Proteção Contra Descargas Atmosféricas de Laboratórios de Pesquisa Científica

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1 ROSA, Daniel de Souza [1] CÂMARA, Patrícia Trabuco [2] ASCUÍ, Rogério Roman Mesquita de [3] ROSA, Daniel de Souza; CÂMARA, Patrícia Trabuco; ASCUÍ, Rogério Roman Mesquita de. Proteção Contra Descargas Atmosféricas de Laboratórios de Pesquisa. Revista Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano 2, Vol. 16. pp , março de ISSN: RESUMO Laboratórios de Pesquisa costumam ter equipamentos complexos de alta precisão que necessitam de rede elétrica estável e confiável. As descargas atmosféricas são grandes causadores de distúrbios nessa rede o que gera a queima de diversos aparelhos. Como forma de evitar esse problema, faz-se uso de um Sistema de Proteção Contra Descargas Atmosféricas (SPDA), que consiste na instalação de hastes aterradas de modo a redirecionar a descarga elétrica de um raio à Terra. Este trabalho visa mostrar a teoria para elaboração de um projeto de SPDA para Laboratórios de Pesquisa. Palavras-chave: SPDA, Descarga Atmosférica, Laboratórios de Pesquisa. Introdução As Descargas atmosféricas são grandes causadores de distúrbios na rede elétrica, podem causar, também, danos físicos às edificações ou às pessoas e animais que a elas estejam submetidas. Como forma de amenizar seus efeitos, os Sistemas de Proteção Contra Descargas Atmosféricas ou SPDA visam, basicamente, redirecionar a descarga elétrica de um raio à Terra. Os distúrbios na rede, referido acima, se dá pela indução de surtos na tensão que podem atingir até centenas de kv (em redes de transmissão e distribuição). Algumas providências são tomadas, dentre elas: cabos-guarda ao longo das linhas de tensão, pára-raios e outros. Além do surto à rede elétrica, os raios podem causar, também, danos físicos às estruturas de edificações, quando estas não estão devidamente protegidas e sofrem contato direto com um raio. Neste artigo será abordada a proteção a edificações do tipo prédio com Laboratórios de Pesquisa através dos métodos de Franklin e Faraday seguindo a NBR Desenvolvimento 1

2 Para proteção de uma edificação, a norma da ABNT apresenta três métodos: Método do Ângulo de Proteção (Método de Franklin): utilizada em edificações de formato simples, mas sujeito aos limites de altura dos captores. Consiste na instalação de uma haste acima da edificação ligada à terra. Sua proteção obedece um ângulo preestabelecido a partir do ponto mais alto da haste até um plano de referência, de acordo à Classe de Proteção, conforme Figura 1. A área envolvida por esse ângulo é a área protegida. Figura 1 Gráfico para determinação do ângulo de proteção (Fonte NBR /2015) Método das Malhas (Método de Faraday): aplicação adequada para proteção de telhados horizontais, inclinados sem curvatura e superfícies laterais planas (para edificações muito altas). O método consiste em malhas de condutores que envolvem a área a ser protegida e deve cumprir os seguintes requisitos (NBR /2015): 2

3 Condutores captores devem ser instalados: na periferia da cobertura da estrutura; nas saliências da cobertura da estrutura; nas cumeeiras dos telhados, se o declive deste exceder 1/10 (um de desnível por dez de comprimento); As dimensões de malha não podem ser maiores que os valores encontrados na Tabela 1; O conjunto de condutores do subsistema de captação deve ser construído de tal modo que a corrente elétrica da descarga atmosférica sempre encontre pelo menos duas rotas condutoras distintas para o subsistema de aterramento; Nenhuma instalação metálica, que por suas características não possa assumir a condição de elemento captor, ultrapasse para fora o volume protegido pela malha do subsistema de captação. Os condutores da malha devem seguir o caminho mais curto e retilíneo possível da instalação. Tabela 1 Valores máximos tamanho da malha correspondentes a classe do SPDA Classe do SPDA Máximo afastamento dos condutores da malha (m) I 5 5 II III IV Método da Esfera Rolante: não será utilizado neste artigo. Independentemente do método e da classe escolhidos, a proteção não garante 100% de eficácia. A edificação que se pretende proteger contra descargas atmosféricas trata-se de Laboratórios de Pesquisa hipotético. Nele encontram-se equipamentos simples, complexos de alta precisão e computadores com rede de dados. As características da construção são: 3

4 Prédio com 30m de altura, com dimensões 10x20m; Cobertura de telhado com declive inferior a 1/10; Caixa d água cúbica com 3m cada aresta, acima da construção. Figura 2 Vista Frontal do Prédio 4

5 Figura 3 Vista Superior do Prédio Para as características acima, a proteção se dará pela junção dos métodos de Franklin e Faraday. E por se tratar de laboratórios, a Classe de Proteção será II. Desta forma, seguindo os dados apresentados acima, o ângulo de proteção será no máximo 25 e a dimensão das malhas será de no máximo 10x10m. Como a superfície superior do prédio tem dimensões 20x10m, serão necessárias duas malhas de Faraday, conforme abaixo: Figura 4 Vista Superior da edificação com a malha de Faraday Por se tratar de uma construção com altura inferior a 60m, a proteção lateral não se faz necessária. Para proteção da área elevada (caixa d água), faz-se necessário o uso de um captor de Franklin, conforme segue: Figura 5 Captor de Franklin na edificação A altura do captor foi encontrada a partir da equação: Após os cálculos e considerações apresentados acima, o captor de Franklin, bem como as malhas de Faraday devem ser conectados à malha de aterramento que deve envolver toda a edificação. Serão seis caminhos de descida, um em cada canto do prédio e nos pontos de conexão das duas malhas. O captor deve ser conectado à malha de Franklin, como pôde ser visto na Figura 4. 5

6 Conclusão Foi visto que descargas atmosféricas podem provocar danos irreversíveis a construções, vida humana e animal. A fim de evitar os danos supracitados, deve-se proteger as áreas desejadas com o Sistema de Proteção Contra Descargas Atmosféricas (SPDA). Esse sistema constitui de captar a descarga elétrica emitida por raios e redirecionar à Terra através de condutores devidamente aterrados. Para este artigo, foi mostrado um exemplo de aplicação dos métodos do ângulo de proteção e das malhas. Utilizando os dois métodos, foi possível proteger um prédio de 30m de altura com uma caixa d água na sua cobertura. Vale ressaltar que os métodos apresentados não têm 100% de eficácia, tendo em vista que a descarga elétrica é um fenômeno da natureza, absolutamente, imprevisível e aleatória, tanto nas suas características como nos seus efeitos. REFERÊNCIAS ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 5.419/15 Proteção contra descargas atmosféricas, MAMEDE FILHO, J. Instalações Elétricas Industriais. 6ª Edição. Rio de Janeiro, RJ: LTC, COTRIM, A. A. M. B. Instalações Elétricas. 5ª Edição. São Paulo. Prentice-Hall, KIDERMANN, G. Descargas atmosféricas. 2.ed. Porto Alegre: Sagra Luzzatto, [1] Bacharel em Engenharia Elétrica. Universidade do Estado do Amazonas -UEA. Pós-Graduado em Logística. Pós- Graduado em Engenharia de Produção. Possui MBA em Sistemas de Informação. Pós-Graduado em Engenharia Elétrica com ênfase em Instalações Elétricas Industriais. [2] Bacharel em Engenharia Elétrica. Universidade Federal da Bahia Campus Salvador. Pós-Graduada em Engenharia Elétrica com ênfase em Instalações Elétricas Industriais. [3] Bacharel em Engenharia Elétrica. Universidade Federal do Amazonas-UFAM Pós-Graduada em Engenharia Elétrica com ênfase em Instalações Elétricas Industriais 6