Revisão 2015 da norma NBR 5419 de 50 para 400 páginas. Dr. Hélio Eiji Sueta

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1 Revisão 2015 da norma NBR 5419 de 50 para 400 páginas Dr. Hélio Eiji Sueta

2 Danos materiais (p.e. quebra de concreto no ponto de impacto)

3 Exemplos de coberturas e fachadas danificadas por raios Fotos: IEC 62713

4 Início de incêndio (p.e. árvores, galpões de madeira) Fotos: internet

5 Módulos Fotovoltaicos

6 Perfuração de materiais (p.e. telhados metálicos ou não, tanques) Foto: Hélio Sueta

7 Sobreaquecimento no ponto de impacto podendo dar início a pontos quentes (explosões, incêndio) Usina São Luiz, Ourinhos Incêndio na Usina Rio Claro / Goiás

8 Sobreaquecimento no ponto de impacto podendo dar início a pontos quentes (explosões, incêndio)

9 Sobreaquecimento devido a passagem da corrente do raio (explosões, incêndio) Foto: Hélio Sueta

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11 Desligamento de linhas de transmissão e distribuição de energia Fotos: Internet - Google

12 Falhas em equipamentos eletro-eletrônicos e sistemas instalados na estrutura (TV, computadores, redes, telefones, modems) Foto: Hélio Sueta

13 CHOQUES EM SERES VIVOS IEC/TR ed.1: Procedimentos de segurança para redução de riscos fora da estrutura Descarga direta Descarga lateral Alerta para não ficar embaixo de estruturas metálicas quando estas não estiverem aterradas. Desenhos: IEC 62713

14 TENSÃO DE TOQUE Alerta para não tocar objetos metálicos durante uma tempestade Desenho: IEC 62713

15 TENSÃO DE PASSO Eletrização por tensão de passo Caminho da corrente Desenho: IEC 62713

16 DESCARGAS EM SERES VIVOS Figuras de Lichtenberg na pele humana Foto: IEC e internet

17 Fotos: Internet - Google

18 Perda de produção, atrasos (Indústrias, etc) Fotos: Internet - Google

19 PERDA DE PRODUÇÃO E ATRASOS ESTUDO PARA OBRAS EM REFINARIAS Foto: Petrobrás

20 PERDAS DE PATRIMONIOS CULTURAIS INSUBSTITUÍVEIS CASTELO SAINT ANGELO (PERTO DO VATICANO) Fotos: Hélio Sueta

21 PERDAS DE PATRIMONIOS CULTURAIS INSUBSTITUÍVEIS Fotos: Hélio Sueta

22 CONSEQUÊNCIAS AO MEIO AMBIENTE (FOGO E EXPLOSÕES EM USINAS) USINA COMANCHE DE CANITAR (PERTO DE OURINHOS) USINA DE ÁLCOOL Foto: Internet - Google

23 Proteção de Pessoas e Aeronaves contra Descargas Atmosféricas Foto: Internet - Google

24 Danos Causados por Descargas Atmosféricas em Aviões Foto: Internet - Google

25 PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS DIRETAS Foto: Internet - Google

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27 42 pgs 67 pgs 87 pgs 104 pgs 51 pgs Total (4 partes) : 309 pgs Válida a partir de 22/06/2015

28 NBR /2015: Proteção contra Descargas...Atmosféricas Princípios Gerais Escopo 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 da ABNT NBR 5419 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 abastecimento e telecomunicações colocados fora da estrutura.

29 ABNT NBR PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS PARTE 1: PRINCÍPIOS GERAIS A ameaça da descarga atmosférica NBR Riscos associados à descarga NBR Proteção contra descargas atmosféricas PDA SPDA MPS Medidas de proteção NBR NBR IEC 2612/10

30 TERMOS E DEFINIÇÕES 58 Termos e definições só na parte 1 64 na parte 2 38 na parte 3 25 na parte 4 (TOTAL: 185 contra 45 na versão 2005) PARTE 1 Parâmetros da corrente da descarga atmosférica: Anexo A: Geral Anexo B: Equação da corrente (tempo) p/ análise Anexo C: Simulação Ensaios Anexo D: Ensaios p/ simular efeitos sobre componentes Anexo E: Surtos em diferentes pontos da instalação

31 FONTE DE DANOS S3 S4

32 PERDAS E RISCOS

33 Medidas de proteção para redução de danos a pessoas devido a choque elétrico isolação adequada das partes condutoras expostas equipotencialização por meio de um sistema de aterramento em malha restrições físicas e avisos ligação equipotencial para descargas atmosféricas (LE).

34 Medidas de proteção para redução de danos físicos A proteção é alcançada através de um sistema de proteção contra descargas atmosféricas (SPDA) o qual inclui as seguintes características: - subsistema de captação; - subsistema de descida; - subsistema de aterramento; - ligação equipotencial para descargas atmosféricas (LE); - isolação elétrica (e daí a distancia de segurança) para o SPDA externo.

35 Medidas de proteção para redução de falhas dos sistemas elétricos e eletrônicos Medidas de proteção contra surtos (MPS) possíveis: - medidas de aterramento e equipotencialização; - blindagem magnética; - roteamento da fiação; - interfaces isolantes; - sistema de DPS coordenado. Estas medidas podem ser usadas sozinhas ou combinadas.

36 ZPR definidas por um SPDA ZPR 0A ZPR 0B ZPR 1 Descarga direta, corrente total da descarga É pouco provável a ocorrência de descarga direta, corrente parcial da descarga ou corrente induzida Não há descarga direta, corrente limitada da descarga ou corrente induzida O volume protegido na ZPR 1 deve respeitar a distância de segurança s

37 NECESSIDADE DE PROTEÇÃO (NBR 5419/2005) E GERENCIAMENTO DE RISCO (NBR /2015)

38 ABNT NBR 5419:2005 Avaliação do Risco de Exposição Densidade de DAs para a terra N g desc. 0,04. T 1,25 d km 2. ano T d = número de dias de trovoadas por ano Mapas...Isocerâunicos

39 Inserir 2 mapas da norma Número médio de dias de trovoada por ano. Fonte: BR 5419/2005

40 Desenho: NBR 5419/2005

41 Avaliação do Risco de Exposição ABNT NBR Área de Exposição Equivalente h Área de exposição é obtida a partir da vista superior e da altura da estrutura. A e L W h Os limites da área de exposição são obtidos, afastando-se do perímetro da mesma o valor da altura da estrutura, no ponto considerado LW. 2. L. h 2. W. h. h 2

42 Avaliação do Risco de Exposição NBR 5419/2005 Freqüência média anual prevista - N d N d N g. Ae.10 6 desc. ano N g = densidade de descargas atmosféricas para a terra [desc/km 2.ano]; Ae= área de exposição equivalente [m 2 ].

43 A - tipo de ocupação da estrutura Avaliação do Risco de Exposição Índices de Ponderação B - tipo de construção da estrutura C conteúdo e efeitos indiretos das descargas D localização da estrutura E topografia da região

44 Avaliação do Risco de Exposição Avaliação final N N. A. B. C. D. E dc d desc ano N d = freqüência média anual prevista [desc/ano]

45 Necessidade de SPDA N dc N dc 10-5? N dc SPDA Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas

46 SPDA Níveis de Proteção NÍVEL I Estruturas com risco confinado: estações de telecomunicações, usinas elétricas; Estruturas com risco para os arredores: refinarias, postos de combustíveis, fábricas de fogos ou munição; Estruturas com risco para o meio ambiente: indústrias químicas, usinas nucleares, laboratórios bioquímicos. NÍVEL II Estruturas comuns: teatros, escolas, lojas de departamentos, áreas esportivas, igrejas, bancos, companhias de seguro, hospitais, casas de repouso, prisões, museus, locais arqueológicos.

47 SPDA Níveis de Proteção NÍVEL III Estruturas comuns: residências, fazendas, estabelecimentos agropecuários, industriais em geral. NÍVEL IV Estruturas comuns: construídas com materiais não inflamáveis e com pouco acesso de pessoal, contendo no seu interior materiais também não inflamáveis.

48 Gerenciamento de Risco de acordo com a NBR Parâmetros (entre dados de entrada e calculados)

49 TIPO DE PERDAS L1 - Perda de vidas humanas L2 - Perda de instalação de serviço ao público L3 - Perda de memória cultural L4 - perda de valor econômico (estrutura e seu conteúdo, instalação de serviço e perda de atividade).

50 ESTE RISCO DEPENDE DE: -o número anual de descargas atmosféricas que influenciam a estrutura; -a probabilidade de dano por uma das descargas atmosféricas que influenciam; -a quantidade média das perdas causadas. Riscos a serem avaliados em uma estrutura : R1: risco de perda de vida humana R2: risco de perda de instalação de serviço ao público R3: risco de perda de memória cultural R4: risco de perda de valor econômico RISCO É O VALOR DE UMA PROVÁVEL PERDA MÉDIA ANUAL (VIDA E BENS) DEVIDO ÀS DESCARGAS ATMOSFÉRICAS, EM RELAÇÃO AO VALOR TOTAL (VIDA E BENS) DO OBJETO A SER PROTEGIDO

51 Componentes do risco devidos aos raios diretos sobre uma estrutura RA: componente devido a tensões de passo e de toque em distâncias até 3 m do lado de fora da estrutura: L1 para seres humanos e L4 para o caso de estrutura com animais RB: componente relacionado com os danos físicos causados por centelhamentos que iniciam explosões. Podem ocorrer todos os tipos de perdas: L1, L2, L3 e L4. RC: componente devido à falha de sistemas internos causados por LEMPs (pulsos eletromagnéticos devido aos raios). Podem ocorrer perdas L2 e L4 em todos os casos e L1 quando há risco de explosões, ou em hospitais e estruturas com riscos análogos. RM - Falha de sistemas internos causada por LEMP RU - Relacionado a ferimentos por tensão de toque e passo dentro da estrutura RV - Danos físicos por incêndio ou explosão devida a centelhamento RW Falhas de sistemas internos por sobretensões induzidas nas linhas que adentram a estrutura RZ Idem, porem em estrutura com risco de explosão, hospitais e outras com riscos de vida por falha de sistemas internos

52 Nx é o número de eventos perigosos por ano Px é a probabilidade de danos a estrutura Lx é a conseqüente perda Composição dos riscos relacionados a uma estrutura: - R1: risco de perdas de vidas humanas: R1 = R A + R B +R C + R M + R U + R V + R W + R Z - R2: risco de perda de instalação de serviço ao público: R2 = R B + R C + R M + R V + R W + R Z - R3: risco de perda de memória cultural: R3 = R B + R V - R4: risco de perda de valor econômico: R4 = R A + R B +R C + R M + R U + R V + R W + R Z EQUAÇÃO BÁSICA

53 Tabela 4 Valores típicos de risco tolerável RT Tipo de perda RT (y 1) L1 Perda de vida humana ou ferimentos permanentes 10 5 L2 Perda de serviço ao público 10 3 L3 Perda de patrimônio cultural 10 4

54 PROCEDIMENTO PARA DECISÃO DA NECESSIDADE DA PROTEÇÃO E PARA SELECIONAR AS MEDIDAS DE PROTEÇÃO

55 Dividindo a estrutura em zonas ZS Zonas ZS são principalmente definidas por: - tipo de solo ou piso (componentes de risco RA e RU); - compartimentos a prova de fogo (compon. de risco RB e RV); - blindagem espacial (componentes de risco RC e RM). Zonas adicionais podem ser definidas de acordo com: - leiaute dos sistemas internos (compon. de risco RC e RM), - medidas de proteção existentes ou a serem instaladas (todos componentes de risco), - valores de perdas LX (todos componentes de risco).

56 ÁREA DE EXPOSIÇÃO EQUIVALENTE H 1: 3 3H W L IEC 2087/05

57 ÁREA DE EXPOSIÇÃO EQUIVALENTE L = 70 W = H p = H max = 40 H min = 25 IEC 2088/05

58 Áreas de exposição (Ad, Am, Ai, Al) A m 250 m A i A d 3H 2D i 3H a A a L c H A l H a L a End b of line End a of line W a W Lc IEC 2091/05

59 Ng 0,1 Td onde Td é o nº de dias de trovoadas por ano (que pode ser obtido nos mapas isocerâunicos ou Sistemas de Localização de raios)

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68 Anexo A (informativo) Análise do número anual N de eventos perigosos Anexo B (informativo) Avaliação da probabilidade PX de danos Anexo C (informativo) Análise de quantidade de perda LX Anexo D (informativo) Avaliação dos custos das perdas Anexo E (informativo) Estudo de casos

69 TUPÃ : Planilha de análise de risco

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73 PARTE 3: DANOS FÍSICOS A ESTRUTURAS E PERIGOS À VIDA

74 SPDA Métodos de Proteção: Subsistema de Captação Método do Ângulo de proteção (Franklin) Modelo Eletrogeométrico (Esfera Rolante ou fictícia) Condutores em Malha ou gaiola (Método Faraday) Esta norma somente regulamenta os métodos de captação citados neste item. Recursos artificiais destinados a aumentar o raio de proteção dos captores ou inibir a ocorrência das descargas atmosféricas, como captores com formatos especiais ou outras tecnologias não são aqui contemplados. NOTA Captores que contenham material radioativo devem ser retirados de acordo com a resolução 04/89 da Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN).

75 Métodos de Proteção: Subsistema de Captação Modelo Eletrogeométrico Ferramenta moderna; Baseados em estudos a partir de registros fotográficos; Medições de parâmetros do raio; Ensaios em laboratórios de alta tensão; Surgiu para proteção de linhas de transmissão e depois...simplificado para edificações.

76 Métodos de Proteção Modelo Eletrogeométrico BUM! Desenho: Mario Ramos

77 Modelo Eletrogeométrico P1 P2 Ra Ra Desenho: Mario Ramos

78 Métodos de Proteção Modelo Eletrogeométrico ABNT NBR 5419/2005 = NBR /2015

79 1 r 1 r 2 r r r r r 1 IEC 2138/05

80 Métodos de Proteção: Subsistema de Captação Ângulo de Proteção : Franklin h Desenho: Mario Ramos

81 Métodos de Proteção Ângulo de proteção ABNT NBR Desenho: Mario Ramos

82 ÂNGULO DE PROTEÇÃO NBR / ( ) Class of LPS I II III IV h (m) IEC 2646/10

83 1 h 1 h 1 2 h 2 H Projeto do subsistema de captação pelo método do ângulo de proteção para alturas diferentes IEC 2124/05

84 Métodos de Proteção Ângulo de proteção possibilidade de falha Desenho: D. M. Leite

85 Métodos de Proteção: Subsistema de Captores Gaiola de Faraday Teoria de Faraday campo no interior de uma gaiola é...nulo; Prática campo nulo somente no centro da gaiola; Corrente não se distribui uniformemente por toda a...superfície; Utiliza-se captores formados por condutores...horizontais;

86 Métodos de Proteção Gaiola de Faraday Nível de Proteção ABNT NBR 5419/2005 Tabela 2 Valores máximos dos raios da esfera rolante, tamanho da malha e ângulo de proteção correspondentes a classe do SPDA NBR /2015 Método de proteção Classe do SPDA Raio da esfera rolante - R m Máximo afastamento dos condutores da malha m Ângulo de proteção I II III IV Veja figura

87 Métodos de Proteção Gaiola de Faraday NBR 5419/ m 5m 10m 10m

88 Métodos de Proteção Gaiola de Faraday NBR 5419/2015 5m 5m 10m 10m Nível de proteção 1: Malha 5 x 5 m Descidas 10 m

89 Gaiola de Faraday Métodos de Proteção Desenho: D. M. Leite

90 Métodos de Proteção Gaiola de Faraday Desenho: D. M. Leite

91 2 1 3 h 4 5 IEC 2137/05 Projeto de um subsistema de captação do SPDA, de acordo com o método das esferas rolantes, método do ângulo de proteção, método das malhas. Disposição geral dos elementos do subsistema de captação

92 Exemplo de projeto de subsistema de captação para SPDA não isolado conforme o método das malhas A IEC 2144/05

93 SPDA Condutores de descida ABNT NBR 5419/2005 Tabela 4 Valores típicos de distância entre os condutores de descida e entre anéis condutores de acordo com a classe de SPDA - NBR /2015 Classe do SPDA Distâncias m I 10 II 10 III 15 IV 20

94 Subsistema de Aterramento O aterramento, no SPDA, tem a finalidade de dissipar no solo as correntes dos raios sem provocar tensões de passo perigosas.

95 Instalação dos eletrodos de aterramento O eletrodo de aterramento em anel (arranjo tipo B) deve ser enterrado na profundidade de, no mínimo, 0,5 m e a distância aproximada de 1 a 2 m ao redor das paredes externas. Textos da IEC Aterramento em anel (arranjo tipo B) Este tipo de arranjo consiste em condutor em anel, externo à estrutura a ser protegida, em contato com o solo por pelo menos 80% do seu comprimento total, ou eletrodo de terra utilizando a fundação. Estes eletrodos de aterramento podem também ser do tipo malha. Devem ser consideradas eventuais situações que envolvam tensões superficiais perigosas. Arranjo tipo A: saiu da versão brasileira da IEC

96 O objetivo é obter a menor resistência de aterramento compatível com o arranjo, a topologia e a resistividade do solo no local Sob o ponto de vista da proteção contra descargas atmosféricas, uma única infraestrutura de aterramento é adequada para todos os propósitos, ou seja, comum a proteção contra descargas atmosféricas, sistemas de energia elétrica e sinal (telecomunicações, TV a cabo, dados, etc) Textos da NBR /2015

97 SPDA Sistema interno de proteção Equalização de Potencial MEDIDA NECESSÁRIA PARA A REDUÇÃO DE RISCOS DE INCÊNDIOS, EXPLOSÕES E CHOQUES ELÉTRICOS, DENTRO DO VOLUME A SER PROTEGIDO.

98 M 11 M Legenda 1 Força para o usuário 2 Medidor de energia 3 Conexão de energia 4 Cabos da concessionária 5 Gas 6 Água 7 Sistema de Aquecimento Central 8 Equipamentos eletrônicos 9 Blindagem do cabo da antena 10 BEP 11 DPS M Medidor de água IEC 2183/05 Exemplo de uma barra de ligação equipotencial principal

99 ANEXOS DA PARTE 3 ANEXO A: Posicionamento do subsistema de captação ANEXO B: Seção mínima da blindagem do cabo de entrada de modo a evitar centelhamento perigoso ANEXO C: Divisão da corrente da descarga atmosférica entre os condutores de descida ANEXO D: Informação adicional para SPDA no caso de estruturas com risco de explosão ANEXO E: Vago ANEXO F: Ensaio de continuidade elétrica das armaduras

100 PARTE 4: Sistemas elétricos e eletrônicos internos na estrutura

101 1) DESCARGAS ENTRE NUVENS

102 2) DESCARGAS DIRETAS

103 3) DESCARGAS DIRETAS NO 1 ário

104 4) DESCARGAS DIRETAS EM EDIFICAÇÕES

105 5) TENSÕES INDUZIDAS

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107 A NBR /2015 Danos permanentes de sistemas elétricos e eletrônicos devidos a LEMP podem ser causados por: Efeitos de campos eletromagnéticos irradiados diretamente para os próprios equipamentos. Surtos conduzidos e induzidos transmitidos aos equipamentos através da conexão por condutores metálicos.

108 MPS: Medidas de Proteção contra Surtos básicas: Aterramento e equipotencialização O sistema de aterramento conduz e dispersa as correntes da descarga atmosférica para o solo. A rede de equipotencialização minimiza as diferenças de potencial e pode reduzir o campo eletromagnético.

109 Exemplo de um sistema de aterramento tridimensional consistindo de uma rede de equipotencialização, interligada com o subsistema de aterramento

110 Integração de partes condutoras de sistemas internos em uma interligação para equipotencialização M M Legenda Barra para ligação equipotencialização condutor para equipotencialização equipamento ponto de conexão para interligação para equipotencialização ERP ponto de referencia para o sistema de aterramento S S configuração em estrela, integrada em um ponto estrela. configuração em malha integrada em uma malha

111 Combinação de métodos de integração de partes condutivas de sistemas internos na interligação para equipotencialização Combinação 1 Combinação 2 Legenda S S M S interligação para equipotencialização condutor para equipotencialização equipamento ponto de conexão para interligação para equipotencialização ERP ponto de referencia para o sistema de aterramento Integração em interligações ERP ERP S S M M M S configuração em estrela, integrada em um ponto estrela. configuração em malha integrada em uma malha configuração em malha integrada em um ponto estrela para equipotencialização M M M M IEC 2779/10

112 Blindagem eletromagnética e roteamento das linhas Blindagens espaciais atenuam os campos eletromagnéticos dentro da ZPR, decorrentes de descargas atmosféricas diretas ou próximas à estrutura, e reduzem os surtos internamente. Blindagem de linhas internas, utilizando cabos blindados ou os dutos blindados, minimizam surtos induzidos internamente. Roteamento de linhas internas podem minimizar laços de indução e reduzir surtos Blindagem de linhas externas entrando na estrutura limita os surtos conduzidos para dentro dos sistemas internos.

113 Coordenação de DPS Um sistema coordenado de DPS minimiza os efeitos de surtos originados interna ou externamente. Interfaces isolantes Interfaces isolantes minimizam os efeitos de surtos em linhas entrando na ZPR.

114 OBRIGADO Dr. Hélio Eiji Sueta

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116 Medição de continuidade Desenho: NBR 5419/2005

117 ZPR definidas por MPS Ligação equipotencial para descargas atmosféricas, por meio de DPS ZPR 0 A ZPR 0 B ZPR 1 Descarga direta, corrente total da descarga, campo magnético total É pouco provável a ocorrência de descarga direta, corrente parcial da descarga ou corrente induzida, campo magnético total Não há descarga direta, corrente limitada da descarga ou corrente induzida, campo magnético atenuado ZPR 2 Não há descarga direta, correntes induzidas, campo magnético ainda mais atenuado Os volumes protegidos na ZPR 1 e na ZPR 2 devem respeitar as distâncias de segurança d s

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123 Ordem das inspeções Durante a construção da estrutura Após a instalação do SPDA, no momento da emissão do documento as built Após alterações ou reparos, ou quando houver suspeita que a estrutura foi atingida por uma descarga atmosférica; Inspeção visual semestral apontando eventuais pontos deteriorados no sistema; Periodicamente, realizada por profissional habilitado e capacitado a exercer esta atividade, com emissão de documentação pertinente, em intervalos determinados, assim relacionados: 1 ano, para estruturas contendo munição ou explosivos, ou em locais expostos à corrosão atmosférica severa (regiões litorâneas, ambientes industriais com atmosfera agressiva etc.), ou ainda estruturas pertencentes a fornecedoras de serviços considerados essenciais (energia, água, telecomunicações etc.); 3 anos, para as demais estruturas

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