OBJETIVO: IDENTIFICAR AS EXIGÊNCIAS DE SISTEMAS DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS (SPDA) FEITAS PELO REFERIDOS SISTEMAS.

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1 SUBSECRETARIA DE ESTADO DA DEFESA CIVIL CORPO DE BOMBEIROS MILITAR DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO DIRETORIA GERAL DE SERVIÇOS TÉCNICOS CEPrevI Instrutor: Maj BM Polito

2 OBJETIVO: IDENTIFICAR AS EXIGÊNCIAS DE SISTEMAS DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS (SPDA) FEITAS PELO CBMERJ E DESCREVER AS CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DOS REFERIDOS SISTEMAS.

3 SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉFICAS (SPDA) 1 - CONSIDERAÇÕES PRELIMINARES: A descarga elétrica atmosférica (raio) é um fenômeno da natureza absolutamente imprevisível e aleatória, tanto em relação as suas características (intensidade da corrente, tempo de duração, percurso,...), quanto em relação aos danos decorrentes de sua incidência sobre as edificações. Em termos práticos, nada pode ser feito para impedir a queda de uma descarga atmosférica em uma determinada região. Com base nisso, o SPDA busca, tão somente, minimizar os efeitos destruidores dos raios, promovendo a captação a condução e a dispersão da descarga elétrica no solo (aterramento). Devido a incerteza dos efeitos, da ação e da proteção contra as descargas atmosféricas, as normas e recomendações existentes são indefinidas em alguns pontos e imprecisas em outros, sendo necessário muito estudo e uma grande evolução no conhecimento do assunto para que se disponha de uma melhor orientação quanto ao tratamento a ser dado na proteção contra as descargas.

4 Para se ter idéia da evolução lenta que existe sobre o assunto, ainda hoje, a proposta de Benjamin Franklin de utilizar uma haste metálica vertical para proteção contra os raios (pára-raio tipo Franklin) é largamente adotada.

5 2 - NORMAS ADOTADAS: A norma utilizada no Brasil com relação ao SPDA é a NBR Proteção de Estruturas Contra Descargas Atmosféricas da ABNT. Em outros países, temos as seguintes regulamentações: a norma inglesa é a BS-6651 ( Protection of Structures Against Lightning ); a suiça é a ASE-4022 ( Installations de Protection Contre la Foudre ); a norteamericana é a NFPA-78 ( Lightning Protection Code ) e, além destas, temos a norma de uso internacional IEC-1024 (Protection of Structures Against Lightning). OCBMERJADOTANAANÁLISEDEPROJETOSDESPDAANBR-5419DAABNT. 3 - NÍVEIS DE PROTEÇÃO DAS ESTRUTURAS: A tabela B-6 da NBR-5419 define para diversas estruturas, níveis de proteção a serem adotados pelo projetista do SPDA. A divisão desses níveis de proteção leva em conta os efeitos das descargas atmosféricas na edificação face à sua natureza ocupacional, estrutural e humana. Os níveis de proteção de uma estrutura variam de I a IV, ressaltando que, quanto menor o nível de proteção mais rígidas são as exigências imputadas na instalação do SPDA em uma determinada edificação, ou seja, menor o risco da estrutura ser atingida por uma descarga atmosférica.

6 EXTRATO DA TABELA B-6 DA NBR-5419 CLASSIFICAÇÃO DA ESTRUTURA TIPO DA ESTRUTURA Fazendas NÍVEL DE PROTEÇÃO IV ESTRUTURAS COMUNS ESTRUTURAS COM RISCO CONFINADO ESTRUTURAS COM RISCO PARA OS ARREDORES ESTRUTURAS COM RISCO PARA O MEIO AMBIENTE Residências e Indústrias Teatros, Escolas, Edificações Comerciais, Igrejas, Museus, Prisões, Casas de Repouso, Áreas Esportivas e Hospitais Estações de Telecomunicação, Usinas Elétricas e Indústrias* Refinarias, Postos de Combustíveis, Fabricas de Fogos, Fábricas de Explosivos e Munições Indústrias Químicas, Usinas Nucleares e Laboratórios Bioquímicos III II I I I * Quando houver elevado risco de incêndio as Indústrias terão seu SPDA dimensionado no Nível de Proteção I.

7 4 - COMPONENETES DE UM SPDA: CAPTORES - Parte do SPDA destinada a interceptar as descargas atmosféricas. Têm a função de reduzir, ao mínimo, a probabilidade da estrutura ser atingida diretamente pelo raio, além disso, devem possuir resistência térmica e mecânica suficientes para suportar o calor gerado no ponto de impacto, bem como, os esforços eletromecânicos resultantes CONDUTORES DE DESCIDA - Parte do SPDA destinada a conduzir a corrente da descarga atmosférica desde os captores até o subsistema de aterramento. Assim como os captores, também devem possuir resistência térmica e mecânica suficientes para suportar o calor e as tensões geradas pela passagem de correntes elétricas altíssimas ANÉIS DE CINTAMENTO OU DE EQUALIZAÇÃO - Dispositivos de instalação obrigatória, a cada 20,00 (vinte) metros de altura, interligando todos os condutores de descida, com o objetivo principal de igualar os potenciais desses condutores. Por isso, os anéis de cintamento devem possuir as mesmas características das descidas. Cabe ressaltar que este tipo de dispositivo é dispensado em instalações que adotem condutores de descida naturais SUBSISTEMA DE ATERRAMENTO - Parte do SPDA destinada a conduzir e dispersar a corrente da descarga atmosférica na terra. Além de suportarem os esforços a que são submetidos os captores e os condutores de descida, o subsistema de aterramento deve resistir ainda, aos agentes agressivos encontrados nos diferentes tipos de solos.

8 Todos os componentes de um SPDA podem ainda, ser classificados como NATURAIS ou NÃO-NATURAIS (CONVENCIONAIS): NATURAIS - Componentes da estrutura da edificação que desempenham uma função de proteção contra descargas atmosféricas, mas não são instalados especificamente para este fim. Para que o uso dos elementos naturais no SPDA seja racional e eficiente é necessário que seja feito, ainda na fase de projeto, um estudo detalhado das características construtivas de cada elemento e que seja assegurada a continuidade elétrica entre os mesmos. Exemplos: coberturas metálicas utilizadas como captores, pilares metálicos ou armaduras de aço utilizadas como descidas, armaduras de aço das fundações utilizadas como aterramento. Ferragens dos pilares usadas como descidas

9 NÃO-NATURAIS (CONVENCIONAIS) - Componentes do SPDA que desempenham a função exclusiva de proteção contra descargas atmosféricas, ou seja, são instalados especificamente para este fim. Exemplos: captores tipo Franklin, captores horizontais e condutores de descida em cabos de cobre nu, hastes de aterramento. DESCIDA NATURAL E ATERRAMENTO CONVENCIONAL CONJUGADOS

10 5 - MÉTODOS DE PROTEÇÃO: Os três métodos de proteção previstos na NBR-5419 são, na verdade, diferentes maneiras de se captar os raios, visto que o dimensionamento das descidas e do aterramento permanecem os mesmos. Temos, basicamente, dois princípios de captação: um deles, adotado pelos Métodos Franklin e Eletrogeométrico, utiliza como captores condutores metálicos verticais (denominados hastes verticais ou, simplesmente, pára-raios) distribuídos regularmente pela cobertura da edificação; no outro princípio, utilizado pelo Método da Gaiola de Faraday, temos condutores horizontais formando uma malha apoiada sobre o volume a proteger. Os Métodos Franklin e Eletrogeométrico diferem quanto ao modelo matemático utilizado para a previsão do subsistema de captação. O Franklin é baseado apenas em observações, enquanto o Eletrogeométrico utiliza um modelo estudado e comprovado em laboratórios. A tendência mundial é o desaparecimento do método Franklin, mantido em algumas normas apenas para facilitar uma evolução gradual para o Eletrogeométrico. Alguns países, como Estados Unidos e Dinamarca, não mais utilizam o método Franklin MÉTODO FRANKLIN - O dimensionamento da área protegida pelo Método Franklin é baseado em um cone imaginário, cuja aresta tem origem no topo da haste vertical (captor Franklin) considerada. O ângulo de proteção do captor é definido pela Tabela 1 da NBR-5419 e varia de acordo com o Nível de Proteção e a altura da edificação.

11 CAPTOR FRANKLIN DEFINIÇÃO DA ÁREA PROTEGIDA PELA HASTE

12 EXTRATO DA TABELA 1 DA NBR Parte I NÍVEL DE PROTEÇÃO H < 20m α H < 30m α H < 45m α H < 60m α H > 60m α I 25º 1) 1) 1) 2) II 35º 25º 1) 1) 2) III 45º 35º 25º 1) 2) IV 55º 45º 35º 25º 2) 1) Aplicam-se somente os Métodos Eletrogeométrico ou Gaiola de Faraday 2) Aplica-se somente o Método Gaiola de Faraday.

13 5.2 - MÉTODO ELETROGEOMÉTRICO - Também chamado Método da Esfera Rolante, é baseado em estudos feitos a partir de registros fotográficos, da medição dos parâmetros dos raios, dos ensaios em laboratórios de alta tensão e do emprego das técnicas de simulação e modelagem matemática. Nesse método, a área protegida de uma edificação é definida através de uma esfera imaginária que é rolada sobre o sistema de proteção projetado (hastes verticais e condutores horizontais) e pelo entorno da edificação, de forma que nenhum ponto da estrutura seja tocado por esta esfera. Assim como no Método Franklin, o raio da esfera é determinado pela Tabela 1 da NBR-5419 e varia de acordo com o Nível de Proteção. DEFINIÇÃO DA ÁREA A SER PROTEGIDA PELO CAPTOR

14 EXTRATO DA TABELA 1 DA NBR Parte II NÍVEL DE PROTEÇÃO I II III IV RAIO DA ESFERA (m) MÉTODO DA GAIOLA DE FARADAY - Método mais utilizado atualmente, é baseado na teoria de Faraday, segundo a qual o campo no interior de uma gaiola blindada é nulo, mesmo quando passa por seus condutores uma corrente de valor elevado. Para que esse campo seja, efetivamente, nulo é preciso que a corrente se distribua uniformemente por toda a superfície. O Método de Faraday consiste em instalar um sistema de captores formado por condutores horizontais a serem instalados na cobertura da edificação, interligados em forma de malha, cujo módulo (largura e comprimento) também deve estar de acordo com a Tabela 1 da NBR-5419.

15 DISTRIBUIÇÃO DOS CAPTORES NA COBERTURA DA EDIFICAÇÃO EXTRATO DA TABELA 1 DA NBR-5419 Parte III NÍVEL DE PROTEÇÃO I MÓDULO MÁXIMO DA MALHA (Lar. x Compr.) 5m x 10m II 10m x 20m III 10m x 20m IV 20m x 40m

16 6 - CUIDADOS NA INSTALAÇÃO DO SPDA: Os condutores de descida devem ser, na medida do possível, retilíneos e verticais, de modo a promover o trajeto mais curto e direto até o aterramento. Curvas acentuadas nas descidas devem ser evitadas. A distância entre os condutores de descida e aberturas existentes na fachada (portas, janelas,...), deverá ser de no mínimo 0,50 m. Não são admitidas emendas nos condutores de descida, exceto na interligação destes com o subsistema de aterramento. Os condutores de descida devem ser protegidos contra danos mecânicos até, no mínimo, 2,50 m acima do nível do solo. A proteção deve ser através de eletroduto rígido de PVC ou metálico; neste último caso, o condutor de descida deverá ser interligado às extremidades superior e inferior do eletroduto.

17 Os cabos de cobre, em seus percursos horizontais e verticais, na cobertura ou junto às fachadas da edificação devem ser protegidos por espaçadores distribuídos regularmente, evitando o contato desses condutores com a estrutura da edificação.

18 Além dos itens já citados, durante a vistoria para obtenção do Certificado de Aprovação o Oficial deverá atentar para os seguintes itens, conforme previsto no Laudo de Exigências e no projeto aprovado: - Dimensões (seção transversal, espessura, diâmetro,...) dos condutores exigidos; - Número de hastes verticais e/ou módulo da malha dos captores horizontais, conforme o caso; - Número de condutores de descida; - Anéis equipotenciais exigidos; - Tipo de aterramento adotado (com hastes verticais, aterramento em anel,...); - Continuidade elétrica entre as partes componentes do sistema, essencialmente, quando forem previstos elementos naturais.

19 6 - CAPÍTULO XVII DO COSCIP - DOS DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO POR PÁRA-RAIOS: Art. 165 O cabo de descida ou escoamento dos pára-raios deverá passar distante de materiais de fácil combustão e de outros onde possa causar danos. Art. 166 Na instalação dos pára-raios será observado o estabelecimento de meio da descarga de menor extensão e o mais vertical possível. Art. 167 A instalação dos pára-raios deverá obedecer ao que determinam as normas próprias vigentes, sendo da inteira responsabilidade do instalador a obediência às mesmas. Art. 168 O Corpo de Bombeiros exigirá pára-raios em: I Edificações e estabelecimentos industriais ou comerciais com mais de 1.500m² (um mil e quinhentos metros quadrados) de área construída; II Toda e qualquer edificação com mais de 30m (trinta metros) de altura; III Áreas destinadas a depósitos de explosivos ou inflamáveis; IV Outros casos, a critério do Corpo de Bombeiros, quando a periculosidade o justificar.

20 7 - LEGISLAÇÃO COMPLEMENTAR: LEI ESTADUAL Nº DE 14/12/1989; CAPTOR FRANKLIN COMUM CAPTOR RADIOATIVO SEÇÃO I DO CAPÍTULO III DA RESOLUÇÃO SEDEC Nº 142/94; ARTIGOS 49, 50 e 51 DA RESOLUÇÃO SEDEC Nº 300/06.

21 FIM

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