Descargas Atmosfericas - Formacao Eletrizacao e Tipos de Descarga

DESCARGAS ATMOSFÉRICAS DESCARGAS ATMOSFÉRICAS A eletrificação e concentração de cargas em diferentes porções de uma nuvem faz com que a mesma adquira uma característica de dipolo elétrico Existem algumas teorias que tentam explicar como ocorre o processo de eletrificação da nuvem e entre as mais bem aceitas estão a teoria da precipitação e também a teoria da convecção Ambas as teorias de eletrificação concluem que na grande maioria dos casos cerca de 90 das vezes 2 MAMEDE FILHO JOÃO a nuvem se carrega negativamente em sua porção inferior e positivamente em sua porção superior DESCARGAS ATMOSFÉRICAS A concentração de cargas negativas na porção inferior da nuvem provoca uma imensa migração de cargas positivas para a área correspondente à sua sombra na terra Essa nuvem quando levada pelo vento faz com que essas cargas positivas se desloquem na terra escalando pessoas casas prédios torres pararaios e morros passando por diversas condições atmosféricas 3 KINDERMAN GERALDO DESCARGAS ATMOSFÉRICAS O aumento na diferença de potencial ou gradiente de tensão nuvemterra pode chegar ao ponto de superar a rigidez dielétrica do ar que é de aproximadamente 3MVm Quando isso ocorre dáse inicio a um fenômeno chamado de descarga piloto descendente que nada mais é do que a migração das cargas negativas da nuvem para a terra 2 MAMEDE FILHO JOÃO DESCARGAS ATMOSFÉRICAS Mantendose elevada essa diferença de potencial entre terra e nuvem a aproximação da descarga piloto descendente induz uma descarga ascendente Essa descarga é o deslocamento das cargas positivas da terra tentando encontrar a descarga piloto descendente DESCARGAS ATMOSFÉRICAS Quando as duas descargas se juntam Attachment conectam o potencial da terra ao da nuvem criando uma descarga de retorno que segue o caminho previamente ionizado desde a terra até a nuvem Só então se origina a descarga principal de grande intensidade no sentido da nuvem para a terra 2 MAMEDE FILHO JOÃO DESCARGAS ATMOSFÉRICAS Descarga Piloto Descendente Descarga Ascendente Descarga de Retorno Descarga Principal 1º Etapa 2º Etapa 3º Etapa 4º Etapa DESCARGAS ATMOSFÉRICAS Camada negativa de blindagem 2 3 km Camada de blindagem e centro positivo secundário Fig 81 Estrutura elétrica de uma típica nuvem de tempestade Quatro alternativas possíveis para descargas nuvemsolo DESCARGAS ATMOSFÉRICAS Esclarecimentos SPDA Páraraios NÃO atraem os raios Densidade de raios quantidadeKm2por ano não depende do solo e sim do clima Um raio pode incidir várias vezes no mesmo local DESCARGAS ATMOSFÉRICAS Tipos de descarga Direta consiste na incidência direta de raios sobre linhas de transmissão de energia elétrica edifícios residências e cercas Indireta são surtos de sobrecorrentes decorrentes de surtos induzidos acoplamento indutivo ou capacitivo ou Injetados acoplamento resistivo ou via sistema de aterramento DESCARGAS ATMOSFÉRICAS Efeitos dos Raios sobre os Seres Vivos Tensão de toque contato DESCARGAS ATMOSFÉRICAS Efeitos dos Raios sobre os Seres Vivos Tensão de Passo DESCARGAS ATMOSFÉRICAS Índice Cerâunico No Brasil ocorrem de 50 a 70 milhões de raios todo ano Produzem em média uma centena de mortos e trazem perdas estimadas em R 500 milhões na maior parte ao setor elétrico O Brasil devido à enorme extensão territorial e posição geográfica a região tropical pode ser considerado como o país de maior incidência de raios em todo o mundo embora a região com maior densidade de raios por m²ano esteja na África Central DESCARGAS ATMOSFÉRICAS Concentração de raios na cidade CidadeUF Volta Redonda RJ Densidade de descargas 1265017900461 por km²ano Ranking densidade nacional 439 Ranking densidade estadual 3 Concentração de raios na cidade CidadeUF Porto Real RJ Densidade de descargas 1455830712504 por km²ano Ranking densidade nacional 322 Ranking densidade estadual 1 DESCARGAS ATMOSFÉRICAS Onde mais ocorrem acidentes Locais Abertos e Descampados Locais com Estruturas Elevadas Estruturas Metálicas sem Aterramento Instalações sem SPDA e Aterramento Proximidades a Linhas Férreas Linhas de Transmissão de Energia Próximas Torres de Telecomunicações DESCARGAS ATMOSFÉRICAS Os raios caem em aviões DESCARGAS ATMOSFÉRICAS Características dos Raios 80 dos raios são nuvemnuvem ou intranuvem 20 dos raios são nuvemsolo A descarga de retorno chega a velocidade de 100000 kmh 90 dos raios são negativos Um raio dura de 01 a 2 segundos A intensidade média varia de 20 a 200 kA O raio de maior intensidade registrado chegou a 280 kA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS Características dos Raios 80 dos raios são múltiplos ou seja possuem mais de uma descarga de retorno Em média um raio possui de 3 a 6 descargas de retorno Há registro de um único raio com 26 descargas DESCARGAS ATMOSFÉRICAS Importância do SPDA e sistemas de aterramento Garantia da segurança de pessoas e controle do risco com choques elétricos Adequarse aos padrões internacionais e Certificação de Segurança das instalações Redução de interrupções por falhas e queimas de equipamentos Continuidade dos negócios com menor riscos de acidentes e paralisações NBR54192015 Proteção contra Descargas Atmosféricas NBR 54192015 Parte 1 Princípios Gerais Parte 2 Gerenciamento de Risco Parte 3 Danos Físicos à Estrutura e Riscos à Vida Parte 4 Sistemas Elétricos e Eletrônicos Internos na estrutura NBR54192015 Conexões entre as partes da ABNT NBR 5419 DEFINIÇÕES BÁSICAS NÃO DOCUMENTAR NBR54192 SIM SUBSISTEMAS Natural Não Natural Misto CAPTAÇÃO DESCIDAS ATERRAMENTO EQUIPOTENCIALIZAÇÃO ZPRs PDA SPDA NBR54193 MPS NBR54194 DPS Coordenados Não coordenados ROTEAMENTO Separar serviços Evitar laços BLINDAGENS Infraestrutura Cabos blindados Blind Espacial EQUIPOTENCIALIZAÇÃO BEP Serviços Energia Telecom Gáz Água Esgoto Gases medicinais Produtos químicos Pipe racks esteiras Massas metálicas etc DEFINIÇÕES BÁSICAS ZPRs Zonas de Proteção contra Raios A aplicação das ZPRs considera a redução gradual dos surtos de tensão até valores suportáveis antes que eles alcancem os terminais dos equipamentos eletrônicos e comprometam a sua integridade Todas as informações necessárias para projetar corretamente as ZPRs estão na parte 4 da ABNT NBR 54192015 PDA Proteção contra Descargas Atmosféricas Uma etapa fundamental nos projetos de Proteção contra Descargas Atmosféricas PDA é o gerenciamento de risco para determinar se a edificação necessitará ou não ser protegida contra descargas atmosféricas e caso sim como essa proteção deverá ser feita O gerenciamento de risco é o tema da segunda parte da norma técnica ABNT NBR 54192015 sobre proteção contra descargas atmosféricas que estabelece uma metodologia para determinação dos parâmetros da PDA tanto do Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas SPDA quanto das Medidas de Proteção contra Surtos MPS DEFINIÇÕES BÁSICAS MPS Medidas de Proteção contra Surtos Podem ser complementares ou concorrentes mas seu objetivo sempre será evitar que nos terminais dos equipamentos eletroeletrônicos apareça uma diferença de tensão maior do que eles podem suportar As MPS são apresentadas na parte 4 da norma ABNT NBR 54192015 SPDA Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas Basicamente o objetivo do SPDA é dissipar para terra essa perigosa corrente elétrica direcionando a corrente por um caminho mais seguro possível desta maneira minimizando ou anulando seus impactos BEP Barramento de Equipotencialização Principal Tem o objetivo de possibilitar a interligação de todos os elementos da edificação que possam ser incluídos na equipotencialização principal Ele é definido no item 324 da parte 3 da norma ABNT NBR 54192015 SPDA Níveis de Proteção A NORMA divide a proteção para as estruturas de acordo com a importância do risco em quatro níveis Nível I Raios de até 200kA Proteção estimada 98 Nível II Raios de até 150kA Proteção estimada 95 Nível III Raios de até 100kA Proteção estimada 90 Nível IV Raios de até 100kA Proteção estimada 80 Não há como atingir 100 de Proteção Nível de proteção I Classificação da estrutura Estruturas com risco para os arredores Tipo Refinarias postos de combustível fábricas de fogos ou munições estruturas agrícolas com pós de grãos Efeitos Risco de incêndio e explosão Nível de proteção I Classificação da estrutura Estruturas com risco confinado Tipo Centrais de telecomunicações subestações usinas indústrias Efeitos Risco de incêndio interrupção inaceitável de serviços públicos Nível de proteção I Classificação da estrutura Estruturas com risco para o meioambiente Tipo Indústrias químicas usinas nucleares Efeitos Riscos de incêndio com consequências no meioambiente Nível de proteção II Classificação da estrutura Estruturas comuns com afluência de público Tipo Museus locais arqueológicos Efeitos Perda de patrimônio cultural insubstituível Nível de proteção II Classificação da estrutura Estruturas comuns com afluência de público Tipo Hospitais e casas de repouso Efeitos Dificuldades de resgate e falhas em equipamentos de tratamento Nível de proteção II Classificação da estrutura Estruturas comuns com afluência de público Tipo Prisões Efeitos Dificuldades na evacuação e falhas no sistema de segurança Nível de proteção II Classificação da estrutura Estruturas comuns com afluência de público Tipo Bancos seguradoras financeiras Efeitos Falha nos computadores com perda de dados Nível de proteção II Classificação da estrutura Estruturas comuns com afluência de público Tipo Teatros escolas igrejas áreas esportivas e outros locais com afluência de público Efeitos Danos nas instalações elétricas e no sistema de alarme de incêndio e possibilidade de pânico Nível de proteção III Classificação da estrutura Estruturas comuns ocupação somente de moradores ou trabalhadores Tipo Residências Efeitos Danos as instalações elétricas e materiais incêndio danos normalmente limitados ao local de impacto Nível de proteção III Classificação da estrutura Estruturas comuns ocupação somente de moradores ou trabalhadores Tipo Indústrias Efeitos Perda de produção e danos variáveis de pequenos a inaceitáveis Nível de proteção III Classificação da estrutura Estruturas comuns ocupação somente de moradores ou trabalhadores Tipo Fazendas e estabelecimentos agropecuários com estrutura de madeira Efeitos Risco direto de incêndio tensões de passo falhas em equipamentos de tratamento de animais SPDA Níveis de Proteção Nível de proteção IV Classificação da estrutura Estruturas comuns com conteúdo desprezível ou de baixo rico Tipo Fazendas e estabelecimentos agropecuários Galpões de depósitos com materiais não inflamáveis Efeitos Risco direto de incêndio tensões de passo falhas em equipamentos de tratamento de animais Risco direto de incêndio e tensões de passo SPDA A NBR 5419 parte 3 especifica três subsistemas que formam o SPDA Subsistema de captação Subsistema de descida Subsistema de Aterramento SPDA A NBR 5419 define três métodos para o subsistema de captação Método do ângulo de proteção Método Franklin Método da esfera rolante Método das malhas Gaiola de Faraday SPDA Posicionamento Componentes do subsistema de captação instalados na estrutura devem ser posicionados nos cantos salientes pontas expostas e nas beiradas especialmente no nível superior de qualquer fachada SPDA Posicionamento Métodos aceitáveis a serem utilizados na determinação da posição do subsistema de captação incluem a Método do ângulo de proteção b Método da esfera rolante c Método das malhas Os métodos da esfera rolante e das malhas são adequados em todos os casos O método do ângulo de proteção é adequado para edificações de formato simples mas está sujeito aos limites de altura dos captores SPDA Posicionamento Os raios preferem os cantos das estruturas Probabilidade de lideres ascendentes se formar no canto é maior SPDA Posicionamento Não existe SPDA que atraia raios Posicionase os elementos captores nos locais de maior probabilidade de incidência SPDA Componentes Rede captora de descargas Cabo de descida Rede de interligação dos aterramentos e a massa metálica da edificação Aterramento São condutores empregados para reduzir a impedância entre os elementos captores e a malha de aterramento O ideal é utilizar dois cabos por medida de segurança caso de ruptura SPDA Componentes 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 Componentes SPDA Métodos de proteção 1 Método Franklin A haste metálica captor a uma determinada altura do solo forma um cone que delimita o volume de proteção SPDA Métodos de proteção 1 Método Franklin A haste metálica captor a uma determinada altura do solo forma um cone que delimita o volume de proteção SPDA Métodos de proteção 1 Método Franklin SPDA Métodos de proteção 1 Método Franklin Método do Ângulo de proteção O método Franklin é recomendado para aplicação em estruturas não muito elevadas conforme tabela NBR 54192015 e de pouca área horizontal onde podemos utilizar uma pequena quantidade de captores o que torna o projeto economicamente interessante SPDA É um caso particular do Modelo Eletrogeométrico em que o segmento de círculo é substituído por um segmento de reta que parte do ponto captor com um ângulo máximo de 45 graus 45 Método de Franklin a vertical rod or mast not exceeding a height of 15 metres protected zones a tall tower Modelo eletrogeométrico an overhead ground wire above a small structure 45 Método de Franklin 30 metres 30 metres SPDA Método Franklin ou do ângulo de proteção Topo do Captor α ângulo de proteção Base do Captor hc Raiotan α SPDA Métodos de proteção 2 Gaiola de Faraday SPDA Métodos de proteção 2 Gaiola de Faraday É baseado na teoria de que o campo magnético no interior de uma gaiola condutora é nulo Instalar um sistema de captores formado por condutores horizontais interligados em forma de malha SPDA Métodos de proteção 2 Gaiola de Faraday SPDA Métodos de proteção 2 Gaiola de Faraday SPDA Métodos de proteção 2 Gaiola de Faraday SPDA SPDA Raycon SPDA Métodos de proteção 3 Esfera rolante ou fictícia modelo eletromagnético Consiste em fazer rolar uma esfera por toda a edificação Esta esfera terá um raio definido em função do Nível de Proteção Os locais onde a esfera tocar a edificação são os locais mais expostos a descargas Resumindo poderemos dizer que os locais onde a esfera tocar o raio também pode tocar devendo estes serem protegidos por elementos metálicos captores Franklim ou condutores metálicos SPDA 3 Esfera rolante ou fictícia modelo eletromagnético SPDA 3 Esfera rolante ou fictícia modelo eletromagnético SPDA 3 Esfera rolante ou fictícia modelo eletromagnético SPDA 3 Esfera rolante ou fictícia modelo eletromagnético SPDA Experimento do Método Eletrogeométrico ou Método da Esfera Rolante httpswwwyoutubecomwatchv1MvDbjwlw0 SPDA Dimensionamento Ângulo de proteção Método Franklin conforme NBR 541915 SPDA Dimensionamento Captores Captor tipo Franklin Fonte NBR5419 ABNT Nível de proteção Ângulo de proteção α pela altura 0 20 21 30 31 45 46 60 60 I 25º II 35º 25º III 45º 35º 25º IV 55º 45º 35º 25º Ângulo de proteção Método Franklin SPDA Dimensionamento Captores Dimensões máximas Gaiola de Faraday Nível de proteção Largura da malha a I 5m II 10m III 15m IV 20m b 2 x a Fonte NBR5419 ABNT a largura da malha b comprimento da malha SPDA Dimensionamento Raio da esfera e dimensões da malha conforme NBR 541915 SPDA Dimensionamento Nível de proteção Raio da esfera I 20m II 30m III 45m IV 60m Raio da esfera rolante Fonte NBR5419 ABNT SPDA Dimensionamento Distância entre descidas conforme NBR 541915 SPDA Dimensionamento Tabela 3 Seções mínimas dos materiais do SPDA Material Captor e anéis intermediários mm² Descidas para estruturas de altura até 20 m mm² Descidas para estruturas de altura superior a 20 m mm² Eletrodo de aterramento mm² Cobre 35 16 35 50 Alumínio 70 25 70 Aço galvanizado a quente ou embutido em concreto 50 50 50 80 SPDA Dimensionamento Dimensões mínimas dos eletrodos de aterramento conforme NBR 541915