INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO MARANHÃO - REITORIA

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1 FOLHA: 1 PROPRIETÁRIO INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO MARANHÃO - REITORIA PROJETO SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS (SPDA) TÍTULO MEMORIAL TÉCNICO DESCRITIVO ESPECIALIDADE Projeto Elétrico 0 Out/2017 EMISSÃO INICIAL DLG Rev. Data Descrição da revisão Por Aprovado

2 FOLHA: 2 Sumário 1 OBJETIVO NORMAS TÉCNICAS CONSULTADAS CONSIDERAÇÕES GERAIS AVALIAÇÃO DA NECESSIDADE DE IMPLANTAÇÃO DE UM SPDA O MÉTODO EMPREGADO FIXAÇÕES E CONEXÕES EQUALIZAÇÃO DE POTENCIAL MANUTENÇÃO, INSPEÇÃO E DOCUMENTAÇÃO DE UM SPDA... 16

3 FOLHA: 3 1 OBJETIVO Apresentar e descrever os critérios técnicos utilizados no Projeto do Sistema de Proteção Contra Descargas Atmosféricas (SPDA) a ser implantado no Campus Barra do Corda do IFMA, localizado na BR 226, S/N, Vila Nenzim, município Barra do Corda - MA. 2 NORMAS TÉCNICAS CONSULTADAS Na elaboração deste projeto foram consultadas as seguintes normas técnicas: NBR 5419/ Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas; NBR 5410/ Instalações Elétricas de Baixa Tensão; NR-10 - Segurança em Instalações e Serviços em Eletricidade; 3 CONSIDERAÇÕES GERAIS A descarga elétrica atmosférica (raio) é um fenômeno da natureza absolutamente imprevisível e aleatório, tanto em relação às suas características elétricas (intensidade de corrente, tempo de duração, etc.), como em relação aos efeitos destruidores decorrentes de sua incidência sobre as edificações. Nada em termos práticos pode ser feito para se impedir a queda de uma descarga em determinada região. Não existe atração a longas distâncias, sendo os sistemas prioritariamente receptores. Assim sendo, as soluções internacionalmente aplicadas buscam tão somente minimizar os efeitos destruidores a partir da colocação de pontos preferenciais de captação e condução segura da descarga para a terra. A implantação e manutenção de SPDA são normalizadas internacionalmente pela IEC (International Eletrotecnical Comission) e, em cada país, por entidades próprias como a ABNT (Brasil), NFPA (Estados Unidos) e BSI (Inglaterra). Somente os projetos elaborados com base em disposições destas normas podem assegurar uma instalação dita eficiente e confiável. Entretanto, esta eficiência nunca atingirá os 100 %, estando, mesmo estas instalações, sujeitas a falhas de proteção. As mais comuns são a destruição de pequenos trechos do revestimento das fachadas ou de quinas da edificação. É de fundamental importância que após a instalação haja uma manutenção periódica anual a fim de se garantir a confiabilidade do sistema. São também

4 FOLHA: 4 regulamentadas na NBR 5419/2015 vistorias preventivas após reformas que possam alterar o sistema e também toda vez que a edificação for atingida por descarga direta. 4 AVALIAÇÃO DA NECESSIDADE DE IMPLANTAÇÃO DE UM SPDA A avaliação da necessidade de implantação de SPDA no estabelecimento seguiu os critérios estabelecidos pela NBR-5419/2015, são eles: 4.1 Fontes e tipos de Danos A corrente da descarga atmosférica é a fonte de danos. As seguintes situações foram levadas em consideração em função do ponto de impacto da descarga atmosférica: S1: Descargas atmosféricas na estrutura, podem causar: a) Danos mecânicos imediatos, fogo e/ou explosão devido ao próprio plasma quente do canal da descarga atmosférica, ou devido à corrente resultando em aquecimento resistivo de condutores (condutores sobreaquecidos); b) Fogo e/ou explosão iniciado por centelhamento devido a sobretensões resultantes de acoplamentos resistivos e indutivos e à passagem de parte da corrente da descarga atmosférica; c) Danos às pessoas por choque elétrico devido a tensões de passo e de toque resultantes de acoplamentos resistivos e indutivos; d) Falha ou mau funcionamento de sistemas internos devido a LEMP (lightning electromagnectic impulse) - Pulso eletromagnético devido às descargas atmosféricas. S3: Descargas atmosféricas sobre as linhas elétricas e tubulações metálicas que adentram a estrutura, podem causar: a) Fogo e/ou explosão iniciado por centelhamento devido a sobretensões e correntes das descargas atmosféricas transmitidas por meio das linhas elétricas e tubulações metálicas; b) Danos a pessoas por choque elétrico devido a tensões de toque dentro da estrutura causadas por correntes das descargas

5 FOLHA: 5 atmosféricas transmitidas pelas linhas elétricas e tubulações metálicas; c) Falha ou mau funcionamento de sistemas internos devido à sobretensões que aparecem nas linhas que entram na estrutura. 4.2 Efeitos das Descargas Atmosféricas De acordo com a Tabela 1 (pág. 9, NBR :2015), enquadrando o Edifício na categoria de Estabelecimento comercial, os efeitos das descargas atmosféricas incluem: - Danos em instalações elétricas que tendem a causar pânico (por exemplo, iluminação elétrica); - Falhas em sistemas de alarme de incêndio, resultando em atrasos nas ações de combate a incêndio; - Perda de comunicação; - Falha de computadores e perda de dados; Em consequência, as descargas atmosféricas podem causar três tipos básicos de danos: a) D1: danos às pessoas devido a choque elétrico; b) D2: danos físicos (fogo, explosão, destruição mecânica, liberação de produtos químicos) devido aos efeitos das correntes das descargas atmosféricas, inclusive centelhamento; c) D3: falhas de sistemas internos devido a LEMP. Cada tipo de dano relevante para a estrutura a ser protegida, sozinho ou em combinações com outros, pode, em consequência, produzir diferentes perdas. O tipo de perda que pode ocorrer depende das características do próprio objeto. Para o caso específico, segundo a ABNT NBR 5419, podem ocorrer seguintes tipos de perdas, os quais podem aparecer como consequência de danos: a) L1: perda de vida humana em consequência de D1, D2 e D3; b) L4:perda de valor econômico (estrutura e seu conteúdo, assim como interrupções de atividades) em consequência de D2 e D3.

6 FOLHA: Riscos e Componentes de risco O Risco, R, é um valor relativo a uma provável perda anual média. Para cada tipo de perda que pode aparecer na estrutura, o risco resultante deve ser avaliado. Cada Risco, R, é a soma dos seus componentes de risco. Ao calcular um risco, os componentes de risco podem ser agrupados de acordo com as fontes de danos e os tipos de danos. Os riscos a serem avaliados, neste caso, podem ser: a) R 1: Risco de perda de vida humana (incluindo ferimentos permanentes); b) R 4: Risco de perda de valores econômicos. Os componentes de risco devido às descargas atmosféricas na estrutura são: - R A: Componente relativo a ferimentos aos seres vivos causados por choque elétrico devido às tensões de toque e passo dentro da estrutura e fora nas zonas até 3 m ao redor dos condutores de descidas. - R B: Este componente é relativo a danos físicos causados por centelhamentos perigosos dentro da estrutura iniciando incêndio ou explosão, os quais podem também colocar em perigo o meio ambiente. - Rc: Componente relativo a falhas de sistemas internos causados por LEMP. Os componentes de risco devido às descargas atmosféricas a uma linha conectada na estrutura são: - R U: componente relativo a ferimentos aos seres vivos causados por choque elétrico devido às tensões de toque e passo dentro da estrutura. - R V: componente relativo a danos físicos (incêndio ou explosão iniciados por centelhamentos perigosos entre instalações externas e partes metálicas geralmente no ponto de entrada da linha na

7 FOLHA: 7 estrutura) devido à corrente da descarga atmosférica transmitida ou ao longo das linhas. - R W: Componente relativo a falhas de sistemas internos causados por sobretensões induzidas nas linhas que entram na estrutura e transmitidas a esta. A composição dos componentes de risco é mostrada abaixo: a) R 1: Risco de perda humana: R 1=R A1+R B1+R C1+R U1+R V1+R W1 b) R 4: Risco de perdas de valor econômico: R 4=R B4+R C4+R U4+R V4+R W4 Observação: Não se considerou neste projeto a realização do comparativo custo/benefício para avaliação das perdas de valor econômico (Risco R 4), em função de não se dispor das informações de custos referentes à estrutura em análise. De acordo com a Tabela 4 (pág. 20, NBR :2015), o risco tolerável R T para perda do tipo L 1 é dado abaixo: a) R T: 10-5 O passo seguinte para determinação da necessidade de SPDA é o comparativo do Risco calculado com o Risco Tolerável R T, levando-se em consideração os seguintes aspectos: - Se R R T, a proteção contra descarga atmosférica não é necessária. - Se R > R T, medidas de proteção contra descarga atmosférica devem ser adotadas no sentido de reduzir R R T para todos os riscos aos quais a estrutura está sujeita. 4.4 Cálculo de R: - Características da estrutura e meio ambiente:

8 FOLHA: 8 - Linha de Energia: - Linha de Sinal:

9 FOLHA: 9 - Definições das zonas: As zonas foram definidas levando-se em consideração os seguintes aspectos: a) O tipo de superfície é diferente fora da estrutura em comparação com o interior do edifício; b) Na zona interna existe sistemas conectado à energia assim como linhas de sinais; c) Não existe blindagem espacial; Os valores médios típicos da quantidade relativa de perdas por ano relevante ao risco R 1, conforme tabela C.1 para estrutura completa são: - Valores Válidos para a zona Z 1:

10 - Valores Válidos para a zona Z 2: REVISÃO: 00 FOLHA: 10

11 - Área de exposição equivalente da estrutura e da linha: REVISÃO: 00 FOLHA: 11

12 FOLHA: 12 - Número anual de eventos esperados: - Risco R 1 para a estrutura Perda de vida humana:

13 FOLHA: 13 5 O MÉTODO EMPREGADO Uma vez constatada a necessidade da proteção da estrutura, determinou-se o Sistema de Proteção Contra Descargas Atmosféricas na zona 1, com nível de Proteção II, Classe II e com instalação de DPS tipo II nas linhas de energia elétrica em pontos relevantes da Instalação. Tal ação resulta em redução do risco para de 30,33 para 0,69, valor aceitável para este caso. - Valores Válidos para a zona Z 1:

14 FOLHA: 14 - Valores Válidos para a zona Z 1(Continuação): - Risco R 1 para a estrutura Perda de vida humana: 5.1 OS SUBSISTEMAS DO SPDA Independente do nível de proteção ou do método adotado, um SPDA possui três subsistemas de componentes: Subsistema Captor Pode ser definido como a parte do SPDA externo destinado a interceptar as descargas atmosféricas, ou seja, tem a função de receber os raios, reduzindo ao mínimo a probabilidade de a estrutura ser atingida. O condutor utilizado como captor foi dimensionado conforme a tabela 6, pág. 21, ABNT NBR :2015, sendo de cobre nu, adotou-se o padrão de área de secção transversal (bitola) de 35 mm².

15 FOLHA: 15 O tamanho da malha para um SPDA classe II é de 10x10m, conforme Tabela 2, pág. 10, ABNT NBR : Subsistema de Descidas Depois de a descarga atmosférica ser interceptada pelos captores, tem-se a necessidade de um caminho para a corrente até o subsistema de aterramento, que apresente baixa resistência, alta capacidade térmica para suportar o calor gerado pela passagem da corrente, resistência mecânica para suportar os esforços eletromecânicos e suportabilidade a corrosão. Este caminho é denominado de subsistema de descida. Um subsistema de descida eficiente deve reduzir ao mínimo a ocorrência de campos eletromagnéticos perigosos no interior do volume a ser protegido, assim como a probabilidade de descargas laterais. O condutor utilizado para realização das descidas foi dimensionado conforme a tabela 6, pág. 21, ABNT NBR :2015, sendo de cobre nu, adotou-se o padrão de área de secção transversal (bitola) de 35 mm². Conforme a Tabela 4, pág. 15, ABNT NBR :2015, o espaçamento médio dos condutores de descida não naturais, para o nível de proteção em questão, é de 10 metros Subsistema de Aterramento O subsistema de aterramento tem a função de dissipar no solo as correntes das descargas atmosféricas recebidas através do subsistema de descida sem causar tensões de passo perigosas, mantendo baixa a queda de tensão na resistência de terra. Para assegurar a dispersão da corrente de descarga atmosférica na terra sem causar sobretensões perigosas, o arranjo e as dimensões do subsistema de aterramento são mais importantes que o próprio valor da resistência de aterramento. Entretanto, recomenda-se, para o caso de eletrodos não naturais, uma resistência de aproximadamente 5 a 10 Ω, como forma de reduzir os gradientes de potencial no solo e a probabilidade de centelhamento perigoso. A malha de terra projetada será constituída por cabos de cobre nu de 50 mm² enterrados diretamente no solo a uma profundidade de 0,50m e interligados a hastes de aço revestidas de cobre (copperweld) por meio de grampos e conectores, conforme a tabela 7, pág. 22, ABNT NBR :2015. Todos os eletrodos de aterramento devem ser instalados externos ao volume a proteger, a uma distância de, no mínimo, 1,00m das fundações da estrutura.

16 FOLHA: 16 6 FIXAÇÕES E CONEXÕES Os captores e os condutores de descida deverão ser firmemente fixados, de modo a impedir que esforços eletrodinâmicos, ou esforços mecânicos acidentais (por exemplo, vibração) possam causar sua ruptura ou desconexão. 7 EQUALIZAÇÃO DE POTENCIAL A equalização de potencial constitui a medida mais eficaz para reduzir os riscos de incêndio, explosão e choques elétricos dentro da estrutura. A equalização de potencial é obtida mediante condutores interligando o SPDA, as tubulações metálicas, as instalações metálicas, as massas e os condutores dos sistemas elétricos de potência e de sinal, dentro do volume a proteger. 8 MANUTENÇÃO, INSPEÇÃO E DOCUMENTAÇÃO DE UM SPDA 8.1 Geral A eficácia de qualquer SPDA depende da sua instalação, manutenção e métodos de ensaio utilizados. Inspeções, ensaios e manutenção não podem ser realizados durante a ameaça de tempestades. 8.2 Aplicação das inspeções O objetivo das inspeções é assegurar que: a) O SPDA esteja de acordo com projeto baseado na Norma ABNT NBR 5419:2015; b) Todos os componentes do SPDA estão em boas condições e são capazes de cumprir suas funções; que não apresentem corrosão, e atendam às suas respectivas normas; c) Qualquer nova construção ou reforma que altere as condições iniciais previstas em projeto além de novas tubulações metálicas, linhas de

17 FOLHA: 17 energia e sinal que adentrem a estrutura e que estejam incorporados ao SPDA externo e interno se enquadrem à Norma ABNT NBR 5419: Ordem das inspeções Inspeções devem ser feitas de acordo com 8.2, como a seguir: a) Durante a construção da estrutura; b) Após a instalação do SPDA, no momento da emissão do documento As Built ; c) Após alterações ou reparos, ou quando houver suspeita de que a estrutura foi atingida por uma descarga atmosférica; d) Inspeção visual semestral apontando eventuais pontos deteriorados no sistema; e) Periodicamente, realizada por profissional habilitado e capacitado a exercer esta atividade, com emissão de documentação pertinente, em intervalos determinados, assim relacionados: - Um 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 fornecedores de serviços considerados essenciais (energia, água, sinais etc.); - 03 (três anos), para as demais estruturas Durante as inspeções periódicas, é particularmente importante checar os seguintes itens: f) Deterioração e corrosão dos captores, condutores de descida e conexões; g) Condição das equipotencializações; h) Corrosão dos eletrodos de aterramento; i) Verificação da integridade física dos condutores do eletrodo de aterramento para os subsistemas de aterramento não naturais.

18 FOLHA: Manutenção A regularidade das inspeções é condição fundamental para a confiabilidade de um SPDA. O responsável pela estrutura deve ser informado de todas as irregularidades observadas por meio de relatório técnico emitido após cada inspeção periódica. Cabe ao profissional emitente da documentação recomendar, baseado nos danos encontrados, o prazo de manutenção no sistema, que pode variar desde imediato a item de manutenção preventiva. 8.5 Documentação A seguinte documentação técnica deve ser mantida no local, ou em poder dos responsáveis pela manutenção do SPDA: j) Verificação da necessidade do SPDA (externo e interno), além da seleção do respectivo nível de proteção para a estrutura, por meio de um relatório de uma análise de risco; k) Desenhos em escala mostrando as dimensões, os materiais e as posições de todos os componentes do SPDA externo e interno; l) Quando aplicável, os dados sobre a natureza e a resistividade do solo; constando detalhes relativos à estratificação do solo, ou seja, o número de camadas, a espessura e o valor da resistividade de cada uma; m) Registro de ensaios realizados no eletrodo de aterramento e outras medidas tomadas em relação a prevenção contra as tensões de toque e passo. Verificação da integridade física do eletrodo (continuidade elétrica dos condutores) e se o emprego de medidas adicionais no local foi necessário para mitigar tais fenômenos (acréscimo de materiais isolantes, afastamento do local etc.), descrevendo-o. Danilo Lima da Guia Engenheiro Eletricista CREA 9607/D-MA