Sistemas de Proteo contra Descargas Atmosfricas (SPDA)

Elementos Bsicos de um SPDACaptores: so hastes ou condutores horizontais instalados externamente edificao, destinados a receber a descarga eltrica da nuvem e lev-la Terra atravs das descidas. Descidas: so condutores verticais instalados nas laterais da edificao a fim de levar as correntes de descarga para a Terra. Anis de Cintamento: servem para equalizar os potenciais das descidas minimizando assim o campo eltrico dentro da edificao e para receber descargas laterais e distribu-las pelas descidas. Aterramento: a ligao entre o SPDA e a terra atravs de eletrodos enterrados para dissipar pela Terra as correntes de descarga.

Orientaes da NBR 5419 Jun/93 (ultima edio: Fev/2001)Objetivo: Fixar condies de projeto, instalao e manuteno de Sistemas de Proteo Contra Descargas Atmosfricas (SPDA) Aplicveis a estruturas comuns (comerciais, industriais, agrcolas, administrativas ou residenciais) e especiais (chamins, tanques ou antenas externas)

Condies GeraisUm SPDA no impede a ocorrncia das descargas atmosfricas; Um SPDA projetado e instalado conforme norma no pode assegurar a proteo absoluta de uma estrutura, pessoas ou objetos, entretanto reduz os riscos de danos; O tipo e o posicionamento do SPDA devem ser estudados no projeto da edificao para mximo proveito dos elementos condutores da estrutura; No so admitidos recursos adicionais para aumentar o raio de proteo dos captores (formatos especiais, metais supercondutores, materiais ionizantes.)

Avaliao do Risco de Exposio de uma EdificaoA probabilidade de uma edificao ser atingida por um raio em um ano dada pelo produto da Densidade de Descargas para a Terra (Ng) pela rea de Exposio Equivalente (Ae) da edificao.

rea de Exposio Equivalente (Ae) a rea do plano da edificao prolongada em todas as direes, de modo a levar em conta a sua altura.Limite da rea Ae H H H

Densidade de Descargas para a Terra (Ng)Ng ( raios/km2 . ano) = 0,04 x Td 1,25 Td (Nvel cerunico) = no. de dias de trovoadas ouvidas por ano.Pas frica do Sul Itlia Frana Nvel Cerunico 5 a 100 11 a 60 20 a 30 Pas Austrlia Finlndia Alemanha Nvel Cerunico 5 a 107 17 15 a 35

Atividades Eltricas no BrasilRegio So Paulo Minas Gerais Centro-Oeste Amaznia Nordeste (litoral) Nordeste (serto) Sul Td Nvel Cerunico 40 a 100 40 a 120 80 a 120 40 a 140 5 a 10 20 a 60 30 a 80 Ng (desc/Km2 ano) 4,02 a 12,65 4,02 a 15,88 9,57 a 15,88 4,02 a 19,26 0,30 a 0,71 1,69 a 6,68 2,81 a 9,57

Nveis Isocerunicos no Brasil

Freqncia Mdia Anual Previsvel(N)N ( no descargas por ano na edificao): N= Ng . Ae 10-6 1/N nmero de anos para receber 1 descarga

Freqncia Mdia Anual AdmissvelNc freqncia anual admissvel Nc > 10 3 inaceitveis Nc < 10 5 aceitveis

AVALIAO GERAL DO RISCON* = N . A . B . C . D . E A tipo de ocupao da estrutura B tipo de construo da estrutura C contedo da estrutura e efeitos indiretos das descargas atmosfricas D localizao da estrutura E topografia da regio

Verificao da Necessidade de Proteo contra Descargas AtmosfricasN* > 10 3 : requer SPDA 10 5 < N* < 10 3 : necessita anlise de projetista N* < 10 5 : no requer SPDA

Nveis de ProteoNVEL RISCO EFICINCIA

I II III IV

MUITO ELEVADO ELEVADO NORMAL BAIXO

98% 95% 90% 80%

Tabela para Seleo do Nvel de ProteoTIPO DE EDIFICAO Edificaes de explosivos , Inflamveis, Indstrias Qumicas , Nucleares , Laboratrios bioqumicos , Fbricas de munio e fogos de artifcio , Estaes de telecomunicaes usinas Eltricas , Indstrias com risco de incndio,Refinarias, etc. Edifcios Comerciais, Bancos , Teatros , Museus , Locais arqueolgicos , Hospitais , Prises , Casas de repouso , Escolas , Igrejas , reas esportivas NVEL DE PROTEO Nvel I

Nvel II

Edifcios Residenciais,Indstrias,Casas residenciais , Estabelecimentos agropecurios e Fazendas com estrutura em madeira. Galpes com sucata ou de contedo desprezvel , Fazendas e Estab.Agrop. com estrutura em madeira

Nvel III

Nvel IV

OBS: No caso de edificaes muito perigosas (inflamveis , produtos txicos , explosivos , etc) dever ser consultado um especialista para anlise do grau de periculosidade, perigo para a vizinhana , determinar a rea de inalao de gases e at onde a ignio poder ser iniciada ,etc.

Eficincia de um Sistema de ProteoA eficincia mnima (E) de um SPDA pode ser estimada por: E = 1 Nc/N* ( Nc = 10 3 )

CaptadoresMtodo Franklin (ngulo de proteo) Modelo Eletrogeomtrico (Esferas Rolantes ou Fictcias) Mtodo Faraday (Condutores em Malha ou Gaiola)

Mtodo Franklin composto por 01 ou mais captores de 04 pontas, montado sobre mastro cuja altura calculada conforme as dimenses da edificao.Tg do nguloFRMULA GENRICA

R = Tg do ngulo x H

Mtodo Franklin

ngulos de Proteo do Mtodo Franklimngulo do Captor Franklim Nivel de Proteo at 20m 25 35 45 55 Graus h 21 a 29m A 25 35 45 Graus h 30 a 44m A A 25 35 Graus h 45 a 59m A A A 25 Graus h> 60m --B B B B Graus Eficincia do S.P.D.A.

I II III IV Unidades

95 a 98% 90 a 95% 80 a 90% at 80% Porcentagem

Mtodo EletrogeomtricoModelo baseado em estudos feitos a partir de registros fotogrficos de descargas e aplicao de modelos matemticos. um modelo simplificado, obtido a partir de aplicaes em linhas de transmisso. Para aplicao em estruturas foram feitas as seguintes simplificaes: s so consideradas as descargas negativas iniciadas nas nuvens; o lder descendente vertical e nico (no possui ramificaes); a descarga final se d para o objeto aterrado mais prximo, independente de sua massa ou condies de aterramento; as hastes verticais e os condutores horizontais tm o mesmo poder de atrao; a probabilidade de ser atingida uma estrutura aterrada ou o plano da terra a mesma se o lder estiver mesma distncia de ambos. Define-se o Raio de Atrao (R) como sendo a distncia entre os lderes ascendente e descendente formados no instante imediatamente anterior descarga atmosfrica. Para aplicao em estruturas o raio de atrao obtido a partir da seguinte expresso:

R = 10 * I 0,66onde: R - Raio de atrao (m); I - Corrente presumida do raio (em kA).

Volume de ProteoNo mtodo eletrogeomtrico, para determinar o Volume de Proteo deve-se: 1. Fazer um desenho representando a altra "h" da ponta do captor ao solo; 2. Traar uma paralela do solo distncia "R" do mesmo; 3. Com centro na ponta do captor, traar um trecho de circunferncia de raio "R" entre os pontos em que este trecho encontra a paralela ao solo; 4. Com centro nos pontos de encontro, traar as sees de circunferncia que definiro o volume protegido pelo captor.

Altura dos Captores Os captores devem ser projetados de forma que toda a construo fique dentro do volume protegido pelo sistema. Para obtermos a altura do captor de acordo com as dimenses de uma construo, podemos utilizar a expresso simplificada abaixo:

onde: H - Altura do captor ao solo (m) a - Distncia do captor lateral da construo - pior caso (m) h - Altura da construo (m)

Determinao do Raio de Atrao (Ra)

Mtodo da Esfera Rolante (ou Fictcia)Consiste em fazer rolar uma esfera imaginria por sobre toda a edificao. Esta esfera ter um raio R, igual ao raio de atrao definido de acordo com o mtodo Eletrogeomtrico em funo do Nvel de Proteo. Os locais onde a esfera tocar a edificao so os locais mais expostos s descargas, ou seja, so os locais onde o raio tambm pode tocar, devendo ser protegidos por elementos metlicos (captores Franklin ou condutores metlicos).

Raio da Esfera Rolante em Funo do Nvel de ProteoNVEL DE PROTEO RAIO DA ESFERA ROLANTE FICTCIA (m) 20 30 45 60 VALOR DE CRISTA DA CORRENTE (kA) 3.7 6,1 10,6 16,5

I II III IV

OBS : para edificaes de altura elevada e configuraes complexas

Exemplo da Proteo da Esfera Rolante em Edifcios Altos

Exemplo da Proteo da Esfera Rolante em Edificaes Baixas

Mtodo Faraday (h > 60 m)Consiste em uma malha de captao, formada por mdulos retangulares, sempre utilizando cabo de cobre nu, passando por isoladores ou fixados direto sobre a superfcie da edificao.MTODO FARADAY MALHA OU GAIOLA NVEL DE PROTEO I II III IV MDULO DA MALHA (m) 5 x 10 10 x 15 10 x 20 20 x 25

TABELA DE DIMENSIONAMENTO DO MTODO DE CAPTAONivel de Proteo Raio da Esfera (m)

ngulo do Captor Franklimat 20 m 25 35 45 55Graus

h 21 a 29 m A 25 35 45Graus

h 30 a 44 m A A 25 35Graus

h 45 a 59 m A A A 25Graus

h > 60 m --B B B BGraus

Malha da Gaiola (*) 5 10 10 20Metros

Espaamento das Descidas

Eficincia do S.P.D.A.

I II III IVUnidades

20 30 45 60Metros

10 15 20 25Metros

95 a 98% 90 a 95% 80 a 90% at 80%Porcentagem

A = Aplicar somente Gaiola de Faraday ou Esfera Rolante; B = Aplicar somente Gaiola de Faraday; H = Altura do captor.