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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA TRABALHO DE PESQUISA LAUDO E PROJETO DE RESISTÊNCIA DE TERRA E NECESSIDADE DE SPDA Orientador: Tibiriçá Krüger Moreira Orientandos: Fabrício Oliveira da Silva Ivanderson de Oliveira Thiago Oro Curitiba 2011

2 FABRICIO OLIVEIRA DA SILVA IVANDERSON DE OLIVEIRA THIAGO ORO LAUDO E PROJETO DE RESISTÊNCIA DE TERRA E NECESSIDADE DE SPDA Projeto apresentado à disciplina de Sistemas de Proteção Contra Distúrbios Elétricos do curso de engenharia elétrica Curitiba 2011

3 Sumário 1 CLIENTE DATA DA MEDIÇÃO LOCALIZAÇÃO DA MEDIDA CROQUI DO SITE TIPO DE TERRENO E CONDIÇÕES CLIMÁTICAS INSTRUMENTO DE MEDIÇÃO MÉTODO DE MEDIÇÃO E VALORES ESTRATIFICAÇÃO DO SOLO Planilha de cálculos LAUDO DO SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS E ATERRAMENTOS ELÉTRICOS SPDA, E SISTEMAS DE ATERRAMENTO Seleção do nível de proteção LOCALIZAÇÃO DO DEPARTAMENTO DE ENEGENHARIA ELÉTRICA RECOMENDAÇÕES PARA O SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS E ATERRAMENTOS ELÉTRICOS SPDA ESTRUTURA RECOMENDADA PLANTA BAIXA PROJETO RELAÇÃO DE MATERIAIS Figura de materiais RECOMENDAÇÕES PARA O SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS E ATERRAMENTOS ELÉTRICOS SPDA... 22

4 1 CLIENTE Universidade Federal do Paraná Departamento de Engenharia Elétrica 2 DATA DA MEDIÇÃO Primeira medição (L1) em 26 de maio e segunda medição (L2 e L3) em 1 de junho de LOCALIZAÇÃO DA MEDIDA Engenharia Elétrica - UFPR Centro Politécnico, CP Avenida Coronel Francisco H dos Santos, s/n Jardim das Américas Paraná Curitiba, PR, Coordenadas Geográficas Medida na entrada do bloco (L1): S= -25º 45,1397 W= -49º 23,3527 Sentido azimute 220º. Medida no estacionamento (L2): S= -25º 45,1053 W= -49º 23,3819 Sentido azimute 315º. Medida na rua lateral (L3): S= -25º 45,1107 W= -49º 23,4052 Sentido azimute 220º. *Medidas de azimute feitas em sentido horário em relação ao Norte magnético. Altitude 942 metros em relação média das baixa-mares de sizígia. 1

5 4 CROQUI DO SITE Universidade Federal do Paraná UFPR Setor de ciência e tecnologia Bloco de Engenharia Elétrica Av. Coronel Francisco H. Santos, 210 Bairro Jardim das Américas Curitiba CEP: Figura 1 - Localização geográfica de onde foram efetuadas as medidas As fotos a seguir foram tiradas no dia da medição, em cada local que foi efetuada a medição: 2

6 Figura 2 - Entrada do bloco Figura 3 - Estacionamento 3

7 Figura 4 - Transformador em frente à construção As medidas da área externa onde o projeto será realizado são dadas a seguir: Figura 5 - Medidas externas da construção 4

8 5 TIPO DE TERRENO E CONDIÇÕES CLIMÁTICAS Tipo de solo: Saibro terraplanagem (primeira camada terraplanagem, segunda e terceira saibro, tendo a partir da quarta características de solo argiloso 20% umidade). Temperatura mínima média de 13 C e máxima média de 21 C. Temperatura do solo superficial de 22º C Abaixo as fotos do solo onde foram feitas as medições. Figura 6 - Solo do site (a) Figura 7 - Solo do site pelo menos 4 camadas (b) 5

9 6 INSTRUMENTO DE MEDIÇÃO MEGABRAS EM Figura 8. Medidor de Resistência de Aterramento e Resistividade do Solo As medidas foram feitas na escala de resistividade ρ do equipamento, sendo utilizadas as equações fornecidas para o cálculo da resistência do solo. 4 π. R. a ρ = 2a a ( a p ) ( a p ) 2a a ρ. 1+ a p a p R = 4 π. a ( + ) ( + ) 6

10 7 MÉTODO DE MEDIÇÃO E VALORES Método de Wenner Figura 9. Método dos quatro pontos (Wenner). As medidas de resistência de aterramento devem ser de acordo com o método de Wenner. 8 ESTRATIFICAÇÃO DO SOLO 8.1 Planilha de cálculos Temperatura 20º C (sol) De acordo com as medidas feitas, foi calculado o valor de resistência conforme a tabela a seguir: Tabela 1 - Valores medidos e Cálculo de R(Ω) 7

11 L1 L2 L3 d(m) ρ(ωm) R(Ωm) ρ(ωm) R(Ωm) ρ(ωm) R(Ωm) entre barras medido calculado medido calculado medido calculado 2 30,5 2, , , ,3 1,17 23,8 0,92 40,5 1, ,13 0,34 32,3 0,64 29,4 0, ,70 0,74 4,96 0,05 98,3 0,98 Após os cálculos feitos, utilizamos os dados para simular as características do solo utilizando o software RESATE. Resumo de dados L1 CARACTERÍSTICAS DO SOLO CARACTERÍSTICAS DO ELETRODO TIPO Não estratificado TIPO Vertical DADOS CALCULADOS COMPRIMENTO (m) 2,40 Resistividade da 1ª camada (Ωm) Resistividade da 2ª camada (Ωm) Profundidade da 1ª camada (m) 21,68 SEÇÃO (mm) 15,90 121,88 QUANTIDADE 11 12,18 ESPAÇAMENTO (m) 7,00 Erro médio de estratificação 36,14% TRATAMENTO QUÍMICO PROFUNDIDADE DO POÇO (m) Não há 1,00 RESISTÊNCIA (Ω) 1,22 CABO DE INTERLIGAÇÃO Sem capa Tabela 2 - Dados calculados por programa específico 8

12 Resumo de dados L2 CARACTERÍSTICAS DO SOLO CARACTERÍSTICAS DO ELETRODO TIPO Não estratificado TIPO Vertical DADOS CALCULADOS COMPRIMENTO (m) 2,40 Resistividade da 1ª camada (Ωm) Resistividade da 2ª camada (Ωm) Profundidade da 1ª camada (m) 34,65 SEÇÃO (mm) 15,90 1,52 QUANTIDADE 11 6,14 ESPAÇAMENTO (m) 7,00 Erro médio de estratificação 26,90% TRATAMENTO QUÍMICO PROFUNDIDADE DO POÇO (m) Não há 1,00 RESISTÊNCIA (Ω) 1,47 CABO DE INTERLIGAÇÃO Sem capa Resumo de dados L3 CARACTERÍSTICAS DO SOLO CARACTERÍSTICAS DO ELETRODO TIPO Não estratificado TIPO Vertical DADOS CALCULADOS COMPRIMENTO (m) 2,40 Resistividade da 1ª camada (Ωm) Resistividade da 2ª camada (Ωm) Profundidade da 1ª camada (m) 15,93 SEÇÃO (mm) 15,90 80,84 QUANTIDADE 11 2,66 ESPAÇAMENTO (m) 7,00 Erro médio de estratificação 30,23% TRATAMENTO QUÍMICO PROFUNDIDADE DO POÇO (m) Não há 1,00 RESISTÊNCIA (Ω) 1,18 CABO DE INTERLIGAÇÃO Sem capa 9

13 9 LAUDO DO SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS E ATERRAMENTOS ELÉTRICOS SPDA, E SISTEMAS DE ATERRAMENTO. A proteção de descargas atmosféricas - SPDA deve ser analisada a luz da NBR 5419 atualizada, e lembramos que este tipo de proteção como citado na norma NBR, não contempla proteção de equipamento elétricos e eletrônicos contra interferências eletromagnéticas causadas pelas descargas atmosféricas. Esta proteção deve ser realizada a parte. Fazem parte desta análise as normas: NBR 5410 NBR 6323 NBR 9518 NBR Deve-se saber que um SPDA não impede a ocorrência das descargas atmosféricas, mas caso estas ocorram, estando este projetado e instalado conforme a norma 5419 deve assegurar o máximo de proteção, atendendo os seis pontos de proteção, a saber: 1. Captação; 2. Condução; 3. Absorção; 4. Equalização; 5. Proteção do circuito elétrico; 6. Proteção do circuito de comunicação; Toda via devemos estar cientes que um sistema de SPDA não pode assegurar a proteção absoluta da edificação (80% a 95% - NBR 5419). Para se tirar o máximo proveito de um SPDA, devemos utilizar o máximo dos elementos condutores da própria estrutura. 9.1 Seleção do nível de proteção Devemos realizar cálculos para confirmar a necessidade ou não, da referida edificação possuir o Sistema de Proteção contra Distúrbios Atmosféricos (SPDA). A 10

14 norma NBR 5419/2005, apresenta as condições de contorno para a determinação do índice que definirá a necessidade de uso do SPDA. Elétrica Localidade: Universidade Federal do Paraná Departamento de Engenharia De acordo com a necessidade apresentada, temos os dados estruturais da edificação: Altura máxima: 14,77m; Comprimento: 47,00m; Largura: 39,00. Para calcularmos a densidade de descargas atmosféricas para a terra (N g ), temos: Índice isocerâunicas de Curitiba T D = 40; N g = 0,04.T 1,25 D ; 4,024[por km²/ano]. De posse das medidas da edificação, temos a área de exposição equivalente (Ae), que é a área em metros quadrados da estrutura planificada, levando-se em conta sua altura. Para tal: A e = LW + 2LH + 2WH + πh²; A e = 2016,0194 m 2. Assim a freqüência de descargas atmosféricas (ND) calculada é: N D = N g x A e ; N D = 0,081 [por ano]. Por fim, analisando as características e finalidades de uso da edificação, podemos calcular os fatores de risco para a mesma. Fator A escolhido foi o A=1,7 (escolas, hospitais, creches e outras instituições, estruturas de múltiplas atividades); O fator B determinado pela tabela B.2 foi B=0,4 (estrutura de concreto armado com cobertura não metálica); 11

15 Em C, tabela B.3 tem C=1,7 (locais de afluência de público); Da tabela B.4 encontramos D=0,4 (Estrutura localizada em áreas contendo estruturas mais alto, tais como árvores); E para o fator E, tiramos da tabela B.5 o valor de E=1,7 (montanhas acima de 900m). De posse nestes valores encontramos o índice geral de risco (NDC): NDC = ND x A x B x C x D x E NDC = 786,08 x Como o valor encontrado para N DC é superior a 1 x 10-3, a NBR 5419/2005 exige o uso de SPDA. E para a referida estrutura, o nível de proteção necessário segundo a norma é classe II. II. CONCLUSÃO Como N DC é maior que 1 x 10-3, a estrutura foi definida como nível de proteção projetada. Segundo a norma é necessário o uso de SPDA para a estrutura 12

16 10 LOCALIZAÇÃO DO DEPARTAMENTO DE ENEGENHARIA ELÉTRICA Figura 10 - Mapa UFPR (em destaque Eng. Elétrica) 13

17 11 RECOMENDAÇÕES PARA O SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS E ATERRAMENTOS ELÉTRICOS SPDA INSPEÇÕES As inspeções deverão assegurar que: a) o SPDA está conforme a norma 5419/ultima edição; b) todos os componentes do SPDA estão em bom estado, as conexões e fixações estão firmes e livres de corrosão; c) o valor da resistência de aterramento seja compatível com o arranjo e com as dimensões do subsistema de aterramento, e com a resistividade do solo, exceto para os sistemas que usam as fundações como eletrodo de aterramento; d) todas as construções acrescentadas à estrutura posteriormente à instalação original estão integradas no volume a proteger, mediante ligação ao SPDA ou ampliação deste. PERIODICIDADE DAS INSPEÇÕES uma periodicamente, em intervalos de: a) 5 anos, para estruturas destinadas a fins comerciais, administrativos, e industriais, excetuando-se áreas classificadas com risco de incêndio ou explosão; b) 3 anos, para estruturas contendo áreas com risco de explosão, conforme a NBR 9518/última edição, e depósitos de material inflamável; DOCUMENTAÇÃO TÉCNICA A seguinte documentação técnica deverá estar disponível: a) desenhos em escala mostrando as dimensões, os materiais e as posições de todos os componentes do SPDA, inclusive eletrodos e malhas de equipotencialização de aterramento; b) os dados sobre a natureza e a resistividade do solo; constando obrigatoriamente detalhes relativos às estratificações do solo, ou seja, o número de camadas, a espessura e o valor da resistividade de cada uma, se for aplicado; 14

18 c) um registro de valores medidos de resistência de aterramento a ser atualizado nas inspeções periódicas ou quaisquer modificações ou reparos no SPDA. A medição de resistência de aterramento pode ser realizada pelo método de queda de potencial usando o medidor da resistência de aterramento, voltímetro/amperímetro ou outro equivalente. Não é admissível a utilização de multímetro. NOTAS 1- Na impossibilidade de execução da alínea c, devido a interferências externas, deverá ser emitida uma justificativa técnica. 2- As alíneas b e c não se aplicam quando se utilizam as fundações como eletrodos de aterramento. 12 ESTRUTURA RECOMENDADA Para o projeto atual, recomendamos a seguinte estrutura: Figura 11 - Estrutura metálica recomendada 15

19 13 PLANTA BAIXA Figura 12 - Planta 14 PROJETO 15 Figura 13 - Projeto (vista superior com estacas, anéis e gaiola 16

20 Abaixo temos o projeto de aterramento, bem como suas hastes: A relação de conexões é ilustrada a seguir: 17

21 16 RELAÇÃO DE MATERIAIS Abaixo são listados os materiais necessários para o projeto, bem como suas respectivas quantidades: MATERIAL Descidas Anel Superior Gaiola Superior TOTAL (+10%) Anel de Equalização TOTAL (+10%) CABO 35mm² CABO 50 mm² QUANTIDADE 190m 285m 525m 200m 220m Hastes e Acessórios Haste de Aterramento 2,40 x 5/8 Conector Haste/Cabo Composto Anti-óxido Tipo Inteltrox Cu Conectores de fixação do SPDA Conector com rabicho Proteção descidas SPDA Duto preto PVC 2,54cm diâmetro Braçadeiras de fixação Solda exotérmica Molde XBC Y2Y2 (ERICO) Molde TAB Y2Y2 (ERICO) Cartucho 32 (*) 4 peças 4 peças 5 kgf 40 peças 40 metros 20 peças 1 peça 1 peça 10 cartuchos 18

22 16.1 Figura de materiais Figura 14 - Conector com rabicho Figura 15 - Conector haste/cabo Figura 16 - Cabo Xx mm² (7 fios) Figura 17 - Haste de aterramento alta camada 19

23 Figura 18 - Molde KKK Y2Y2 (ERICO) Figura 19 - Cabo com solda exotérmica Figura 20 - Cartucho YY Figura 21 - Conector parafuso fendido tipo PF Figura 22 - Composto anti-óxido tipo Inteltrox CU 20

24 A proteção elétrica deste SITE está de acordo com a NBR 5419/última edição, desde que sejam seguidas todas as recomendações aqui contidas e usado os materiais recomendados, principalmente no tocante a hastes de aterramento de alta camada. Qualquer modificação será de inteira responsabilidade da Universidade federal do Paraná. A equalização de potencial está garantida conforme NBR 5419/última edição. Declaramos serem verdadeiras todas as informações constantes deste laudo, obtidas mediante medidas realizadas nas condições apresentadas na data. Ao final do sistema implantado deverá ser certificada a instalação através de medidas de resistência de aterramento e emissão de ART correspondente. A certificação deverá ser anexada a este relatório para efeito de comprovação conforme LEI: Cópia de ART Thiago Oro Fabrício Silva Ivanderson Oliveira 21

25 17 RECOMENDAÇÕES PARA O SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS E ATERRAMENTOS ELÉTRICOS SPDA INSPEÇÕES As inspeções deverão assegurar que: A equalização de potencial do SPDA está conforme a norma 5419/ultima edição; Todos os componentes do SPDA estão em bom estado, as conexões e fixações estão firmes e livres de corrosão; O valor da resistência de aterramento seja compatível com o arranjo e com as dimensões do subsistema de aterramento, e com a resistividade do solo, exceto para os sistemas que usam as fundações como eletrodo de aterramento Todas as construções acrescentadas à estrutura posteriormente à instalação original estão integradas no volume a proteger, mediante ligação ao SPDA ou ampliação deste; PERIODICIDADE DAS INSPEÇÕES Uma inspeção visual do SPDA deve ser efetuada anualmente; Inspeções completas serão efetuadas periodicamente, em intervalos de: 5 anos, para estruturas destinadas a fins comerciais, administrativos, e industriais, excetuando-se áreas classificadas com risco de incêndio ou explosão; 3 anos, para estruturas contendo áreas com risco de explosão, conforme a NBR 9518/última edição, e depósitos de material inflamável; DOCUMENTAÇÃO TÉCNICA A seguinte documentação técnica deverá estar disponível: Desenhos em escala mostrando as dimensões, os materiais e as posições de todos os componentes do SPDA, inclusive eletrodos e malhas de equipotencialização de aterramento; Os dados sobre a natureza e a resistividade do solo; constando obrigatoriamente detalhes relativos às estratificações do solo, ou seja, o número de camadas, a espessura e o valor da resistividade de cada uma, se for aplicado; Um registro de valores medidos de resistência de aterramento a ser atualizado nas inspeções periódicas ou quaisquer modificações ou reparos no SPDA. A medição de resistência de aterramento pode ser realizada pelo método de queda de potencial usando o medidor da resistência de aterramento, voltímetro/amperímetro ou outro equivalente. Não é admissível a utilização de multímetro. NOTAS 1- Na impossibilidade de execução das alíneas b e c, devido a interferências externas, deverá ser emitida uma justificativa técnica. 2- As alíneas b e c não se aplicam quando se utilizam as fundações como eletrodos de aterramento. 22

26 Registro de valores Inspeção/medidos de resistência de aterramento V Medido Data Eng. Responsável isual Ω janeiro 2012 janeiro 2013 janeiro 2014 janeiro 2015 janeiro 2016 janeiro 2017 janeiro 2018 janeiro 2019 janeiro 2020 janeiro 2021 janeiro 2022 janeiro 2023 janeiro 2024 janeiro 2025 janeiro 2026 janeiro 2027 janeiro 2028 janeiro 2029 janeiro 2030 janeiro 2031 janeiro 2032 janeiro 2033 janeiro 2034 janeiro 2035 Nº ART janeiro 2036 Ver Observação(*) Tabela 3. Observação (*) Laudo atestando substituição do sistema por final de VIDA ÚTIL ou prorrogação. 23

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