Estudo comparativo das alterações da norma NBR 5419, avaliação e estudo de gerenciamento de risco

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1 Centro de Tecnologia e Urbanismo Departamento de Engenharia Elétrica Wuallyson Wuilton Bortolato Estudo comparativo das alterações da norma NBR 5419, avaliação e estudo de gerenciamento de risco Londrina 16 de fevereiro de 2017

2 Centro de Tecnologia e Urbanismo Departamento de Engenharia Elétrica Wuallyson Wuilton Bortolato Estudo comparativo das alterações da norma NBR 5419, avaliação e estudo de gerenciamento de risco Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Estadual de Londrina, como requisito parcial à conclusão do Curso de Engenharia Elétrica. Orientador: Prof. Msc. Osni Vicente Londrina 16 de fevereiro de 2017

3 Ficha Catalográfica Wuallyson Wuilton Bortolato Estudo comparativo das alterações da norma NBR 5419, avaliação e estudo de gerenciamento de risco - Londrina, 16 de fevereiro de p., 30 cm. Orientador: Prof. Msc. Osni Vicente I. Universidade Estadual de Londrina. Curso de Engenharia Elétirca. II. Estudo comparativo das alterações da norma NBR 5419, avaliação e estudo de gerenciamento de risco.

4 Wuallyson Wuilton Bortolato Estudo comparativo das alterações da norma NBR 5419, avaliação e estudo de gerenciamento de risco Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade Estadual de Londrina, como requisito parcial à conclusão do Curso de Engenharia Elétrica. Banca examinadora: Prof. Msc. Osni Vicente Presidente Prof. Dra. Silvia Galvão de Souza Cervantes Membro Prof. Msc. José Fernando Mangili Júnior Membro Londrina 16 de fevereiro de 2017

5 Agradecimentos Em primeiro lugar agradeço a Deus por me prover saúde, sabedoria e determinação para que eu pudesse superar todas as dificuldades enfrentadas durante a graduação. Agradeço ao apoio incansável e fundamental recebido de minha família, pela educação e conforto que me proporcionaram e pelo incentivo e conselhos recebidos de minhas irmãs ao longo destes anos. Um agradecimento especial à minha namorada, Maristela, que com muita paciência, conselhos e carinho esteve sempre presente me apoiando e incentivando a olhar para frente para que eu soubesse buscar o melhor para minha formação e soube me confortar em vários momentos de angústia. Agradeço ao Professor e Mestre Osni Vicente por aceitar em me acompanhar no desenvolvimento deste trabalho, me motivando e incentivando durante este processo, além do conhecimento transmitido e pela paciência durante o decorrer do mesmo. Agradeço também aos funcionários e servidores da Universidade Estadual de Londrina; servidores da carpintaria do campus, secretárias e zeladores prediais, pela disponibilidade em me atenderem quando eu precisei e pelas experiências trocadas. Em especial ao Engenheiro Eletricista Marcelo Rodrigues, Chefe da Divisão de Controle de Energia Elétrica da prefeitura do campus universitário, pela solicitude e disponibilidade ao me acompanhar em diversas vistorias prediais no campus e pelos esclarecimentos técnicos fornecidos para este trabalho. Por fim, agradeço aos meus amigos; àqueles que me acompanham desde antes de iniciar tal curso e, que com muita paciência e várias horas de conversas e descontração, me fizeram persistir e chegar onde cheguei: Renan, Jonathan, Lucas, Bruno, Carlos André, Hércules e Isadora. E também aos colegas de curso pelos momentos divertidos proporcionados fora da sala de aula e pelas várias horas de estudo compartilhadas além das manhãs e tardes. Em especial a: Rhelmuthe, Marco Aurélio, Luiz Felipe, Vanessa, Felipe Murakami, Suzana e Jessica. À estes, meus sinceros agradecimentos por estarem diariamente presentes nestes anos.

6 "Comece fazendo o que é necessário, depois o que é possível, e de repente você estará fazendo o impossível". (São Francisco de Assis)

7 Wuallyson Wuilton Bortolato. 16 de fevereiro de p. Trabalho de Conclusão de Curso em - Universidade Estadual de Londrina, Londrina. Resumo Este trabalho é fundamentado na atual norma nacional de proteção contra descargas atmosféricas (ABNT NBR 5419:2015), realizando um estudo sobre as mudanças que ocorreram desde sua última publicação, em 2005, e uma abordagem prática em campo na Universidade Estadual de Londrina, verificando se as estruturas possuem um sistema de proteção adequado contra descargas atmosféricas (SPDA) e suas características. Dentre as mudanças, a que mais causa impactos na análise e determinação de proteções nos projetos de SPDA é a determinação dos riscos de um evento perigoso que pode causar perdas de vida humana, estrutural e econômicas, onde novos parâmetros são considerados para a composição de tais valores. Do ponto de vista da atual referência normativa, muitas estruturas carecem de um SPDA que garanta a devida proteção, onde os riscos de perdas sejam inferiores ao tolerável. A fim de abordar e realizar uma análise prática e menos dispendiosa do cálculo destes parâmetros, foi elaborada uma planilha experimental em Excel, permitindo, ao usuário desta ferramenta, realizar tal análise e verificar se a estrutura está efetivamente protegida contra os danos de uma possível descarga atmosférica e se os riscos de perdas estarão minimizados. Palavras-Chave: Descarga atmosférica. Proteção. Risco. SPDA.

8 Wuallyson Wuilton Bortolato. 16 de fevereiro de p. Monograph in - Universidade Estadual de Londrina, Londrina. Abstract This work is based on the current national norm for protection against atmospheric discharges (ABNT NBR 5419:2015), in which studies about last publication s changes are done, in 2005, and one field practice approach on Londrina State University, checking if the structures has a lightning protection system (LPS) and it s characteristics. Among the changes, the most impacting on the analysis and LPS project determination is the danger of human lives, structural and economical losses events risk determination, where new parameters are considered for the composition of those values. By the current normative reference point of view, many structures lack of LPS which guarantees proper protection, where the losses risk are lower than tolerable. In order to approach and accomplish a practical and less expensive analysis of these parameters calculations, was elaborated an experimental Excel spreadsheet, allowing, this tool user, to accomplish that analysis and verify if the structure is effectively protected against the damages of a possible atmospheric discharge and if the losses risk are minimized. Key-words: Lightning. Protection. Risk. LPS.

9 Lista de ilustrações Figura 1 Campo induzido entre nuvem e solo pelo carregamento da base da nuvem 5 Figura 2 Processo de conexão dos canais ascendente e descendente Figura 3 Parâmetros de um impulso de corrente Figura 4 Onda eletromagnética irradiada pela corrente de retorno Figura 5 Sistema de aterramento integrado Figura 6 Conexões entre as partes da ABNT NBR Figura 7 Ângulo de proteção correspondente à classe de SPDA Figura 8 Exemplo de aplicação do método do ângulo de proteção Figura 9 Exemplo de aplicação do método da malha de proteção Figura 10 Exemplo de aplicação conforme o método da esfera rolante Figura 11 Estação rádio base Figura 12 Mapa do Campus da Universidade Estadual de Londrina Figura 13 Estruturas analisadas do CECA Figura 14 Captor Franklin Figura 15 Conector de pressão Figura 16 Detalhe captor Figura 17 Detalhe conexões Figura 18 Condutores de descida (detalhe isoladores) Figura 19 Detalhe captor Figura 20 Eletrodos de aterramento Figura 21 Estruturas analisadas do CCA Figura 22 Eletrodo de aterrmanto - Laboratório de Tecnologia - CCA Figura 23 Condutor de descida Figura 24 Captores Figura 25 Eletrodo de aterramento Figura 26 Dano à estrutura devido a uma descarga atmosférica Figura 27 Estrutura I Figura 28 Avaliação Final dos Riscos: Componentes de Risco - Estrutura I Figura 29 Estrutura II Figura 30 Avaliação Final dos Riscos: Componentes de Risco - Estrutura II

10 Lista de tabelas Tabela 1 Características das descargas atmosféricas Tabela 2 Fontes de danos, tipos de danos e tipos de perdas de acordo com o ponto de impacto Tabela 3 Comparativo da largura máxima da malha de proteção e raio da esfera rolante de acordo com a classe do SPDA Tabela 4 Comparativo entre valores típicos de distância entre os condutores de descida conforme o nível de proteção do SPDA Tabela 5 Componentes de risco a serem considerados para cada tipo de perda em uma estrutura Tabela 6 Fator de localização da estrutura C D Tabela 7 Fator de instalação da linha C I Tabela 8 Fator tipo de linha C T Tabela 9 Fator ambiental da linha C E Tabela 10 Valores de probabilidade P T A de uma descarga atmosférica em uma estrutura causar choque a seres vivos devido a tensões de toque e de passo perigosas Tabela 11 Valores de probabilidade P B dependendo das medidas de proteção para reduzir danos físicos Tabela 12 Valores de probabilidade de P SP D em função do N P para o qual os DPS foram projetados Tabela 13 Valor do fator K S3 dependendo da fiação interna Tabela 14 Valores dos fatores C LD e C LI dependendo das condições de blindagem aterramento e isolamento Tabela 15 Valores da probabilidade P T U de uma descarga atmosférica em uma linha que adentre a estrutura causar choque a seres vivos devido a tensões de toque perigosas Tabela 16 Valor da probabilidade P EB em função do nível de proteção N P para o qual os DPS foram projetados Tabela 17 Valores da probabilidade P LD dependendo da resistência R S da blindagem do cabo e da tensão suportável de impulso U W do equipamento.. 27 Tabela 18 Valores da probabilidade P LI dependendo do tipo da linha e da tensão suportável de impulso U W dos equipamentos Tabela 19 Valores de perda em cada zona de acordo com a perda considerada Tabela 20 Valores médios típicos de L T, L F e L O para perdas do tipo L Tabela 21 Valores médios típicos de L F e L O para perdas do tipo L Tabela 22 Valor médio típico de L F para perdas do tipo L

11 Tabela 23 Valores médios típicos de L T, L F e L O para perdas do tipo L Tabela 24 Fator de redução r t em função do tipo da superfície do solo ou piso Tabela 25 Fator de redução r p em função das providências tomadas para reduzir as consequências de um incêndio Tabela 26 Fator de redução r f em função do risco de incêndio ou explosão na estrutura Tabela 27 Fator h z aumentando a quantidade relativa de perda na presença de um perigo especial Tabela 28 Componentes de risco para diferentes tipos de danos e fontes de danos. 31 Tabela 29 Valores típicos de risco tolerável R T Tabela 30 Valores mínimos dos parâmetros das descargas atmosféricas e respectivos raios da esfera rolante, correspondentes aos níveis de proteção (NP) 34

12 Lista de abreviaturas e siglas ABNT CCA CE CECA DPS ELAT EMI HV IEC INPE LANA LEMP LLS MPS NBR PVC QGD RINDAT SPDA UEL ZPR Associação Brasileira de Normas Técnicas; Centro de Cências Agrárias; Comissão de Estudos; Centro de Educação, Comunicação e Artes; Dispositivo de Proteção contra Surtos; Grupo de Eletricidade Atmosférica; ElectroMagnetic Interference (Interferência Eletromagnética); Hospital Veterinário; International Eletrotechnical Commission (Comissão Eletrotécnica Internacional); Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais; Laboratório de Nutrição Animal; Lightning Electromagnetic Impulse (Pulso Eletromagnético Devido às Descargas Atmosféricas); Lightning Location Systems (Sistema de Localização de Raios); Medidas de Proteção contra Surtos; Referência à ABNT; Policloreto de Vinilo; Quadro Geral de Distribuição; Rede Integrada Nacional de Detecção de Descargas Atmosféricas; Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas; Universidade Estadual de Londrina; Zona de Proteção contra Raio.

13 Lista de símbolos A D A DJ A I A L A M c a c b c c c s c t c z h z K S1 K S2 K S3 K S4 L A área de exposição equivalente da estrutura, expressa em metro quadrado (m 2 ); área de exposição equivalente da estrutura adjacente, expressa em metro quadrado (m 2 ); área de exposição equivalente para descargas atmosféricas perto de uma linha. área de exposição equivalente para descargas atmosféricas em uma linha; área de exposição equivalente para descargas atmosféricas perto de uma estrutura; valor dos animais presentes na zona; valor da edificação relevante à zona; valor do conteúdo da zona; valor dos sistemas internos incluindo suas atividades na zona; valor total da edificação e conteúdo da estrutura; valor do patrimônio cultural na zona; fator de aumento da perda devido a danos físicos quando um perigo especial estiver presente; leva em consideração a eficiência da blindagem por malha da estrutura, SPDA ou outra blindagem na interface ZPR 0/1; leva em consideração a eficiência da blindagem por malha da estrutura, SPDA ou outra blindagem na interface ZPR X/Y (X > 0, Y > 1; leva em consideração as características da fiação interna; leva em consideração a tensão suportável (U W de impulso do sistema a ser protegido, avaliado como K S4 = 1/U W. perda relacionada aos ferimentos a seres vivos por choque elétrico (descargas atmosféricas à estrutura);

14 L B L C L F L M L O L T L U L V L W L Z N D N DJ N g N I N L N M n t n z P A perda em uma estrutura relacionada a danos físicos (descargas atmosféricas à estrutura); perda relacionada à falha dos sistemas internos (descargas atmosféricas à estrutura); número relativo médio típico de vítimas por danos físicos; perda relacionada à falha de sistemas internos (descargas atmosféricas perto da estrutura); perda em uma estrutura devido à falha de sistemas internos; número relativo médio típico de vítimas feridas por choque elétrico; perda relacionada a ferimentos de seres vivos por choque elétrico (descargas atmosféricas na linha); perda em uma estrutura devido a danos físicos (descargas atmosféricas na linha); perda devido à falha de sistemas internos (descargas atmosféricas na linha); perda relacionada à falha de sistemas internos (descargas atmosféricas perto da linha); número de eventos perigosos devido às descargas atmosféricas em uma estrutura; número de eventos perigosos devido às descargas atmosféricas em uma estrutura adjacente; densidade de descargas atmosféricas; número de eventos perigosos devido às descargas atmosféricas perto de uma linha; número de eventos perigosos devido às descargas atmosféricas a uma linha; número de eventos perigosos devido às descargas atmosféricas perto de uma estrutura; número total de pessoas na estrutura; número de pessoas na zona; probabilidade de uma descarga atmosférica em uma estrutura causar ferimentos a seres vivos por meio de choque elétrico;

15 P C P M P MS P U P V P W P Z r f r p r t t z probabilidade de uma descarga atmosférica em uma estrutura causar falha a sistemas internos; probabilidade de uma descarga atmosférica perto de uma estrutura causar falha em sistemas internos; fator relacionado às interfaces isolantes e sistemas coordenados de DPS como medidas de proteção para diminuição de P M ; probabilidade de uma descarga atmosférica em uma linha causar ferimentos a seres vivos por choque elétrico; probabilidade de uma descarga atmosférica em uma linha causar danos físicos; probabilidade de uma descarga atmosférica em uma linha causar falha de sistemas internos; probabilidade de uma descarga atmosférica perto de uma linha que entra na estrutura causar falha dos sistemas internos; fator de redução da perda devido a danos físicos dependendo do risco de incêndio ou do risco de explosão da estrutura; fator de redução da perda devido a danos físicos dependendo das providências tomadas para reduzir as consequências do incêndio; fator de redução da perda de vida humana dependendo do tipo do solo ou piso; número total de pessoas presentes na estrutura;

16 Sumário 1 INTRODUÇÃO Objetivos Específicos Metodologia Estruturação do Trabalho DESCARGAS ATMOSFÉRICAS Histórico Formação dos Raios Riscos Descargas diretas Descargas indiretas Tensões Induzidas Interferência Eletromagnética Descargas atmosféricas em torres NBR5419: Definição das partes Principais Mudanças em relação à norma ABNT NBR 5419: Os benefícios e impactos da atual norma argumentados por alguns profissionais PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS - NBR Definição dos Riscos e seus Parâmetros Componentes de Risco Gerenciamento de Risco Medidas de Proteção Níveis de Proteção Métodos de proteção Proteção do Sistema Elétrico e Eletrônico Proteção de sistemas de telecomunicações ESTUDO DE CASO CECA Dados Gerais CCA Dados Gerais

17 6 RESULTADOS E DISCUSSÕES Proteção Contra Descargas Atmosféricas Estudos de Caso Principais Problemas e Danos Constatados nas Estruturas Analisadas da UEL Elaboração de Planilha para Cálculo dos Parâmetros Uso da Planilha em Casos Distintos CONCLUSÃO Conclusão Final REFERÊNCIAS APÊNDICE A TABELA DE INSPEÇÃO APÊNDICE B PLANILHA ANEXO A FLUXOGRAMAS A.1 Procedimento para decisão da necessidade da proteção e para selecionar as medidas de proteção A.2 Procedimento para avaliação da eficiência do custo das medidas de proteção

18 1 1 Introdução De acordo com dados do ELAT (INPE, 2016), o Brasil é o país com maior incidência de raios no mundo com ocorrência anual de cerca de 57 milhões de eventos. Tal fato é justificado devido a sua geografia: maior país com zona tropical do planeta e por isso mais favorável à formação de tempestades. As consequências das descargas atmosféricas são severamente destrutivas e pode causar incêndios, destruição parcial ou total de estruturas, interrupção do fornecimento de energia e podendo causar danos aos sistemas de comunicação e ferir pessoas, levando-as até mesmo ao óbito. Estruturas com altura igual ou superior a 60 metros, como é o caso de torres de transmissão (por exemplo, estações de rádio), são consideradas alvos preferenciais na incidência de raios. Estatisticamente, o número de descargas atmosféricas no topo ou nas laterais destas edificações são superiores às estruturas menores, necessitam de uma análise e projeto de SPDA mais cuidadoso pois, dentre outros aspectos, possuirão uma área de exposição abrangente, na qual outras estruturas estarão contidas nesta região (DIAS; SILVEIRA; VISACRO, 2010). Como forma de mitigar os danos provocados pelos raios, no Brasil podem ser citadas as normas técnicas NBR 5410:2004 e NBR 5419:2015, que tratam sobre instalações elétricas de baixa tensão e proteção contra descargas atmosféricas, respectivamente. A última, objeto deste trabalho, estabelece diversos critérios para o desenvolvimento de um projeto de SPDA e faz a exigência de novos parâmetros que devem ser considerados e calculados no procedimento de avaliação do sistema de proteção. Além do sistema de proteção externo à estrutura, utilizando componentes naturais e não naturais para esta finalidade, e internos que já eram de conhecimento, a norma revisada e atualizada estabelece medidas de proteção para os equipamentos elétricos e eletrônicos que encontram-se no interior da estrutura, sendo considerados os danos causados pelos efeitos do campo eletromagnético induzido na estrutura e no SPDA. Tais efeitos oferecem danos aos equipamentos e aos seres humanos, devido aos surtos de tensões nas linhas energizadas e de sinal o que ocasiona tensões de toque e passo que podem, subitamente, danificá-los. Tal consideração exigida na norma representa um grande avanço para futuros projetos de SPDA; há, portanto, uma preocupação maior quanto a proteção destes sistemas o que porporciona uma proteção muito melhor de todo o conjunto, visto o que já havia sendo praticado. Neste trabalho, pretende-se avaliar e comparar as normas sobre proteção contra descargas atmosféricas, NBR 5419 (2005 e 2015), e apresentar uma análise de casos verificando a situação e conformidade do SPDA de algumas estruturas da UEL (de acordo com a norma vigente de quando foram instalados). Para que seja proporcionado um melhor entendimento e análise dos parâmetros desejados que compõem a análise do gerenciamento de risco, segundo a NBR 5419:2015, foi desenvolvido uma planilha experimental, a partir do software Microsoft Excel, para que possam ser analisadas as características da estrutura com o intuito de determi-

19 Capítulo 1. Introdução 2 nar se os parâmetros obtidos encontram-se abaixo dos valores toleráveis estipulados em norma. No caso de não estarem abaixo do valor tolerável, a estrutura necessitará de um SPDA e/ou deverão ser tomadas providências interventivas que garantam um nível abaixo do tolerável para estes valores. 1.1 Objetivos Específicos Destacam-se os seguintes pontos como objetivos específicos do desenvolvimento deste trabalho: Estudo dos textos normativos, relacionando as principais alterações; Análise dos componentes do SPDA de algumas estruturas da UEL; Desenvolvimento de uma planilha em Excel para a realização do gerenciamento de risco, segundo a NBR :2015, aplicando-a em casos distintos comparando com a NBR 5419:2005; 1.2 Metodologia Para que os objetivos descritos fossem alcançados, o desenvolvimento deste trabalho foi realizado em três etapas distintas, sendo: a) Comparação das normas NBR 5419 em suas duas versões, destacando as principais mudanças entre os textos com pesquisa em fóruns, revistas e artigos sobre o que está sendo debatido e as opiniões de diferentes profissionais sobre tais mudanças; b) O estudo de caso de adequação de alguns edifícios da UEL, conforme orientações da PCU, nos locais que são alvos mais frequentes de descargas atmosféricas, através de uma planilha de inspeção para a averiguação dos componentes do SPDA, de acordo com o que a Norma especifica; c) Elaboração de programa de análise de gerenciamento de risco para dois casos reais, para prover um melhor entendimento da aplicação dos parâmetros e critérios da atual norma, comparando-o com a NBR 5419: Estruturação do Trabalho No Capítulo 2 é apresentado o conceito de descarga atmosférica: formação, efeitos e riscos. Relata, historicamente, o precursor no estudo sobre tal fenômeno natural, e que a partir dele evoluíram-se e aprimoraram-se os meios de proteção contra as descargas atmosféricas.

20 Capítulo 1. Introdução 3 Tendo conhecimento dos riscos e efeitos que uma descarga atmosférica pode causar, o Capítulo 3 trata sobre o texto normativo de proteção contra as possíveis descargas atmosféricas, abrangendo as principais mudanças que ocorreram dentro do período de revisão até a publicação da mais recente norma adotada nacionalmente. No âmbito destas mudanças, o Capítulo 4 aborda sua principal mudança: o gerenciamento de risco. Analisa-se a necessidade ou não de adotar à estrutura uma medida de proteção contra descargas atmosféricas, considerando seus efeitos que podem provocar a perda de vida humana, perda de serviço público, perda cultural e perdas econômicas. Identificadas tais mudanças e como a atual norma relaciona as características da estrutura para que seja avaliada sua proteção, no Capítulo 5 há um estudo de caso com o intuito de analisar as condições atuais dos aterramentos de algumas estruturas; se as estruturas possuem SPDA e se estas encontram-se aptas a interceptar, conduzir e dispersar a corrente elétrica proveniente de algum evento que incida sobre tais estruturas. Já no Capítulo 6 deste trabalho, discute-se sobre as novas condições exigidas pela norma, sobre as conclusões referentes ao estudo realizado no capítulo antecedente e é apresentado uma planilha elaborada para que os cálculos referentes à aplicação da Parte 2 da atual norma sejam automatizados, aplicando-a em dois casos distintos, podendo validar sua utilização. Por fim, no Capítulo 7 conclui-se, de forma geral, o trabalho desenvolvido e as considerações finais sobre a implicação da NBR 5419 atualizada.

21 4 2 Descargas Atmosféricas Descarga Atmosférica é um fenômeno natural de alta complexidade que, até hoje, ainda intriga os pesquisadores no que se refere à compreensão dos aspectos físicos e seus efeitos. A preocupação com os efeitos destrutivos desse fenômeno nos leva à tarefa de buscar formas de proteção contra ele (PRAZERES, 2007). 2.1 Histórico Ao longo da história o raio sempre foi admirado e temido por toda civilização. Alguns povos atribuíam este fenômeno aos deuses que os lançavam sobre a terra como sinal de reprovação ou de que haveria tempos prósperos para a lavoura. Outros povos associavam que os raios eram produzidos pelas batidas de um poderoso martelo, cujo efeito estrondoso originava os raios e trovões. Algumas tribos sustentavam a crença de que um "pássaro trovão"mergulhava das nuvens para a terra, provocando tal efeito. Pesquisas com o objetivo de obter informações sobre as características elétricas do raio surgem por volta do século XVII. Experiências realizadas nos EUA e na Europa foram elaboradas demonstrando o caráter elétrico dos raios e sua possibilidade de ser captado (BENITEZ, Salvador: 2006). Benjamin Franklin ( ), cientista e inventor americano, adquiriu reputação internacional devido as suas descobertas sobre a eletricidade e, também, demonstrando que os raios são um fenômeno de natureza elétrica. Desenvolveu um perigoso experimento, a fim de demonstrar sua teoria de que os raios são originários da própria natureza, fazendo voar uma pipa presa a um condutor metálico aterrado, durante uma tempestade. Desse modo, pôde provar que os raios eram apenas grandes descargas elétricas que ocorriam de forma natural. Apesar de relatar em seus escritos sobre seus conhecimentos do perigo que tais métodos alternativos possuíam e colocando em risco sua própria vida, ainda tem-se o questionamento se ele, de fato, a realizou. A partir desse mesmo experimento, Franklin propôs que se a descarga fosse transportada através de hastes metálicas até o solo poderiam impedir que os raios atingissem qualquer estrutura. Sugeriu que fosse colocado, acima das casas, uma ponta metálica com hastes em contato com a terra, propiciando a condução da corrente elétrica nesta composição, sem que o raio causasse danos às estruturas. Com isso, surgia o para-raio e este é o conceito de um dos métodos de proteção contra descargas atmosféricas ser conhecido como método Franklin. Nos últimos anos de sua vida dedicava a maior parte de seu tempo ao serviço público, mas continuou realizando experimentos ocasionais seguindo o trabalho de outros cientistas. Franklin também participou de conselhos para revisão de métodos de proteção contra raios e fez

22 Capítulo 2. Descargas Atmosféricas 5 recomendações para a proteção de catedrais e de instalações para a fabricação e armazenamento de pólvora. 2.2 Formação dos Raios Os raios se formam em nuvens denominadas Cumulunimbus, capazes de atingir uma extensão de 9 a 12 km. A carga elétrica que se acumulam nestas nuvens surgem pelo processo do encontro entre correntes ascendentes de ar quente e úmido por partículas superesfriadas de sentido descendente. Esta colisão entre as correntes e o atrito entre gotículas de chuva favorecem a produção de grandes cargas de eletricidade na nuvem, formando gradientes de tensão que variam de 50 a V/cm (LIMA, 2009). Figura 1 Campo induzido entre nuvem e solo pelo carregamento da base da nuvem Fonte: Prazeres (2007) As descargas intra-nuvens são as mais frequentes, conforme dados de RINDAT (2016), pelo fato da capacidade isolante do ar diminuir com a altura em função da diminuição da densidade do ar e pelas regiões de cargas opostas na nuvem estarem mais próximas. Para este trabalho, serão consideradas as descargas ocorrendo entre nuvem-solo, devido ao seu potencial destrutivo e objetivo de utilização de SPDA. Como dito anteriormente, entre a nuvem e o solo haverá a presença de um campo elétrico produzido pelas cargas da base da nuvem (concentração de cargas negativas) e o solo (concentração de cargas positivas), ocorrendo o rompimento da rigidez dielétrica do ar 1 sendo favorável que gere uma descarga elétrica entre a nuvem e o solo (descarga negativa). O rompimento da rigidez dielétrica do ar é apenas o primeiro passo para a descarga atmosférica, sendo necessário que ocorram outros eventos para que a descarga atmosférica seja concluída (SILVA, 2014). Fracas descargas ocorrem na região de cargas negativas no interior da nuvem e se deslocam em direção ao centro de cargas positivas por um período de cerca de 10 ms, denominado 1 Quando materiais isolantes são ionizados por campos elétricos muito intensos, tornam-se condutores. Para o ar, isto ocorre para campos elétricos da ordem de V/m (NIELSEN, 2008)

23 Capítulo 2. Descargas Atmosféricas 6 período de quebra de rigidez preliminar (RINDAT, 2016). Com isso, inicia-se o processo de formação de um canal ionizado de plasma, que é denominado canal precursor de descarga (ou líder descendente) formando para baixo na região externa da nuvem. O líder descendente realiza o caminho em etapas, percorrendo trechos de 30 a 100 metros, buscando o percurso mais fácil - com menor rigidez dielétrica - para que o canal seja estabelecido entre a nuvem e o ponto de impacto. Junto a isso, um processo similar ocorre a partir do solo onde a concentração de cargas positivas sofrem indução e formam, também, um canal ascendente que parte em direção à nuvem, em encontro ao líder descendente (Figura 2). Figura 2 Processo de conexão dos canais ascendente e descendente Fonte: Prazeres (2007) No momento em que os canais estão a uma distância crítica mínima de separação um do outro, ocorre uma descarga final responsável pela interligação dos canais. O estabelecimento do canal gera uma intensa onda de corrente elétrica, chamada de corrente de retorno, propagandose pelo canal e neutralizando as cargas acumuladas (SILVEIRA, 2006). Como resultado do fluxo de corrente que circula pelo canal ionizado, ocorre um intenso aquecimento deste, podendo alcançar temperaturas superiores a o C. Tal aquecimento provoca um efeito luminoso intenso - o relâmpago - e também resulta na expansão muito rápida do ar ao redor do canal, provocando o deslocamento de uma onda sonora no ar - trovão (VISACRO, 2005b). 2.3 Riscos Estima-se que, a cada segundo, caem sobre a Terra cerca de 50 a 100 raios, o que equivale a cerca de 10 milhões de descargas por dia ou três bilhões por ano. Esta consequente descarga à Terra provoca prejuízos e mortes (LIMA, 2009). No Brasil, cerca 50 milhões de descargas atingem anualmente seu território. De acordo com Silva (2014), entre os anos 2000 e 2012, foram registradas mortes causadas por descargas atmosféricas. Dentro do curto período de tempo de ocorrência de uma descarga atmosférica, podem ser destacados três partes (Figura 3): tempo de subida ou de frente (tempo para que o raio atinja o valor máximo), tempo de meia onda ou de meio valor (tempo necessário para que o raio atinja

24 Capítulo 2. Descargas Atmosféricas 7 50% do valor de pico) e a cauda da onda (tempo a partir do tempo de subida, seguido por um período mais longo e suave no qual a corrente decai até desaparecer). Figura 3 Parâmetros de um impulso de corrente Fonte: ABNT NBR :2015 onde: O 1 origem virtual; I corrente de pico; T 1 T 2 tempo de frente; tempo até o meio valor; ±i polaridade (positiva ou negativa) da corrente. Uma descarga atmosférica pode atingir valores expressivos de tensão entre a nuvem e o solo, nuvem e o ponto atingido, proporcionando que haja o fluxo de uma corrente impulsiva de alta intensidade e curta duração. Segundo Lima (2009), esta tensão dependerá, principalmente, da intensidade de corrente do raio e da impedância existente entre o percurso da descarga.

25 Capítulo 2. Descargas Atmosféricas 8 Tabela 1 Características das descargas atmosféricas Parâmetros Valores Unidade Corrente a A Tensão 100 a kv Duração 70 a 200 μs Carga elétrica da nuvem 20 a 50 C Potência liberada 1000 a milhões kw Energia 4 a 10 kwh Tempo de crista 1, 2 μs Tempo de meia cauda 50 μs Fonte: Kindermann (2002). Por se tratar de uma corrente cuja variação de intensidade ocorre de forma muito rápida, torna este fenômeno um importante causador de distúrbios eletromagnéticos com capacidade de gerar danos e interferências em sistemas elétricos e eletrônicos. Bem como induzir altas tensões em partes metálicas com grande risco de acidente à estrutura e aos seus ocupantes. As descargas atmosféricas podem ser divididas conforme dois tipos distintos de efeitos: descargas diretas e descargas indiretas Descargas diretas Tais descargas acontecem quando o canal principal (ou um dos ramos) incide diretamente sobre determinado objeto e são as responsáveis pelos efeitos mais severos de danos que podem ocorrer. A incidência direta de descarga sobre seres vivos, prédios, estruturas e sistemas elétricos pode gerar destruição, incêndios e, possivelmente, mortes. Uma descarga direta sobre uma edificação, por exemplo, poderá ocasionar a destruição de paredes, fundir materiais metálicos, danificar e/ou destruir antenas e cabos de comunicações, entre outros. (VISACRO, 2005a) Descargas indiretas São descargas cujos efeitos sobre as estruturas ou seres vivos são causadas distantes do ponto de queda do raio. Quando o líder descendente se encontra com o líder ascendente e o circuito é fechado, ocorre uma descarga de grande intensidade que faz com que o canal ionizante alcance altas temperaturas; fortes campos eletromagnéticos são produzidos em torno deste canal principal (Figura 4). No solo, radialmente a partir do ponto de impacto, linhas de corrente propagamse, colocando em risco à tensões de toque, tensão de passo, tensões induzidas em condutores próximos e EMI.

26 Capítulo 2. Descargas Atmosféricas 9 Figura 4 Onda eletromagnética irradiada pela corrente de retorno Fonte: Visacro (2005b) Tensões Induzidas De acordo com Buratto (2011), a corrente de retorno fluindo pelo canal ionizado, constituído entre nuvem e solo promove tensões induzidas em corpos próximos ao ponto de incidência. Tais tensões constituem a principal fonte de danos nas linhas de distribuição de energia e em circuitos de baixa tensão em geral, incluindo as redes de telecomunicações. Constituem, ainda, a origem de interferência eletromagnética em sistemas e equipamentos, que, em muitos casos, resulta na corrupção de dados transmitidos em sistemas de comunicação através de sistemas elétricos Interferência Eletromagnética Apesar dos efeitos gerados pelos campos eletromagnéticos causarem danos aos seres vivos pelas tensões induzidas, seus danos são maiores em equipamentos eletrônicos e sistemas de comunicações (LIMA, 2009), que, em muitos casos, resulta em perdas de dados transmitidos e recebidos nos sistemas de comunicação. 2.4 Descargas atmosféricas em torres Medidas para que as perdas de uma baixa eficiência de transmissão sejam reduzidas está em manter a torre da antena o mais próximo possível do edifício que abriga os equipamentos. No entanto, esta prática é contrária à concepção de um sistema confiável de proteção contra os efeitos de uma descarga atmosférica. A distância mínima considerada entre o edifício de equipamentos e a torre de antenas, para que os efeitos do campo eletromagnético 2 associado ao raio não danifiquem os equipamen- 2 A intensidade do campo eletromagnético cai com o quadrado da distância.

27 Capítulo 2. Descargas Atmosféricas 10 tos, é de 9 m (IEEE, 2011). Na impossibilidade de execução com esta distância mínima deverá haver a instalação, no interior e no exterior da estrutura, de uma malha de condutores formando uma gaiola de Faraday. Figura 5 Sistema de aterramento integrado Fonte: Lock (2011) Como os dois sistemas de aterramento (da torre e da estrutura) devem estar conectados a mesma malha de aterramento (Figura 5), a distância adotada entre as duas massas protegidas irá reduzir significativamente o aumento de potencial de terra, não haverá interferências entre os equipamentos internos à estrutura. Uma proteção contra descargas atmosféricas efetivamente projetada para torres e telecomunicações deve, segundo Lock (2011), atender de forma integrada ao maior número dos seguintes fatores: Proteção contra descargas diretas; Rede de aterramento capaz de dispersar a corrente do raio; Integrar a rede de energia ao sistema de proteção; Sistema de equipotencialização eficaz; Reduzir aumentos de potencial; Previnir sobretensões em equipamentos no interior da cabine; Mitigação de efeitos provocados LEMP.

28 Capítulo 2. Descargas Atmosféricas 11 Devido às elevadas amplitudes de corrente do raio, ocorre um intenso e variável campo magnético próximo aos condutores dos quais elas fluem, fazendo com que os efeitos deste campo induza elevadas correntes nos circuitos de equipamentos no interior da estrutura (CO- ORAY, 2010). Para que estes efeitos sejam minimizados, equipamentos e cabos devem ser aterrados, de forma adequada, e protegidos por um sistema coordenado de DPS s.

29 12 3 NBR5419:2015 Desde a última versão publicada da norma ABNT (2005), os membros da Comissão de Estudos CE estiveram reunidos para revisarem o documento e elaborarem um novo projeto, muito mais abrangente e criterioso, tendo como base a segunda versão da norma IEC Lightning Protection partes 1, 2, 3 e 4, (MOREIRA, 2014). Aqui serão apresentadas algumas das principais mudanças entre os textos normativos. 3.1 Definição das partes Em conformidade com a IEC 62305/2010, a ABNT NBR 5419:2015 segue com a mesma estrutura e organização dos documentos, composta por quatro documentos normativos e seus anexos, sendo eles: Parte 1 - Princípios Gerais; Parte 2 - Gerenciamento de Risco; Parte 3 - Danos Físicos às Estruturas e Perigo à Vida; Parte 4 - Proteção de Sistemas Elétricos e Eletrônicos. Figura 6 Conexões entre as partes da ABNT NBR 5419 Fonte: NBR :2015

30 Capítulo 3. NBR5419: A figura 6 mostra a conexão entre cada uma das partes que compõem a norma atualizada. As medidas de proteção contra descargas atmosféricas integram de forma completa a proteção contra descargas atmosféricas, colocando em segurança a vida dos ocupantes e a integridade dos equipamentos presentes no interior da estrutura. A principal mudança notável, sem dúvidas, é a quantidade de páginas que regem a atual norma, passando de quarenta e duas (42) páginas (ABNT, 2005) para mais de trezentas. A maior parte do texto da nova norma sobre proteção contra descargas atmosféricas foi fiel ao texto da IEC 62305/2010, especialmente as partes 1 e 4. (MOREIRA, 2014) 3.2 Principais Mudanças em relação à norma ABNT NBR 5419:2005 Parte 1 A Parte 1 do texto do documento trata exclusivamente sobre o fenômeno da descarga atmosférica, definindo parâmetros das correntes das descargas que são utilizados como a base das regras de medidas de proteção e dimensionamento de componentes, por exemplo. Sendo uma das partes com a tradução mais próxima da IEC Tais parâmetros são considerados para detalhamento das medidas de proteção (MPS (ABNT, 2015d)). Tais considerações e parâmetros não eram tratados de forma explicita e foram abordados na norma ABNT NBR 5419:2005, no Anexo C (normativo), apresentando parâmetros do valor de crista da corrente da descarga, utilizado para o cálculo do raio da esfera rolante (Modelo Eletrogeométrico) e determinação do nível de proteção. Parte 2 A segunda parte traz as maiores mudanças na proteção de estruturas contra as descargas atmosféricas (SUETA, 2016). É apresentada de forma detalhada a definição de diversos parâmetros da estrutura, dos danos às estruturas decorrentes das descargas atmosféricas, sendo consideradas quatro fontes de danos 1 distintas pelo ponto de impacto da descarga, sendo definidas como: S 1 - descarga na estrutura, S 2 - descarga perto da estrutura, S 3 - descarga na linha e S 4 - descarga perto da linha. Define-se também tipos de danos (D X ) como consequência das descargas atmosféricas, sendo: D 1 - ferimentos a seres vivos; D 2 - danos físicos; D 3 - falhas de sistemas eletroeletrônicos. Cada um destes danos, sozinhos ou combinados, refletem em diferentes tipos de perdas (L X ) à estrutura, definidas como: L 1 - perda da vida humana; L 2 - perda de serviços públicos; L 3 - perda de patrimônio cultural; e L 4 - perda de valores econômicos. 1 A corrente da descarga atmosférica é a principal fonte de danos (ABNT, 2015b).

31 Capítulo 3. NBR5419: A tabela 2 ilustra cada uma destas situações de forma simplificada para melhor compreensão. Tabela 2 Fontes de danos, tipos de danos e tipos de perdas de acordo com o ponto de impacto Descarga atmosférica Estrutura Ponto de impacto Fonte de danos Tipo de danos Tipo de perdas D1 L1, L4 a S1 D2 L1, L2, L3, L4 D3 L1 b, L2, L4 S2 D3 L1 b, L2, L4 D1 L1, L4 a S3 D2 L1, L2, L3, L4 D3 L1 b, L2, L4 S4 D3 L1 b, L2, L4 a b Somente para propriedades onde animais possam ser perdidos. Somente para estruturas com risco de explosão ou para hospitais ou outras estruturas onde falhas de sistemas internos podem imediatamente colocar em perigo a vida humana. Fonte: NBR :2015 Torna-se necessária a realização de cálculos referentes aos riscos em uma estrutura (associados aos tipos de perdas). Cada risco depende do número anual de descargas atmosféricas que incidem na estrutura ou próximo a ela, da probabilidade de dano por uma das descargas atmosféricas que influenciam esta estrutura e da quantidade média das perdas causadas. (ABNT, 2015b) Cada uma das componentes de risco que serão avaliadas na composição de cara risco pode ser calculada por meio de uma expressão geral: R X = N X P X L X (3.1) onde:

32 Capítulo 3. NBR5419: N X : é o número de eventos perigosos por ano; P X : é a probabilidade de danos à estrutura; L X : é a perda consequente. De acordo com ABNT NBR , os riscos R 1, R 2 e R 3 devem ser considerados na avaliação da necessidade da proteção contra as descargas atmosféricas e os parâmetros relevantes aos cálculos podem ser obtidos ou calculados a partir dos anexos presentes nesta parte da Norma, que serão abordados e discutidos no capítulo seguinte. Em sua versão de 2005 é apresentado um estudo simplificado com informações e procedimentos para o cálculo necessário para a determinação da área de exposição de uma estrutura e se esta exige ou não um SPDA. Realizava-se o cálculo da área de exposição equivalente (A e ) (alterada na versão atualizada), verificava-se o índice ceráunico da região (número de dias de trovoadas de trovoada (T d )) necessário para determinar a densidade das descargas atmosféricas para a terra (N g ), aplicava-se fatores ponderantes (como tipo de ocupação, de construção, o conteúdo e os efeitos indiretos das descargas, a localização da estrutura e a topografia da região) e fazia-se uma avaliação final da frequência média anual de descargas atmosféricas (N dc ) ponderada prevista para a estrutura. Desta forma: se N dc 10 3, a estrutura requer um SPDA; se 10 3 > N dc > 10 5, facultativo, sendo determinado por especialista a necessidade ou não de se instalar um SPDA; se N dc 10 5, dispensa-se o uso de um SPDA. Então, podia-se utilizar uma tabela fornecida pela norma em função da classificação das estruturas ou a curva de eficiência do SPDA para a definição do nível de proteção do SPDA. A forma de obtenção de N g tem sido questionada (SUETA et al., 2013) e tal dado, por recomendação da IEC, sugere o uso N g mapeado a partir da rede LLS (por exemplo RINDAT, BrasilDat) elaborado pelo ELAT e, na falta destes, recomenda que adote a seguinte aproximação (ABNT, 2015b): N g 0, 1T d (3.2) na qual, T d é o número de dias de trovoadas por ano. A atual ABNT NBR 5419, no Anexo F, possui um mapa de N G para as cinco regiões do Brasil, preparados no INPE pelo ELAT, para que este dado seja consultado, podendo também ser obtido através da web page do ELAT. Além de um procedimento detalhado para que seja avaliado e determinado a necessidade de SPDA, a esta parte da Norma dispõe de um procedimento para que seja avaliado o

33 Capítulo 3. NBR5419: custo da eficiência da proteção no sentido de que sejam reduzidas as perdas econômicas L 4. Avaliando-se as componentes de risco R 4, é possível que seja avaliado o custo da perda econômica com ou sem medidas de proteção, devendo ser avaliado de acordo com o que consta no Anexo D. Dois fluxogramas, um referente ao procedimento para avaliar a necessidade de proteção e outro para que seja avaliado a eficiência do custo da proteção são mostrados, respectivamente, no Anexo A, retirados da própia Norma. Dessa forma, as medidas de proteção, tais como o nível de proteção (I, II, III ou IV), as classes dos DPSs (Classe 1, 2 ou 3), as formas para redução de incêndio, as medidas para redução de tensões de toque e passo e as formas de cabeamento e blindagens serão definidas pela análise de risco da estrutura sob estudo. (SUETA, 2016) Parte 3 A terceira parte do documento normativo, aliás, é a que mais tem correspondência com o texto compreendido pela versão em vigor. Neste sentido, é o trecho que mais conta com alterações. (MOREIRA, 2014) Define-se a finalidade de se utilizar um SPDA externo e interno, bem como ao que estará destinado a proteger em estruturas sem limitação de altura. Garantindo que a descarga seja captada pela estrutura, conduzida pelos condutores e dispersada na terra de forma eficaz e segura, reduzindo os riscos de centelhamento perigosos no interior da estrutura sem expor à riscos os ocupantes e outros elementos eletricamente condutores. Apresenta mudanças quanto a materiais de condutores de captação e descida, procedimentos nos testes de continuidade e arquitetura de interligação dos condutores de descida. O método do ângulo de proteção (método Franklin) teve um aumento significativo em relação ao alcance dos captores. Os ângulos não são mais fixados em função do nível de proteção passando a serem obtidos em função da altura dos captores (Figura 7). A utilização do método das malhas (Faraday) teve suas dimensões de espaçamento entre as malhas diminuidas, tendo um formato mais "quadrado", como mostrado na Tabela 3. Tabela 3 Comparativo da largura máxima da malha de proteção e raio da esfera rolante de acordo com a classe do SPDA Métodos de Proteção Eletrogeométrico Faraday Classe do SPDA Raio da esfera rolante a - R (m) Largura máxima da malha b (m) Comprimento da malha b (m) Máximo afastamento dos condutores da malha c (m) I x5 II x10 III x15 IV x20 a Não mudou após atualização b Conforme ABNT NBR 5419: Tabela 1 c Conforme ABNT NBR : Tabela 2

34 Capítulo 3. NBR5419: Figura 7 Ângulo de proteção correspondente à classe de SPDA Fonte: ABNT NBR :2015 O que pode ser notado é que anteriormente, considerava-se que o comprimento da malha, da rede de condutores posicionadas no plano horizontal ou inclinado da estrutura a ser protegida, poderia ter um espaçamento não maior que o dobro da largura máxima da malha. De agora em diante, essa malha deverá ter seu comprimento igual a medida da sua largura. Em ABNT NBR 5419:2005 outrora determinava-se o espaçamento médio entre os condutores de descida (Tabela 4) e a interligação por meio de condutores horizontais a cada 20 metros de altura. Esta exigência passa a ser alterada, agora consideradas as distâncias conforme mostrado nesta mesma tabela (Tabela 4) e as interligações horizontais passam a ser admitidas em intervalos entre 10 a 20 metros no atual texto normativo, sendo aceitável que o espaçamento dos condutores de descidas tenham no máximo 20% além dos valores estipulados (ABNT, 2015c). Tabela 4 Comparativo entre valores típicos de distância entre os condutores de descida conforme o nível de proteção do SPDA Classe do SPDA Espaçamento Médio a (m) Distâncias b (m) I II III IV a Segundo ABNT NBR 5419:2005 b Segundo ABNT NBR 5419:2015 Referente aos condutores utilizados para os sistemas de captação e de descida, materias como o aço e o alumínio cobreado foram adicionados e houve um aumento nas dimensões mínimas, e das tolerâncias, dos condutores de captação, hastes captoras e condutores de descida considerados para a composição do SPDA.

35 Capítulo 3. NBR5419: Como, por exemplo, o cobre que passa a ser considerado uma área de seção mínima de 35 mm 2 para captação e descidas, contra o mínimo que antes era estipulado de 35 mm 2 para captação e 16 mm 2 para descidas. A continuidade elétrica das armaduras de concreto armado existentes, apresentada no atual texto da norma, deverão apresentar uma resistência elétrica inferior a 0, 2 Ω para que sejam considerados como condutores naturais da corrente da descarga atmosférica, contrapondo a ABNT NBR 5419:2005 que determinava que uma resistência medida poderia ser inferior a 1 Ω. Caso este valor não seja alcançado ou não possa ser medido, um sistema convencional de proteção deve ser adotado e instalado. Houve a retirada da consideração da medição da resistência ôhmica do aterramento do SPDA, que antes era sugerido o valor de 10 Ω, e da configuração de aterramento conforme o arranjo "A" 2 sendo considerado apenas o arranjo "B" 3 Parte 4 A quarta parte da norma não tem referência com a norma ABNT NBR 5419:2005 e é voltada para a proteção de equipamentos eletroeletrônicos no interior da estrutura utilizando as chamadas Medidas de Proteção Contra Surtos (MPS s) e trata basicamente de aspectos gerais ligados à compatibilidade eletromagnética e proteção para equipamentos elétricos e eletrônicos. A base destas medidas são o roteamento dos condutores, suas blindagens e a equipotencialização por meio dos DPS s daqueles condutores normalmente energizados. (SANTOS, 2015) Sistemas eletroeletrônicos podem sofrer danos permanentes causados por impulsos eletromagnéticos da descarga atmosférica (LEMP) por meio de surtos conduzidos ou induzidos transmitidos pelos cabos conectados aos sistemas e/ou pelos efeitos dos campos eletromagnéticos irradiados diretamente para os próprios equipamentos (ABNT, 2015d) havendo ou não um SPDA instalado externamente à estrutura. Os campos eletromagnéticos irradiados podem ser gerados a partir da corrente elétrica que flui no canal das descargas atmosféricas diretas e pela corrente parcial da descarga atmosférica fluindo nos condutores 4. 2 Composto por eletrodos radiais (verticais, horizontais ou inclinados) sendo indicado para solos de baixa resistividade e pequenas estruturas. (ABNT, 2005) 3 Composto por eletrodos em anel ou embutidos nas fundações da estrutura. 4 e.g. nos condutores de descida de um SPDA externo, de acordo com a parte 3 da norma.

36 Capítulo 3. NBR5419: Os benefícios e impactos da atual norma argumentados por alguns profissionais Segundo Silva (2015), a ABNT (2015a), juntamente com seus anexos, possui vastos dados e informações conceituais úteis que podem servir de subisídio para análises, estudos acadêmicos, simulações, dimensionamento de componentes de proteção, etc. José Cláudio de Oliveira e Silva, membro da CE 03:64.10, expõe que os critérios básicos para proteção contra descargas atmosféricas têm como base os parâmetros das correntes das descargas atmosféricas (SILVA, 2015). As medidas de proteção, na maior parte, dependem dos valores máximos destes parâmetros e, considerando a corrente de pico mínima para o projeto do subsistema de captação do SPDA, mais "fechado"tem que ser o subsistema de captação para interceptar a descarga. De acordo com a mudança do ângulo de proteção no método Franklin, o engenheiro eletricista, secretário da Comissão de Estudos (CE) 64.10, Hélio Sueta, em Moreira (2014), colabora dizendo que "essa mudança deverá revitalizar comercialmente o emprego deste método, que até o momento vem sendo deixado de lado pela comunidade técnica em função da pouca flexibilidade na utilização dos ângulos de proteção". E continua dizendo que, a respeito da parte 2, diversos tipos de descargas que possam influenciar a proteção da estrutura são considerados para a determinação da necessidade de se implantar um SPDA na estrutura sobre estudo. Resumidamente, o engenheiro eletricista e gerente da Termotécnica Pararaios, José Barbosa de Oliveira, afirma que a principal mudança trazida pela parte 3 da ABNT NBR 5419 será o aumento da eficiência dos subsistemas de captação, descida e aterramento, o que demandará mais elementos (materiais e serviços) a fim de atender às exigências mínimas da revisão (MO- REIRA, 2014). O conjunto dos parâmetros de especificação de condutores, dados nas tabela 6 e 7 da ABNT NBR :2015, com uma diversidade maior dos tipos de condutores disponíveis comercialmente, trarão um detalhamento e um dimensionamento do SPDA com maior clareza e critério. Os trabalhos de inspeção quando da verificação da conformidade dos condutores serão mais objetivos. (OLIVEIRA, 2015) Segundo Santos (2015), quanto aos equipamentos eletroeletrônicos, a nova norma aborda de forma completa e detalhada a proteção contra sobretensões transitórias, com conceitos de aterramento e equipotencialização bem definidos e explicados, permitindo ao profissional a base necessária para a proteção dos equipamentos eletrônicos contra estes eventos. Para os fabricantes de DPSs a nova norma, desde que incentivem a divulgação e a aplicação do texto normativo, trará uma aplicação melhor destes dispositivos, com instalações mais eficazes garantindo melhores resultados. (SANTOS, 2015)

37 20 4 Proteção Contra Descargas Atmosféricas - NBR 5419 Neste capítulo será apresentado como é obtido e escolhido o nível de proteção de uma estrutura, a partir da ABNT NBR 5419:2015, e como se aplicam as definições apresentadas na Parte 2 e 3 desta referência normativa para a elaboração de um projeto de SPDA novo ou para a adequação de um já existente. Serão, também, apresentados meios de proteção para o sistema eletroeletrônico interior à estrutura a ser protegida (apresentado na Parte 3 da norma e outros métodos apresentados na literatura que são comumente utilizados) e à proteção contra descargas atmosféricas de torres de rádio transmissão e sinais de dados. 4.1 Definição dos Riscos e seus Parâmetros Como apresentado no capítulo 3, seção 3.2.2, a parte 2 da norma estabelece os requisitos para análise de risco em uma estrutura devido às descargas atmosféricas e fornece um procedimento para que tais riscos sejam avaliados. Conhecidos os tipos de perdas (L X ), o risco resultante deverá ser avaliado para cada tipo de perda que pode aparecer na estrutura devido à ocorrência de uma descarga atmosférica. Os riscos a serem considerados, segundo ABNT NBR :2015, são: a) R 1 : risco de perda de vida humana (incluindo ferimentos permanentes); b) R 2 : risco de perda de serviço ao público; c) R 3 : risco de perda de patrimônio cultural; d) R 4 : risco de perda de valores econônimos. Cada risco R será obtido a partir da soma de cada uma de suas componentes de riscos, podendo ser agrupados de acordo com as fontes de danos e os tipos de danos, que serão definidos permitido que a equação 3.1 seja compreendida Componentes de Risco Os componentes 1 de risco relevantes para a avaliação do risco R serão determinados pelos riscos parciais que dependem da fonte ou do tipo de dano na estrutura a ser protegida, de acordo com o mostrado na Tabela 2, são apresentados resumidamente: 1 Retirados de ABNT NBR :2015.

38 Capítulo 4. Proteção Contra Descargas Atmosféricas - NBR Componentes de risco para uma estrutura devido às descargas atmosféricas na estrutura: a) R A : 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 descida; b) R B : relativo a danos físicos causados por centelhamentos perigosos dentro da estrutura iniciando incêndio ou explosão; c) R C : componente relativo a falhas de sistemas internos causados por LEMP. 2. Componentes de risco para uma estrutura devido às descargas atmosféricas perto da estrutura: - R M : componente relativo a falhas de sistemas internos causados por LEMP. 3. Componentes de risco para uma estrutura devido às descargas atmosféricas a uma linha conectada à estrutura: a) R U : componente relativo a ferimentos aos seres vivos causados por choque elétrico devido às tensões de toque e passo dentro da estrutura; b) R V : componente relativo a danos físicos devido à corrente da descarga atmosférica transmitida ou ao longo das linhas; c) R W : componente relativo a falhas de sistemas internos causados por sobretensões induzidas nas linhas que entram na estrutura e transmitidas a esta. 4. Componentes de risco para uma estrutura devido às descargas atmosféricas perto de uma linha conectada à estrutura: - R Z : componente relativo a falhas de sistemas internos causados por sobretensões induzidas nas linhas que entram na estrutura e transmitidas a esta. Cada risco, dado pela soma de suas componentes a serem consideradas para cada tipo de perda, é listado a seguir e agrupados em uma tabela, Tabela 5, para a identificação. Para o risco de perda de vida humana: R 1 : R 1 = R A1 + R B1 + R a C1 + R a M1 + R U1 + R V 1 + R a W 1 + R a Z1 (4.1) a Somente para estruturas com risco de explosão e para hospitais com equipamentos elétricos para salvar vidas ou outras estruturas quando a falha dos sistemas internos imediatamente possa por em perigo a vida humana.

39 Capítulo 4. Proteção Contra Descargas Atmosféricas - NBR Para o risco de perdas de serviço ao público: R 2 : R 2 = R B2 + R C2 + R M2 + R V 2 + R W 2 + R Z2 (4.2) Para o risco de perdas de patrimônio cultural: R 3 : R 3 = R B3 + R V 3 (4.3) Para o risco de perdas de valor econômico: R 4 : R 4 = R b A4 + R B4 + R C4 + R M4 + R b U4 + R V 4 + R W 4 + R Z4 (4.4) b Somente para propriedades onde animais possam ser perdidos. Tabela 5 Componentes de risco a serem considerados para cada tipo de perda em uma estrutura Fonte de Danos Descarga Atmosférica na Estrutura S 1 Descarga Atmosférica Perto da Estrutura S 2 Descarga Atmosférica em uma Linha Conectada à Estrutura S 3 Descarga Atmosférica perto de uma Linha Conectada à Estrutura S 4 Componente de Risco R A R B R C R M R U R V R W R Z Risco para cada tipo de perda R 1 * * * a * a * * * a * a R 2 * * * * * * R 3 * * R 4 * b * * * * b * * * a b Somente para estruturas com risco de explosão e para hospitais ou outras estruturas quando a falha dos sistemas internos imediatamente possam colocar em perigo a vida humana. Somente para propriedades onde animais possam ser perdidos. Fonte: ABNT NBR :2015, Tabela 2. Cada uma destas componentes de risco podem ser sintetizadas, de forma geral, de acordo com a Equação 3.1 (R X = N X P X L X ). O número N X de eventos perigosos é avaliado a partir da densidade de descargas atmosféricas (N G ) e pelas características da estrutura ou linha (energia, dados, telefonia), como a área de exposição da estrutura, A D, ou da linha, A L, e por fatores de correção relativos às características físicas da estrutura C D e da linha C I, C T e C E. Também avalia-se o número de eventos perigosos devido às descargas atmosféricas em estruturas adjacentes, próximas à estrutura em análise (se houverem tais estruturas).

40 Capítulo 4. Proteção Contra Descargas Atmosféricas - NBR O fator de localização C D é o parâmetro compensador à localização da estrutura, se há estruturas ao redor e o quão exposta esta a estrutura. A Tabela 6 caracteriza este parâmetro. Tabela 6 Fator de localização da estrutura C D Localização relativa C D Estrutura cercada por objetos mais altos 0,25 Estrutura cercada por objetos da mesma altura ou mais baixos 0,5 Estrutura isolada: nenhum outro objeto nas vizinhanças 1 Estrutura isolada no topo de uma colina ou monte 2 Fonte: ABNT NBR :2015, Tabela A.1. Os valores adotados para os parâmetros compensadores da linha são detalhados nas Tabelas 7, 8 e 9. Tabela 7 Fator de instalação da linha C I Roteamento C I Aéreo 1 Enterrado 0,5 Cabos enterrados instalados completamente dentro de uma malha de aterramento (ABNT NBR :2015, 5.2). 0,01 Fonte: ABNT NBR :2015, Tabela A.2. Tabela 8 Fator tipo de linha C T Instalação C T Linha de energia ou sinal 1 Linha de energia em AT (com transformador AT/BT) 0,2 Fonte: ABNT NBR :2015, Tabela A.3. Tabela 9 Fator ambiental da linha C E Ambiente C E Rural 1 Suburbano 0,5 Urbano 0,1 Urbano com edifícios mais altos que 20 m. 0,01 Fonte: ABNT NBR :2015, Tabela A.4. Assim, as equações a seguir, com a utilização dos parâmetros mostrados, completam a avaliação do número de eventos perigosos à estrutura e à linha. N D = N G A D C D 10 6 (4.5)

41 Capítulo 4. Proteção Contra Descargas Atmosféricas - NBR N DJ = N G A DJ C DJ C T 10 6 (4.6) N M = N G A M 10 6 (4.7) N L = N G A L C I C E C T 10 6 (4.8) N I = N G A I C I C E C T 10 6 (4.9) N DJ = N G A DJ C DJ C T 10 6 (4.10) com A D e A DJ sendo a área de exposição equivalente da estrutura e da estrutura adjacente, respectivamente, dadas por: A D = L W + 2 (3 H) (L + W ) + π (3 H) 2 (4.11) A DJ = L DJ W DJ + 2 (3 H DJ ) (L DJ + W DJ ) + π (3 H DJ ) 2 (4.12) A probabilidade de dano (P X ) é afetada pelas características da estrutura a ser protegida, das linhas conectadas e das medidas de proteção existentes. Consideram-se, nesta análise, o nível de proteção contra descargas atmosféricas instalado ou projetado, medidas de proteção adicionais que reduzem as tensões de toque e passo, utilização de DPS, condições de blindagens das linhas de energia e telecomunicação, fatores referentes à eficiência de malhas de blindagens e tensões suportáveis de impulsos entre outros fatores. Nas tabelas a seguir são mostrados tais parâmetros, que compõem as equações para a determinação de P X. Tabela 10 Valores de probabilidade P T A de uma descarga atmosférica em uma estrutura causar choque a seres vivos devido a tensões de toque e de passo perigosas Medida de proteção adicional Nenhuma medida de proteção 1 Avisos de alerta Isolação elétrica (por exemplo, pelo menos 3 mm de polietileno reticulado das partes expostas (por exemplo, condutores de descida) Equipotencialização efetiva do solo Restições físicas ou estrutura do edifício utilizada como subsistema de descida 0 Fonte: ABNT NBR :2015, Tabela B.1 P T A

42 Capítulo 4. Proteção Contra Descargas Atmosféricas - NBR Tabela 11 Valores de probabilidade P B dependendo das medidas de proteção para reduzir danos físicos Cacterística da estrutura Classe do SPDA P B Estrutura não protegida por SPDA - 1 IV 0,2 Estrutura protegida por SPDA III 0,1 II 0,05 I 0,02 Estrutura com subsistema de captação conforme SPDA classe I e uma estrutura metálica contínua ou de concreto armado atuando 0,01 como um subsistema de descida natural Estrutura com cobertura metálica e um subsistema de captação, possivelmente incluindo componentes naturais, com proteção complet de qualquer instalação na cobertura contra descargas atmosféricas 0,001 diretas e uma estrutura metálica contínua ou de concreto armado atuando como um subsistema de descidas natural Fonte: ABNT NBR :2015, Tabela B.2 Tabela 12 Valores de probabilidade de P SP D em função do N P para o qual os DPS foram projetados N P P SP D Nenhum sistema de DPS coordenado 1 III-IV 0,05 II 0,02 I 0,01 Nota 0,005-0,001 Fonte: ABNT NBR :2015, Tabela B.3 Tabela 13 Valor do fator K S3 dependendo da fiação interna Tipo de fiação interna K S3 Cabo não blindado - sem preocupação no roteamento no sentido de evitar laços a 1 Cabo não blindado - preocupação no roteamento no sentido de evitar grandes laços b 0,2 Cabo não blindado - sem preocupação no roteamento no sentido de evitar laços c 0,01 Cabos blindados e cabos instalados em eletrodutos metálicos d 0,0001 a Condutores em laço com diferentes roteamentos em grandes edifícios (área do laço da ordem de 50 m 2 ). b Condutores em laço roteados em um mesmo eletroduto ou condutores em laço com diferentes roteamentos em edifícios pequenos (área do laço da ordem de 10 m 2 ). c Condutores em laço roteados em um mesmo cabo (área do laço da ordem de 0, 5 m 2 ). d Blindados e eletrodutos metálicos interligados a um barramento de equipotencialização em ambas extremidades e equipamentos estão conectados no mesmo barramento equipotencialização. Fonte: ABNT NBR :2015, Tabela B.5

43 Capítulo 4. Proteção Contra Descargas Atmosféricas - NBR Tabela 14 Valores dos fatores C LD e C LI dependendo das condições de blindagem aterramento e isolamento Tipo de linha externa Conexão na entrada C LD C LI Linha aérea não blindada Indefinida 1 1 Linha enterrada não blindada Indefinida 1 1 Linha de energia com neutro multiaterrado Nenhuma 1 0,2 Linha enterrada blindada (energia ou sinal) Linha aérea blindada (energia ou sinal) Linha enterrada blindada (energia ou sinal) Linha aérea blindada (energia ou sinal) Cabo protegido contra descargas atmosféricas ou cabeamento em dutos para cabos protegido contra descargas atmosfericas, eletrodutos metálicos ou tubos metálicos Blindagem não interligada ao mesmo barramento de equipotencialização que o equipamento Blindagem interligada ao mesmo barramento de equipotencialização que o equipamento Blindagem interligada ao mesmo barramento de equipotncialização que o equipamento Blindagem interligada ao mesmo barramento de equipotncialização que o equipamento (Nenhuma linha externa) Sem conexões com linhas externas (sistemas independentes) Qualquer tipo Interfaces isolantes de acordo com a ABNT NBR Fonte: ABNT NBR :2015, Tabela B.4 1 0,3 1 0, Tabela 15 Valores da probabilidade P T U de uma descarga atmosférica em uma linha que adentre a estrutura causar choque a seres vivos devido a tensões de toque perigosas Medida de proteção P T U Nenhuma medida de proteção 1 Avisos visíveis de alerta 10 1 Isolação elétrica 10 2 Restrições físicas 0 Fonte: ABNT NBR :2015, Tabela B.6

44 Capítulo 4. Proteção Contra Descargas Atmosféricas - NBR Tabela 16 Valor da probabilidade P EB em função do nível de proteção N P para o qual os DPS foram projetados N P P EB Sem DPS 1 III-IV 0,05 II 0,02 I 0,01 Fonte: ABNT NBR :2015, Tabela B.7 Tabela 17 Valores da probabilidade P LD dependendo da resistência R S da blindagem do cabo e da tensão suportável de impulso U W do equipamento Tipo da linha Linhas de energia ou sinal Condições do roteamento, blindagem Tensão suprtável U W em kv e interligação 1 1,5 2,5 4 6 Linha aérea ou enterrada, não blindada ou com a blindagem não interligada ao mesmo barramento de equipotencialização do equipamento Blindagem aérea ou enterrada cuja 50/km R S ,95 0,9 0,8 blindagem está interligada ao mesmo 1 R S 5 0,9 0,8 0,6 0,3 0,1 barramento de equipotencialização do equipamento R S 1 0,6 0,4 0,2 0,04 0,02 Fonte: ABNT NBR :2015, Tabela B.8 Tabela 18 Valores da probabilidade P LI dependendo do tipo da linha e da tensão suportável de impulso U W dos equipamentos Tipo da linha Tensão suportável U W em kv 1 1,5 2,5 4 6 Linhas de energia 1 0,6 0,3 0,16 0,1 Linhas de sinal 1 0,5 0,2 0,08 0,04 Fonte: ABNT NBR :2015, Tabela B.9 Definidos os parâmetros, as equações de P X são dadas da seguinte forma: P A = P T A P B (4.13) P C = P SP D C LD (4.14) P M = P SP D P MS (4.15)

45 Capítulo 4. Proteção Contra Descargas Atmosféricas - NBR P U = P T U P EB P LD C LD (4.16) P V = P EB P LD C LD (4.17) P W = P SP D P LD C LD (4.18) P Z = P SP D P LI C LI (4.19) P MS = (K S1 K S2 K S3 K S4 ) 2 (4.20) A perda consequente (L X ), conforme ABNT NBR 5419:2015, é afetada pela forma de utilização da estrutura, frequência de utilização e de pessoas no interior, pelos bens que serão afetados pelos danos decorrentes de uma descarga atmosférica. Desta forma, podem ser agrupados conforme a Tabela 19. Tabela 19 Valores de perda em cada zona de acordo com a perda considerada Tipo de perda Tipo de dano ( Perda ) ( típica D 1 L A = r t L T nz /n t tz /8760 ) D L 1 L U = r t L T ( n ) ( z /n t tz /8760 ) 1 D 2 L B = L V = r p r f h z L F ( n ) ( Z /n t tz /8760 ) D 3 L C = L M = L W = L Z = L O ( n ) ( Z /n t tz /8760 ) D L 2 L B = L V = r p r f L F ( n ) z /n t 2 D 3 L C = L M = L W = L Z = L O ( n ) z /n t L3 D 2 L B = L V = r p r f ( c ) z /c t D 1 L A = r t L T ( c ) a /c t D L4 1 L U = r t L T ( c ) a /c t D 2 L B = L V = r p r f L F (c a + c b + c c + c s ) /c t D 3 L C = L M = L W = L Z = L O ( c ) s /c t 8760: corresponde ao tempo, em horas, de um ano. Fonte: ABNT NBR , Anexo C. Valores típicos de perda e os fatores de redução ou aumento necessários para a análise das perdas típicas para os diferentes tipos de danos são dados nas Tabelas 20 a 27.

46 Capítulo 4. Proteção Contra Descargas Atmosféricas - NBR Tabela 20 Valores médios típicos de L T, L F e L O para perdas do tipo L 1 Tipo de danos D 1 ferimentos D 2 danos físicos D 3 falhas de sistemas internos Valor de perda típico L T 10 2 Todos os tipos Tipo da estrutura L O 10 1 Risco de explosão 10 1 Hospital, hotel, escola, edifício cívico L F Entretenimento público, igreja, museu Industrial, comercial 10 2 Outros 10 2 Unidade de terapia intensiva e bloco cirúrgico de hospital 10 1 Risco de explosão 10 3 Outras partes de hospital Fonte: ABNT NBR , Anexo C. Tabela 21 Valores médios típicos de L F e L O para perdas do tipo L 2 Valor da perda Tipo de dano Tipo de serviço típica D 2 10 L 1 Gás, água, fornecimento de energia danos físicos F 10 2 TV, linhas de sinais D 3 10 L 2 Gás, água, fornecimento de energia falhas de sistemas O 10 3 TV, linhas de sinais internos Fonte: ABNT NBR , Anexo C. Tabela 22 Valor médio típico de L F para perdas do tipo L 3 Tipo de dano Valor típico de perda Tipo de estrutura ou zona D 2 L danos físicos F 10 1 Museus, galerias Fonte: ABNT NBR , Anexo C.

47 Capítulo 4. Proteção Contra Descargas Atmosféricas - NBR Tabela 23 Valores médios típicos de L T, L F e L O para perdas do tipo L 4 Tipo de danos D 1 ferimentos D 2 danos físicos D 3 falhas de sistemas internos Valor de perda típico L T 10 2 Todos os tipos Tipo da estrutura L F L O 0, 5 Hospital, indústria, museu, agricultura 0, 2 Hotel, escola, escritório, igreja, entretenimento público, comercial 1 Risco de explosão 10 1 Outros 10 2 Hospital, indústria, escritório, hotel, comercial 10 3 Museu, agricultura, escola, igreja, entretenimento público 10 1 Risco de explosão 10 4 Outros Fonte: ABNT NBR , Anexo C. Tabela 24 Fator de redução r t em função do tipo da superfície do solo ou piso Tipo de superfície Resistência de contato kω r t Agricultura, concreto Marmore, cerâmica Cascalho, tapete, carpete Asfalto, linóleo, madeira maior igual Fonte: ABNT NBR , Anexo C. Tabela 25 Fator de redução r p em função das providências tomadas para reduzir as consequências de um incêndio Providências r p Nenhuma providência 1 Uma das seguintes: extintores, instalações fixas operadas manualmente, instalações de alarme manuais, hidrantes, 0,5 compartimentos à prova de fogo, rotas de escape Uma das seguintes: instalações fixas operadas automaticamente, 0,2 instalações de alarme automático Fonte: ABNT NBR , Anexo C.

48 Capítulo 4. Proteção Contra Descargas Atmosféricas - NBR Tabela 26 Fator de redução r f em função do risco de incêndio ou explosão na estrutura Risco Quantidade de risco r f Zonas 0, 20 e explosivos sólidos 1 Explosão Zonas 1, 21 a Zonas 2, 22 a Alto Incêndio Normal Baixo Explosão ou incêncio Nenhum 0 a Definidas conforme ABNT NBR 5419:2015 Fonte: ABNT NBR , Anexo C. Tabela 27 Fator h z aumentando a quantidade relativa de perda na presença de um perigo especial Tipo de perigo especial h z Sem perigo especial 1 Baixo nível de pânico (por exemplo, uma estrutura imitada a dois andares e número de pessoas não superior a 100) 2 Nível médio de pânico (por exemplo, estruturas designadas para eventos culturais ou esportivos com número de participantes entre 100 e pessoas) Dificuldade de evacuação (por exemplo, estrutura com pessoas imobilizadas, hospitais) 5 Alto nível de pânico (por exemplo, estruturas designadas para eventos culturais ou esportivos com número de participantes maior que 1000 pessoas) 10 Fonte: ABNT NBR , Anexo C. Em resumo, os componentes de risco em análise podem ser agrupados, conforme a Tabela 28, de acordo com os Tipos e Fontes de Danos de uma descarga atmosférica complementando a Tabela 5, sendo a base para o Gerenciamento de Risco. Tabela 28 Componentes de risco para diferentes tipos de danos e fontes de danos Danos D 1 D 2 D 3 Fontes de danos S 1 S 2 S 3 S 4 R A = N D P A R - U = (N L + N DJ ) L A P U L U - R B = N D P B R - V = (N L + N DJ ) L B P V L V - R C = N D P C R M = N M P M R W = (N L + N DJ ) R Z = N I P Z L C L M P W L W L Z Fonte: ABNT NBR :2015, Tabela 6.

49 Capítulo 4. Proteção Contra Descargas Atmosféricas - NBR Uma estrutura pode ser divida em zonas Z S cada uma com características semelhantes para a análise dos componentes de risco em cada zona e o risco R total da estrutura será dado pela soma dos riscos para cada zona determinada. Porém, pode-se considerar que a estrutura é composta por uma única zona ou duas (uma externa e uma interna). Isto levará a uma análise menos detalhada, porém não deixa de ser adequada. Para a seleção dos parâmetros envolvidos na avaliação dos componentes de risco em cada zona, deve-se considerar: tipo de solo ou piso (componentes de risco R A e R U ); compartimentos à prova de fogo (componentes de risco R B e R V ); blindagem espacial (componentes de risco R C e R M ). E as Zonas adicionais definidas por: layout dos sistemas internos (componentes de risco R C e R M ); medidas de proteção existentes ou a serem instaladas (todos componentes de risco); valores de perdas L X (todos componentes de risco). De forma análoga, pode-se avaliar os componentes de risco devido uma descarga atmosférica em uma linha, ou próximo a uma linha, dividindo-se esta linha em seções S L mas, também, uma linha pode assumir ser uma única seção. As seções S L são definidas como: tipo da linha (aérea ou enterrada); fatores que afetem a área de exposição equivalente (C D, C E, C T ); características da linha (blindada ou não blindada, resistência da blindagem) Gerenciamento de Risco O gerenciamento de risco 2 para a determinação da necessidade ou não de se adotar à estrutura um SPDA ou de melhorar o sistema já implantado no caso de haver um SPDA, se dá, primeiramente, identificando a estrutura a ser protegida e as suas características, como: localização, dimensões (para o cálculo da área de exposição), o conteúdo e as instalações da estrutura, a finalidade de sua utilização (habitacional em área urbana/rural, espaço público, etc.), a frequência com que as pessoas a utilizam, entre outros. Identificam-se todos os possíveis Tipos de Perdas (L 1 a L 4 ), avalia os correspondentes Componentes de Risco relacionados aos Riscos de Perdas (R A, R B, R C, R M, R U, R V, R W e R Z ), calculando-os para obter o valor final de cada um dos riscos R 1 a R 4. 2 Como detalhado em ABNT NBR 5419:2015

50 Capítulo 4. Proteção Contra Descargas Atmosféricas - NBR A implantação de um SPDA será definida pela comparação dos riscos R 1 a R 3 com o Risco Tolerável R T, cujos valores representativos são considerados caso as descargas atmosféricas causem perda de vida humana, perda de serviço ao público ou perdas de patrimônio cultural, dados na Tabela 29. A avaliação da componente de risco R 4 é feita no sentido de se avaliar o custo da implantação de proteção comparando com o custo total das perdas (perda de valor econômico L 4 ) se houver proteções à estrutura ou não. Este processo leva em consideração o cálculo do custo anual das perdas na ausência de medidas de proteção e do custo anual das perdas no caso de haver medidas de proteção. Adotar o valor representativo do risco tolerável de R T = Tabela 29 Valores típicos de risco tolerável R T Tipo de perda R T (y 1 ) L 1 Perda de vida humana ou ferimentos permanentes 10 5 L 2 Perda de serviço ao público 10 3 L 3 Perda de patrimônio cultural 10 4 Fonte: ABNT NBR :2015, Tabela 4. Um sistema de proteção contra descargas atmosféricas deverá ser adotado se o risco calculado foir maior que o tolerável (R R T ) e medidas adicionais de proteção devem ser tomadas de modo que seja obtido um risco inferior ao tolerável (R < R T ). No Apêndice A, encontram-se os procedimentos para a avaliação da necessidade de proteção e para avaliar o custo da eficiência da proteção. 4.2 Medidas de Proteção Determinados os Riscos e sendo superior(es) ao risco tolerável R T, medidas de proteção devem ser adotadas 3 no sentido de que as componentes de risco sejam reduzidas e garantam que as perdas, devido às descargas atmosféricas, sejam minimizadas. Deve-se prover proteção contra ferimentos de seres vivos e danos físicos à estrutura, referido em ABNT NBR :2015 e garantir a proteção contra falhas dos sistemas eletroeletrônicos, contido em ABNT NBR :2015. A seleção das medidas de proteção devem, sempre, estar em conformidade com os requisitos destas normas. Para proteger uma estrutura, os seres vivos presentes em seu interior e seu sistema eletroeletrônico (ou qualquer outro sistema que deseja-se prover de proteção), um SPDA deve ser instalado e o sistema deverá ser contemplado por: 1. SPDA externo Destinado a interceptar, conduzir e dispersar a corrente da descarga atmosférica, de forma segura, que tenha incidido na estrutura. É composto por: 3 Pode-se considerar a necessidade de adoção de medidas de proteção se isto for uma exigência legal, uma precaução do proprietário para evitar prejuízos futuros ou determinação de companhias de seguro residencial.

51 Capítulo 4. Proteção Contra Descargas Atmosféricas - NBR a) Subsistema de captação; b) Subsistema de descida; c) Subsistema de aterramento. 2. SPDA interno É destinado a evitar que ocorra centelhamentos perigosos no interior da estrutura e do volume de proteção, devido à corrente da descarga que flui pelo SPDA externo. É garantido por: a) Equipotencialização da estrutura e partes elétricas condutivas e sistemas elétricos; b) Utilização de dispositivos de proteção contra surtos (DPS); c) Isolação elétrica Níveis de Proteção O nível de proteção está relacionado com a classe do SPDA e cada classe corresponde a um nível de proteção. Isto é determinado de acordo com as características da estrutura que se deseja proteger e dependem dos parâmetros da descarga atmosférica definidos em ABNT NBR :2015 (Tabela 30), do raio da esfera rolante, tamanho da malha e o ângulo de proteção, distâncias entre condutores de descida e dos condutores em anel, da distância de segurança contra o centelhamento perigoso e do comprimento mínimo dos eletrodos de aterramento. Tabela 30 Valores mínimos dos parâmetros das descargas atmosféricas e respectivos raios da esfera rolante, correspondentes aos níveis de proteção (NP) Critérios de NP Símbolo Unidade interceptação I II III IV Corrente de pico mínima I ka Raio da esfera rolante r m Fonte: ABNT NBR :2015, Tabela 4. A escolha e determinação de um nível de proteção contra descargas atmosféricas, de acordo com a NBR :2015, está fixado em um conjunto de parâmetros máximos e mínimos das correntes das descargas atmosféricas para cada um dos níveis de proteção (I a IV). Segundo Ozolnieks e Vanzovics (2010), a escolha de um nível de proteção que seria mais benéfica para a estrutura pode ser determinado desejando-se reduzir um, ou vários, dos componentes de risco, pois cada nível de proteção reduz o alto efeito de um ou mais componentes de risco. Essa redução pode ser alcançada ao reduzir as probabilidades de danos na ocorrência de uma descarga atmosférica, sejam danos físicos, falhas em sistemas internos ou ferimentos a

52 Capítulo 4. Proteção Contra Descargas Atmosféricas - NBR seres vivos. A probabilidade de dano é considerada para os diferentes níveis de proteção ou se não houver proteção esta probabilidade é 100% (Tabelas 15 e 16, seção 4.1.1). Tais parâmetros e considerações, a respeito de cada probabilidade de dano, correspondem ao Anexo B da NBR : Métodos de proteção São aceitos, pela NBR 5419:2015, três métodos utilizados para o posicionamento do subsistema de captação: 1. Método do ângulo de proteção (método Franklin); 2. Método das malhas (método Faraday). 3. Método da esfera rolante (método Eletrogeométrico); Basicamente, podem ser agrupados a partir de duas filosofias de aplicação. Uma delas é contemplada pelos métodos Franklin e Eletrogeométrico, que utilizam hastes verticais ou condutores suspensos, denominados terminais aéreos ou simplesmente para-raios. Já a outra é utilizada pelo método Faraday, no qual utilizam-se condutores horizontais não-suspensos formando uma malha sobre a estrutura (BURATTO, 2011). 1. Método do ângulo de proteção Constituído por um ou mais captores de quatro pontas fixados em mastros verticais aproveitando-se o efeito das pontas 4. O volume de proteção será determinado pelo formato de um cone circular com vértice posicionado no eixo do mastro (Figura 8) e o ângulo de proteção será definido de acordo com a altura do mastro (Figura 7). Figura 8 Exemplo de aplicação do método do ângulo de proteção Fonte: ABNT NBR 5419:2015. onde: 4 Segundo esse princípio, o excesso de carga elétrica em um corpo condutor é distribuído por sua superfície externa e se concentra nas regiões pontiagudas ou de menor raio.

53 Capítulo 4. Proteção Contra Descargas Atmosféricas - NBR A topo do captor; B plano de referência; h 1 altura de um mastro acima do plano de referência; OC raio da base do cone de proteção; α ângulo de proteção conforme Figura Método das malhas Baseia-se na teoria formulada por Faraday a qual diz que o campo no interior de uma gaiola formada por condutores que conduzem uma corrente qualquer é nulo, independende do valor da corrente. Porém, o campo será nulo no centro da gaiola (por consequinte, no centro da estrutura). Nas proximidades dos condutores haverá um campo que poderá induzir tensões em condutores no interior da estrutura próximos aos condutores de descida, por exemplo. Sua execução consiste em instalar um sistema de captores formado por condutores horizontais, interligados formando uma malha no topo e na lateral da estrutura a ser protegida, provendo uma blindagem eletrostática (Figura 9). Figura 9 Exemplo de aplicação do método da malha de proteção Fonte: (VISACRO, 2005b) A NBR :2015 estabelece as dimensões máximas da malha do subsitema de captação que são determinadas de acordo com o nível de proteção adotado para a proteção da estrutura, que foram apresentadas no Capítulo 3 (Tabela 3). Em estruturas com grande área de cobertura, a adoção deste método é mais usual pois a utilização das outras técnicas de dimensionamento do subsistema captor implicaria num grande número de componentes e materiais (CREDER, 2007). 3. Método da esfera rolante Este método é muito indicado em estruturas com um formato arquitetônico complexo ou de grandes alturas. Seu estudo é baseado em métodos científicos de observação e medição dos parâmetros dos raios, registros fotográficos e ensaios em laboratórios de alta tensão. (BU- RATTO, 2011) Admite-se que o líder descendente traça um percurso no sentido vertical indo em direção à terra, deslocando-se no espaço em saltos sucessivos de algumas dezenas de metros dentro de

54 Capítulo 4. Proteção Contra Descargas Atmosféricas - NBR uma esfera fictícia, cujo raio é igual ao comprimento de todos os saltos antes do último e a superfície da esfera representa o provável lugar geométrico dos pontos a serem atingidos pela descarga atmosférica (COUTINHO; ALTOÉ, 2003). A eficácia deste método dar-se-á se nenhum ponto da estrutura a ser protegida estiver em contato com a esfera rolando ao redor e no topo da estrutura em todas as direções possíveis. Ou seja, em todos os pontos em que a esfera toca a estrutura 5, utiliza-se um captor, (Figura 10). Figura 10 Exemplo de aplicação conforme o método da esfera rolante Fonte: ABNT NBR 5419:2015. será adotado. O raio da esfera deverá seguir o valor especificado dependente da classe do SPDA que Proteção do Sistema Elétrico e Eletrônico Por tempos, a proteção do sistema eletônico contras as descargas atmosféricas, historicamente, era deixada de fora do âmbito da compatibilidade eletromagnética por envolver as interferências eletromagnéticas (EMI) como, a maior causa delas, os danos às estruturas. De acordo com Barreto (2009), ao elevarmos a proteção dos sistemas eletrônicos contra às descargas atmosféricas e os seus efeitos no campo da compatibilidade eletromagnética, certo que as descargas e seus efeitos corraboram com perturbações eletromagnéticas, torna-se claro uma nova situação e procedimentos devem ser seguidos para amenizar a natureza do problema. A presente norma NBR 5419, em sua parte 4, que trata sobre a proteção dos sistemas elétricos e eletrônicos internos na estrutura, fornece amplas medidas (MPS) de proteção que colaboram para a redução de danos permanentes aos sistemas existentes na estrutura, causados pelo impulso eletromagnético da descarga atmosférica (LEMP). Tais medidas são aplicáveis 5 No caso de estruturas com altura superior a 60 metros, a instalação de captores laterais é recomendável em até 20 % do topo da altura da estrutura.

55 Capítulo 4. Proteção Contra Descargas Atmosféricas - NBR em sistemas de telecomunicações, sistemas de instrumentação em plantas industriais, sistemas hospitalares, entre outros (BARRETO, 2009). Os danos causados por LEMP, segundo a NBR 5419:2015, podem ser por meio de: - surtos conduzidos ou induzidos transmitidos pelos cabos conectados ao sistema; - os efeitos dos campos eletromagnéticos irradiados diretamente para os próprios equipamentos. Como maneira de prover proteção contra os efeitos dos campos eletromagnéticos irradiados diretamente para os próprios equipamentos, os MPS recomendados são aqueles que constituem de blindagens espaciais e/ou condutores blindados. De forma a proteger o sistema contra os surtos conduzidos ou induzidos, um sistema coordenado de DPS deve ser adotado. A proteção destes sistemas contra LEMP é baseada no conceito das zonas de proteção contra raios (ZPR), sucessivas zonas de proteção na estrutura caracterizam uma mudança na severidade no LEMP e a fronteira destas zonas são determinadas pelas MPS adotadas. Podem ser destacados quatro itens primordiais, como meios básicos de proteção contra a LEMP, devendo ser considerados e executados de forma à permitirem a eficácia do SPDA, sendo eles: 1. Aterramento e Equipotencialização O subsistema de aterramento deve atender a parte 3 da norma, conduzindo e dispersando a corrente da descarga atmosférica para o solo. Uma rede de equipotencialização de baixa impedância minimiza as diferenças de potencial entre todos os equipamentos dentro da ZPR, podendo, ainda, reduzir os efeitos do campo magnético. 2. Blindagem magnética e roteamento de linhas As blindagens espaciais atenuam os campos magnéticos no interior das ZPR, oriundos das descargas atmosféricas diretas ou próximas à estrutura. Podem prover proteção para toda a estrutura, uma parte dela ou apenas um cômodo ou parte de um equipamento. São aconselháveis onde for mais prático e útil a proteção de uma região específica da estrutura. Uma blindagem eficaz é alcançada se a largura da malha formada pelos componentes naturais das estruturas tiver uma largura menor que 5 m. Nas linhas internas é realizada a blindagem metálica dos cabos, utiliza-se dutos metálicos fechando os cabos e gabinetes metálicos dos equipamentos, de forma a garantir a proteção dos mesmos contra as interferências eletromagnéticas. Deve-se minimizar os laços de indução e reduzir a criação de tensões de surto no interior da estrutura executando um adequado roteamento das linhas internas.

56 Capítulo 4. Proteção Contra Descargas Atmosféricas - NBR De acordo com Santos (2016a), a vantagem da utilização das blindagens espaciais está no aproveitamento dos próprios elementos da estrutura sendo possível obter, de forma econômica, a blindagem de toda a instalação. 3. Coordenação de DPS A utilização de um DPS está vinculada com a limitatação das tensões transitórias e prover um caminho para as correntes de surto para fora dos equipamentos, protegendo-os contra os efeitos de tais correntes originárias das descargas atmosféricas (BARRETO, 2009). Podem ser utilizados em todos os cabos que adentram as zonas de proteção, os cabos de energia, linhas de telefone e cabos de antenas, garantindo que o nível das sobretensões ou das sobrecorrentes possam ser menores do que os níveis de resistibilidade dos equipamentos. a) Tipos de DPS São separados em tipos I, II e III, e a eficácia de cada um depende do seu posicionamento na estrutura de acordo com o conceito das zonas de proteção contra raios (ZPR). Os DPS s tipo I são utilizados para realizar a equipotencialização dos condutores de energia e sinal que entram ou saem da estrutura, provendo um caminho direto para o sistema de aterramento sem que a corrente das descargas atmosféricas diretas entre na edificação (SANTOS, 2016b). Tais DPS s são submetidos a ensaios na curva 10/350 μs, que simulam os efeitos de uma descarga atmosférica real. No caso dos DPS s tipo II, serão instalados nos QGD e são adequados quanto a proteção dos efeitos de descargas indiretas, atuando como um complemento dos DPS classe I. Já os DPS s classe III são dispositivos com tempo de atuação mais rápido que os das demais classes, eliminando quaisquer surtos residuais provocados pelas correntes de descarga atmosférica, sendo instalados nas proximidades dos aparelhos eletroeletrônicos (FINDER, 2012). b) Varistores Além dos DPS s, utiliza-se varistores em conjunto para a proteção do sistema elétrico. São componentes que possuem uma elevada resistência entre seus terminais, que depende da tensão entre seus terminais. Sua resistência tende a zero quando atingido determinado valor de tensão entre os terminais, causando um curto circuito na rede elétrica e transformando o pico de tensão na rede em calor, protegendo a alimentação dos equipamentos (RINDAT, 2016).

57 Capítulo 4. Proteção Contra Descargas Atmosféricas - NBR Interfaces Isolantes Para a redução das interferências que podem ocorrer entre os equipamentos novos e já existentes na ocasião de um surto nas linhas, interfaces que minimizam tais efeitos podem ser: equipamentos com isolação classe 2 6, transformadores isolantes, cabos de fibra óptica ou optoaclopadores Proteção de sistemas de telecomunicações Consideram-se sistemas de telecomunicações sistemas destinados à transmissão, recepção, armazenamento, controle e manipulação de voz e/ou dados, bem como softwares e hardwares que desempenham algumas destas funções. Tal sistema está exposto às descargas que atingem diretamente à estrutura (torre ou estação), descargas nas linhas de energia e sinal e próximas à estas estruturas e linhas (Figura 11). Figura 11 Estação rádio base (a) Linha de energia que entra na estrutura e linha de sinal que sai da estrutura (b) Interior da estrutura Fonte: Paulino (2015). Sendo o número de ocorrências de descargas atmosféricas em estruturas com altura superior a 60 metros, no topo ou nas laterais destas estruturas, são estatisticamente maiores do que em estruturas de até 60 metros, há uma preocupação especial com proteção de estruturas elevadas (ALVES, 2016a). Isso é evidenciado no cálculo da área de exposição destas estruturas, pois a nova NBR 5419 considera (na composição do cálculo desta área) o triplo da altura da edificação. Desta forma, a área abrangida pela torre ficaria em torno de aproximadamente π (3 60) 2 = π m 2. Esta nova consideração no cálculo da área de exposição causa um forte impacto em atuais projetos de SPDA de estrutruras muito extensas e muito altas (e nas vizinhanças), tendendo à utilização do SPDA classe I e à uma proteção mais coerente. 6 De acordo com a IEC 61140, são equipamentos que não necessitam do condutor de proteção conectado ao sistema de aterramento.

58 Capítulo 4. Proteção Contra Descargas Atmosféricas - NBR Por esta razão, mesmo que sejam adotadas as medidas de proteção pertinentes para o SPDA classe I, os sistemas ainda poderiam estar expostos aos efeitos de sobretensões e interferências eletromagnéticas provocadas pelas descargas atmosféricas e medidas mitigatórias extras devem ser adotadas, garantindo ainda mais a proteção dos equipamentos (LOCK, 2011). É evidente a necessidade do uso de DPS s nas estruturas, tanto na rede de baixa tensão que entra na estrutura da estação quando para os cabos de dados que saem da estação e se direcionam para a torre de transmissão. A aplicação do conceito das ZPR, definidas pela NBR 5419:2015, permitirá que os danos causados pelos surtos induzidos e pelos efeitos do campo eletromagnético irradiado sejam atenuados. Ainda que seja dotada à estrutura as mais criteriosas medidas de proteção, um SPDA classe I (Nível I de proteção), blindagens de linha, entre outras medidas complementares de proteção, a análise dos riscos feita pelo Gerênciamento de Risco (NBR :2015) poderá concluir que o Risco em análise encontra-se acima do Risco Tolerável (R T ) (ALVES, 2016b). Nesta cocorrência, deverá ser justificado técnicamente, pelo profissional habilitado através do Gerenciamento de Risco, que as medidas preventivas foram tomadas porém o risco ainda se encontra acima dos parâmetros da norma.

59 42 5 Estudo de Caso Neste capítulo será realizada uma análise sobre as condições dos sistemas de proteção SPDA de estruturas da Universidade Estadual de Londrina (Figura 12), como: CECA (Centro de Educação, Comunicação e Artes) e o CCA (Centro de Ciências Agrárias). O ponto mais alto da universidade (FREEMAP, 2016) situa-se nas proximidades entre o Centro Estudos Sociais Aplicados (CESA) e o Centro de Ciências Exatas (CCE), possuindo uma altitude aproximada de m, já a altitude do CECA e do CCA encontra-se em uma média de m e m, respectivamente, são locais de altitude relativamente elevadas e a Universidade estar localizada em uma região aberta cuja altitude está próxima à média da cidade de Londrina (elevação média de 610 m, sendo que o ponto mais alto da cidade possui uma altitude de m (PML, 2016)). Apesar de suas altitudes, tais estruturas foram escolhidas por serem locais com o maior número de relatos 1 de ocorrências de descargas atmosféricas e, consequentemente, maiores são os danos a estas estruturas devido aos raios. Figura 12 Mapa do Campus da Universidade Estadual de Londrina Fonte: NEHP/UFBA (2016) Para a execução de tal análise, foi elaborada uma tabela para orientação da realização das inspeções visuais dos SPDA s instalados, listadas as partes do sistema de proteção que deveriam ser verificadas, de acordo com o procedimento para vistorias apresentado na NBR :2015. Esta tabela encontra-se anexa a este trabalho, no Apêndice A. Nas sessões que seguem, esses dados serão apresentados e detalhados. A inspeção visual dos componentes do SPDA foi executada onde houve a possibilidade de chegar a estes 1 Informações obtidas por funcionários e prefeitura do campus.

60 Capítulo 5. Estudo de Caso 43 elementos, considerando: escadas adequadas para o acesso, condições estruturais que garantissem a segurança para o acesso sem riscos de acidente por quebra de telhado, locais onde o acesso foi possível sem a utilização de plataformas elevatórias CECA O conjunto de blocos do CECA (Figura 13) foi agrupado em cinco estruturas principais para a análise (optou-se desta forma por conter blocos muito próximos uns dos outros). Está localizado em uma das regiões relativamente mais alta do campus, próxima de estruturas de até, aproximadamente, 10 metros e abriga, na proximidade, a torre de transmissão da Rádio UEL. Figura 13 Estruturas analisadas do CECA Fonte: Google (2016) (adaptado) Pelo fato da Rádio ter sido alvo de inúmeras descargas atmosféricas, seja por descargas diretas à estrutura ou próxima à estrutura e/ou linhas conectadas entre a Rádio e a torre de transmissão, escolheu-se este conjunto como objeto de estudo Dados Gerais Serão apresentados os principais pontos observados na vistoria do SPDA instalado nas edificações que compõem o conjunto de bloco de prédios do CECA. Estrutura A1: Departamento de Design Uma estrutura em "H", próxima à Biblioteca Setorial de Ciências Humanas, próximo ao calçadão (Figura 13). 2 Em alguns locais há a necessidade de se utilizar (e utilizam) deste equipamento para o acesso ao telhado e manutenção.

61 44 Capítulo 5. Estudo de Caso 1. Captores: Conta com nove captores, conforme o método de Franklin, dispostos de forma não homogênea, sendo: um central, dois no bloco mais próximo ao calçadão e seis no outro bloco. Apresentam boa fixação na estrutura, ausência de condutores soltos e emendas entre os condutores interligando os captores que encontram-se em bom estado (Figura 14). 2. Condutores de Descida: Conta com cinco descidas, sendo: uma para o captor central e as outras quatro nas extremidades de cada bloco. Tubos de PVC em bom estado de conservação, com poucas quebras na parte superior. 3. Conexões: Conexões firmes, nas ligações dos captores com os condutores de descida, e em bom estado (Figura 15). 4. Eletrodos de aterramento: Não há caixas de inspeção em torno desta edificação para a verificação dos eletrodos de aterramento. Figura 14 Captor Franklin Figura 15 Conector de pressão Fonte: Próprio Autor. Fonte: Próprio Autor. Estruturas A2: Bloco de Salas, Departamento de Artes Visuais e Departamento de Música e Teatro O Bloco de Salas foi observado a partir do topo da caixa de água (localizada no centro da edificação), bem como o Departamento de Música e de Artes Visuais, pois o telhado não

62 45 Capítulo 5. Estudo de Caso é acessível por meio dos equipamentos disponíveis. Portanto, a avaliação de toda a superfície destas estruturas limitou-se ao alcance visual. Para o caso do Departamento de Música, este não possui um sistema de proteção contra descargas atmosféricas. 1. Captores: A maioria dos captores presentes no Bloco de Salas e Artes Visuais apresentam estar em bom estado de conservação e fixação, tendo dois captores notoriamente frouxos e/ou entortados. Também utiliza componentes naturais da estrutura (telhado com partes metálicas) como captores naturais, estando conectados aos captores (Figura 16) ou aos condutores. Uma estrutura mais antiga, que pertencente ao Bloco de Salas, possui três captores que não possuem ligação ao subsistema de descida. 2. Condutores de Descida: Feitos de alumínio maciço, em bom estado de conservação e sem rompimentos, circundam o topo da estrutura e descem em um total de oito condutores estando o mais próximo das paredes, onde era possível. 3. Conexões: Em bom estado, aparafusadas na estrutura e bem fixas nas emendas (Figura 17). 4. Eletrodos de aterramento: Não apresentam caixas de inspeção em torno das estruturas, impossibilitando o acesso aos eletrodos de aterramento. Figura 16 Detalhe captor Fonte: Próprio Autor.

63 46 Capítulo 5. Estudo de Caso Figura 17 Detalhe conexões (a) Conexão entre condutores (b) Conexão entre captor e condutores Fonte: Próprio Autor. Estrutura A3: Artes Cênicas e Coreto São consideradas três edificações, sendo: uma estrutura mais antiga e uma mais nova para o Departamento de Artes Cênicas e o Coreto entre estas duas estruturas. Tendo em vista da inacessibilidade ao telhado da estrutura de Artes Cênicas não foi possível analisar o SPDA destas edificações, tendo sido observado do topo do coreto. É constatado que não há SPDA instalado na estrutura mais antiga. O Coreto é um pequeno espaço destinado a apresentações dos estudantes e de suas atividades culturais. 1. Captores: A estrutura de Artes Cênicas foi projetada combinando o modelo Eletromagnético e o modelo Faraday. Há uma boa quantidade de elementos captores interligados utilizando-se condutores de cobre. Em alguns pontos a oxidação é aparente e há a ausência de isoladores em alguns trechos, permitindo que o condutor entre em contato com a estrutura. O coreto não dispõe de captores, possuindo apenas um condutor circundando o perímetro do topo da estrutura, atuando como uma malha captora. 2. Condutores de Descida: Há cinco condutores de descidas em bom estado, dispostos nas laterais da edificação de Artes Cênicas (prédio novo) e apresentam alguns fixadores e isoladores em mal estado de conservação, estando soltos e em contato com a estrutura ou danificados (Figura 18).

64 47 Capítulo 5. Estudo de Caso Para o coreto, há a presença de duas descidas sem rompimento dispostas sobre a cobertura com conexões e isoladores firmes. Figura 18 Condutores de descida (detalhe isoladores) Fonte: Próprio Autor. 3. Conexões: Não foi possível verificar as conexões da estrutura de Artes Cênicas. No Coreto, as conexões encontram-se em bom estado, e não há deterioração aparente. 4. Eletrodos de aterramento: Não há caixas de inspeção que possibilitem a verificação dos mesmos. Estrutura A4: Secretarias Uma das edificações que foram construídas há mais tempo possui dois pavimentos (térreo e um andar). Esta estrutura abriga a Rádio UEL, com equipamentos de áudio e vídeo, cabos que saem da estrutura e são conduzidos por dutos enterrados indo até a torre de transmissão, distante algumas dezenas de metros. 1. Captores: Um captor, na parte central da edificação, acima da caixa de água, tipo Franklin (Figura 19). 2. Condutores de Descida: Uma descida que, por alguns metros, encontra-se enterrada. Isoladores ainda presos em seus fixadores. 3. Conexões: Pelo sistema dispor de um único conector, não há conexões de emendas em todo o percurso.

65 Capítulo 5. Estudo de Caso Eletrodos de aterramento: Não há caixa de inspeção, porém há um eletrodo de aterramento, aparente no solo, em mal estado de conservação e, ainda, há uma desconexão entre o condutor de descida com o componente de aterramento. Especificamente para a Rádio, há uma malha de aterramento executada dedicada ao aterramento dos aparelhos de uso da Rádio. Figura 19 Detalhe captor Fonte: Próprio Autor. Estrutura A5: Torre Distante da Rádio, há uma estrutura para abrigo dos equipamentos destinados à transmissão do sinal. Cabos de áudio chegam na edificação e saem para a torre que está ao lado. 1. Captores: Presença de dois captores instalados no topo da Torre. 2. Condutores de descida: Para um dos captores, o condutor encontra em bom estado, contínuo até a base da torre. Para o segundo, o condutor encontra-se rompido. 3. Conexões: Conexão entre o condutor de descida e o eletrodo de aterramento apresenta boa compressão.

66 49 Capítulo 5. Estudo de Caso 4. Eletrodos de aterramento: Para o sistema da Torre não há caixa de inspeção, mas os dois eletrodos presentes ao lado da base são visíveis. Rompimento de um dos condutores de um dos eletrodos (Figura 20a). Há uma caixa de inspeção para o eletrodo de aterramento da estrutura adjacente a Torre, referente à malha de aterramento desta (Figura 20b). Para tal eletrodo, o condutor está firmemente fixado apresentando pouca oxidação no conector. Figura 20 Eletrodos de aterramento (a) Eletrodo de aterramento da torre (b) Caixa de inspeção Fonte: Próprio Autor. 5.2 CCA O Centro de Ciências Agrária (CCA) ocupa uma grande área, na região mais baixa do campus (Figura 21). O conjunto das estruturas que compõem o CCA foi escolhido devido aos relatos de ser um local com uma alta incidências de descargas atmosféricas, ocasionando danos às estruturas e aos equipamentos internos a estas. As edificações que compõem o CCA foram agrupadas de forma a facilitar a análise e de acordo com suas características (proximidade e tipo de estruturas).

67 Capítulo 5. Estudo de Caso 50 Figura 21 Estruturas analisadas do CCA Fonte: Google (2016) (adaptado) Dados Gerais Serão apresentados os principais pontos observados em uma vistoria do SPDA instalado nas edificações que compõem o conjunto de bloco de prédios do CCA. Estrutura B1: Secretarias e salas de aula, LANA e Laboratórios de Ciência de Alimentos Ao analisar estas estruturas, nota-se que não há nenhum SPDA instalado. Porém, há alguns aterramentos com a finalidade, apenas, de prover o aterramento para algumas massas instaladas na estrutura, como: condensadoras de ar condicionado e computadores. Estrutura B2: Laboratório de Ciências Farmacêuticas, Laboratórios de Zootecnia, Pós-Graduação e Laboratório de Tecnologia Edificação construída recentemente, abriga os novos laboratórios de Zootecnia e não possuem SPDA instalado. Estruturas muito próximas umas das outras, o Laboratório de Tecnologia está separado por cerca de um metro da estrutura que abriga a Pós-Graduação, onde o sistema SPDA encontrase instalado. Presença de aterramento para os equipamentos internos da estrutura de Laboratório de Tecnologia. 1. Captores: Dois mastros de captores tipo Franklin situados nas extremidades de maior comprimento.

68 Capítulo 5. Estudo de Caso Condutores de Descida: Duas descidas por captor, totalizando quatro descidas, sem rompimento e sem corrosão aparente, no entanto, presença de fixadores e isoladores soltos da estrutura. 3. Conexões: Impossibilidade de verificar as conexões. 4. Eletrodos de aterramento: Há quatro caixas de inspeção porém, devido à dificil remoção da tampa, não foi possível verificar a integridade dos mesmos. Para o caso do Laboratório de Tecnologia, é visualmente aparente uma haste de aterramento com o condutor em mal estado (Figura 22). Figura 22 Eletrodo de aterrmanto - Laboratório de Tecnologia - CCA Fonte: Próprio Autor. Estrutura B3: Laboratório de Imunotecnologia e Laboratórios de Análise e Ciência de Alimentos Sendo o Laboratório de Imunotecnologia uma obra mais recente, apenas esta estrutura conta com SPDA. 1. Captores: Possui quinze captores, notoriamente dispostos de acordo com o modelo Eletrogeométricoconectados por condutores de fita de alumínio.

69 52 Capítulo 5. Estudo de Caso 2. Condutores de descida: Há duas descidas dispostas em apenas um lado da estrutura, em fita de alumínio, conectando a um condutor de cobre nú próximo ao nível do solo (Figura 23). 3. Conexões: As duas conexões presentes entre a transição dos materiais dos condutores de descida estando firmes e com ausência de oxidação (Figura 23). 4. Eletrodos de aterramento: Devido a ausência de caixas de inspeção, não puderam ser avaliados. Figura 23 Condutor de descida (a) Detalhe conexão com condutor de cobre (b) Detalhe tamanho do tubo PVC protetor Fonte: Próprio Autor. Estruturas B4: Prédio novo e prédio reformado ao lado da estrutura conhecida como barbie Ambas as estruturas possuem um sistema de proteção contra descargas atmosféricas (Figura 24). 1. Captores: O prédio que passou por reforma possui três captores dispostos na parte mais alta da estrutura. Já o outro, possui dois dois elementos captores. 2. Condutores de descida: O primeiro possui apenas duas descidas em uma única face, enquanto o segundo possui quatro descidas, uma em cada face da estrutura.

70 53 Capítulo 5. Estudo de Caso 3. Conexões: Nas duas edificações, limitadas ao alcance visual, as conexões encontram-se em bom estado, sem folgas e sem oxidação aparente. 4. Eletrodos de aterramento: Apenas a edificação mais nova conta com caixas de inspeção, uma para cada descida. O eletrodo inspecionado (Figura 25) está em ótimo estado, com condutores soldados à haste e ausência de oxididação. Figura 24 Captores Figura 25 Eletrodo de aterramento Fonte: Próprio Autor. Fonte: Próprio Autor. Estrutura B5: Estufas, Orquidário e Laboratórios de Fitotecnia Ambas as estruturas com ausência de SPDA, rodeadas por árvores de copa alta, próxmimo a um bosque. Há relatos de já terem ocorridas situações de queima de equipamentos conectados à rede de baixa tensão e de danos a algumas estruturas devido as descargas atmosféricas (Figura 26). Nesta ocasião, uma descarga atmosférica incidiu em uma árvore próxima à estrutura, a corrente dispersada atingiu a estrutura (Figura 26a) e percorreu pelas armações de concreto e, possivelmente, tubulações metálicas, passando para a rede de baixa tensão. Estando na rede, provocou o rompimento de uma camada de reboco do teto (Figura 26b) deixando os condutores expostos. Neste evento, estruturas próximas também sentiram os efeitos da descarga atmosférica. Equipamentos como computadores e telefones queimaram.

71 54 Capítulo 5. Estudo de Caso Figura 26 Dano à estrutura devido a uma descarga atmosférica (a) Dano externo (b) Dano interno Fonte: Próprio Autor. As Estufas e o orquidário são estruturas com predominância de armações metálicas e, no caso das estufas, possuem equipamentos elétricos (motores responsáveis por manter a humidade do ar no interior das estruturas em níveis toleráveis e sistemas de monitoramento de temperatura) que necessitam estar em operação constantemente. Estrutura B6: Caixa d água Uma estrutura metálica que possui a maior altura em relação às demais estruturas na mesma região em que se encontra. Logo, é um alvo com probabilidade considerável de ser atingido por descargas atmosféricas. Possui um captor tipo Franklin localizado no topo e, deste captor, um único condutor fornece caminho para uma possível descarga atmosférica que possa vir a atingir o captor e/ou a estrutura. Quanto ao eletrodo de aterramento, encontra-se encoberto pelo solo e vegetação local.

72 55 6 Resultados e Discussões São apresentados neste capítulo as discussões sobre os vários pontos tratados neste trabalho, como as considerações do autor sobre a norma e dos resultados obtidos a partir da constatação das vistorias realizadas na universidade e, também, como a necessidade de tornar os cálculos dos parâmetros da nova norma mais práticos de serem obtidos através de planilhas para este fim. 6.1 Proteção Contra Descargas Atmosféricas O presente texto normativo trata de forma abrangente e traz um conceito mais amplo de Proteção Contra Descargas Atmosféricas (PDA), onde o SPDA não é mais o único objeto de estudo. Novos conceitos e parâmetros são adotados de forma a permitirem um projeto mais robusto às consequências das descargas atmosféricas, necessitanto que o profissional demande mais tempo para a realização e estudo dos parâmetros e resultados por ele obtido. De fato, esta é a norma brasileira mais importante e utilizada no âmbito de proteção contra os efeitos diretos e indiretos das descargas atmosféricas, especificando os requisitos mínimos para esta proteção e passa a realizar uma análise como um fator de risco de danos às estruturas e edificações para a segurança das pessoas que as ocupam e danos às instalações elétricas e equipamentos eletrônicos. Como forma das Medidas de Proteção assegurarem a proteção da estrutura e dos ocupantes contra uma Descarga Atmosférica, deve-se considerar uma ampla gama de parâmetros referentes às características da própria estrura e de proteções já existentes. Os parâmetros e as equações juntos somam em mais de 100 fatores que precisam ser analisados e compreendidos para uma análise sem equívocos (podendo este número aumentar de acordo com a forma de executar a análise da estrutura, dividindo-a em várias zonas de proteção). O conceito das zonas de proteção apresentado pela norma permite que o conteúdo da estrutura praticamente não sofra danos ou influências das causas indiretas das descargas atmosféricas, como as sobretensões e interferências eletromagnéticas. Pelo grande número de fatores a serem considerados, o entendimento da atual norma não é uma das tarefas mais simples comparada a sua antecessora (NBR 5419:2005), onde o resultado não dependia de uma análise minuciosa, detalhada e complexa. No entanto, o procedimento por ela agora adotado para a determinação dos riscos, permitirá aos profissionais da área que se tornem cada vez mais capacitados e aptos para a execução dos projetos de SPDA e com certa liberdade de escolha de um método de proteção, de meios de proteção, mais adequados para cada projeto. Desta forma, cada projeto virá a ter um conjunto de soluções técnicas que melhor se aplica ao projeto reduzindo os riscos, e isto pode ser: necessitar de um SPDA (interno e externo)

73 Capítulo 6. Resultados e Discussões 56 e MPS; necessitar apenas de um SPDA indicado pela classe de proteção; necessitar apenas de MPS, sendo especificados os tipos de medidas adotadas; e não necessitar de um SPDA e nem de MPS. E, ainda que rigorosamente as medidas de proteção sejam utilizadas na redução do risco, este ainda pode encontrar-se acima do risco tolerável admissível. Neste sentido, a atual norma, no desenvolvimento do gerenciamento de risco, permite que as soluções técnicas de proteção sejam subjetivas de acordo com projetista e com o que melhor se aplicar à estrutura no sentido de minimizar os efeitos das descargas atmosféricas. 6.2 Estudos de Caso Principais Problemas e Danos Constatados nas Estruturas Analisadas da UEL Os principais problemas observados nas estruturas destes centros dizem respeito à falta de manutenção preventiva dos elementos do SPDA instalado, potencializando os efeitos de uma eventual descarga atmosférica nestas estruturas ou ao redor delas, como por exemplo destacamse os surtos de tensão em equipamentos situados no interior das estruturas. À esta falta, haverá sempre a necessidade de uma manutenção corretiva nestas estruturas, seja por reparos aos danos na própria estrutura, como também, aos sistemas internos a elas. A integração dos sistemas de proteção já existentes nas estruturas concatenado a medidas de proteção para as linhas de energia e, no caso da Rádio UEL, dos cabos que percorrem um longo percurso, contribuiria na minimização de tais efeitos. A falta de implantação e integração de um sistema de proteção em novas estruturas que surgem no decorrer dos anos é outro ponto a ser destacado, deixando-as expostas, não só estas, mas as edificações mais antigas, aos efeitos das descargas. Hão de ser considerados alguns fatores construtivos que corroboram para esta carência: Dificuldade de acesso em algumas estruturas mais altas; Impossibilidade de serem verificados os eletrodos de aterramento pelo soterramento ou fechamento permanente de caixas de inspeção; A não proteção de uma área ao redor de condutores de descida, obstruindo-os visualmente, e nas proximidades com o solo (em alguns casos) o corte dos condutores por equipamentos de corte de grama; Outro fator que contribui para possíveis danos a equipamentos e centelhamentos é devido a ausência de equipotencialização de partes metálicas que estão presentes no edifício, como: antenas fixadas no topo das estruturas, dutos metálicos, janelas, escadas e alçapões para o acesso à laje da edificação.

74 Capítulo 6. Resultados e Discussões 57 Destacam-se, nas estruturas do CECA e do CCA, as seguintes Fontes de Danos (S X ) e Tipos de Perdas (L X ): Fontes de Danos Descargas atmosféricas na estrutura (S 1 ); Descargas atmosféricas próximo às estruturas (S 2 ); Descargas atmosféricas na linha (S 3 ); Descargas atmosféricas próximo das linhas (S 4 ). Tipos de Perdas Perda de vida humana (incluindo ferimentos permanentes) (L 1 ); Perda de serviço ao público (L 2 ); Perda de patrimônio cultural (L 3 ); Perda de valores econômicos (L 4 ). Referente às perdas de serviço ao público, destaca-se o não funcionamento da Rádio UEL devido aos danos na rede de cabeamentos e do aparelhos conectados à estes, devido aos surtos de tensões. Sobre as perdas de valores econômicos, são observados os gastos na aquisição de novos de aparelhos eletrônicos (da própria Rádio, de equipamentos de uso dos laboratórios de Tecnologia e de Alimentos e de Imunotecnologia, bem como de computadores dos respectivos Centros em estudo) decorrente da queima dos mesmos. Devem, também, ser incluídos os reparos nas estruturas, se a descarga não ocorrer no sistema de captação ou se houver algum dano à estrutura, como analisado por Vicente (2010). A adoção de um SPDA não impede que as estruturas não sejam atingidas por descargas atmosféricas, mas reduz seus efeitos a níveis suportáveis de acordo com o sistema instalado, protegendo os indivíduos que as ocupam e os sistemas interiores, bem como a própria estrutura. Sobre as consequências das estruturas estudadas de não possuírem um SPDA corretamente instalado ou devido à má condição que se encontram, na ocorrência de uma descarga atsmoférica há um elevado risco de incêndio das estruturas de madeira que servem de apoio para o telhado (Estruturas: A2 - Bloco de Salas, A3, B1 e B2 - Laboratórios de Zootecnia) bem como ocorrer centelhamento que atinja a rede elétrica de baixa tensão do prédio provocando a queima dos equipamentos eletrônicos conectados à rede. Por haver descontinuidade no subsistema de descida (Estruturas A5, B2 - Laboratório de Tecnologia) a funcionalidade do SPDA instalado é comprometida, não conduzindo a corrente elétrica, proveniente da descarga atmosférica, de forma eficaz e segura, sendo possível que esta corrente "salte"do subsistema de descida e atinja a própria torre (que atua, também, como componente natural do SPDA) ou outras partes metálicas da estrutura (como para o Laboratório de Tecnologia) e, eventualmente, comprometa os aparelhos e cabos de dados instalados nestas.

75 Capítulo 6. Resultados e Discussões 58 Em relação aos Orquidários e os Laboratórios de Fitotecnia (Estrutura B5), as consequências por não haver SPDA instalado são as já mencionadas, porém, devido a presença de várias árvores nas proximidades, a probabilidade de uma descarga atmosférica atingir a copa de uma destas árvores e a corrente elétrica (no solo) atingir estas estruturas é relativamente alta. Uma medida para reduzir os possíveis danos nesta situação é a instalação de uma malha de aterramento nestas estruturas em conformidade com a atual norma, instalação de um SPDA e, ainda, utilizar outras medidas de proteção conforme estabelecido pela norma. Também é constatado que, para os SPDA s instalados, há a necessidade de realizar a atualização destes projetos. Conforme a NBR :2015 determina em relação aos materiais, os condutores do subsistema de descida deverão ser trocados para que atendam a especificação desta norma substituindo os condutores de 16 mm 2 por condutores de 35 mm 2 (no caso do cobre). Além de ser necessário um número maior destes condutores nestas estruturas, devido a redução do espaçamento médio entre os condutores do subsistema de descida Elaboração de Planilha para Cálculo dos Parâmetros Devido à grande quantidade de parâmetros e equações que agora são avaliados para o gerenciamento de risco que levará às conclusões sobre a determinação de utilizar um SPDA, esbarra-se em vários cálculos e fatores ponderantes, tornando a análise demorada e passível de erro. Para obtermos um resultado satisfatório, muitas vezes será necessário realizar os mesmos cálculos mais de uma vez, até que sejam obtidos valores inferiores aos toleráveis para os riscos. Diante disso, viu-se a necessidade em trabalhar, também, no desenvolvimento de uma interface onde, baseado nas características da estrutura, linhas e proteções adotadas ou existentes, realiza-se uma análise factível. Escolheu-se desenvolver uma planilha (Apêndice B) em Excel, devido a facilidade em que os dados são processados e na praticidade em que pode-se realizar a análise, baseandose em um mesmo estudo discutido por Sueta (2015) com uma análise abordada em Andrade (2016). A planilha foi elaborada contendo 5 abas, sendo 4 abas referentes aos parâmetros de entrada separados por: Dados da Estrutura, Dados da Rede de Energia, Dados da Rede de Telefonia/Sinal, Definição das de Zonas de Proteção; e uma aba onde são mostrados os resultados dos cálculos das componentes de risco e o valor final de cada Risco (R 1 a R 3 ) associado à análise. Nesta análise (por escolha do autor) é considerado que as estruturas serão divididas em apenas duas zonas, uma interna e uma externa. Quanto ao Risco R 4, este não foi incluído na análise pois não será levado em consideração a Perda de Valor Econômico (L 4 ). Em cada aba o usuário (projetista) deverá selecionar as características que melhor representam a estrutura e as linha conectadas à esta, a atualização dos parâmetros ocorrem de

76 Capítulo 6. Resultados e Discussões 59 forma automática na última aba. Logo, pode-se acompanhar o desenvolvimento dos cálculos a qualquer momento Uso da Planilha em Casos Distintos Com o uso da planilha que auxilie nos cálculos e determinação dos parâmetros descritos no Capítulo 4, é realizada uma abordagem aplicando-a em dois casos (duas estruturas) diferentes para evidenciar seu uso. A determinação da instalação de um SPDA é, também, comparada de acordo com a análise da ABNT NBR 5419:2005. Estrutura I Residência localizada na zona rural da cidade de Londrina (Figura 27a), ocupando uma área de 191, 84 m 2 com dimensões 10, 90 x 17, 60 x 5, 30 m (LxW xh). Será considerado, apenas, a perda de vida humana (L 1 ) devido à descarga atmosférica. Próximo desta há uma outra residência, com área de 120, 78 m 2 de dimensões 12, 90 x 9, 90 x 4, 80 m (LxW xh), cujas linhas de energia e telefonia são comuns. Figura 27 Estrutura I (a) Casa em zona rural (b) Detalhe ramal da rede de energia e telefonia Fonte: Próprio Autor. A linha de energia percorre o mesmo trajeto, de 56, 00 metros, pertencente a um ramal da rede de Baixa Tensão, assim como a rede de sinal (telefonia). As duas redes são aéreas (Figura 27b) e não possuem blindagens ou proteções contra surtos de tensão. A estrutura é desprovida de proteção contra descargas atmosféricas, não há proteções contra incêndio e contra tensões de toque e passo. A estrutura é de madeira com piso cerâmico, três pessoas ocupam a residência. De acordo com os dados, a área de exposição equivalente 1 pode ser definida como a composição das áreas de exposição equivalente da estrutura em análise, da estrutura adjacente e da rede de energia e telefonia (Figura 27b). 1 Em conformidade com a ABNT NBR 5419:2015

77 Capítulo 6. Resultados e Discussões 60 Com o uso da planilha desenvolvida e preenchida conforme as características da estrutura, o risco calculado da perda de vida humana obtido é R 1 = 5, / ano (Figura 28) portanto, necessita de medidas de proteção e um sistema SPDA que garanta a redução deste fator, visto que o risco tolerável R t = 10 5 /ano. Figura 28 Avaliação Final dos Riscos: Componentes de Risco - Estrutura I Fonte: Próprio autor. Destacam-se três componentes de risco que tem grande influência neste valor: R C, R M e R Z. Logo, medidas de proteção específicas a estas componentes devem ser adotadas, minimizando o Risco de Perda de Vida Humana (R 1 ). Como forma de minimizar a componente R C, podem ser realizadas blinadagens da linha de energia e de sinal (telefonia) bem como a utilização de DPS s coordenados nestas também incindirá na redução a componente R M, junto com a adoção de um SDPA classe II utilizando o método de Faraday. Pode-se, ainda, prover às linhas, na entrada da estrutura, uma blindagem interligada ao mesmo barramento de equipotencialização dos equipamentos internos, tornando a componente R Z nula. A fim de que sejam comparados os resultados entre os dois critérios das normas (2005 e 2015), ao serem considerados os parâmetros da ABNT NBR 5419:2005 (Anexo B), obtém-se os seguintes parâmetros: Fator A: Tipo de ocupação da estrutura Casas e outras estruturas de porte equivalente: A = 0, 3 Fator B: Tipo de construção da estrutura Estrutura de madeira, ou revestida de madeira, com qualquer cobertura, exceto metálica ou de palha: B = 1, 4

78 Capítulo 6. Resultados e Discussões 61 Fator C: Conteúdo da estrutura e efeitos indiretos das descargas atmosféricas Estruturas industriais e agrícolas contendo objetos particularmente suscetíveis a danos (Com materiais vulneráveis a incêndios e às suas consequências): C = 0, 8 Fator D: Localização da estrutura Estrutura localizada em uma área contendo poucas estruturas ou árvores de altura similar: D = 1, 0 Fator E: Topografia da região Elevações moderadas, colinas: E = 1, 0 Assim: N d = N g A e 10 6 = 7, , N d = 6, raios / ano N dc = N d A B C D E N dc = 6, , 3 1, 4 0, 8 1, 0 1, 0 N dc = 2, raios / ano De acordo com a norma NBR 5419:2005, N dc > 10 3, a estrutura requer um SPDA, conforme a tabela B.6, classe III de proteção. Estrutura II Edifício de apartamentos residenciais localizado em área urbana da cidade de Londrina, ocupa uma área de 266, 40 m 2, cujas dimensões são (18, 50 x 14, 40 x 16, 30 m) (LxWxH) e uma saliência (caixa d água) com uma área de 20, 20 m 2 e 2, 50 m de altura. A estrutura é cercada por edifícios mais altos ou de mesma altura (Figura 29).

79 62 Capítulo 6. Resultados e Discussões Figura 29 Estrutura II Fonte: Google (2016). O ramal da linha de BT origina-se de um transformador abaixador, portanto há isolação elétrica da rede de energia com a rede de alta tensão. A linha de sinal (telefonia) não possui blindagem; para a rede de TV, cabos são coaxiais. A estrutura possui um sistema de proteção contra descargas atmosféricas - SPDA Classe II, conforme NBR 5419:2005; possui com captor tipo Franklin fixado em um mastro com 2, 0 metros de altura localizado na parte central e mais alta do edifício e com condutores formando um anel no topo complementando a proteção pelo método de Faraday. Há proteções contra incêndio, barramento equipotencial nos QGD. A edificação é de alvenaria, piso cerâmico na àrea interna e concreto na área externa. Verifica-se, por meio da planilha, que a estrutura analisada necessita de intervenções no sistema de proteção pois, em sua Avaliação de Risco, o Risco de Perda de Vida Humana é superior ao Risco Tolerável (30). Como forma de torná-la protegida conforme a atual norma NBR 5419, devem ser adotadas Medidas de Proteção que diminuam as componentes de risco 𝑅𝐶 e 𝑅𝑍. Realizando intervenções na estrutura, como a troca do nível de proteção do SPDA instalado, e nos sistemas elétricos internos, dotando-os de blindagens e DPS s aos cabos de energia e sinal de acordo com o nível de proteção adotado, para que as componentes 𝑅𝐶 e 𝑅𝑍 sejam reduzidas, ocasionará na diminuição do Risco de Perda de Vida Humana e provendo a proteção da estrutura contra descargas atmosféricas com redução da Probabilidade de Perda de Vida Humana, estando em conformidade com com a NBR 5419:2015.

80 Capítulo 6. Resultados e Discussões 63 Figura 30 Avaliação Final dos Riscos: Componentes de Risco - Estrutura II Fonte: Próprio autor.

81 64 7 Conclusão 7.1 Conclusão Final Dado o presente estudo, nota-se que ainda existem muitas estruturas na região que carecem de sistemas de proteção contra as descargas atmosféricas e é de se esperar, por meio de uma análise detalhada, que as que possuem necessitam de muitas manutenções e adequações constantes de projeto, bem como a troca de componentes, melhorias nos fixadores e sinalizadores, isoladores e a utilização correta de DPS s. Visto que a cidade de Londrina apresenta uma média de densidade de descargas atmosféricas de 7,84/km 2 /ano (INPE, 2016), as edificações inspecionadas na Universidade Estadual de Londrina carecem de um sistema que melhor as protejam dos danos causados pelos raios incidentes na Universidade. Os sistemas instalados encontram-se em conformidade com o que era solicitado pela ABNT NBR 5419:2005, contando com as dimensões de condutores, posicionamento das descidas e das malhas, e o nível de proteção conforme tal norma. No entanto, ocorrendo uma atualização desta norma, pode-se realizar uma avaliação de tais sistemas instalados e melhorá-los, quando possível, provendo uma proteção e adequação de todo o conjunto considerando a atual referência normativa para a proteção contra descargas atmosféricas. Além de adotar medidas de proteção às estruturas que ainda não possuem proteção, se isso for necessário e evidenciado de acordo com o gerenciamento de risco (ABNT, 2015b). Ainda que seja necessário e primordial que haja atualizações nas referências normativas de qualquer natureza de projeto, algumas vezes isso evolui para métodos que levam a conclusões mais subjetivas. A presente norma ABNT NBR 5419 apresenta uma análise mais detalhada, não só para o caso de instalação de um novo SPDA como, também, útil para a avaliação de um sistema já instalado, uma vez que para os riscos serem avaliados é necessário que se faça a consideração de se a estrutura possui algum nível de proteção ou não. Apenas de posse disso que toda a análise pode ser evoluída. Porém, a norma permite que alguns pontos de análise sejam subjetivos. Como no caso da adoção de zonas de proteção contra raios, podendo ser adotadas mais de uma zona ou considerar que a estrutura seja uma única zona para a análise. Qualquer análise que seja adotada está de acordo com a norma. Contudo, caso sejam adotadas mais de uma zona o projeto ficará mais robusto, apresentando um nível de proteção mais conciso com as características da edificação. De forma análoga, a quantidade de pessoas que estarão na estrutura também é considerada no presente texto. Deverá ser considerado um número médio de ocupantes anual e um número médio em um dia em que possa ocorrer um evento perigoso. Tais fatores irão compor

82 Capítulo 7. Conclusão 65 as quantidades de perdas (L X ) que por sua vez terão um peso preponderante na obtenção dos componentes de risco (R X ). Constata-se que a utilização de ferramentas computacionais para a realização dos cálculos dos parâmetros apresentados pela norma, fundamentais para que haja o correto discernimeto na avaliação das perdas decorrentes de uma descarga atmosférica, permite ao projetista maior segurança e agilidade na obtenção do resultado final. A planilha apresentada realiza este procedimento de forma simples e intuitiva para o usuário, podendo ser aprimorada levando em consideração uma análise mais aprofundada em que possa ser considerada a Perda Econômica, avaliando a viabilidade e custo de instalação de um SPDA com o custo de manutenção da estrutura, na ausência de um meio de proteção mais eficiente.

83 66 Referências ABNT. NBR 5419:2005, Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas. Packaging Boston Mass, Segunda ed, p. 42, Citado 3 vezes nas páginas 12, 13 e 18. ABNT. NBR 5419:2015, Proteção contra descargas atmosféricas - Parte 1: Princípios Gerais. p. 67, Citado na página 19. ABNT. NBR 5419:2015, Proteção contra descargas atmosféricas - Parte 2: Gerênciamento de Risco. p. 104, Citado 4 vezes nas páginas 13, 14, 15 e 64. ABNT. NBR 5419:2015, Proteção contra descargas atmosféricas - Parte 3: Danos físicos a estruturas e perigos à vida. p. 51, Citado na página 17. ABNT. NBR 5419:2015, Proteção contra descargas atmosféricas - Parte 4: Sistemas elétricos e eletrônicos internos na estrutura. p. 87, Citado 2 vezes nas páginas 13 e 18. ALVES, N. A captação em edificações com altura superior a 60 m. O Setor Elétrico, Edição 120, p. 3 5, Citado na página 40. ALVES, N. V. B. Nova ABNT NBR 5419 comemora um ano de existência O Setor Elétrico. Acessado em 20/11/2016. Disponível em: < 2016/11/14/nova-abnt-nbr-5419-comemora-um-ano-de-existencia/>. Citado na página 41. ANDRADE, L. Memorial de Calculo SPDA 5419: QI SPDA. Acessado em 05/09/2016. Disponível em: < Memorial-de-Calculo-Spda >. Citado na página 58. BARRETO, R. M. Compatibilidade Eletromagnética em Sistemas Elétricos. p , Citado 3 vezes nas páginas 37, 38 e 39. BENITEZ, C. Z. M. Sistemas de Proteção Contra Descargas Atmosféricas Conforme Norma NBR-5419/2005. Salvador: Monografia apresentada ao curso de engenharia elétrica, ÁREA 1, Citado na página 4. BURATTO, F. S. Sistemas de proteção contra descargas atmosféricas utilizando componentes naturais da edificação Citado 3 vezes nas páginas 9, 35 e 36. COORAY, V. Lightning Protection. London, United Kingdom: [s.n.], ISBN Citado na página 11. COUTINHO, F. N.; ALTOÉ, C. A. Levantamento de Estruturas que Necessitam de SPDA na UnB e Análise de seus Efetivos Sistemas de Proteção. p. 1 88, Citado na página 37. CREDER, H. Instalações elétricas. 15. ed. Rio de Janeiro: Editora LTC, página 36. Citado na DIAS, R. N.; SILVEIRA, F. H.; VISACRO, S. Raios em torres de telecomunicação. O Setor Elétrico, Edição 53, p. 1 9, Citado na página 1. FINDER. Guia para splicação de Dispositivos de Proteção contra Surtos - DPS p. Citado na página 39.

84 Referências 67 FREEMAP, T. Mapa para determinação da altitude em um ponto da Terra Acessado em 20/11/2016. Disponível em: < Citado na página 42. GOOGLE. Maps.google Acessado em 20/10/2016. Disponível em: <https: // Citado 3 vezes nas páginas 43, 50 e 62. IEEE, P. E. S. IEEE Guide for the Protection of Communication Installations from Lightning Effects. [S.l.: s.n.], ISBN Citado na página 10. INPE. ELAT - Grupo de Eletricidade Atmosférica Acessado em 15/08/2016. Disponível em: < Citado 2 vezes nas páginas 1 e 64. KINDERMANN, G. Descarga Atmosférica. 3. ed. Florianópolis: Edição do Autor, Citado na página 8. LIMA, S. Q. de. Aterramento de antenas de tv em edificações residenciais Citado 4 vezes nas páginas 5, 6, 7 e 9. LOCK, K. S. Lightning protection, earthing and surge protection of base transmission stations th Asia-Pacific International Conference on Lightning, APL2011, p , Citado 2 vezes nas páginas 10 e 41. MOREIRA, B. Nova norma para SPDA sai em O Setor Elétrico, Edição 104, p. 1 5, Citado 4 vezes nas páginas 12, 13, 16 e 19. NEHP/UFBA, N. de Editoração de Home Pages da Universidade Federal da B. Mapa do Campus UEL VII Workshop de Quimiometria. Acessado em 15/10/2016. Disponível em: < mapa.jpg>. Citado na página 42. NIELSEN, M. Ruptura Dielétrica p. Acessado em 10/11/2016. Disponível em: < Citado na página 5. OLIVEIRA, J. B. de. A visão da nova ABNT NBR 5419 sobre os materiais.pdf. O Setor Elétrico, Edição115, p. 2, Citado na página 19. OZOLNIEKS, M.; VANZOVICS, E. Determination of the necessity of protection against lightning and overvoltage and its choice. PQ2010: 7th International Conference Electric Power Quality and Supply Reliability, Conference Proceedings, p , Citado na página 34. PAULINO, J. O. S. Meios de proteção elétrica: Aterramento p. Acessado em. Disponível em: < para_download/eletricidade/6-(b)-aterramentodetorres.pdf>. Citado na página 40. PML. Prefeitura do Município de Londrina - Dados Geográficos Acessado em 20/11/2016. Disponível em: < content&view=article&id=40&itemid=58>. Citado na página 42. PRAZERES, M. de Nazaré dos. Análise em FDTD de Tensões Induzidas no Interior de um Prédio com SPDA: Aspectos de Blindagem Citado 3 vezes nas páginas 4, 5 e 6.

85 Referências 68 RINDAT. Rede Integrada Nacional de Detecçao de Descarga Atmosférica Acessado em 15/08/2016. Disponível em: < Citado 3 vezes nas páginas 5, 6 e 39. SANTOS, S. R. Proteção dos sistemas eletroeletrônicos. O Setor Elétrico, Edição 111, p , Citado 2 vezes nas páginas 18 e 19. SANTOS, S. R. A blindagem como medida de proteção contra surtos. O Setor Elétrico, Edição 121, p. 3 5, Citado na página 39. SANTOS, S. R. Os Dispositivos de Proteção contra Surtos tipo I. O Setor Elétrico, Edição 126, p. 1 2, Citado na página 39. SILVA, A. H. Avaliação da exposição à descargas atmosféricas de uma torre de destilação de uma refinaria de petróleo utilizando elementos finitos Citado 2 vezes nas páginas 5 e 6. SILVA, J. C. d. O. e. Com vocês, a NBR O Setor Elétrico, Edição 112, p. 1 4, Citado na página 19. SILVEIRA, F. H. Modelagem para Cálculo de Tensões Induzidas por Descargas Atmosféricas. 268 p. Tese (Doutorado) Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG, Citado na página 6. SUETA, H. E. Desenvolvimento de uma planilha para análise de risco. O Setor Elétrico, Edição 116, p , Citado na página 58. SUETA, H. E. O gerenciamento de risco segundo a Parte 2 da ABNT NBR O Setor Elétrico, Edição 109, p. 1 3, Citado 2 vezes nas páginas 13 e 16. SUETA, H. E. et al. The new ABNT NBR 5419: Lightning protection: Differences between the new Brazilian standard and IEC International Symposium on Lightning Protection, SIPDA 2013, n. October, p , Citado na página 15. VICENTE, O. Estudo sobre o comportamento elétrico do concreto utilizado em sistemas de aterramento estrutural. p , Citado na página 57. VISACRO, S. Aterramentos Elétricos. São Paulo: Editora Artliber, Citado na página 8. VISACRO, S. Descargas Atmosféricas - Uma Abordagem de Engenharia. São Paulo: Editora Artliber, Citado 3 vezes nas páginas 6, 9 e 36.

86 69 APÊNDICE A Tabela de inspeção Estrutura Dimensões (CxLxA) S Fonte de Danos (S 1 S 2 S 3 S 4 X ) I I I I I R Riscos (R 1 R 2 R 3 R 4 X ) I I I I I I I I I I I I I Descargas: S 1 - Na Estrutura; S 2 - Perto da Estrutura; S 3 - Na linha; S 4 - Perto da Linha. Riscos: R 1 - Vida Humana; R 2 - Serviço Público; R 3 - Patrimônio Cultural; R 4 - Econômico. Captores Condutores de Descida Conexões Eletrodos de Aterramento Fixação dos Cabos Observações: Legenda: C - Comprimento; L - Largura; A - Altura 1

87 70 APÊNDICE B Planilha Caracteristicas da Linha de Sinal Comprimento: - (m) (Considerar L=lOOO se o compri mento da linha for desconheci do) a: ln sta la,ib= ::::::::::::::: ~~~~~a: Ambiente: Tipo da linha: a Tensao suportavel do sistema interno (kv): a: Blindagem da linha ~ Biindagem, Tipo de linha externa: ~~-====a a llllllllllllllllllllllllllllll~"~~' aterramento, i solag~!b: Conexao na entrada:.. Comprimento: - Largura: - Altura: - (m) (m) (m) Estrutura adjacente (se houver} Localizafdo da estrutura adjacente: a:

88 APÊNDICE B. Planilha 71

89 72 ANEXO A Fluxogramas A.1 Procedimento para decisão da necessidade da proteção e para selecionar as medidas de proteção Fonte: ABNT NBR 5419:2015