Proteção contra descargas atmosféricas

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1 Outubro de 2018

2 Proteção contra descargas atmosféricas Parte 1: Princípios gerais Nova NBR 5419:2015 Parte 2: Gerenciamento de risco Totalmente nova Totalmente nova Antiga NBR 5419 Parte 3: Danos físicos a estruturas e perigos à vida Totalmente nova Parte 4: Sistemas elétricos e eletrônicos internos na estrutura Base: IEC Esta ferramenta substitui a Tabela B.6 da NBR 5419:2005, onde era relacionado o nível de proteção do SPDA e o tipo de instalação.

3 As medidas práticas para proteção são apresentadas em dois grupos: NBR Medidas de proteção para reduzir danos físicos e perigo à vida na estrutura. NBR Medidas de proteção para reduzir falhas de sistemas eletroeletrônicos.

4 A ameaça oferecida pelo raio! Qual o risco (a probabilidade) do raio nos causar danos? Medidas para proteção de estruturas e vidas Medidas para proteção de sistemas eletroeletrônicos

5 Fontes de Danos Devido às Descargas Atmosféricas Surtos com origem interna I Estrutura Estrutura I d Descarga na Estrutura S1 Descarga Próxima a Estrutura S2

6 Fontes de Danos Devido às Descargas Atmosféricas Surtos com origem externa Estrutura Estrutura Rede metálica Rede metálica d Descarga na Linha que Atende à Estrutura S3 Descarga Próxima à Linha que Atende à Estrutura S4

7 MEDIDAS DE PROTEÇÃO As medidas de proteção são necessárias para reduzir os riscos, de acordo com o tipo de dano. As medidas de proteção atendem a: Redução de lesões a seres vivos devido à choque elétrico Redução de danos físicos Redução de falha dos sistemas elétricos e eletrônicos

8 MEDIDAS DE PROTEÇÃO Para a... Redução de lesões a seres vivos devido à choque elétrico... as medidas incluem: Isolação adequada de componentes condutivos expostos; Equipotencialização através de sistema de malha de aterramento; Restrições físicas e avisos; Ligação equipotencial (LE).

9 MEDIDAS DE PROTEÇÃO Para a... Redução de danos físicos... as medidas incluem: Instalação de SPDA composto de: Subsistema de captação, subsistema de descida e subsistema de aterramento Ligação equipotencial (LE) Isolação elétrica com componentes do SPDA externo, caso necessário.

10 MEDIDAS DE PROTEÇÃO Para a... Redução de falha dos sistemas elétricos e eletrônicos... as medidas incluem: Medidas do aterramento e equipotencialização Blindagem magnética Roteamento da fiação Interfaces isolantes Sistema de DPS coordenado

11 MEDIDAS DE PROTEÇÃO A seleção das medidas de proteção mais adequadas à estrutura deve ser balizada pela NBR Gerenciamento de Risco.

12 CRITÉRIOS BÁSICOS PARA PROTEÇÃO DE ESTRUTURAS Sistema ideal: estrutura dentro de uma caixa metálica compondo uma blindagem, contínua, onde as linhas entrantes na estrutura são devidamente interligadas à blindagem no ponto de entrada.

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33 O Conceito de Zonas de Proteção Estrutura ZPR 0A SPDA Externo ZPR 1 r ZPR 2 Aterramento ZPR 0B

34 Parte2: Gerenciamento de risco O PERIGO À ESTRUTURA PODE RESULTAR EM: DANO À ESTRUTURA E AO SEU CONTEÚDO FALHAS AOS SISTEMAS ELETROELETRÔNICOS ASSOCIADOS FERIMENTOS A SERES VIVOS DENTRO DA ESTRUTURA, OU NAS SUAS PROXIMIDADES

35 Parte2: Gerenciamento de risco MEDIDAS DE PROTEÇÃO SÃO NECESSÁRIAS? ANÁLISE DE RISCO QUAIS MEDIDAS?

36 Parte2: Gerenciamento de risco RISCO PROVÁVEL PERDA MÉDIA ANUAL EM UMA ESTRUTURA DEVIDO ÀS DESCARGAS ATMOSFÉRICAS

37 Parte2: Gerenciamento de risco VALOR DO RISCO DEPENDE DE Número anual de raios L -Quantidade média de perda Probabilidade de dano

38 Parte2: Gerenciamento de risco Raio incidindo diretamente na estrutura ou linha Raio incidindo próximos à estrutura ou linha podem causar danos físicos e perigo à vida podem causar falhas de equipamentos eletroeletrônicos podem causar falhas de equipamentos eletroeletrônicos

39 INTERPRETAÇÃO DOS TERMOS FONTE DE DANO DANO PERDA RISCO

40 EXPLICAÇÃO DE TERMOS D1: Ferimentos a seres vivos. D2: Danos físicos a estrutura. D3: Falhas de dispositivos eletroeletrônicos

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42 Tipos de Perda DANO PODE GERA R PERDA L1: Perda de vida humana. L2: Perda de serviço ao público. L3: Perda de patrimônio cultural. L4: Perda de valor econômico.

43 FATO EXISTÊNCIA DA POSSIBILIDADE DE PERDA

44 R1: risco de perda de vidas humanas (incluindo ferimentos permanentes), R2: risco de perda de serviço ao público, R3: risco de perda de bens culturais, R4: risco de perda de valor econômico.

45 GERENCIAMENTO DE RISCO

46 PROTEÇÃO SISTEMAS INTERNOS NBR A proteção contra LEMP visando a redução de falha dos sistemas internos consistem em: Minimizar surtos devido à: S1 S2 S3 S4 Raio na estrutura Raio próx. à estrutura Raio na linha Raio próximo à linha Minimizar acoplamento magnético. Blindagem Rotas de cabos Uso de infraestrutura Definição de ZPRs Etc.

47 Raio na estrutura Captação Raio na linha Linhas Estrutura DPS Descida DPS Sala interna Raio próx. linha DPS DPS Raio próx. estrutura r raio da esfera rolante s distancia de segurança para campos elevados O equipotencialização através de DPS Aterramento DPS Linhas

48 A DESCARGA ATMOSFÉRICA QUE INCIDE NO SÍTIO DA INSTALAÇÕES (DESCARGAS DIRETAS S1) ESTAÇÕES DE TELECOMUNICAÇÕES DESCARGA ATMOSFÉRICA NA TORRE INTERAÇÃO ELETROMAGNÉTICA COM AS INSTALAÇÕES - -

49 Acoplamento de transitórios elétricos Rotas de cabos de alimentação e sinal formando loop vertical (mais crítico) descarga i p SPDA Corrente de loop pela blindagem (caso o Pe e Blind estejam interligados nos racks) Agressor eletromagnético: Descarga atmosférica incidente no SPDA do prédio. i p i p Fluxo magnético Condutor PE DDP (caso o Pe e a BlindTg estejam desconectados nos racks) Fluxo magnético DDP Equipamento Condutor de Sinal Loop: Condutor PE (alimentação da carga técnica) massas dos equipamentos condutor de sinal Tensão transitória alta induzida no loop pelo campo magnético provocado pela corrente transitória nos condutores de descida i p DDP Zt Terra Geral Prédio Perigo de queima em escala dos sistemas eletrônicos!!!

50 Acoplamento de transitórios elétricos Rotas de cabos de alimentação e sinal formando loop com área reduzida descarga devido à mudança de roteamento dos cabos i p SPDA Agressor eletromagnético: Descarga atmosférica incidente no SPDA do prédio. i p DDP controlada Condutor de Sinal Fluxo magnético Equipamento Loop: Condutor PE (alimentação da carga técnica) massas dos equipamentos condutor de sinal i p Condutor PE Fluxo magnético DDP controlada Prédio Tensão transitória baixa devido ao controle da área do loop Aumento da suportabilidade frente às descargas!!! i p Zt i p DDP Sistema de aterramento

51 Acoplamento de transitórios elétricos Rotas de cabos de alimentação e sinal formando loop com área reduzida devido ao uso de infraestrutura blindada i p descarga i p SPDA Corrente de loop pela blindagem (infraestrutura) DDP controlada (caso a infra seja interligada aos racks Infra metálica interligada Equipamento Agressor eletromagnético: Descarga atmosférica incidente no SPDA do prédio. Loop: Condutor PE (alimentação da carga técnica) massas dos equipamentos condutor de sinal Fluxo magnético Condutor de Sinal Tensão transitória controlada pela infra interligada i p Condutor PE Fluxo magnético DDP Diminuição das solicitações elétricas aos equipamentos DDP Prédio i p Zt Terra Geral

52 Figura 2 - Exemplos de possíveis MPS (medidas de proteção contra surtos) Protegem contra campos eletromagnéticos irradiados e surtos conduzidos. Sucessivas blindagens espaciais em forma de grade e DPS coordenados podem reduzir o campo eletromagnético e os surtos a um nível mais baixo de ameaça;

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55 Aterramento e equipotencialização

56 7 Coordenação de DPS I (ka) Max Protetores Classe I 10 x 350 s Max Protetores Classe II 8 x 20 s t (s) 60

57 IEC Dispositivos protetores de surto de baixa tensão Parte 1- Dispositivos conectados aos sistemas de distribuição de baixa tensão Prédio dotado de SPDA Exemplo: Circuito trifásico (3 fases + neutro) Prédio Classe 3 : 100 ka (10 x 350 s) Apenas alimenta ção elétrica. fase fase fase neutro Vem do para - raios SPDA ZP0a Protetor classe B I Linha (energia / dados) ZP0b Protetor classe C II Protetor classe D III ZP1 ZP2 ZP3 100 ka 50 ka 12,5 ka Protetor com capacidade de 12,5 ka (10 x 350 s) Os protetores Classe I devem suportar impulsos de corrente de 10 x 350µs Os protetores Classe II devem suportar impulsos de corrente de 8 x 20µs Os protetores Classe III devem suportar impulsos de tensão de 1,2 x 50µs combinados com impulsos de corrente de 8 x 20µs 61

58 Campo H 1 em estrutura sem blindagem W m 8,5m 100kA estrutura H 1 6m 100m 10m s a = 105 ( m) distância da descarga em rel à estrutura I 0 H 0 = 2 s a A m H 0 = A m campo maximo interno

59 Campo H 1 em estrutura sem blindagem W m `= 2m 100kA Blindagem estrutura H 1 6m 100m 10m w m = 2 ( m) trama blindagem de aço r c = ( m) raio da barra de aço SF Aço = 20log w m r c SF = A m SF Aço = ( db)

60 100 ka Edificação de um pavimento conforme NBR-5419 Descarga Direta de 100 [ka] Malha de 2,5[m] V = 4,7[kV] (tensão induzida) I = 361 [A] (corrente de curto) 2,5m 2,5m 3m 2,7m 2m 5m 10m 3m 10m 2,66m (mínimo) Para se aplicar esta metodologia (d s1 ) 2,7m 4,6m 2,7m

61 100 ka Edificação de um pavimento conforme NBR-5419 Descarga Direta de 100 [ka] Malha de 1,25[m] V = 2,3 [kv] (tensão induzida) I = 180 [A] (corrente de curto) 1,25m 1,25m 3m 2,7m 2m 5m 10m 3m 10m 2,1m (mínimo) Para se aplicar esta metodologia (d s1 ) 2,7m 4,6m 2,7m

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