TCC Lorena [Versão Final]

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




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




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.

vi

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.

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TCC Lorena [Versão Final]