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UM NOVO PARADIGMA
FRANCISCO ANDRÉ DE OLIVEIRA NETO
Rev. JULHO-2013
Um raio ou relâmpago é uma descarga elétrica produzida entre nuvens de chuva ou entre uma destas nuvens e a terra. A descarga visível com trajetórias sinuosas e de ramificações irregulares ás vezes com muitos quilômetros de distância, fenômeno conhecido como relâmpago. A descarga ocorre no momento em que as cargas elétricas (quantidade de íons, cátions ou ânions) atingem energia suficiente para superar a rigidez dielétrica do ar, de forma explosiva, luminosa e violenta.
Térmicos;
Tensões induzidas;
Sobretensões;
Tudo começa quando o ar quente e úmido próximo ao solo se eleva na atmosfera resfriando-se a certa altura formando as cúmulos-nimbos. A uma altitude de cerca de 10km, a baixíssima temperatura na sua parte superior (-30 a -35ºC) provoca a precipitação de partículas de água e cristais de gelo que caem no interior da nuvem, provocando violentas correntes de ar no seu interior que atingem 200km/h. Ao longo do caminho o choque entre as partículas torna algumas delas eletrificadas. As cargas positivas se concentram no topo da nuvem enquanto as cargas negativas na parte inferior.
Quando a rigidez dielétrica entre a nuvem e o solo é rompida, tem início o processo de descarga atmosférica. Primeiro, uma descarga negativa, designada de líder escalonado, e que ainda não é visível a olho nu, parte da nuvem em direção a terra seguindo um percurso errático até atingir uma determinada altura com uma velocidade média da ordem de 105m/s e duração aproximada de 20ms. A corrente elétrica atinge valores da ordem de 100A em um canal com diâmetro de aproximadamente 10cm.
Quando a parte frontal do líder escalonado aproxima-se do solo, o campo elétrico intensifica-se, acarretando uma nova descarga, denominada de descarga conectante que tem sentido ascendente e parte, geralmente de objetos pontiagudos existentes na superfície e vai de encontro ao líder escalonado. O encontro do líder escalonado e a descarga conectante provoca uma descarga de intensidade luminosa denominada de descarga de retorno.
Descargas (a) nuvem-solo; (b) entre nuvens; (c) solonuvem; (d) para o ar; (e) intra-nuvem; (f) entre nuvem e a ionosfera.
ABNT-NBR-5419 IEC-62305-2 NFPA-780A
SPDA 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.
VOLUME A PROTEGER Volume de uma estrutura ou de uma região que requer proteção contra os efeitos das descargas atmosféricas.
O volume a proteger deve envolver o volume classificado de modo a evitar que o percurso da descarga até o captor, não atravesse a atmosfera explosiva.
Nível de proteção: Termo de classificação de um SPDA que denota sua eficiência. Este termo expressa a probabilidade com a qual um SPDA protege um volume contra os efeitos das descargas atmosféricas.
Eficiência de interceptação (Ei): Relação entre a freqüência média anual de descargas atmosféricas interceptadas pelos captores e a freqüência (Ndc) sobre a estrutura.
Eficiência de dimensionamento (Es): Relação entre a freqüência média anual de descargas atmosféricas interceptadas sem causar danos à estrutura e a freqüência (Ndc) sobre a estrutura.
Eficiência de um SPDA (E): Relação entre a freqüência média anual de descargas atmosféricas que não causam danos, interceptadas ou não pelo SPDA, e a frequência (Ndc) sobre a estrutura.
Risco de danos: Expectativa de danos anuais médios (de pessoas e bens), resultantes de descargas atmosféricas sobre uma estrutura. Estruturas especiais: Estruturas cujo tipo de ocupação implica riscos confinados, ou para os arredores, ou para o meio ambiente ou para as quais o SPDA requer critérios de proteção específicos. Estruturas (especiais) com risco confinado: Estruturas cujos materiais de construção, conteúdo ou tipo de ocupação tornam todo ou parte do volume da estrutura vulnerável aos efeitos perigosos de uma descarga atmosférica, mas com os danos se restringindo ao volume próprio da estrutura.
Estruturas (especiais) com risco para os arredores: Estruturas cujo conteúdo pode ser perigoso para os arredores, quando atingidas por uma descarga atmosférica, tais como depósitos de explosivos ou de líquidos inflamáveis.
Estruturas (especiais) com risco para o meio ambiente: Estruturas que podem causar emissões biológicas, químicas ou radioativas em conseqüência de uma descarga atmosférica.
Estruturas (especiais) diversas: Estruturas para as quais o SPDA requer critérios de proteção específicos.
SUBSISTEMA CAPTOR destinada a interceptar as descargas atmosféricas;
SUBSISTEMA DE DESCIDA destinada a conduzir a corrente de descarga atmosférica desde o subsistema captor até o subsistema de aterramento;
SUBSISTEMA DE ATERRAMENTO destinada a conduzir e a dispersar a corrente de descarga atmosférica na terra.
DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO elétricos e magnéticos (DPS).
É formado por hastes, cabos esticados, condutores em malha e elementos naturais;
Para o seu correto posicionamento, consultar a tabela 1 da NBR-5419;
Deve distar no mínimo 2m de qualquer instalações metálicas contidas no volume a proteger.
É formado condutores;
por
descidas
naturais
ou
através
de
Com o intuito de minimizar os perigos de centelhamento, os condutores de descida devem ser dispostos de modo a minimizar a distância percorrida pela corrente de descarga e caminhos alternativos.
Para o seu correto posicionamento, consultar a NBR5419;
Deve distar no mínimo 2m de qualquer instalações metálicas contidas no volume a proteger.
O subsistema de aterramento deverá ser único e integrado a estrutura e ao aterramento geral da instalação. Sistemas distintos devem ser interligados por meio de ligação equipotencial de baixa impedância;
O arranjo e as dimensões do subsistema de aterramento são mais importantes que o próprio valor da resistência de aterramento;
Os eletrodos de aterramento devem ser instalados fora do volume a proteger;
Solda exotérmica;
A NBR-5410 recomenda que a malha de aterramento tenha uma resistência de aterramento menor que 10
Equalizações de potenciais;
É o número de dias com trovoadas por ano.
Estruturas especiais com riscos inerentes de explosão, requerem o mais alto nível de proteção contra descargas atmosféricas. Para os demais casos, determinar a necessidade ou não da instalação de um SPDA e o nível de proteção. Nos seguintes casos a necessidade é evidente como em: 1. 2. 3. 4. 5.
Locais de grande afluência de público; Locais que prestam serviços essenciais; Áreas com alta densidade de descargas atmosféricas; Estruturas isoladas, ou com altura superior a 25m; Estruturas de valor histórico ou cultural.
AVALIAÇÃO DO RISCO DE EXPOSIÇÃO
A densidade de descargas atmosféricas para a terra representa o número de raios para a terra por unidade de área por ano. É função unicamente do número de dias de trovoadas por ano e pode ser estimado pela equação: 1, 25
N g 0,05 T d
AVALIAÇÃO DO RISCO DE EXPOSIÇÃO
Área de atração
AVALIAÇÃO DO RISCO DE EXPOSIÇÃO
A probabilidade, ou risco previsível, de uma estrutura ser atingida por um raio em um ano é o produto da densidade de descargas atmosféricas para a terra pela área de exposição . N
6
d
N g A 10
2
A avaliação geral de risco leva em consideração a ponderação de todos os fatores constantes das tabelas B.1 a B.5 da NBR-5419.
N
onde A L C 2 H L C H
dc
N
d
A B C D E
Decidir pela necessidade ou não da instalação de um SPDA.
FRANKLIN GAIOLA DE FARADAY ELETROGEOMÉTRICO
1ª lei de Faraday -Nos condutores em equilíbrio a eletricidade é distribuída apenas na superfície externa ; no seu interior não há traço de eletricidade. 2ª lei de Faraday - No equilíbrio elétrico a força elétrica no interior dos condutores completamente fechados e desprovidos de corpos eletrizados é nula.
MODELO ELETROGEOMÉTRICO
R
R
R R h
MODELO ELETROGEOMÉTRICO
RESISTIVIDADE DO SOLO Numericamente é igual a resistência de um cubo de 1m de aresta, ver NBR-7117. l R R A Vários fatores devem ser levados em consideração quando se estudar o comportamento elétrico do solo. Intensidade Temperatura Umidade Quantidade de sais dissolvidos
RESISTIVIDADE DO SOLO
Existem várias tabelas na literatura que mostram as faixas de variação da resistividade do solo. Entretanto são apenas estimativas grosseiras, a medição da resistividade no local é imperativa. O solo não pode ser considerado uniforme pois a variação de resistividade lateral e vertical é bastante acentuada.
TÉCNICAS DE MEDIÇÃO (WENNER) Crava-se no solo 4 hastes alinhadas e espaçadas uniformemente.
2aR
(SHLUMBERGER) Crava-se no solo 4 hastes alinhadas e espaçadas conforme figura b.
d aR 1 c
RESISTÊNCIA DE ATERRAMENTO É a oposição a passagem da corrente elétrica que circula pelo aterramento. E R I Principais cuidados durante a medição do aterramento Instrumento aferido Eletrodos isentos de gordura e alinhados Verificar possíveis interferências Desconectar ou desligar todos os equipamentos
CURVA DE POTENCIAL
Tensão (V)
TENSÃO x DISTÂNCIA 100% 95% 90% 85% 80% 75% 70% 65% 60% 55% 50% 45% 40% 35% 30% 25% 20% 15% 10% 5% 0%
Distância (m)
TÉCNICAS DE MEDIÇÃO MÉTODO DA INTERSEÇÃO DAS CURVAS Ponto arbitrário de medição
dv
X O
d
v
X
di
d
i
0 ,6 1 8 X
TÉCNICAS DE MEDIÇÃO MÉTODO DA INCLINAÇÃO DA CURVAS
R3 R2 R2 R1
MÉTODO DOS TRÊS POTENCIAIS
K132
Rc R1 k1 R2 k 2 R3 k3 K1 TAGG ROMANO
K2
K3
-1,3350
3,0407
-0,7057
0,1667
0,6809
0,15
MEDIDAS DE POTENCIAL Utilizam-se 2 placas de cobre ou aluminio, com superfícies bem polidas, de dimensões 10x20cm e com terminal próprio para a interligação do voltímetro para simular a área de contato do pé humano. Deve ser utilizado voltímetro de alta sensibilidade (alta impedância) e intercalar entre os pontos de medição uma resistência com valor de 1.000 Deve-se efetuar as medidas em todos os quadrantes do solo, com relação a extrutura.
POTENCIAL DE TOQUE
POTENCIAL DE PASSO
EXTRAPOLAÇÃO DAS MEDIDAS
INSPEÇÃO
INSPEÇÃO
INSPEÇÃO
INSPEÇÃO
Nas áreas de processo, estocagem e manuseio de fluidos inflamáveis, o Plano de Proteção contra Descargas Atmosféricas deve considerar nível de proteção I e ser apresentado sobreposto ao Plano de Classificação de Áreas, indicando vents, respiros atmosféricos e outros.
Planta baixa
Corte
SPDA VISTA LATERAL ESQUERDA
Esse
dimensionamento está correto?
TANQUES
ESCADA
BACIA DE CONTENÇÃO
VOLUME CLASSIFICADO
SPDA
VOLUME DE PROTEÇÃO DO SPDA
ÁREA CLASSIFICADA DESPROTEGIDA
REDUÇÃO DO VOLUME DEVIDO A PENETRAÇÃO DA ESFERA ROLANTE
CURVAS DE VOLUME DE PROTEÇÃO
CURVAS DE VOLUME DE PROTEÇÃO - 17 METROS DO SOLO - 10 METROS DO SOLO - 5 METROS DO SOLO - 3 METROS DO SOLO - 1 METRO DO SOLO - NNÍVEL DO SOLO
VOLUME DE PROTEÇÃO DO SPDA
REDUÇÃO DO VOLUME DEVIDO A PENETRAÇÃO DA ESFERA ROLANTE
CURVAS DE VOLUME DE PROTEÇÃO
ÁREA CLASSIFICADA DESPROTEGIDA
VOLUME DE PROTEÇÃO DO SPDA ÁREA CLASSIFICADA DESPROTEGIDA
CURVAS DE VOLUME DE PROTEÇÃO
REDUÇÃO DO VOLUME DEVIDO A PENETRAÇÃO DA ESFERA ROLANTE
ÁREA CLASSIFICADA DESPROTEGIDA LIMITE MÁXIMO DE PROTEÇÃO REDUÇÃO DO VOLUME DEVIDO A PENETRAÇÃO DA ESFERA ROLANTE
LIMITE MÍNIMO DE PROTEÇÃO CURVAS DE VOLUME DE PROTEÇÃO
ABNT-NBR-5419 – atmosféricas, 2008;
NFPA- 780E – Standard for the installation of lightning protection systems, 2008;
IEC-62305-2 Protection against lightning – Part 2: Risk management.
ET-3000.00-1000-940-PCI-002 - Diretrizes p/ projetos de inst. terrestres de produção IEEE – std 81.2 - IEEE Guide for Measurement of Impedance and Safety Characteristics of Large, Extended or Interconnected Grounding Systems. IEEE – std 81.1 - IEEE Guide for Measuring Earth Resistivity, Ground Impedance, and Earth Surface Potentials of a Ground System
Proteção
de
estruturas
contra
descargas
PROJETOS EXECUTADOS
FAZENDA BELÉM ESTAÇÃO COLETORA 05
ESTAÇÃO COLETORA TANQUES
TANQUES
GERADOR DE VAPOR
BACIA DE CONTENÇÃO
CLASSIFICAÇÃO DE ÁREA
VOLUME CLASSIFICADO
INSTALAÇÃO DO SPDA
SPDA
VOLUME DE PROTEÇÃO
VOLUME DE PROTEÇÃO DO SPDA
CLASSIFICAÇÃO DE ÁREA VOLUME CLASSIFICADO
INSTALAÇÃO DO SPDA CABO CAPTOR
SPDA
VOLUME DE PROTEÇÃO VOLUME DE PROTEÇÃO DO SPDA
CURVAS DE VOLUME DE PROTEÇÃO CURVAS DE VOLUME DE PROTEÇÃO
CURVAS DE VOLUME DE PROTEÇÃO - 17 METROS DO SOLO - 10 METROS DO SOLO - 5 METROS DO SOLO - 3 METROS DO SOLO - 1 METRO DO SOLO - NÍVEL DO SOLO
PERSPECTIVA 1
PERSPECTIVA 2
PLANTA BAIXA
CORTE A-A’
CORTE B-B’
CORTE D-D’
CORTE E-E’
CORTE F-F’
CORTE G-G’
FAZENDA BELÉM ESTAÇÃO COLETORA 06
ESTAÇÃO COLETORA
TANQUES
BOMBAS BACIA DE CONTENÇÃO CAIXA DE DRENAGEM OLEOSA
CLASSIFICAÇÃO DE ÁREA
VOLUME CLASSIFICADO
INSTALAÇÃO DO SPDA
CABO CAPTOR
SPDA
VOLUME DE PROTEÇÃO VOLUME DE PROTEÇÃO DO SPDA
CURVAS DE VOLUME DE PROTEÇÃO CURVAS DE VOLUME DE PROTEÇÃO
PERSPECTIVA 1
PERSPECTIVA 2
PLANTA BAIXA
CORTE A-A’
CORTE B-B’
MUITO OBRIGADO
