o raio desde o captor até o sistema de aterramento Esta condução deverá ser feita de modo a não causar dano na estrutura protegida manter os potenciais abaixo do nível de segurança e não produzir faiscamentos laterais com estruturas metálicas vizinhas Deve ser contínuo Se não for possível usar emendas metalizadas Essas emendas devem ter secção maior ou igual ao cabo de descida Os condutores de descida devem ser instalados nos cantos principais da edificação e ao longo das fachadas de acordo com o nível de proteção No caso de edifícios com os andares superiores em balanço não é permitido que o condutor de descida contorne o balanço Poderia por em risco a segurança de uma pessoa que aí estivesse Neste caso é obrigatório que o condutor de descida passe por um local protegido como um poço interno por exemplo SPDA TIPO FRANKLIN ARMADURA DE CONCRETO COMO CONDUTOR DE DESCIDA As armaduras de concreto armado podem ser consideradas condutores de descida naturais desde que Cerca de 50 dos cruzamentos de barras da armadura incluindo os estribos estejam firmemente amarrados com arame de aço torcido e as barras na região de trespasse apresentem comprimento de sobreposição de no mínimo 20 diâmetros igualmente amarrados com arame de aço torcido ou soldadas ou interligadas por conexão mecânica adequada SPDA TIPO FRANKLIN ELETRODO DE TERRA O condutor de descida é conectado na sua extremidade inferior a três ou mais eletrodos de terra cujo valor da resistência de aterramento não deverá ser superior a 10 Ohms na pior época do ano período seco para instalações em geral e de 1 Ohm para edificações destinadas a materiais explosivos ou facilmente inflamáveis A função do aterramento nos SPDAs é dissipar no solo as correntes dos raios recebidas pelos captores e conduzidas pelas descidas Quando da dissipação devem ser satisfeitas as seguintes condições SPDA TIPO FRANKLIN ELETRODO DE TERRA A função do aterramento nos SPDAs é dissipar no solo as correntes dos raios recebidas pelos captores e conduzidas pelas descidas Quando da dissipação devem ser satisfeitas as seguintes condições Não devem surgir diferenças de potencial entre equipamentos ou partes de um mesmo equipamento Não devem surgir no solo diferenças de potencial que causem tensões de passo perigosas às pessoas Não devem surgir entre as partes metálicas e o solo diferenças de potencial que causem tensões de toque ou descarga laterais às pessoas Para que estas condições sejam atendidas devese equalizar os referenciais de potencial das diferentes entradas força e telefone por exemplo de modo que não surjam diferenças de potencial perigosas aos equipamentos SPDA TIPO FRANKLIN CONEXÃO DE MEDIÇÃO Conexão desmontável destinada a permitir a medição da resistência de aterramento Deve ser instalada a 2 m ou mais acima do nível do solo SPDA TIPO GAIOLA DE FARADAY O princípio básico da proteção de Michael Faraday 17911867 é usar os condutores de captura em forma de anel É uma proteção eficiente e largamente adotada Para melhorar a sua eficiência pode ser usada em conjunto com a proteção tipo Franklin É formado por um captor cabos de cobre no formato de uma malha suportes isoladores e tubos de proteção para os condutores de descida até o solo SPDA TIPO GAIOLA DE FARADAY SPDA TIPO GAIOLA DE FARADAY SPDA TIPO GAIOLA DE FARADAY LARGURA DO MÓDULO DA MALHA DA GAIOLA DE FARADAY O módulo de malha deverá constituir um anel fechado com o comprimento não superior ao dobro da sua largura SPDA ESTRUTURAL A MELHOR Formação wwweaduningaedubr