TBS Catálogo 2011 Sistemas de proteção de raios e sobretensões
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Índice Auxiliares de planeamento 5 Proteção contra sobretensões, energia, descarregador tipo 1 117 Proteção contra sobretensões, energia, descarregador tipo 1+2 127 Proteção contra sobretensões, energia, descarregador tipo 2 151 Proteção contra sobretensões, energia, descarregador tipo 2+3 175 Proteção contra sobretensões, energia, descarregador tipo 3 187 Proteção contra sobretensões, Instalações fotovoltaicas 199 Redes de dados e tecnologia de informação 213 Explosores de proteção e explosores equipotenciais 249 Sistemas de medição e teste 253 Sistemas de ligação equipotencial 257 Sistemas de ligação à terra 269 Sistemas de captação e derivação de raios 287 Índices 337 TBS OBO 3
Auxiliares de planeamento em geral Seminários TBS da OBO: saiba tudo em primeira mão Com um alargado programa de formações e seminários sobre o tema Sistemas de proteção de raios e sobretensões, a OBO apoia os técnicos, fornecendo-lhes conhecimentos especializados em primeira mão. além das bases teóricas, também é abordada a sua aplicação prática no dia-a-dia. Exemplos de aplicação e de cálculo completam esta abrangente formação. Memórias descritivas, informações sobre produtos e fichas técnicas Tornamos a sua vida mais fácil: com uma abrangente seleção de documentos que tornam o projeto, a preparação e a instalação muito intuitiva. Aqui estão incluídos: Memórias descritivas Informações sobre os produtos Fichas de caraterísticas Fichas técnicas Estes documentos são constantemente atualizados e podem ser consultados de forma gratuita na Internet a qualquer momento, na área de downloads em www.obo.pt ou em www.obo.de. Documentos técnicos na Internet em www.ausschreiben.de Pode consultar, gratuitamente, mais de 10 000 referências das famílias KTS, BSS, TBS, LFS, EGS e UFS. A OBO disponibiliza informação detalhada e atualizada sobre todos os produtos. Estão disponíveis todos os formatos convencionais de ficheiros (PDF, DOC, GAEB, HTML, TEXT, XML, ÖNORM). www.ausschreiben.de 4 OBO TBS
Auxiliares de planeamento Fundamentos da proteção contra sobretensões 6 Proteção contra sobretensões em sistemas de energia 19 Proteção contra sobretensões, Instalações fotovoltaicas 27 Proteção contra sobretensões, redes de dados e tecnologia de informação 39 Explosores equipotenciais de separação e de proteção 59 Sistemas de medição e teste 63 Sistemas de ligação equipotencial 67 Sistemas de ligação à terra 71 Sistemas de captação e derivação de raios 77 Mais informações 108 TBS OBO 5
Auxiliares de planeamento em geral Pequena causa, grande efeito: danos devido a sobretensões Quer seja no domínio profissional quer seja no domínio particular: é crescente a nossa dependência de aparelhos elétricos e eletrónicos. As redes de dados em empresas ou nos equipamentos de emergência em hospitais e corpos de bombeiros são núcleos vitais para a troca de informação em tempo real, sempre essencial. Bases de dados sensíveis, por ex. instituições bancárias ou editoras, necessitam de meios de transmissão a operar em segurança. Não só as quedas de raios diretas constituem uma ameaça latente para estes sistemas. Muito mais frequentemente os dispositivos eletrónicos de hoje são danificados por sobretensões cujas causas são descargas atmosféricas distantes ou comutações de grandes sistemas eléctricos. Também durante as trovoadas são libertadas num curto espaço de tempo elevadas quantidades de energia. Estes picos de tensão podem penetrar num edifício através de todo o tipo de ligações condutoras de eletricidade e provocar grandes prejuízos. 6 OBO TBS
Auxiliares de planeamento em geral Que consequências têm os danos por sobretensões na nossa vida quotidiana? Primeiro é visível a destruição dos aparelhos elétricos. No ambiente privado são especialmente estes: Televisor/Videogravador Sistema de telefone Computadores, Equipamentos de música Eletrodomésticos Sistemas de vigilância Sistemas de alarme de incêndio A avaria destes aparelhos acarreta seguramente custos elevados. O que acontece com os tempos de avaria e consequentes danos nos seguintes equipamentos: Computadores (perda de dados), Sistemas de aquecimento/água quente sanitária, Elevador, acionamentos de porta da garagem e estores elétricos, Ativação ou avaria de sistemas de alarme de incêndio/intrusão (custos devido a um alarme falso)? Particularmente em edifícios de escritórios pode tratar-se de um tema vital, na medida em que: O funcionamento pode continuar sem problemas na sua empresa sem o computador central ou servidor? Todos os dados importantes foram guardados com segurança? Somas crescentes de danos As estatísticas atuais e avaliações das companhias seguradoras indicam: a dimensão dos danos por sobretensões sem contar os custos consequênciais e de inatividade assumiram há muito uma dimensão critica devido à crescente dependência dos meios auxiliares eletrónicos. Não é, portanto, de estranhar que as companhias seguradoras verifiquem cada vez mais os sinistros e estipulem o uso de dispositivos de proteção contra sobretensões. Por ex. a directiva VdS 2010 contém informações sobre as medidas de proteção. TBS OBO 7
Auxiliares de planeamento em geral Formação de descargas atmosféricas Criação de descargas atmosféricas: 1 = aprox. 6 000 m, aprox. -30 C, 2 = aprox. 15 000 m, aprox. -70 C s de descargas atmosféricas 90% das descargas atmosféricas entre as nuvens e a terra correspondem a raios negativos nuvemterra. O raio inicia-se numa área de carga negativa da nuvem e expande-se para a superfície da terra carregada positivamente. Outro tipo de descargas classificamse como: raio negativo terra-nuvem raio positivo nuvem-terra raio positivo terra-nuvem. A maior parte das descargas acontece, sobretudo, dentro da mesma nuvem ou entre diferentes nuvens. Formação de descargas atmosféricas Quando as massas de ar quente e húmido ascendem, a humidade condensa-se e em altitudes elevadas formam-se cristais de gelo. As frentes de trovoada podem ocorrer quando as nuvens se expandem até 15 000 m de altura. A forte corrente ascendente de até 100 quilómetros por hora faz com que os cristais de gelo leves se desloquem para as zonas superiores enquanto que as partículas de gelo mais pesadas se mantêm na parte inferior. Os impactos e fricções que se produzem com todo este movimento geram a descarga elétrica. 8 OBO TBS
Cargas positivas e negativas Em determinados estudos comprovou-se que as pedras de granizo descendentes (zona com temperatura superior a -15 C) possuem cargas negativas e os cristais de gelo ascendentes (zona com temperatura inferior a -15 C) possuem cargas positivas. Os cristais de gelo leves são transportados com a corrente ascendente para regiões superiores da nuvem, as pedras de granizo descem para zonas centrais da nuvem. A nuvem é dividida assim em três zonas: Superior: zona carregada de carga positiva Central: zona carregada de carga ligeiramente negativa Inferior: zona carregada de carga ligeiramente positiva Esta separação das cargas cria na nuvem uma tensão. Cargas positivas e negativas: 1 = granizo, 2 = cristais de gelo Auxiliares de planeamento em geral Distribuição das cargas Distribuição típica das cargas: Na parte superior cargas positivas, no centro negativas e na parte inferior ligeiramente positivas. Na zona próxima do solo encontram-se também cargas positivas. A intensidade do campo necessária para criar um raio depende da capacidade de isolamento do ar que se situa entre 0,5 e 10 kv/cm. Distribuição das cargas: 1 = aprox. 6 000 m, 2 = campo eléctrico TBS OBO 9
Auxiliares de planeamento em geral O que é uma sobretensão transitória? Sobretensões transitórias: 1 = quebras de tensão/breves interrupções, 2 = harmónicos causados por oscilações de tensão lentas e rápidas, 3 = aumentos de tensão temporários, 4 = sobretensões de manobra, 5 = sobretensões por descargas atmosféricas As sobretensões transitórias são aumentos de tensão súbitos num intervalo de microssegundos que podem alcançar valores várias vezes superiores à da tensão nominal da rede! Os picos de tensão de maior valor que se produzem nas redes de baixa tensão de energia resultam de descargas atmosféricas. A elevada carga energética das sobretensões por descargas atmosféricas, no caso de queda direta de um raio no sistema exterior de proteção contra descargas atmosféricas ou num cabo aéreo de baixa tensão, tem geralmente como consequência uma falha completa dos equipamentos ligados e danos no isolamento se não se conta com proteções internas contra raios e sobretensões. Também os picos de tensão induzida na instalação de um edifício ou em cabos de energia ou de dados podem superar várias vezes a tensão nominal. Mesmo a incidência, com relativa frequência, de sobretensões de manobra, cujos picos de tensão são muito menos elevados que os causados por descargas atmosféricas, pode provocar a falha repentina da instalação elétrica. Geralmente, as sobretensões de manobra superam duas a três vezes a tensão de serviço, enquanto as sobretensões por descargas atmosféricas podem atingir, em certa medida 20 vezes a tensão nominal e transportar uma elevada carga energética. Normalmente, passa algum tempo até que ocorram as primeiras avarias, pois estas pequenas sobretensões transitórias vão envelhecendo e danificando lentamente os componentes eletrónicos dos aparelhos afetados. Dependendo da causa específica ou do ponto de impacto do raio são necessárias diferentes medidas de proteção. 10 OBO TBS
Que formas de impulso existem? Auxiliares de planeamento em geral s de impulso e suas caraterísticas: amarelo = forma de impulso 1, impacto directo de raio, impulso simulado de raio de 10/350 µs, vermelho = forma de impulso 2, impacto de raio distante ou operação de comutação, impulso simulado de raios de 8/20 µs (sobretensão) Durante uma trovoada podem chegar à terra fortes correntes de raio. Se um edifício com proteção exterior contra descargas atmosféricas, recebe um impacto direto, produz-se uma queda de tensão na resistência de terra da ligação equipotencial o que representa uma sobretensão para o ambiente distante. Este aumento de potencial representa uma ameaça para os sistemas elétricos (por ex. alimentação de energia, instalações telefónicas, TV por cabo, cabos de controlo, etc.) do edifício. a verificação dos diferentes dispositivos de protecção contra descargas atmosféricas e sobretensões estão definidas correntes de ensaio indicadas nas normas nacionais e internacionais. Impacto direto de raio: forma de impulso 1 As correntes de raio que se produzem no caso de impacto direto podem-se reproduzir com a corrente de impulso com forma de onda 10/350 µs. A corrente de prova reproduz tanto o aumento rápido como o conteúdo de energia do raio natural. Os descarregadores do tipo 1 e componentes de proteção exterior contra descargas atmosféricas são testados com esta corrente. Impactos de raios distantes ou processos de comutação: forma de impulso 2 As sobretensões causadas por impactos de raio distantes e por operações de comutação são reproduzidas com o impulso de ensaio 8/20 µs. A energia deste impulso é significativamente mais pequena do que a corrente de prova da onda de corrente de impulso 10/350 µs. Os descarregadores de sobretensão do tipo 2 e tipo 3 são ensaiados com este impulso de prova. TBS OBO 11
Auxiliares de planeamento em geral Causas das correntes de raio Impacto direto de raio num edifício Se um raio atingir diretamente o sistema exterior de protecção contra descargas atmosféricas ou as estruturas no telhado ligadas à terra com capacidade de transportar correntes de raio (por ex. antena exterior), a energia do raio pode ser derivada com segurança para o potencial de terra. Contudo, apenas um sistema de protecção exterior contra descargas atmosféricas não é suficiente: devido à impedância da instalação de terra gera-se um grande incremento do potencial em todo o sistema de ligação à terra do edifício. Este aumento de potencial faz com que as correntes de raio derivem pelo sistema de ligação à terra do edifício, pelos sistemas de alimentação de energia e linhas de dados até aos sistemas de terra vizinhos (edifícios adjacentes, transformador de baixa tensão). Valor da ameaça: até 200 ka (10/350) Inpacto direto de raio numa linha aérea de baixa tensão Um impacto direto de raio numa linha aérea de baixa tensão ou numa linha de dados pode provocar o acoplamento de elevadas correntes parciais de raio num edifício adjacente. As instalações eléctricas de edifícios no extremo de linhas aéreas de baixa tensão estão particularmentr expostas ao perigo de sofrer danos por sobretensões. Valor da ameaça: até 100 ka (10/350) 12 OBO TBS
Causas de sobretensões Sobretensões de manobra num sistema de baixa tensão As sobretensões de manobra surgem em manobras de ligação e desconexão, pela comutação de cargas indutivas e capacitivas assim como por interrupção de correntes de curto-circuito. Particularmente a desconexão de linhas de produção, sistemas de iluminação ou transformadores pode provocar danos nos equipamentos elétricos mais próximos. Auxiliares de planeamento em geral Valor da ameaça: vários ka (8/20) Acoplamentos de sobretensões causados pelo impacto de raio próximo ou afastado Mesmo tendo instalado sistemas de protecção contra sobretensões e descargas atmosféricas: um impacto de raio próximo gera adicionalmente fortes campos magnéticos que por sua vez induzem elevados picos de tensão na instalação elétrica. Os acoplamentos indutivos ou galvânicos podem provocar danos num raio de 2 km a partir do ponto de impacto do raio. Valor da ameaça: vários ka (8/20) TBS OBO 13
Auxiliares de planeamento em geral Redução progressiva do risco de sobretensões com as zonas de protecção contra descargas atmosféricas Zonas de proteção contra descargas atmosféricas LPZ 0 A LPZ 0 B LPZ 1 LPZ 2 LPZ 3 Conceito de zonas de proteção contra descargas atmosféricas O conceito de zonas de proteção contra descargas atmosféricas descrito na norma internacional IEC 62305-4 (DIN VDE 0185 parte 4) revela-se eficaz e de grande utilidade. A base deste conceito é reduzir progressivamente as sobretensões a um nível não perigoso antes de estas atingirem o aparelho terminal e aí poderem provocar danos. o conseguir toda a rede de energia de um edifício é subdivida em zonas de proteção contra descargas atmosféricas (LPZ = Lightning Protection Zone). Em cada ponto de transição de um zona para a outra é instalado um descarregador de sobretensões para a equalização de potencial com o nível de proteção adequado. Zona desprotegida fora do edifício. Impacto direto de raios, sem blindagem contra os impulsos eletromagnéticos LEMP (Lightning Electromagnetic Pulse). Zona protegida por sistema exterior de protecção contra descargas atmosféricas. Sem blindagem contra impulsos eletromagnéticos. No interior do edifício. Possibilidade de pequenas quantidades de energia parcial da descarga atmosférica. No interior do edifício. Podem-se produzir pequenas sobretensões. No interior do edifício (também pode ser a carcasa metálica de um equipamento). Sem interferência de impulsos eletromagnéticos ou sobretensões. 14 OBO TBS
Transições entre zonas e dispositivos de proteção Vantagens do conceito de zonas de proteção contra descargas atmosféricas Minimização dos acoplamentos noutros sistemas de cabos mediante a derivação das correntes de raio de alta energia e perigosas directamente ao ponto de entrada dos cabos no edifício. Evitam-se avarias devidas a campos magnéticos. Conceito de proteção individualizado, económico e bem planeado, para construções novas, ampliações e renovações. Classificação dos dispositivos de proteção contra sobretensões Os dispositivos de proteção contra sobretensões OBO são classificados em três tipos de acordo com a norma DIN EN 61643-11: tipo 1, tipo 2 e tipo 3 (anteriormente B, C e D). Esta norma contém diretrizes de construção, assim como especificações e ensaios, para os descarregadores de sobretensões instalados em redes de corrente alterna com tensões nominais até 1000 V e frequências nominais entre 50 e 60 Hz. Esta classificação possibilita a escolha dos descarregadores em função das diferentes especificações relativamente ao local de instalação, nível de proteção e capacidade da corrente de descarga. Uma vista geral sobre as transições entre zonas é facultada pela tabela abaixo. A mesma ilustra, simultaneamente, que dispositivos de proteção OBO se podem instalar na rede de distribuição de energia e respetiva função. Auxiliares de planeamento em geral Transições entre zonas Transição entre zonas LPZ 0 B e LPZ 1 Transição entre zonas LPZ 1 e LPZ 2 Transição entre zonas LPZ 2 e LPZ 3 Dispositivo de proteção para a ligação equipotencial de descargas atmosféricas conforme DIN VDE 0185-3 em caso de impacto de raios diretos ou nas imediações. Dispositivos: tipo 1 (categoria I, classe de requisitos B), por ex. MC50-B VDE Nível máx. de protecção conforme a norma: 4 kv Instalação por ex. no quadro de distribuição principal/à entrada do edifício Dispositivo de proteção contra sobretensões conforme DIN VDE 0100-443 em caso de sobretensões através da rede de distribuição devidas a descargas atmosféricas distantes ou operações de manobra. Dispositivos: tipo 2 (categoria II, classe de requisitos C), por ex. V20-C Nível máx. de proteção conforme a norma: 2,5 kv Instalação por ex. no quadro de distribuição principal e quadros parciais. Dispositivo de proteção indicado para a proteção de sobretensões para aparelhos móveis em tomadas e blocos de alimentação de energia. Dispositivos: tipo 3 (categoria III, classe de requisitos D), por ex. FineController FC-D Nível máx. de protecção conforme a norma: 1,5 kv Instalação por ex. no aparelho consumidor final TBS OBO 15
Auxiliares de planeamento em geral BET - Centro de ensaios para sistemas de proteção contra descargas atmosféricas, eletrotécnicos e sistemas de suporte. Ensaio de corrente de raio BET com funções abrangentes Se até agora eram possíveis no BET apenas testes relativos a descargas atmosféricas, ambientais e verificações elétricas, o centro de teste BET é também agora um parceiro competente para ensaios de sistemas de suporte de cabos. Esta integração tornou necessária a alteração do nome. Se BET correspondia à sigla alemã para Centro Tecnológico para Proteção contra Raios e Compatibilidade Eletromagnética, desde 2009 esta conhecida sigla significa: BET Centro de Teste para Protecção contra Raios, Electrotecnia e Sistemas de Suporte. Gerador para ensaios de corrente de raio Com o gerador de ensaios concebido em 1994 e finalizado em 1996 é possivel realizar ensaios de corrente de raio até 200 ka. O gerador foi planeado e construído em parceria com a Escola Técnica Superior de Soest. Graças a um planeamento detalhado e acompanhamento científico na sua construção, ele funciona há 12 anos sem falhas e continua a cumprir as exigências atuais normativas sobre ensaios. A maior carga de trabalho do gerador de ensaios dá-se na hora de realizar ensaios aos produtos da unidade TBS. Nestes ensaios incluêm-se verificações a novos produtos, modificações realizadas a produtos existentes OBO e também testes de comparação com produtos da concorrência. Incluem-se os componentes de protecção contra descargas atmosféricas, dispositivos de protecção contra sobretensões e descarregadores atmosféricos. As verificações para componentes de protecção contra descargas atmosféricas são efectuadas conforme a norma DIN EN 50164-1, explosores equipotenciais conforme a norma DIN EN 50164-3 e os dispositivos de protecção contra sobretensões conforme a norma DIN EN 61643-11. Esta é apenas uma pequena parte das normas de ensaio mediante as quais se efectuam os testes no centro de ensaios BET. 16 OBO TBS
Auxiliares de planeamento em geral Gerador de corrente de raio Câmara de névoa salina Teste de carga s de ensaios para descarregadores de corrente de raio e sobretensões Assim como se podem realizar ensaios de corrente de raio, também podem ser efectuados testes com ondas de choque até 20 kv. estes ensaios é utilizado um gerador híbrido que também foi desenvolvido em parceria com a Escola Técnica Superior de Soest. Com este gerador de ensaios podem ser efetuadas verificações CEM nos sistemas de caminho de cabos. Podem ser testados sem dificuldades todos os tipos de sistemas de caminho de cabos e de condução de cabos até 8 m de comprimento. Entre outras, são efectuadas verificações à condutividade elétrica conforme a norma DIN EN 61537. Simulação de condições ambientais reais realizar ensaios de acordo com as normas em componentes que estão previstos para utilização em exteriores terão estes que ser previamente tratados em condições ambientais reais. Isto realiza-se numa câmara de névoa salina e noutra câmara de ensaios com atmosfera de dióxido de enxofre. Dependendo do teste, variam por exemplo a duração do ensaio e a concentração de névoa salina ou dióxido de enxofre nas câmaras de ensaio. Assim, é possível realizar ensaios conforme as normas IEC 60068-2-52, ISO 7253, ISO 9227 e EN ISO 6988. Verificação de sistemas de caminho de cabos Com a nova instalação de ensaios acreditada para a unidade KTS integrada no centro de ensaios BET é possivel ensaiar todos os sistemas de caminho de cabos fabricados pela OBO e comprovar a sua capacidade de carga. estes ensaios toma-se como base a norma DIN EN 61537 ou também a VDE 0639. Com o centro de ensaios BET a OBO Betterman dispõe de um departamento de teste, onde os produtos podem ser ensaiados de acordo com as normas, mesmo durante a fase de desenvolvimento. TBS OBO 17
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Índice, auxiliar de planeamento, fundamentos sobre a ligação equipotencial e sobre proteção contra descargas atmosféricas Normas para a proteção geral contra descargas atmosféricas 78 Função da proteção normalizada contra descargas atmosféricas 79 Classes de proteção contra descargas atmosféricas 80 Materiais para proteção exterior contra descargas atmosféricas 81 Ensaios de sistemas de proteção contra descargas atmosféricas 82 Ensaios de componentes/classes de teste 83 Distância de separação 84 Princípio de instalação, edifícios com telhado inclinado 87 Princípio de instalação, edifício com telhado plano 90 Princípio de instalação, edifício com estruturas sobre o telhado 94 Proteção isolada contra descargas atmosféricas 98 Sistema de pontas captoras OBO, isfang 102 Sistema OBO iscon 104 Planeamento de um dispositivo de descarga 106 TBS OBO 77
Normas para a proteção geral contra descargas atmosféricas Auxiliar de planeamento, ligação equipotencial e proteção contra descargas atmosféricas Na montagem de sistemas de proteção contra descargas atmosféricas devem-se considerar diferentes normas. Aqui encontra os regulamentos europeus mais importantes DIN EN 62305-1 (IEC 62305-1:2006) Proteção contra descargas atmosféricas parte 1: princípios gerais DIN EN 62305-2 (IEC 62305-2:2006) Proteção contra descargas atmosféricas parte 2: gestão de riscos DIN EN 62305-3 (IEC 62305-3:2006) Proteção contra descargas atmosféricas parte 3: Danos físicos em estruturas e riscos para a vida DIN EN 62305-4 (IEC 62305-4:2006) Proteção contra descargas atmosféricas parte 4: sistemas elétricos e eletrónicos em estruturass. DIN EN 50164-1 Componentes de proteção contra descargas atmosféricas Parte 1: Requisitos para os componentes de ligação. DIN 18014:2007 Elétrodo de terra de fundações Divisão da série de normas DIN EN 62305 (IEC 62305) Parte 1 Parte 2 Parte 3 Parte 4 Princípios gerais DIN VDE 0100-410:2007 (IEC 60364-4-41:2005) Instalações eléctricas de baixa tensão parte 4-41: medidas de proteção contra choques elétricos. DIN VDE 0100-443:2007 Instalações elétricas de baixa tensão parte 4-44: medidas de proteção proteção contra tensões perturbadoras e interferências eletromagnéticas secção 443: proteção contra sobretensões devidas a influências atmosféricas ou manobras de comutações. Gestão do risco, avaliação do risco de danos para edifícios Proteção de edifícios e de pessoas Proteção de sistemas elétricos e eletrónicos em estruturas 78 OBO TBS
Função da proteção normalizada contra descargas atmosféricas 1 = dispositivo captor, 2 = derivação, 3 = sistema de ligação à terra, 4 = ligação equipotencial Desafio: os elevados danos provocados por aprox. 2,5 milhões de raios* na Alemanha. As trovoadas são desde sempre um fenómeno natural fascinante. Simultaneamente, constitui um perigo a não subestimar para as pessoas e para o seu espaço. As diferenças de carga eléctrica entre as nuvens ou partes delas e a terra originam, especialmente nos meses de Verão, Julho e Agosto, a formação de frentes de trovoada. Os raios por nós observados constituem, na sua maioria, uma corrente negativa que flui das nuvens para a terra. Se um edifício for atingido por um raio, a descarga atmosférica aquece tanto o ponto de impacto como a alvenaria. Desta forma, constitui um considerável risco de incêndio. As quedas de raios causam anualmente danos no valor de várias centenas de milhões de euros. Os sistemas de proteção contra descargas atmosféricas instalados corretamente de acordo com os regulamentos oferecem uma proteção eficaz contra as quedas diretas de raios. *Fonte: www.blids.de A solução: proteção contra descargas atmosféricas da OBO de acordo com as normas europeias Um sistema de proteção contra descargas atmosféricas tem a função de captar todos os impactos de raios na estrutura do edifício. A descarga atmosférica deverá ser intercetada no ponto de impacto, desviada para a terra e distribuída no solo. A ideia é prevenir os efeitos térmicos, mecânicos ou eléctricos que causam danos na estrutura do edíficio a proteger ou nas pessoas através de tensões de passo e tensões de contacto perigosas no interior do edifício. Auxiliar de planeamento, ligação equipotencial e proteção contra descargas atmosféricas TBS OBO 79
Classes de proteção contra descargas atmosféricas Auxiliar de planeamento, ligação equipotencial e proteção contra descargas atmosféricas Atribuição das classes de proteção contra descargas atmosféricas Antes de iníciar o planeamento de um sistema de proteção contra descargas atmosféricas o objeto a proteger terá que ser englobado numa das quatro classes de proteção contra descargas atmosféricas. Nesta classificação, a máxima eficácia está na classe de proteção I com 99%, enquanto, a classe de proteção IV com 84% tem a eficácia mais baixa (ver tabela dos parâmetros de risco). Os custos inerentes à instalação de um sistema de proteção contra descargas atmosféricas (por ex. ângulo de proteção, distâncias entre malhas, separação entre derivações) são superiores em sistemas da classe de proteção I do que em sistemas da classe de proteção IV. A classe de proteção contra descargas atmosféricas é definida na avaliação do risco de danos conforme DIN EN 62305-2 (IEC 62305-2) sempre que não esteja regulada por regulamentos específicos. Uma outra possibilidade para determinar a classe de proteção contra descargas atmosféricas é dada pela diretiva VdS 2010 (Proteção orientada ao risco contra descargas atmosféricas e sobretensões) publicada pela GDV (Associação Alemã de Seguradoras). mais informações consulte Parâmetros de risco dependentes da classe de proteção contra descargas atmosféricas Classe de proteção contra descargas atmosféricas www.vds.de, a linha direta de apoio ao cliente OBO +351 219 253 220 ou www.obo.pt. Valor mín. da corrente de raio Valor máx. da corrente de raio Probabilidade de captação I 3 ka 200 ka 98 % II 5 ka 150 ka 95 % II 10 ka 100 ka 88 % IV 16 ka 100 ka 78 % Classes de proteção contra descargas atmosféricas baseadas na diretiva VdS 2010 Área de aplicação Atmosferas explosivas na indústria e na química Centros de cálculo, quarteis militares, centrais nucleares Instalações fotovoltaicas > 10 kw Museus, escolas, hotéis com mais de 60 camas Hospitais, igrejas, armazéns, centros de congressos para mais de 100 ou 200 pessoas Edifícios públicos, estabelecimentos comerciais, edifícios de escritórios e bancos com superfície superior a 2000 m² Edifícios residenciais com mais de 20 habitações, torres com altura superior a 22 m. Classe de proteção contra descargas atmosféricas II I III III III III III 80 OBO TBS
Materiais para proteção exterior contra descargas atmosféricas Materiais: exemplo de condutores redondos de 8 e ligadores rápidos Vario tipo 249 em aço (FT), aço inox (VA), cobre e alumínio Instalação correta com ligador bimetálico (alu/cobre) Instalação incorreta Condutor de alumínio corroído por instalação sopreposta na parede Matérias primas e materiais Na proteção exterior contra descargas atmosféricas são usados preferencialmente os seguintes materiais: aço galvanizado a quente, aço inoxidável (VA), cobre, alumínio. Corrosão Existe perigo de corrosão especialmente em ligações de diferentes materiais. Por esta razão, não podem ser montados componentes de cobre sobre superfícies galvanizadas ou sobre peças de alumínio, na medida em que, através da chuva ou de outras influências, partículas de cobre podem penetrar a superfície galvanizada. Na sequência, produz-se um elemento galvânico que acelera a corrosão na superfície de contacto. Exemplos Como se observa nos exemplos, a ligação em cobre no tubo de água em aço está corroída e poderá soltar-se. Se for necessária uma ligação entre dois materiais diferentes, cuja combinação não seja recomendada, podem ser usados ligadores bimetálicos. O exemplo mostra a aplicação de ligado- Tabela das combinações de materiais res bimetálicos numa caleira de cobre na qual está ligado um condutor redondo de alumínio. Locais com elevado perigo de corrosão como entradas no betão ou na terra terão que ser protegidos da corrosão. Nos pontos de união na terra terá que ser aplicada um revestimento adequado como proteção contra a corrosão. O alumínio não se deve colocar diretamente (sem um intervalo de distância) sobre, em ou por baixo do reboco, argamassa ou betão e também não pode ser colocado na terra - o nosso exemplo encima à direita apresenta as possíveis consequências. Na tabela "Combinações de materiais" são avaliadas as possíveis combinações de metal tendo em consideração a corrosão por contacto com o ar. Aço galvanizado por imersão a quente (FT) Alumínio (Alu) Cobre (Cu) Aço inoxidável (VA) Aço galvanizado por imersão a quente (FT) ++ O - O Alumínio (Alu) O ++ - O Cobre (Cu) - - ++ O Aço inoxidável (VA) O O O ++ Auxiliar de planeamento, ligação equipotencial e proteção contra descargas atmosféricas TBS OBO 81
Ensaios de sistemas de proteção contra descargas atmosféricas Auxiliar de planeamento, ligação equipotencial e proteção contra descargas atmosféricas Âmbito dos ensaios Além do ensaio de receção, a eficácia funcional dos sistemas de proteção contra descargas atmosféricas deve ser objeto de verificações periódicas regulares, para determinar eventuais falhas e nesse caso, corrigi-las. A verificação compreende o controlo dos registos técnicos assim como a inspeção e medição do sistema de proteção contra descargas atmosféricas. As verificações e manutenção devem realizar-se tendo como base a norma e as princípios técnicos da DIN VDE 0185-305 parte 3 (IEC 62305-3). Terão que ser considerados os seguintes pontos: as verificações compreendem também o controlo da proteção interna contra descargas atmosféricas. Isto inclui o controlo da ligação equipotencial de descargas atmosféricas e dos descarregadores de corrente de raio e sobretensões instalados. O relatório de testes ou livro de manutenção serve para o registo de testes e manutenção dos sistemas de proteção contra descargas atmosféricas e terá que ser atualizado ou recriado em cada verificação ou manutenção. Intervalos de tempo entre a repetição de ensaios Critérios de ensaio Controlo de todos os registos e documentação, incluindo as declarações de conformidade com as normas. Verificar o estado geral dos dispositivos de descarga e de captação assim como todos os componentes de ligação (sem ligações soltas), e a resistência de contacto. Verificação do sistema de ligação à terra e das resistências de terra incluindo transições e ligações. Verificar a proteção interna contra descargas atmosféricas incluindo descarregadores de sobretensões e fusíveis. Estado geral do grau de corrosão. Segurança da fixação dos cabos do SPDA e dos seus componentes. Documentação de todas as alterações e ampliações do SPDA assim como alterações na estrutura da construção. Classe de proteção contra descargas atmosféricas I e II Intervalo entre os ensaios completos 2 anos 4 anos Intervalo entre inspeções visuais em construções. 1 ano 2 anos Nota: sistemas críticos (por ex. sistemas em atmosferas explosivas) devem ser verificados anualmente. Classe de proteção contra descargas atmosféricas III e IV 82 OBO TBS
Ensaios de componentes/classes de teste Classes de teste de componentes de ligações Ligações (componentes testados para a proteção contra descargas atmosféricas) Os componentes para os sistemas de proteção contra descargas atmosféricas são testados conforme a norma DIN EN 50164-1 "Especificações para componentes de ligação" em termos de funcionamento. Após uma fase de acondicionamento de 10 dias no total, os componentes são submetidos a três correntes de choque. O dispositivo captor é testado com 3 x I imp 100 ka (10/350), o que corresponde à classe de teste H, os derivadores, através dos quais se pode repartir a corrente de raio (mín. dois derivadores), ensaiamse com 3 x I imp 50 ka (10/350), o que corresponde à classe de teste N. Classe de teste Testado com Aplicação H conforme DIN EN 50 164-1 3 x Iimp 100 ka (10/350) Sistema de captação N conforme DIN EN 50 164-1 3 x Iimp 50 ka (10/350) Múltiplas derivações através das quais se pode repartir a descarga atmosférica, no mínimo, duas derivações Auxiliar de planeamento, ligação equipotencial e proteção contra descargas atmosféricas TBS OBO 83
Distância de separação Distância correta de separação entre dispositivos de derivação e a câmara Auxiliar de planeamento, ligação equipotencial e proteção contra descargas atmosféricas Todos os componentes metálicos de um edifício assim como aparelhos elétricos e os seus cabos de alimentação devem ser inseridos na proteção contra descargas atmosféricas. Esta medida é necessária para evitar a perigosa formação de faíscas entre o sistema captor e a derivação, por um lado, e os elementos metálicos do edifício e os aparelhos elétricos, por outro. O que é a distância de separação? Se a distância entre o condutor da descarga atmosférica e os componentes metálicos do edifício, é suficientemente grande, o perigo de formação de faíscas está praticamente excluído. Esta distância é designada como distância de separação (s). Componentes com ligação direta com o sistema de proteção contra descargas atmosféricas Em edifícios com paredes e telhados reforçados de ligação contínua ou com fachadas metálicas interligadas e telhados metálicos não é necessário manter a distância de separação. Os componentes metálicos que não possuem continuidade elétrica para o edifício a proteger e cuja distância ao condutor da proteção exterior contra descargas atmosféricas for menor do que um metro deverão ser ligados diretamente ao sistema de proteção contra descargas atmosféricas. Entre eles, encontram-se por exemplo, as grelhas metálicas, as portas, tubos (com conteúdo não inflamável ou explosivo), revestimentos metálicos de fachada, etc. Exemplo de aplicação 1 Situação: construções metálicas como grades, janelas, portas, tubos (com conteúdo não inflamável ou explosivo) ou elementos da fachada sem continuidade elétrica para o edifício. Solução: ligar os elementos metálicos ao sistema de proteção contra descargas atmosféricas. Exemplo de aplicação 2 Situação: sistemas de ar condicionado, instalações fotovoltaicas, sensores/atuadores eléctricos ou tubos de ventilação metálicos com continuidade elétrica para o edifício. Solução: isolar através da distância de separação. 84 OBO TBS
Calcular a distância de separação com fórmula Distância correta de separação entre dispositivo captor e o sistema SAT O cálculo realiza-se mediante esta fórmula Cálculo da distância de separação conforme a norma DIN EN 62305-3 (IEC 62305-3) Passo 1: determine o valor do coeficiente k i k i é dependente da classe de proteção selecionada para o sistema de proteção contra descargas atmosféricas. Classe de proteção I = 0,08 k i Classe de proteção II = 0,06 k i Classe de proteção III, IV = 0,04 k i Passo 2: determine o valor do coeficiente k c (sistema simplificado) k c é dependente da corrente de raio que flui pelas derivações: 1 derivação Elétrodo de terra tipo A = 1 Elétrodo de terra tipo B = 1 2 derivações Elétrodo de terra tipo A = 0,66 Elétrodo de terra tipo B = 0,5... 1 3 derivações e mais Elétrodo de terra tipo A = 0,44 Elétrodo de terra tipo B = 0,25... 0,5 Passo 3: determine o valor do coeficiente k m k m é dependente do material do isolamento elétrico. Material ar = 1 Material betão, telhas = 0,5 Passo 4: determine o valor L L é a distância vertical do ponto a partir do qual a distância de separação s deve ser calculada até ao ponto mais próximo da ligação equipotencial. Exemplo: Edifício com mais de 4 derivações Classe de proteção contra descargas atmosféricas III distância máxima L = 10 m de altura k i = 0,05 m k m = betão, telhas = 0,5 Distância de separação = 0,44 m Auxiliar de planeamento, ligação equipotencial e proteção contra descargas atmosféricas TBS OBO 85
Planeamento de um sistema captor Auxiliar de planeamento, ligação equipotencial e proteção contra descargas atmosféricas O dispositivo captor é a parte da proteção exterior contra descargas atmosféricas responsável pela captação do impacto de raios. De uma forma geral, os dispositivos de captura devem-se instalar de modo a que as esquinas e os bordos da construção sejam especialmente protegidos. 1.ª Pergunta: De que tipo de edifício se trata? O método de proteção depende de cada tipo de edifício. edifícios com telhado inclinados opte pelo método do ângulo de proteção. casas com telhado plano utilize o método de malha. edifícios com telhado plano e estruturas sobre o mesmo combinam-se ambos os métodos. 2.ª Pergunta: Que classe de proteção contra descargas atmosféricas se aplica ao edifício? Antes do planeamento de um sistema de proteção contra descargas atmosféricas deve-se definir a classe de protecção do edifício a proteger. Segundo as normas vigentes, para determinar a classe de proteção são necessários conhecimentos detalhados do edifício e dos fatores de risco daí resultantes. Ao utilizar a tabela 3 da diretiva VdS 2010 pode-se realizar uma classificação sem estes conhecimentos detalhados ou fatores de risco. Assim, por exemplo, para um edifício público administrativo, recomenda-se uma proteção contra descargas atmosféricas da classe III. 86 OBO TBS
Princípio de instalação, edifício com telhado inclinado Instalação perfeita de proteção contra descargas atmosféricas num edifício de telhado inclinado Componentes do sistema 1 Abraçadeira de condutores para telha de cumeeira 2 Ligador rápido Vario 3 Abraçadeira de condutor para telhado 4 Condutor redondo 5 Varetas isolantes 6 Bornes 7 Abraçadeiras para tubo 8 Ligadores de goteira Auxiliar de planeamento, ligação equipotencial e proteção contra descargas atmosféricas TBS OBO 87
Princípio de instalação, edifício com telhado inclinado 1.º passo: determine a altura do edifício Determine a altura da cumeeira do edifício (ver esquema: h). Esta altura é o ponto de partida para o planeamento de todo o sistema de proteção contra descargas atmosféricas. Sobre a cumeeira é colocado o condutor da cumeeira que formará assim, a "espinha dorsal" do dispositivo captor. No nosso exemplo a altura do edifício é de 9 m. Auxiliar de planeamento, ligação equipotencial e proteção contra descargas atmosféricas 2.º passo: determine o ângulo de protecção α A altura do edifício (neste caso: 9 m) é anota-se no eixo horizontal do diagrama (ver gráfico adjacente). De seguida, trace uma linha vertical para cima até cortar com a curva da classe de protecção correspondente (neste caso: III). No eixo vertical pode ler o ângulo de proteção α. No nosso exemplo consiste em 62. Atribua o ângulo de proteção para o edifício. Todas as partes do edifício dentro deste ângulo estão protegidas (ver figura adjacente). 1 = altura do edifício h, 2 = área protegida, α = ângulo de proteção contra descargas atmosféricas, h = altura da queda, I / II / III / IV = classes de proteção contra descargas atmosféricas 1 = α = ângulo de proteção contra descargas atmosféricas, 2 = altura da cumeeira, 3 = classe de proteção contra descargas atmosféricas 88 OBO TBS
Princípio de instalação, edifício com telhado inclinado 3.º passo: partes do edifício fora do ângulo de proteção As partes do edifício que se encontram fora do ângulo de proteção terão que ser protegidas em separado. No nosso exemplo, a chaminé tem um diâmetro de 70 cm e necessita para isso de uma haste captora de 1,50 m de comprimento. Tenha em atenção, em qualquer caso, o comprimento das diagonais como descrito nas páginas seguintes. As janelas dos quartos possuem um condutor de cumeeira próprio. 1 = ter em atenção a diagonal 4.º passo: completar o dispositivo captor Conduza o dispositivo captor para baixo em direcção ao dispositivo de derivação. As extremidades do condutor da cumeeira deverão estar salientes e deverão ser arqueadas aprox. 0,15 m para cima. Assim, em todo o caso estão também protegidos os alpendres eventualmente projetados. Auxiliar de planeamento, ligação equipotencial e proteção contra descargas atmosféricas TBS OBO 89
Princípio de instalação, edifício com telhado plano Auxiliar de planeamento, ligação equipotencial e proteção contra descargas atmosféricas Um edifício com telhado plano corretamente protegido Componentes do sistema 1 Bornes 2 Componentes de interligação 3 Abraçadeira de condutor para cobertura 4 Abraçadeira de condutor 5 Captores isolados 6 Bases 7 Hastes captoras 8 FangFix 9 Juntas de dilatação 10 Ligador rápido Vario 11 Condutor redondo 90 OBO TBS
Princípio de instalação, edifício com telhado plano 1 = bornes, 2 = componentes de interligação, 3 = abraçadeira de telhado Chapas de revestimento do parapeito como parte integrante do sistema captor As chapas do parapeito podem ser utilizadas como componentes naturais da captção, se possuírem uma espessura mínima como indicado na tabela abaixo e se estiverem ligadas eletricamente entre si. Espessura dos materiais Material, por ex. da chapa do parapeito Como ligações elétricas válidas, entendem-se aquelas realizadas mediante soldadura forte, soldadura, uniões por pressão, parafusos ou rebitagem. Segundo as normas aplicáveis, as distintas chapas do parapeito podem ser ligadas também com peças de interligação em ponte e os correspondentes parafusos ou rebites (ver tabela inferior) Espessura (t) em FE 0,5 4 Cu 0,5 5 Al 0,65 7 Fixação do componente de ligação em ponte Quantidade 5 rebites 3,5 4 rebites 5 2 rebites 6 2 parafusos de chapa 6,3 Espessura (t) sem riscos de fundição, sobreaquecimento ou ignição no ponto de impacto do raio em Diâmetro em Auxiliar de planeamento, ligação equipotencial e proteção contra descargas atmosféricas TBS OBO 91
Princípio de instalação, edifício com telhado plano 1.º passo: colocação do sistema captor parte 1 Em primeiro lugar, é colocado um condutor redondo, em todos os pontos de impacto primários, como cumeeiras, rincões ou esquinas. Defina a área protegida como se segue: Transfira a altura do edifício para o diagrama e leia o ângulo de proteção. No nosso exemplo este é de 60 com uma classe de protecção III e para um edifício com altura a- té 10 m. Atribua o ângulo de proteção ao edifício. Todas as partes do edifício dentro deste ângulo estão protegidas. 1 = área protegida Auxiliar de planeamento, ligação equipotencial e proteção contra descargas atmosféricas Zona de proteção segundo as classes 1 = α = ângulo de proteção contra descargas atmosféricas, 2 = altura do parapeito, 3 = classe de proteção contra descargas atmosféricas Altura da haste captora 1 2 3 4 5 6 8 10 12 14 16 18 20 Classe 2, zona de proteção a em m Classe 3, zona de proteção a em m 2,9 5,8 8,7 10,4 10,7 11,2 12,8 13,7 14,3 15,0 15,4 15,1 15,0 3,4 6,9 10,4 12,3 13,7 14,8 16,4 18,0 19,2 19,9 21,2 21,4 22,2 92 OBO TBS
Princípio de instalação, edifício com telhado plano 2.º Passo: colocação das malhas Segundo a classe de proteção contra descargas atmosféricas do edifício aplicam-se diferentes medidas da malha. No nosso exemplo, o edifício tem uma proteção contra descargas atmosféricas da classe III. Deste modo, o tamanho da malha de 15 x 15 m não deve ser ultrapassado. Se o comprimento total l, como no nosso exemplo, for superior a 20 m, deve incorporar-se adicionalmente uma junta de dilatação para as alterações de comprimento condicionadas pela temperatura. Amplitude das malhas conforme a classe de proteção contra descargas atmosféricas Classe I = 5 x 5 m Classe II = 10 x 10 m Classe III = 15 x 15 m Classe IV = 20 x 20 m Proteção contra impactos lateraisl Em edifícios com uma altura a partir de 60 m e com risco de danos elevados (por ex. em dispositivos elétricos ou eletrónicos), recomenda-se a montagem de um circuito em anel de proteção contra impactos laterais. O anel é instalado a 80 % da altura total do edifício e a amplitude da malha depende como na instalação no telhado da classe de proteção contra descargas atmosféricas, por ex. com proteção contra descargas atmosféricas da classe III a amplitude da malha será de 15 x 15 m. 1 = altura do edifício > 60 m Auxiliar de planeamento, ligação equipotencial e proteção contra descargas atmosféricas TBS OBO 93
Princípio de instalação, edifício com estruturas sobre o telhado Auxiliar de planeamento, ligação equipotencial e proteção contra descargas atmosféricas Instalação fotovoltaica protegida com duas hastes captoras (no caso de elevadas forças de vento com varetas isolantes) Componentes do sistema 1 Hastes captoras 2 Varetas isolantes 3 Junta de dilatação 4 Ligador rápido Vario 94 OBO TBS
Princípio de instalação, edifício com estruturas sobre o telhado 1 = área protegida, α = ângulo de proteção, h = altura da haste captora Ângulo de proteção usando o exemplo de uma haste captora para uma clarabóia 1.º passo: método do ângulo de proteção para estruturas de telhado Protegeu bem o edifício com telhado plano, como no 2º exemplo. Adicionalmente, também se devem proteger todas as estruturas do telhado através de hastes captoras. isso é necessário ter em conta "s" distância de separação. Se a estrutura tiver continuidade elétrica no edifício (por ex. através de um tubo de aço inox ligado ao sistema de ventilação ou ar condicionado), deve então respeitar a distância de separação. A haste captora deve colocar-se a uma certa distância do objecto a proteger (ver abaixo). Em todos os outros casos (por ex. clarabóia sem motorização ou chaminé de tijolos) a haste captora deve ser instalada o mais próximo possível do objecto a proteger. 2.º Passo: proteger todo o equipamento de telhado com uma haste captora individual O ângulo de proteção para hastes captoras varia em função da classe de proteção contra descargas atmosféricas. as hastes captoras mais utilizadas até 2 m de comprimento encontra na tabela o ângulo de proteção α. Ângulo de proteção segundo a classe de proteção contra descargas atmosféricas Classe de proteção I 70 II 72 III 76 IV 79 Ângulo de proteção α para hastes captoras até 2 m de comprimento Auxiliar de planeamento, ligação equipotencial e proteção contra descargas atmosféricas TBS OBO 95
Princípio de instalação, edifício com estruturas sobre o telhado Classificação de zonas pela força do vento na Alemanha Auxiliar de planeamento, ligação equipotencial e proteção contra descargas atmosféricas 3.º passo: determinar a força do vento Utilize a tabela para determinar quantas bases necessita para a montagem segura da haste captora. Os valores desta tabela referem-se à fixação de hastes captoras com redução, da série OBO 101/V com sistema FangFix. Bases FangFix conforme as zonas de vento e a altura das hastes captoras Zona 1: regiões com relevos até 600 m acima do nível médio do mar Zona 2: planícies Zona 3: costa maritíma Haste captora com 1,5 m de altura 1 x 10 1 x 10 1 x 16 1 x 16 Haste captora com 2 m de altura 1 x 16 1 x 16 1 x 16 e 1x 10 Haste captora com 2,5 de altura 1 x 16 1 x 16 e 1 x 10 2 x 16 Haste captora com 3 m de altura 2 x 16 2 x 16 2 x 16 e 1 x 10 Zona 4: ilhas 1 x 16 e 1 x 10 2 x 16 e 1 x 10 a pedido Haste captora com 3,5 de altura 2 x 16 3 x 16 a pedido a pedido Haste captora com 4 m de altura 2 x 16 e 1 x 10 3 x 16 e 1 x 10 a pedido a pedido 96 OBO TBS
Princípio de instalação, edifício com estruturas sobre o telhado 4.º passo: proteger o equipamento de telhado com várias hastes captoras Se utilizar várias hastes captoras para proteger um objeto, terá que ter em conta a profundidade de penetração entre elas. fazer um cálculo preciso utilize a seguinte fórmula: p = profundidade de penetração, R = raio da esfera fictícia, d = distância do dispositivo captor Tabela 2: profundidade de penetração de acordo com a classe de proteção contra descargas atmosféricas segundo DIN EN 62305 Distância do sistema captor (d) em m Profundidade de penetração Classe de proteção I Esfera fictícia: R=20 m Profundidade de penetração Classe de proteção II Esfera fictícia: R=30 m Profundidade de penetração Classe de proteção III Esfera ficticia: R=45 m 2 0,03 0,02 0,01 0,01 3 0,06 0,04 0,03 0,02 4 0,10 0,07 0,04 0,04 5 0,16 0,10 0,07 0,05 10 0,64 0,42 0,28 0,21 15 1,46 0,96 0,63 0,47 20 2,68 1,72 1,13 0,84 Profundidade de penetração Classe de proteção IV Esfera fictícia: R=60 m Auxiliar de planeamento, ligação equipotencial e proteção contra descargas atmosféricas TBS OBO 97