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A proteção contra descargas atmosféricas

Quais são os efeitos das descargas atmosféricas nos vários tipos de estruturas? Quais são os danos e perdas relevantes para uma estrutura para diferentes pontos de impacto da descarga atmosférica? Quais são os valores máximos dos parâmetros das descargas atmosféricas correspondentes aos níveis de proteção (NP)? Quais os parâmetros de ensaio para simular os efeitos da descarga atmosférica sobre os componentes do SPDA? Esses e outros questionamentos estão sendo respondidos no texto sobre a proteção contra descargas atmosféricas.

09/05/2018 - Equipe Target

Série NBR 5419: a proteção contra descargas atmosféricas

A NBR 5419-1 de 05/2015 - Proteção contra descargas atmosféricas - Parte 1: Princípios gerais estabelece os requisitos para a determinação de proteção contra descargas atmosféricas. Fornece subsídios para o uso em projetos de proteção contra descargas atmosféricas. A aplicabilidade desta parte pode ter restrições especialmente na proteção da vida humana quando for baseada em efeitos indiretos de descargas atmosféricas. Não se aplica a sistemas ferroviários; veículos, aviões, navios e plataformas offshore, tubulações subterrâneas de alta pressão, tubulações e linhas de energia e de sinal colocados fora da estrutura. Usualmente, estes sistemas obedecem a regulamentos especiais elaborados por autoridades específicas.

A NBR 5419-2 de 05/2015 - Proteção contra descargas atmosféricas - Parte 2: Gerenciamento de risco estabelece os requisitos para análise de risco em uma estrutura devido às descargas atmosféricas para a terra. Tem o propósito de fornecer um procedimento para a avaliação de tais riscos. A NBR 5419-3 de 05/2015 - Proteção contra descargas atmosféricas - Parte 3: Danos físicos a estruturas e perigos à vida estabelece os requisitos para proteção de uma estrutura contra danos físicos por meio de um SPDA - Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas - e para proteção de seres vivos contra lesões causadas pelas tensões de toque e passo nas vizinhanças de um SPDA.

A NBR 5419-4 de 05/2015 - Proteção contra descargas atmosféricas - Parte 4: Sistemas elétricos e eletrônicos internos na estrutura fornece informações para o projeto, instalação, inspeção, manutenção e ensaio de sistemas de proteção elétricos e eletrônicos (Medidas de Proteção contra Surtos - MPS) para reduzir o risco de danos permanentes internos à estrutura devido aos impulsos eletromagnéticos de descargas atmosféricas (LEMP). Não cobre a proteção total contra interferências eletromagnéticas devido às descargas atmosféricas, que podem causar mau funcionamento de sistemas internos. Entretanto, as informações relacionadas no Anexo A podem reduzir, de forma satisfatória, os danos aos equipamentos e ser usadas para avaliar tais perturbações. Medidas de proteção contra interferências eletromagnéticas estão relacionadas também na NBR 5410 e na série IEC 61000.

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Quais são os efeitos das descargas atmosféricas nos vários tipos de estruturas?

Quais são os danos e perdas relevantes para uma estrutura para diferentes pontos de impacto da descarga atmosférica?

Quais são os valores máximos dos parâmetros das descargas atmosféricas correspondentes aos níveis de proteção (NP)?

Quais os parâmetros de ensaio para simular os efeitos da descarga atmosférica sobre os componentes do SPDA?

Quais são as fontes de danos, tipos de danos e tipos de perdas de acordo com o ponto de impacto?

Qual o procedimento específico para avaliar a necessidade de proteção?

Quais os parâmetros relevantes para avaliação dos componentes de risco?

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Os raios são um fenômeno natural, sendo também chamados de relâmpagos, descargas elétricas ou descargas atmosféricas. Raios e trovões são mitificados pelos seres humanos, pois eles aparecem com constância nos mitos das civilizações do passado. Profetas, sábios, escribas e feiticeiros os interpretavam como manifestações divinas, considerados principalmente como reação de ira contra as atitudes dos homens.

Importante explicar que o relâmpago é uma corrente elétrica muito intensa que ocorre na atmosfera com típica duração de meio segundo e típica trajetória com comprimento de 5 a 10 km. Ele é consequência do rápido movimento de elétrons de um lugar para outro. Os elétrons se movem tão rápido que fazem o ar ao seu redor iluminar-se, resultando em um clarão, e aquecer-se, resultando em um som (trovão).

Apesar de estar normalmente associados a tempestades, também podem ocorrer em tempestades de neve, tempestades de areia, durante erupções vulcânicas, ou mesmo em outros tipos de nuvens, embora nestes casos costumem ter extensões e intensidade bem menores. Quando a descarga se conecta ao solo é chamada de raio que é formado por mais de uma descarga e algumas delas podem atingir o solo em locais diferentes. Em cerca de 50% dos raios negativos mais de um ponto é atingido no solo.

Entretanto, não é a incidência direta do raio a maior causadora de mortes e ferimentos. Geralmente isso acontece por efeitos indiretos associados a incidências próximas ou efeitos secundários dos raios. As descargas também provocam incêndios ou queda de linhas de energia, o que pode atingir uma pessoa. A corrente do raio pode causar queimaduras e outros danos a diversas partes do corpo.

A maioria das mortes de pessoas atingidas por raio é causada por parada cardíaca e respiratória. Grande parte dos sobreviventes sofre por um longo tempo de sérias sequelas psicológicas e orgânicas. Embora a potência de um raio seja grande, sua pequena duração faz com que a energia seja pequena, algo em torno de 300 kWh, equivalente ao consumo mensal de energia de uma casa pequena.

Não há dispositivos ou métodos capazes de modificar os fenômenos climáticos naturais a ponto de se prevenir a ocorrência de descargas atmosféricas. As descargas atmosféricas que atingem estruturas (ou linhas elétricas e tubulações metálicas que adentram nas estruturas) ou que atingem a terra em suas proximidades são perigosas às pessoas, às próprias estruturas, seus conteúdos e instalações.

Portanto, medidas de proteção contra descargas atmosféricas devem ser consideradas. A necessidade de proteção, os benefícios econômicos da instalação de medidas de proteção e a escolha das medidas adequadas de proteção devem ser determinados em termos do gerenciamento de risco. O método de gerenciamento de risco está contido na NBR 5419-2.

As medidas de proteções consideradas na NBR 5419 são comprovadamente eficazes na redução dos riscos associados às descargas atmosféricas. Todas as medidas de proteção contra descargas atmosféricas formam a proteção completa contra descargas atmosféricas.

Por razões práticas, os critérios para projeto, instalação e manutenção das medidas de proteção são considerados em dois grupos separados: o primeiro grupo se refere às medidas de proteção para reduzir danos físicos e riscos à vida dentro de uma estrutura e está contido na NBR 5419-3; e o segundo grupo se refere às medidas de proteção para reduzir falhas de sistemas elétricos e eletrônicos em uma estrutura e está contido no ABNT NBR 5419-4. As conexões entre as partes da NBR 5419 são ilustradas na figura abaixo.

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Os parâmetros da corrente da descarga atmosférica usados na série ABNT NBR 5419 são relacionados no Anexo A. Os parâmetros da corrente da descarga atmosférica em função do tempo usados para a análise são relacionados no Anexo B. As informações para simulação da corrente da descarga atmosférica para fins de ensaios são dadas no Anexo C.

Os parâmetros básicos para uso em laboratório para simular os efeitos das descargas atmosféricas nos componentes do SPDA estão relatados no Anexo D. Informações sobre surtos devido às descargas atmosféricas em diferentes pontos da instalação são apresentadas no Anexo E.

A descarga atmosférica que atinge uma estrutura pode causar danos à própria estrutura e a seus ocupantes e conteúdos, incluindo falhas dos sistemas internos. Os danos e falhas podem se estender também às estruturas vizinhas e podem ainda envolver o ambiente local.

A extensão dos danos e falhas na vizinhança depende das características das estruturas e das características da descarga atmosférica. As principais características das estruturas relevantes para os efeitos das descargas atmosféricas incluem: construção (por exemplo, madeira, alvenaria, concreto, concreto armado, estrutura em aço); função (residência, escritório, comércio, rural, teatro, hotel, escola, hospital, museu, igreja, prisão, shopping center, banco, fábrica, área industrial, área de práticas esportivas); ocupantes e conteúdos (pessoas e animais, presença ou não de materiais combustíveis ou explosivos, sistemas elétricos e eletrônicos de baixa tensão ou alta tensão); linhas elétricas e tubulações metálicas que adentram a estrutura (linhas de energia, linhas de sinal, tubulações); medidas de proteção existentes ou providas (por exemplo, medidas de proteção para reduzir danos físicos e risco à vida, medidas de proteção para reduzir falhas em sistemas internos); dimensão do risco (estrutura com dificuldade de evacuação ou estrutura na qual pode haver pânico, estrutura perigosa às redondezas, estrutura perigosa ao ambiente). A tabela abaixo apresenta os efeitos das descargas atmosféricas nos vários tipos de estruturas.

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As medidas de proteção contra interferências eletromagnéticas estão relacionadas também na NBR 5410 e na série IEC 61000. Esta parte não trata em detalhes do projeto dos sistemas elétricos e eletrônicos em si.

A principal causa das queimas de equipamentos eletroeletrônicos são as perturbações normalmente existentes na rede elétrica, notadamente as sobretensões transitórias. Estas sobretensões nas linhas elétricas de baixa tensão são provocadas tanto por “faltas” em outra instalação e ou linha de tensão e/ou linha de tensão mais elevada quanto por chaveamentos de cargas elétricas, ou ainda descargas atmosféricas (raios).

Ao atingir a rede elétrica direta ou indiretamente, os raios causam aumento súbito da tensão (voltagem). Esse fenômeno é chamado de surto elétrico, que se propaga até encontrar um ponto de passagem até a terra. Esse ponto de passagem pode ser o eletrodoméstico ou aparelho eletrônico de sua casa, que nesses casos podem sofrer danos irreparáveis.

A ação de um raio, dependendo de sua intensidade e da configuração da rede elétrica de uma cidade, pode causar danos a instalações até 3 km do local de sua incidência. Os Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA), comumente chamados de para-raios, visam a proteção das edificações diretamente atingidas por um raio, e de pessoas no seu interior; nada garantem quanto à proteção das instalações internas, principalmente dos equipamentos mais sensíveis como computadores, sistemas de som, etc. Há necessidade de se cuidar da proteção das instalações elétricas internas (além dos para-raios), particularmente envolvendo indústrias, CPD, sistemas de telecom, etc., nas quais uma única falha pode resultar em prejuízos/danos vultosos.

Para que a confiabilidade desejada em termos de proteção seja atingida, deve-se levar em conta o programa de manutenção: dependendo do grau de agressividade do local alguns componentes de proteção, particularmente protetores de surtos e aterramento devem ser objeto de revisões periódicas. Com a nova norma de proteção contra descargas atmosféricas publicada, as orientações para os novos projetos deverão melhorar a partir de agora, e que exigirá dos profissionais da área um esforço adicional para a aquisição dos conhecimentos necessários, seja na forma de cursos, seminários e literatura técnica.

FONTE: Equipe Target

Baseado nos documentos visitados

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