NBR 5419 : 2005 Proteção de Estruturas Contra Descargas Atmosféricas. Eng. Antonio Carlos Mori

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1 NBR 5419 : 2005 Proteção de Estruturas Contra Descargas Atmosféricas Eng. Antonio Carlos Mori

2 NÍVEL I NÍVEIS DE PROTEÇÃO Estruturas nas quais uma falha do sistema de proteção pode causar: a) Interrupção inaceitável de serviços públicos por breve ou longo período de tempo. Exemplos: Estações de telecomunicações e usinas elétricas. b) Risco de incêndio e explosão para a instalação e arredores. Exemplos: Refinarias, postos de combustíveis, fábricas de fogos de artifício e fábricas de munição. c) Risco de incêndio e falhas de operação conseqüências para o local e para o meio-ambiente. Exemplos: Indústrias químicas, usinas nucleares laboratórios bioquímicos.

3 NÍVEIS DE PROTEÇÃO NÍVEL II - Estruturas nas quais uma falha do sistema de proteção pode causar: a) Danos às instalações elétricas (falta de iluminação) e possibilidade de pânico; Exemplos: Teatros, escolas, centros comerciais, áreas esportivas e igrejas. b) Falha no sistema de alarme contra incêndio, causando atraso no socorro; Exemplos: Teatros, escolas, centros comerciais, áreas esportivas e igrejas. c) Prejuízo ao tratamento médico de pessoas e dificuldade de resgate de pessoas com falta de mobilidade; Exemplos: Hospitais, casas de repouso e prisões d) Falha em computadores e perda de dados. Exemplo: Bancos, companhias de seguros e companhias comerciais. e) Perda de patrimônio cultural insubstituível. Museus e locais arqueológicos.

4 NÍVEL III NÍVEIS DE PROTEÇÃO Estruturas nas quais uma falha do sistema de proteção pode causar: a) Efeitos indiretos conforme o conteúdo das estruturas, variando de pequenos danos a prejuízos inaceitáveis e perda de produção. Exemplos: Indústrias. b) Danos às instalações elétricas, incêndios, danos materiais limitados a objetos no ponto de impacto ou no caminho do raio. Exemplo: Residências. c) Risco direto de incêndio e tensões de passo perigosas, risco indireto devido à interrupção no fornecimento de energia e risco de vida para animais devido à perda de controles eletrônicos, ventilação, suprimento de alimentação e outros. Exemplos: Fazendas e estabelecimentos agropecuários.

5 NÍVEIS DE PROTEÇÃO NÍVEL IV a) Estruturas com baixo risco, mesmo em caso de falha do sistema de proteção. b) Estruturas construídas de materiais não inflamáveis, com pouco acesso de pessoas e com conteúdo não inflamável. Exemplos: Depósitos de alvenaria com estruturas em concreto armado ou metálicas, utilizados no armazenamento de produtos agrícolas não inflamáveis.

6 MÉTODOS DE PROTEÇÃO Ângulo de proteção (Método Franklin); e/ou Esfera rolante ou fictícia (Modelo eletrogeométrico); e/ou Condutores em malha ou Gaiola (Método Faraday).

7 SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS Tem por objetivo evitar a penetração de uma descarga atmosférica no volume a proteger. É constituído por três subsistemas: 1) CAPTORES 2) CONDUTORES DE DESCIDA 3) ATERRAMENTO 1) SUBSISTEMA DE CAPTORES Constituído por uma combinação qualquer dos seguintes componentes: Captores Franklin; Terminais aéreos; Cabos esticados; Condutores em malha; Elementos naturais.

8 . Tabela 1 Posicionamento de captores conforme o nível de proteção Nível de proteção R m h m Ângulo de proteção (α) método Franklin, em função da altura do captor (h) (ver Nota 1) e do nível de proteção 0 20 m 21 m 30 m 31 m 45 m 46 m 60 m > 60 m Largura do módulo da malha (ver Nota 2) I 20 25º 1) 1) 1) 2) 5 m II 30 35º 25º 1) 1) 2) 10 III 45 45º 35º 25º 1) 2) 10 IV 60 55º 45º 35º 25º 2) 20 R = raio da esfera rolante 1) Aplicam-se somente os métodos eletrogeométrico, malha ou gaiola de Faraday. 2) Aplica-se somente o método da gaiola de Faraday. NOTAS 1 Para escolha do nível de proteção, a altura é em relação ao solo e, para verificação da área protegida, é em relação ao plano horizontal a ser protegido. 2 O módulo da malha deverá constituir um anel fechado, com o comprimento não superior ao dobro da sua largura.

9 GAIOLA DE FARADAY ESTRUTURA NÍVEL III

10 GAIOLA DE FARADAY ESTRUTURA NÍVEL I

11 SUBSISTEMA DE CONDUTORES DE DESCIDA Distribuídos ao longo do perímetro espaçamento médio Tabela 2 (mínimo 2 descidas). Condutores de decida não naturais devem ser interligados por meio de condutores horizontais, formando anéis. Primeiro: Anel de aterramento (Ver da NBR 5419), e na impossibilidade deste, um anel até no máximo 4m de altura do nível do solo; Demais: A cada 20m de altura Condutores de descida não naturais: d > ou igual 0,5m de porta, janelas e outras aberturas e fixados a cada metro de percurso

12 Tabela 2 Espaçamento médio dos condutores de descida não naturais conforme o nível de proteção Nível de proteção Espaçamento médio m I 10 II 15 III 20 IV 25

13 Notas 1 - A distância média entre condutores de descida está relacionada com a distância de segurança. Se os espaçamentos médios forem maiores que os especificados na tabela 2, as distâncias de segurança podem resultar consideravelmente aumentadas. 2 - Os condutores de descida devem ser, na medida do possível, espaçados regularmente em todo o perímetro, devendo ser instalado, sempre que possível, um condutor de descida em cada vértice da estrutura. 3 - Em estruturas cobrindo grandes áreas com larguras superiores a 40 m são necessários condutores de descida no interior do volume a proteger (requisito que será naturalmente atendido no caso de estruturas metálicas ou com armaduras de aço interligadas).

14 SUBSISTEMA DE ATERRAMENTO 1) RECOMENDADO: - SUBSISTEMA ÚNICO, INTEGRADO À ESTRUTURA - ADEQUADO A TODAS AS FINALIDADES: PROTEÇÃO CONTRA RAIO, INSTALAÇÕES ELÉTRICAS E SINAL 2) PARA EVITAR SOBRETENSÕES PERIGOSAS: - ARRANJO E DIMENSÕES SÃO MAIS IMPORTANTES QUE A PRÓPRIA RESISTÊNCIA DE ATERRAMENTO; - ENTRETANTO PARA ELETRODOS NÃO NATURAIS, RECOMENDA-SE < 10 OHMs, PARA REDUZIR GRADIENTES DE POTENCIAL E CENTELHAMENTO PERIGOSO. 3) SISTEMAS DE ATERRAMENTO DISTINTOS - DEVEM TER LIGAÇÃO EQUIPOTENCIAL DE BAIXA IMPEDÂNCIA

15 ELETRODOS DE ATERRAMENTO TIPOS DE ELETRODOS: a) ATERRAMENTO NATURAL PELAS FUNDAÇÕES (ARMADURAS DE AÇO DAS FUNDAÇÕES); b) CONDUTORES EM ANEL; c) HASTES VERTICAIS OU INCLINADAS; d) CONDUTORES RADIAIS HORIZONTAIS. OBS.: 1) EVITAR PLACA OU PEQUENAS GRADES (CORROSÃO); 2) COMPRIMENTO MÍNIMO, CONFORME NÍVEL DE PROTEÇÃO E REISTIVIDADE DO SOLO: VER GRÁFICO FIGURA 2.

16 ELETRODOS DE ATERRAMENTO NATURAIS ARMADURAS DE AÇO EMBUTIDAS NAS FUNDAÇÕES (MATERIAIS, DIMENSÕES, PROTEÇÃO CONTRA CORROSÃO TABELA 5 Materiais do SPDA e condições de aplicação) a) AMARRAÇÃO COM ARAME RECOZIDO EM 50% DE SEUS CRUZAMENTOS OU SOLDADAS; b) BARRA HORIZONTAIS: SOBREPOSIÇÃO DE NO MÍNIMO 20 X DN E FIRMEMENTE AMARRADAS COM ARAME RECOZIDO; c) FUNDAÇÃO DE ALVENARIA: - VERGALHÃO DE AÇO DE CONSTRUÇÃO DN OU = 8mm OU FITA DE AÇO DE 25mm X 4mm, FORMANDO UM ANEL EM TODO O PERÍMETRO (CONCRETO ESPESSURA > ou = 5 cm; d) INTERLIGAÇÃO COM ARMADURAS DE AÇO DOS PILARES; e) CONESÃO COM LIGAÇÃO EQUIPOTENCIAL PRINCIPAL; f) CONTINUIDADE ELÉTRICA: INJEÇÃO DE CORRENTE (RESISTÊNCIA. DE POUCOS DÉCIMOS DE OHMs)

17 ARRANJO A 1) COMPOSIÇÃO: ELETRODOS RADIAIS (VERTICAIS, HORIZONTAIS OU INCLINADOS); 2) SOLOS: RESISTIVIDADE < ou = 100 OHM.m; 3) PEQUENAS ESTRUTURAS: PERÍMETRO ATÉ 25m; 4) PARA CADA CONDUTOR DE DESCIDA, NO MÍNIMO UM ELETRODO DE ATERRAMENTO; 5) MÍNIMO DE 2 ELETRODOS, COMPRIMENTO MÍNIMO DE: a) L1 - ELETRODOS HORIZONTAIS; b) 0,5 L1 ELETRODOS VERTICAIS. 6) REQUISITOS DE SEGURANÇA: a) TENSÃO DE PASSO (AUMENTAR PROFUNDIDADE); b) TENSÃO DE TOQUE (EQUALIZAÇÃO DE POTENCIAL)

18 COMPRIMENTO TOTAL DE ELETRODOS NÃO NATURAIS ADEQUADAMENTE DISTRIBUÍDOS

19 1) COMPOSIÇÃO: ARRANJO B ELETRODOS EM ANEL OU EMBUTIDOS NAS FUNDAÇÕES; 2) OBRIGATÓRIO: NAS ESTRUTURAS COM PERÍMETRO SUPERIOR A 25m; 3) ELETRODOS DE ATERRAMENTO NÃO NATURAIS: a) AFASTAMENTO NA ORDEM DE 1m DAS FUNDAÇÕES; b) ANEL OU CONDUTORES HORIZONTAIS: PROFUNDIDADE MÍNIMA DE 0,5m; c) ELETRODOS RADIAIS: ÂNGULO ENTRE CONDUTORES ADJACENTES > ou = 60 GRAUS 4) HASTES DE ATERRAMENTO VERTICAIS OU INCLINADAS, INSTALADAS EM PARALELO: a) UNIFORMEMENTE DISTRIBUÍDAS NO PERÍMETRO DA ESTRUTURA E AFASTADAS ENTRE SI DE NO MÍNIMO A MEDIDA DE SEU COMPRIMENTO. 5) PROFUNDIDADE E TIPO DE ELETRODOS: MINIMIZAR CORROSÃO E RESSECAMENTO DO SOLO.

20 1) DEFINIÇÃO: SISTEMA INTERNO DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS CONJUNTO DE DISPOSITIVOS QUE REDUZEM OS EFEITOS ELÉTRICOS E MAGNÉTICOS DA CORRENTE DE DESCARGA ATMOSFÉRICA DENTRO DO VOLUME A PROTEGER. 2) EQUALIZAÇÃO DE POTENCIAL: a) MEDIDA MAIS EFICAZ PARA REDUZIR OS RISCOS DE INCÊNDIOS, EXPLOSÃO E CHOQUES ELÉTRICOS; b) CONDUTORES DE LIGAÇÃO EQUIPOTENCIAL E DPSs INTERLIGANDO O SPDA, A ARMADURA METÁLICA DA ESTRUTURA, AS INSTALAÇÕES METÁLICAS, AS MASSAS, E OS CONDUTORES DOS SISTEMS ELÉTRICOS DE POTÊNCIA E DE SINAL; 3) LIGAÇÃO EQUIPOTENCIAL PRINCIPAL: É OBRIGATÓRIA CONFORME NORMA NBR 5410.

21 LIGAÇÃO EQUIPOTENCIAL DAS INSTALAÇÕES METÁLICAS E DAS MASSAS ( LEP / TAP ) 1) UMA LIGAÇÃO EQUIPOTENCIAL DEVE SER EFETUADA: a) NO SUBSOLO OU PRÓXIMA AO QUADRO GERAL DE ENTRADA DE BAIXA TENSÃO; b) OS CONDUTORES DE LIGAÇÃO EQUIPOTENCIAL CONECTADOS A UMA BARRA DE LIGAÇÃO EQUIPOTENCIAL BLP: (FÁCIL ACESSO PARA INSPEÇÃO); c) BLE DEVE ESTAR CONECTADA AO SUBSISTEMA DE ATERRAMENTO; d) ACIMA DO NÍVEL DO SOLO (INTERVALOS VERTICAIS < ou = 20m, PARA ESTRUTURAS COM MAIS DE 20m DE ALTURA; e) AS BLE SECUNDÁRIAS DEVEM SER CONECTADAS ÀS ARMADURAS DE CONCRETO AO NÍVEL CORRESPONDENTE, MESMO QUE NÃO UTILIZADAS COMO COMPONENTES NATURAIS.

22 Tabela 3 Seções mínimas dos materiais do SPDA Material Captor e anéis intermediários mm 2 Descidas (para estruturas de altura até 20 m) mm 2 Descidas (para estruturas de altura superior a 20 m) mm 2 Eletrodo de aterramento mm 2 Cobre Alumínio Aço galvanizado a quente ou embutido em concreto

23 Tabela 6 Seções mínimas dos condutores de ligação equipotencial para conduzir parte substancial da corrente de descarga atmosférica Nível de proteção Material Seção (mm 2 ) Cobre 16 I - IV Alumínio 25 Aço 50

24 Tabela 6. B Exemplos de Classificação de Estruturas Classificação da estrutura Tipo da estrutura Efeitos das descargas atmosféricas Nível de proteção Residências Perfuração da isolação de instalações elétricas, incêndio e danos materiais Danos normalmente limitados a objetos nos pontos de impacto ou no caminho do raio III Estruturas Comuns 1 Fazendas, estabelecimentos agropecuários Risco direto de incêndio e tensões de passo perigosas Risco indireto devido à interrupção de energia e risco de vida para animais devido à perda de controles eletrônicos, ventilação, suprimento de alimentação e outros III ou IV 2) Teatros, escolas, lojas de departamentos, áreas esportivas e igrejas Danos às instalações elétricas (por exemplo: iluminação) e possibilidade de pânico Falha do sistema de alarme contra incêndio, causando atraso no socorro II

25 Tabela 6. B Exemplos de Classificação de Estruturas Classificação da estrutura Tipo da estrutura Efeitos das descargas atmosféricas Nível de proteção Bancos, companhias de seguro, companhias comerciais e outros Como acima, alem de efeitos indiretos com a perda de comunicações, falhas dos computadores e perda de dados II Estruturas comuns 1) Hospitais, casas de repouso e prisões Como para escolas, alem de efeitos indiretos pra as pessoas em tratamento intensivo e dificuldade de resgate de pessoas imobilizadas II Indústrias Efeitos indiretos conforme o conteúdo das estruturas, variando de danos pequenos a prejuízos inaceitáveis e perda de produção III Museus, locais arqueológicos Perda de patrimônio cultural insubstituível II

26 Tabela 6. B Exemplos de Classificação de Estruturas Classificação da estrutura Tipo da estrutura Efeitos das descargas atmosféricas Nível de proteção Estruturas com risco confinado Estações de telecomunicações, usinas elétricas Interrupção inaceitável de serviços públicos por breve ou longo período de tempo Risco indireto para as imediações devido a incêndios, e outros com risco de incêndio I Estruturas com risco para os arredores Refinarias, postos de combustível, fabricas de fogos, fabricas de munição Risco de incêndio e explosão para a instalação e seus arredores I Estruturas com risco para o meio ambiente Indústrias químicas, usinas nucleares, laboratórios bioquímicos Risco de incêndio e falhas de operação, com conseqüências perigosas para o local e para o meio ambiente I 1) ETI (equipamentos de tecnologia da informação) podem ser instalados em todos os tipos de estruturas, inclusive estruturas comuns. E impraticável a proteção total contra danos causados pelos raios dentro destas estruturas; não obstante, devem ser tomadas medidas (conforme NBR 5410) de modo a limitar os prejuízos a níveis aceitáveis 2) Estruturas de madeira: nível III. Estruturas de nível IV: estruturas contendo produtos agrícolas potencialmente combustíveis (pos de grãos) sujeitos a explosão são considerados com risco para arredores.

27 INSPEÇÃO 6.1 OBJETIVO DAS INSPEÇÕES A) CONFORMIDADE COM O PROJETO; B) COMPONENTES EM BOM ESTADO, CONEXÕES E FIXAÇÕES FIRMES E LIVRES DE CORROSÃO; C) RESISTÊNCIA DE ATERRAMENTO: ARRANJO, DIMENSÕES < 10 OHMS - EXCESSÃO FUNDAÇÕES COMO ATERRAMENTO; D) CONSTRUÇÕES ACRESCENTADAS À ESTRUTURA POSTERIORMENTE À INSTALAÇÃO ORIGINAL DO SPDA ESTÃO INTEGRADAS AO VOLUME A PROTEGER, MEDIANTE LIGAÇÃO AO SPDA OU AMPLIAÇÃO DESTE; E) RESISTÊNCIA CALCULADA DISPENSA A MEDIÇÃO

28 INSPEÇÃO 6.2 SEQUÊNCIA DAS INSPEÇÕES A) DURANTE A CONSTRUÇÃO DA ESTRUTURAS: CORRETA INSTALAÇÃO DOS ELETRODOS DE ATERRAMENTO E DAS CONDIÇÕES DAS ESTRUTURAS COMO INTEGRANTES DA GAIOLA DE FARADAY; B) APÓS TÉRMINO DA INSTALAÇÃO DO SPDA; C) PERIODICAMENTE CONFORME 6.1; D) APÓS QQ MODIFICAÇÃO OU REPARO NO SPDA; E) QUANDO FOR CONSTATADO QUE O SPDA FOI ATINGIDO POR UMA DESCARGA ATMOSFÉRICA.

29 PERIODICIDADE DAS INSPEÇÕES INSPEÇÃO VISUAL: ANUALMENTE PARA NÍVEIS I A IV PERIODICIDADE DE INSPEÇÕES COMPLETAS PERÍODO 5 anos 3 anos 1 ano DESCRIÇÃO Edificações residenciais, comerciais, administrativas, agrícolas ou industriais, Excetuando-se áreas classificadas com risco de incêndio e explosão Hospitais, escolas, teatros, cinemas, estádios de esporte, centros comerciais, pavilhões e indústrias contendo áreas com risco de explosão Estruturas contendo munição ou explosivos, ou em locais expostos à corrosão atmosférica severa (regiões litorâneas, ambientes industriais com atmosfera agressiva)

30 ANEXO E

31 MEDIÇÕES DE RESISTÊNCIAS DE ATERRAMENTO NORMA NBR / 2009: MEDIÇÃO DE RESISTÊNCIA DE ATERRAMENTO E DE POTENCIAIS NA SUPERFÍCIE DO SOLO EM SISTEMAS DE ATERRAMENTO

32 DPS DISPOSITIVO DE PROTEÇÃO CONTRA SURTOS DE TENSÃO 10kA E 40kA

33 DPS DISPOSITIVO DE PROTEÇÃO CONTRA SURTOS DE TENSÃO

34 IRREGULARIDADES MAIS FREQUENTES 1) FALTA DE PROJETO; 2) ERROS NOS DIMENSIONAMENTOS DOS SUBSISTEMAS DE CAPTORES, CONDUTORES DE DESCIDAS E DE ATERRAMENTO; 3) SUBDIMENSIONAMENTO DE MATERIAIS; 4) GALVANIZAÇÃO DOS MATERIAIS DEFICIENTE; 5) HASTES E CONDUTORES FORA DE NORMA; 6) LUZ DE OBSTÁCULO FIXADA NO MASTRO DO CAPTOR FRANKLIN; 7) ANTENAS FORA DO VOLUME PROTEGIDO PELO SPDA; 8) FALTA DO ANEL DE ATERRAMENTO (ARRANJO B ); 9) FALT A DE GAIOLA DE FARADAY; 10) FIAÇÃO DE INSTALAÇÕES ELÉTRICAS E SINAL PRÓXIMAS DOS CONDUTORES DA GAIOLA DE FARADAY E DOS CONDUTORES DE DESCIDA.

35 RESISTIVIDADE DE TIPOS DE SOLOS

36 TRATAMENTO DO SOLO COM BENTONITA 1) Redução substancial no valor da resistência de aterramento até 75%; 2) Vida útil longa, devido a não lixiviação destes produtos com as chuvas; 3) Estabilidade no valor da resistência de aterramento, devido ao alto grau de higroscopia (retenção de umidade); 4) Diminuição dos potenciais de toque e de passo devido a redução da resistividade do solo, aumentando-se a segurança; 5) Aumento da capacidade de dispersão de corrente; 6) Facilidade e rapidez na aplicação; e 7) Baixo custo.

37 TRATAMENTO DO SOLO COM BENTONITA

38 TRATAMENTO DO SOLO COM BENTONITA

39 TRATAMENTO DO SOLO COM BENTONITA

40 TRATAMENTO DO SOLO COM BENTONITA

41 TRATAMENTO DO SOLO COM BENTONITA

42 TRATAMENTO DO SOLO COM BENTONITA

43 EXIGÊNCIAS LEGAIS 1) NR 10 SEGURANÇA EM INSTALAÇÕES E SERVIÇOS EM ELETRICIDADE: Prontuário das Instalações elétricas b) Documentação das inspeções e medições do sistema de proteção contra descargas atmosféricas e aterramentos elétricos 2) NR 28 - FISCALIZAÇÃO E PENALIDADES: Grave e iminente risco à saúde ou integridade física do trabalhador 3) LEI MUNICIPAL DE 22 DE NOVEMBRO DE Proteção de pessoas em ambiente aberto; Detectores de proximidade de descargas atmosféricas 4) DECRETO ESTADUAL INSTRUÇÃO TÉCNICA Nº 41/2011 Inspeção visual em instalações elétricas de baixa tensão ANEXO A Item 6.9 Sistema de Proteção Contra Descargas Atmosféricas (SPDA)