SPDA – Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas - Teoria, Prática e Legislação

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Este livro apresenta os conceitos teóricos, práticos e legais necessários à elaboração adequada do projeto de Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA). Comenta as partes integrantes da atual NBR 5419 e de zonas de proteção e conceitos legais, incluindo normas, decretos, leis e as responsabilidades daqueles que trabalham com SPDA. Apresenta, ainda, a metodologia para estratificação do solo segundo a NBR 7117, os conceitos de proteção contra descargas atmosféricas em entradas primárias e os esquemas de aterramento padronizados para instalações elétricas de baixa e média tensão.

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Apresentação

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SPDA – Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas

do trabalho, desenvolvendo projeto, manutenção e construção de subestações. Foi instrutor do Senai nos cursos de Cabine Primária, Sistema Elétrico de Potência (SEP), NR-10,

Eficiência Energética, entre outros.

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Apresentação

Com o objetivo de contemplar as necessidades dos profissionais que atuam nas

áreas de manutenção, projeto e execução de instalações elétricas, este livro reúne capítulos específicos que envolvem o tema Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA), de acordo com a NBR 5419:2015.

A abordagem é objetiva e clara, e apresenta os conceitos teóricos, práticos e legais necessários à elaboração adequada do projeto de SPDA.

O Capítulo 1 faz uma contextualização geral do tema, enquanto o Capítulo 2 mostra a evolução dos estudos de descargas atmosféricas e a sua origem. O Capítulo 3 dedicase à apresentação das partes integrantes da atual NBR 5419, abordando os respectivos conteúdos.

 

Prefácio da primeira edição

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SPDA – Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas

Esta obra apresenta, ainda, a metodologia empregada para a medição de continuidade elétrica em armaduras metálicas e um exemplo de cálculo de análise de risco segundo a NBR 5419.

O livro foi atualizado com as principais mudanças no SPDA, os níveis de proteção do

SPDA, os métodos de proteção de estruturas e os principais componentes de um SPDA decorrentes da revisão da NBR 5419, em 2015.

Todo texto foi elaborado por profissionais com experiência em diversas áreas do setor elétrico e traz subsídios para o entendimento do tema, sem a pretensão de esgotar o assunto.

Com linguagem didática e objetiva, é indicado a estudantes e profissionais do ramo.

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Prefácio da primeira edição

Este livro traz um tema bastante interessante, com linguagem de fácil entendimento, sendo indicado a engenheiros, projetistas e técnicos que trabalham com Sistemas de

Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA).

 

Prefácio da segunda edição

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SPDA – Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas

Prefácio da segunda edição

Com a publicação da nova edição da ABNT NBR 5419 – Proteção contra descargas atmosféricas em 2015, é nosso dever atualizar os capítulos associados, com o objetivo de também atualizar estudantes e profissionais que realizam projetos, manutenção e instalação de sistemas de proteção contra descargas atmosféricas.

Além das inserções de material técnico, foram realizadas complementações no conteúdo deste livro, resultando em uma profunda revisão. O objetivo foi adequá-lo às novas exigências do documento normativo e, para isso, utilizamos uma linguagem acessível, sempre de acordo com fundamentos e conceitos teóricos.

Esperamos que o livro possa contribuir para a formação de engenheiros, técnicos e estudantes, bem como no assessoramento dos profissionais que atuam na área.

Com satisfação, apresentamos esta publicação ao leitor.

Os autores

 

Homenagem ao Professor Benjamin

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SPDA – Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas

Prefácio da segunda edição

Com a publicação da nova edição da ABNT NBR 5419 – Proteção contra descargas atmosféricas em 2015, é nosso dever atualizar os capítulos associados, com o objetivo de também atualizar estudantes e profissionais que realizam projetos, manutenção e instalação de sistemas de proteção contra descargas atmosféricas.

Além das inserções de material técnico, foram realizadas complementações no conteúdo deste livro, resultando em uma profunda revisão. O objetivo foi adequá-lo às novas exigências do documento normativo e, para isso, utilizamos uma linguagem acessível, sempre de acordo com fundamentos e conceitos teóricos.

Esperamos que o livro possa contribuir para a formação de engenheiros, técnicos e estudantes, bem como no assessoramento dos profissionais que atuam na área.

Com satisfação, apresentamos esta publicação ao leitor.

Os autores

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Homenagem ao Professor Benjamin

 

Lista de Termos, Definições e Abreviaturas

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SPDA – Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas

a ­coragem de rever suas posições e repensar suas ideias quando o curso dos acontecimentos apontava para novos horizontes.

Nossa mais sincera homenagem, do fundo do coração, ao amigo, mentor e conselheiro que não viveu para ver concluída a revisão deste livro.

Os autores

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Lista de Termos, Definições e Abreviaturas

ABNT

Associação Brasileira de Normas Técnicas

AT

Alta Tensão

BEL

Barramento de Equipotencialização Local

BEP

Barramento de Equipotencialização Principal

BT

Baixa Tensão

CNEN

Comissão Nacional de Energia Nuclear

Coordenação de DPS DPS adequadamente selecionados, coordenados e instalados para formar um conjunto que visa reduzir as falhas dos sistemas internos

DPS

Dispositivo de Proteção contra Surtos: dispositivo destinado a limitar as sobretensões e desviar correntes de surto

ELAT

 

Lista de Siglas

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SPDA – Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas

Sistema eletrônico

Sistema que incorpora componentes de uma instalação elétrica de sinal (por exemplo, equipamentos eletrônicos de telecomunicações, controladores microprocessados, sistemas de instrumentação, sistemas de rádio, instalações de eletrônica de potência)

Sistemas internos

Sistemas elétricos e eletrônicos dentro de uma estrutura

SPDA

Sistema de Proteção contra Descargas Atmosférica

Subsistema de aterramento

Parte de um SPDA externo, que tem como objetivo conduzir e dispersar a descarga atmosférica no solo

Surto

Efeitos transitórios causado por LEMP que aparecem na forma de sobretensões e/ou sobrecorrente

ZPR

Zona de Proteção contra Raios: zona onde o ambiente eletromagnético causado pelo raio é definido

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Lista de Siglas

AD

Área de exposição equivalente para descargas atmosféricas a uma estrutura isolada

ADJ

 

Sumário

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SPDA – Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas

rt

Fator de redução associado ao tipo de superfície do solo

RT

Risco tolerável

RU

Componente de risco (ferimentos a seres vivos – descarga atmosférica na linha conectada)

RV

Componente de risco (danos físicos na estrutura – descarga atmosférica na linha conectada)

RW

Componente de risco (falha dos sistemas internos – descarga atmosférica na linha conectada)

RX

Componente de risco para uma estrutura

RZ

Componente de risco (falha dos sistemas internos – descarga atmosférica perto da linha)

tZ

Tempo, em horas por ano, que pessoas estão presentes em um local perigoso

Uw

Tensão suportável nominal de impulso de um sistema

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Sumário

Capítulo 1 – Aspectos Gerais................................................................... 31

1.1 Mitologia dos Raios................................................................................................... 32

 

Introdução

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Introdução

A extensão territorial, a localização próxima ao Equador geográfico e algumas outras peculiaridades físicas e climatológicas fazem do Brasil um dos países de maior incidência de descargas atmosféricas (raios).

Segundo o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE), ocorrem cerca de

50 milhões de descargas atmosféricas por ano no Brasil. A cada 50 mortes provocadas por descargas atmosféricas, uma acontece no Brasil.

As descargas atmosféricas provocam desligamentos não programados nas redes de transmissão e distribuição, sendo responsáveis pela queima de transformadores, além de produzirem sobretensões prejudiciais ao consumidor.

Os sistemas de energia elétrica, que a cada dia aumentam em tamanho e complexidade, são muito vulneráveis às descargas atmosféricas. A credibilidade de tais sistemas naturalmente depende muito da eficiência do Sistema de Proteção contra Descargas

Atmosféricas (SPDA).

A publicação da nova edição da NBR 5419, em maio de 2015, trouxe novos conceitos para aumentar a segurança de pessoas, estruturas e instalações, inclusive com a necessidade de instalação do SPDA. Vale destacar o capítulo exclusivo que a norma trouxe sobre avaliação de risco e a forma de seleção do nível de proteção.

 

Capítulo 1: Aspectos Gerais

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Aspectos

Gerais

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SPDA – Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas

1.1 Mitologia dos Raios

Desde a Antiguidade, ao longo da história da civilização, os raios sempre foram admirados e temidos. Os povos gregos, nórdicos, egípcios, hindus e astecas, cada um em seu tempo, acreditavam que as forças da natureza eram controladas por deuses. Cada uma dessas culturas nomeava seus deuses de formas diferentes.

Alguns povos acreditavam que os deuses lançavam raios sobre a Terra como sinal de reprovação ou de que haveria tempos prósperos para a lavoura. Outros povos associavam os raios às batidas de um poderoso martelo, cujo efeito estrondoso originava os trovões.

Antes de o Cristianismo ser introduzido nos países nórdicos, acreditava-se que o deus Thor cruzava os céus em uma carruagem puxada por dois bodes. Quando ele agitava seu martelo, produziam-se raios e trovões. A palavra trovão em norueguês (Torden) quer dizer o “rugido de Thor”.

 

Capítulo 2: Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas

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Sistema de

Proteção contra

Descargas

Atmosféricas

2

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SPDA – Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas

2.1 Introdução ao SPDA

A finalidade dos Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA) é proteger as edificações e tudo o que há em seu interior, como equipamentos, instalações elétricas e telecomunicações. O objetivo é reduzir os danos impostos às estruturas, os impactos dos desligamentos e as manutenções corretivas.

Por razões práticas, os critérios para projeto, instalação e manutenção das medidas de proteção contemplam dois conjuntos separados: a) as medidas de proteção para reduzir danos físicos e riscos às vidas dentro de uma estrutura; b) medidas de proteção para reduzir falhas de sistemas elétricos e eletrônicos dispostos no interior de uma estrutura.

Esses sistemas estão em constante aprimoramento. O monitoramento é realizado por meio de dispositivos que visam reduzir essas ocorrências. De maneira geral, o SPDA tem a função de proteger ao captar a corrente elétrica proveniente da queda de raios e direcioná-la. Essa corrente é, em seguida, escoada por meio de sistemas de aterramentos­.

 

Capítulo 3: Riscos e Componentes de Risco

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Riscos e

Componentes de Risco

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SPDA – Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas

3.1 Introdução

Considerando que as descargas atmosféricas são fenômenos naturais impossíveis de ser impedidos, devem ser adotadas medidas de proteção para reduzir os danos causados à população e às edificações. Contudo, não são todas as estruturas que necessitam de implantação de um Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA). A confirmação da necessidade de instalação de SPDA resulta da análise das variáveis envolvidas para cada caso.

Dessa forma, quatro possíveis riscos devem ser considerados na tomada de decisão, de acordo com a NBR 5419-2, a saber: a) R1: risco de perda ou ferimentos temporários e permanentes em vidas humanas. b) R2: risco de perdas de serviços ao público.   c) R3: risco de perdas do patrimônio cultural. d) R4: risco de perda de valores econômicos.

Portanto, esses riscos devem ser analisados com cuidado. O sistema SPDA deve ser instalado em uma edificação, exceto quando o risco de problemas é menor do que o valor tolerável. O valor de risco tolerável para cada tipo de perda pode ser observado na

 

Capítulo 4: Equacionando Danos e Riscos

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Equacionando

Danos e

Riscos

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SPDA – Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas

4.1 Análise do Número Médio Anual de Eventos

Perigosos ND Devido a Descargas Atmosféricas na Estrutura e NDJ em Estrutura Adjacente

A atividade atmosférica presente no local em que está situada a estrutura objeto da proteção, bem como suas características físicas, influencia diretamente o número médio anual N de eventos perigosos.

Para realizar tal análise, é necessário conhecer outros conceitos conforme será descrito a seguir.

4.2 Determinação da área de exposição equivalente (AD)

A área de exposição equivalente é calculada por meio de equações que consideram apenas as dimensões da estrutura. Admitindo-se uma estrutura de forma retangular, e conhecendo-se seu comprimento (L), sua largura (W) e sua altura (H), expressos em metros, é possível calcular o valor de AD a partir de:

AD = L × W + 2 × (3 × H) × (L + W) + π × (3 × H)2

 

Capítulo 5: Perdas Causadas por Descargas Atmosféricas

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Perdas Causadas por Descargas

Atmosféricas

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SPDA – Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas

5.1 Quantidade Relativa Média de Perda por Evento Perigoso

De acordo com a NBR 5419:2015, a perda está relacionada com cada tipo de dano

(D1, D2, D3), os quais podem ser causados por uma descarga atmosférica. Dessa forma, temos os seguintes tipos de perda: a) L1 (perda de vida humana, incluindo ferimentos permanentes): representa o número de vítimas. b) L2 (perda de serviço público): representa o número de usuários que deixam de ser atendidos. c) L3 (perda de patrimônio cultural): representa o valor econômico que pode ser perdido se houver danos em uma estrutura e no que está contido nela. d) L4 (perda de valores econômicos): representa o valor econômico que pode ser perdido se houver danos na estrutura, incluindo as atividades desenvolvidas, mobiliários, sistemas internos e animais.

5.2 Perda de Vida Humana (L1)

A perda L1 é calculada para danos que envolvem vidas humanas por meio das equações indicadas na Tabela 5.1. A maioria dos fatores utilizados é tabelada, a não ser nz, nt e tz, que correspondem ao número de pessoas na zona, número total de pessoas na estrutura e o tempo (em horas × ano) que as pessoas habitam a zona, respectivamente.

 

Capítulo 6: Proteção Externa contra Descargas Atmosféricas

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SPDA – Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas

rt: fator de redução da perda de animais em função do tipo de solo ou piso (ver

Tabela 5.3); rp: fator de redução da perda por conta de danos físicos associado às providências adotadas para reduzir as consequências do incêndio (ver Tabela 5.4); rf: fator de redução da perda devido a danos físicos, considerando o risco de incêndio ou do risco de explosão da estrutura (ver Tabela 5.5); ca: valor dos animais da zona; cb: valor da edificação relevante à zona; cc: valor do conteúdo da zona; cs: valor dos sistemas internos, incluindo suas atividades na zona; ct: valor da estrutura (considera a soma, de todas as zonas, o conteúdo e sistemas internos incluindo suas atividades, edificação e animais).

Tabela 5.12 |  Tipo de perda L4 – valores médios típicos de LT, LF e LO

Tipo de estrutura

Tipos de danos

Todos os tipos somente onde animais estão presentes

D1

Ferimento devido à choque

 

Capítulo 7: Sistema Interno de Proteção contra Descargas Atmosféricas

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SPDA – Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas

Tabela 6.12 |  Material, configuração e dimensões mínimas de eletrodos de aterramento

Dimensões mínimas

Material

Cobre

Aço galvanizado a quente

Configuração

Eletrodo cravado

(diâmetro)

Eletrodo não cravado

Encordoado

50 mm²

Diâmetro de cada fio da cordoalha 3 mm

Arredondado maciço

50 mm²

Diâmetro 8 mm

Fita maciça

50 mm²

Espessura 2 mm

Arredondado maciço

15 mm

Tubo

20 mm

Espessura da parede 2 mm

Arredondado maciço

16 mm

Diâmetro 10 mm

Tubo

25 mm

Espessura da parede 2 mm

Fita maciça

90 mm²

Espessura 3 mm

Encordoado

70 mm²

70 mm²

Diâmetro de cada fio da cordoalha

3,45 mm

Arredondado maciço

12,7 mm

Aço cobreado

 

Capítulo 8: Medidas de Proteção contraAcidentes com Seres Vivos

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SPDA – Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas

If = 8 × n’ × S’C (para cabos não blindados)

Em que:

If: corrente, em kA, na blindagem; n’: número de condutores;

SC: seção da blindagem (em mm²);

S’C: seção de cada condutor (em mm²).

(Equação 7.4)

Medidas de

Proteção contra

Acidentes com

Seres Vivos

8

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SPDA – Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas

8.1 Medidas de Proteção contra Tensão de Toque

Mesmo que o projeto e a construção estejam em conformidade com a NBR 5419:2015, um SPDA pode trazer risco para a vida de seres vivos. Os riscos são reduzidos a níveis toleráveis se uma das seguintes condições estiver satisfeita: a) a resistividade da camada superficial do solo deve ser maior ou igual a 100 kΩ·m, considerando uma distância de até 3 m dos condutores de descida; b) o subsistema de descida for constituído, no mínimo, por dez descidas naturais interligadas no ponto em que a continuidade elétrica entre as partes seja realizada com materiais resistentes à corrosão, com dimensões apropriadas e empregando metodologia que resulte em construção durável; c) o tempo de permanência de pessoas fora da estrutura ou probabilidade de aproximação de pessoas com os condutores de descidas for muito baixa.

 

Capítulo 9: Sistemas Elétricos e Eletrônicos Internos na Estrutura

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Sistemas Elétricos e Eletrônicos

Internos na

Estrutura

9

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SPDA – Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas

9.1 MPS Básicas

Para evitar danos aos sistemas elétricos e eletrônicos, a que estão sujeitos em função de Pulso Eletromagnético devido a Descargas Atmosféricas (LEMP), indica-se a adoção de Medidas de Proteção contra Surtos (MPS).

A proteção contra LEMP é embasada no conceito de zonas de proteção contra raios

(ZPR). A fronteira de uma ZPR é definida pelas medidas de proteção utilizadas.

As medidas básicas de proteção contra LEMP podem ser resumidas em: aterramento e equipotencialização, blindagem magnética e roteamento das linhas, coordenação de

Dispositivo de Proteção contra Surtos (DPS) e interfaces isolantes.

9.1.1 Aterramento e Equipotencialização

O sistema de aterramento conduz e dispersa as correntes provenientes da descarga atmosférica para o solo, enquanto a malha de equipotencialização diminui a diferença de potencial e reduz a intensidade de campo magnético.

 

Capítulo 10: Conceito Legal

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Conceito

Legal

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SPDA – Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas

10.1 Introdução

O Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA) constitui uma condição obrigatória nas instalações e nas edificações como medidas preventivas. O objetivo

é a proteção de pessoas, animais e construções, como abordado anteriormente.

É importante ter conhecimento das obrigatoriedades e das responsabilidades civis e criminais associadas ao SPDA, tornando possível identificar as atribuições de proprietários, locador, administrador, síndico e profissionais responsáveis pelo projeto e manutenção da edificação ou instalação.

Normas técnicas e de segurança internacionais e brasileiras trazem referência à implantação do SPDA. Cabe lembrar que as normas técnicas têm a função de orientar, enquanto as normas regulamentadoras são de cunho obrigatório. Vale destacar os

­aspectos principais dessas normas.

10.2 Proteções contra Descargas Atmosféricas

 

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