Sistemas prediais de proteo contra descargas atmosfricas - spda

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    22-May-2015

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  • 1. PCC-2466 SISTEMAS PREDIAIS IISistemas Prediais de Proteo contraDescargas Atmosfricas - SPDA

2. SISTEMA DE PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICAS Conceituao de SPDA NBR 5419/2001 Sistema completo destinado a proteger uma estrutura contra os efeitos das descargas atmosfricas. composto de um sistema externo e de um sistema interno de proteo. Sistema externo de proteo: sistema que consiste em subsistema de captores, subsistema de condutores de descida e susbistema de aterramento. Sistema interno de proteo: conjunto de dispositivos que reduzem os efeitos eltricos e magnticos da corrente de descarga atmosfrica dentro do volume a proteger (DPS dispositivo de proteo contra surtos).PCC-2466 - Sistemas Prediais II 2 3. SISTEMA DE PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICAS Conceitos Bsicos Descarga atmosfrica - descarga eltrica de origem atmosfrica entre uma nuvem e a terra ou entre nuvens, consistindo em um ou mais impulsos de vrios quiloamperes. Raio - um dos impulsos eltricos de uma descarga atmosfrica para a terra. Relmpago - luz gerada pelo arco eltrico do raio. Trovo - rudo produzido pelo deslocamento do ar devido ao sbito aquecimento causado pela descarga do raio.PCC-2466 - Sistemas Prediais II 3 4. SISTEMA DE PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICAS Formao das cargas nas nuvens A forma mais comum de explicar a formao dascargas e o modelo das nuvens a representao bi-polar: a nuvem como um enorme bipolo com cargaspositivas na parte superior e as negativas na inferior. A nuvem carregada, induz no solo cargas positivas,que ocupam uma rea correspondente ao tamanho danuvem. Como a nuvem arrastada pelo vento, aregio de cargas positivas no solo acompanha odeslocamento dela, formando uma forma de sombrade cargas positivas que seguem a nuvem.PCC-2466 - Sistemas Prediais II 4 5. SISTEMA DE PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICAS Induo de cargas positivas no solo + + + + + + + + Esse bipolo tem uma altura de---------- 10 a 15 km e extenso de alguns km2. A diferena de temperatura entre a base e o teto da nuvem (65 a 70o C) provoca a formao+de correntes ascendentes no+ ++centroda nuvem e + descendentes nas bordas. Essas+ ++ correntes de ar deslocando as partculas provocaria o atrito e+conseqente carregamento,+formando o bipolo.++ + + + + + + + + +PCC-2466 - Sistemas Prediais II 5 6. SISTEMA DE PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICASFormao das descarga atmosfricas Ocorre um raio quando a diferena de potencial entre a nuvem e asuperfcie da Terra ou entre duas nuvens suficiente para ionizar o ar;os tomos do ar perdem alguns de seus eltrons e tem incio a umacorrente eltrica (descarga).PCC-2466 - Sistemas Prediais II6 7. SISTEMA DE PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICAS Ao dos raios em seres vivos Uma descarga penetrando o solo pode gerar umgradiente de potencial perigoso para as pessoas eanimais. TensodepassoDiferena de potencial Gradiente de potencial do soloPCC-2466 - Sistemas Prediais II7 8. SISTEMA DE PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICAS Pra-raios Como funcionam? As descargas eltricas das nuvens de tempestades se dirigem para o solo. Um campo eltrico que sai do pra-raios intercepta a carga e completa um circuito. O resultado uma grandecarga de eletricidade,chamada de raio. O pra-raios dissipa estacarga ao lev-la para o solo. PCC-2466 - Sistemas Prediais II8 9. SISTEMA DE PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICAS Pra-raios um SPDA que tem como objetivoencaminhar a energia do raio, desde oponto que ele atinge a edificao at oaterramento, o mais rpido e seguropossvel. O SPDA no pra o raio, no atrai raios enem evita que o raio caia. O SPDA protege o patrimnio (edificao)e as pessoas que esto dentro daedificao que protegida.PCC-2466 - Sistemas Prediais II 9 10. SISTEMA DE PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICAS Funes do SPDA Neutralizar, pelo poder de atrao das pontas, o crescimento do gradiente de potencial eltrico entre o solo e as nuvens, por meio do permanente escoamento de cargas eltricas do meio ambiente para a terra. Oferecer descarga eltrica que for cair em suasproximidades um caminho preferencial, reduzindo osriscos de sua incidncia sobre as estruturas.Um pra-raio corretamente instalado reduzsignificativamente os perigos e os riscos dedanos, pois captar os raios que iriam cair nasproximidades de sua instalao.PCC-2466 - Sistemas Prediais II 10 11. SISTEMA DE PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICAS Tipos de SPDA Existem basicamente dois tipos de SPDA Pontas ou Hastes Gaiola de FaradayOs sistemas que utilizam o efeito das pontas somais econmicos, mas para edifcios longos,como fbricas, o princpio da gaiola pode setornar mais econmico. E no caso de edifciosdestinados a equipamentos eletrnicos torna-seindispensvel.PCC-2466 - Sistemas Prediais II11 12. SISTEMA DE PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICAS Tipos de SPDA Hastes ou do tipo Franklin O mtodo proposto por Franklin tem por base uma hasteelevada. Esta haste, em forma de ponta, produz, sob anuvem carregada, uma alta concentrao de cargaseltricas, juntamente com um campo eltrico intenso.Isto produz a ionizao do ar diminuindo a altura efetivade nuvem carregada, o que propicia o raio atravs dorompimento da rigidez dieltrica da camada de ar. Utiliza a propriedade das pontas metlicas de propiciar oescoamento das cargas eltricas para a atmosfera,chamado de poder das pontas.PCC-2466 - Sistemas Prediais II12 13. SISTEMA DE PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICASTipos de SPDA Hastes ou+ + + + + + +do tipo Franklin_ _ _ _ _ __ __ _ Raio Campo eltrico intenso + +haste + + + +_ _ _ _ _ + + + + + + + + + + Solo_ _ _ __PCC-2466 - Sistemas Prediais II 13 14. SISTEMA DE PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICASTipos de SPDA Hastes ou do tipo FranklinFormado por ummastrogalvanizado,suportes isoladorespara o mastro,base de fixao eum condutor dedescida que leva adescarga eltricaat a malha deaterramento.PCC-2466 - Sistemas Prediais II 14 15. SISTEMA DE PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICAS Tipos de SPDA Hastes ou do tipo Franklin O raio captado pela haste transportado pelo cabo de descida e escoado na terra pelo sistema de aterramento. Se o dimetro do cabo de descida, conexes e aterramento no forem adequados, as tenses ao longo do sistema que constitui o pra-raios sero elevadas e a segurana estar comprometida. Ao se instalar um sistema de proteo com pra-raios, deve-se ter sempre o princpio bsico da proteo: prefervel no ter pra-raios do que ter um mal dimensionado ou mal instalado.PCC-2466 - Sistemas Prediais II15 16. SISTEMA DE PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICASComponentes do sistema tipo Franklin Captor principal componente do pra-raios, formado por trs pontas ou mais de ao inoxidvel ou cobre. denominado de ponta. Mastro ou haste o suporte do captor, constitudode um tubo de cobre de comprimento igual a 5 m e com55 mm de dimetro. A sua funo suportar o captor eservir de condutor metlico. Isolador a base de fixao do mastro ou haste. Emgeral, de porcelana vitrificada ou de vidro temperadopara nvel de tenso de 10 KV. Condutor de descida o condutor que faz ligaoentre o captor e o eletrodo de terra. PCC-2466 - Sistemas Prediais II16 17. SISTEMA DE PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICASComponentes do sistema tipo Franklin Condutor de descida Tem a funo de conduzir o raio desde o captor at o sistema de aterramento. Esta conduo dever ser feita de modo a no causar dano na estrutura protegida, manter os potenciais abaixo do nvel de segurana e no produzir faiscamentos laterais com estruturas metlicas vizinhas. Deve ser contnuo. Se no for possvel, usar emendas metalizadas. Estas emendas devem ter seo maior ou igual ao cabo de descida. Os condutores de descida devem ser instalados nos cantos principais da edificao e ao longo das fachadas, de acordo com o nvel de proteo. PCC-2466 - Sistemas Prediais II 17 18. SISTEMA DE PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICASComponentes do sistema tipo Franklin Condutor de descidaNopermitidopermitido No caso de edifcios com osandares superioresembalano, no permitidoque o condutor de descidacontorne o balano. Poderiapor em risco a segurana deuma pessoa que aestivesse. Neste caso obrigatrio que o condutorde descida passe por umlocal protegido como umpoo interno, por exemplo. PCC-2466 - Sistemas Prediais II18 19. SISTEMA DE PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICASComponentes do sistema tipo Franklin A armadura de concreto como condutor de descida As armaduras de concreto armado podem serconsideradas condutores de descida naturais,desde que: Cerca de 50% dos cruzamentos de barras daarmadura,incluindo os estribos,estejamfirmemente amarrados com arame de ao torcido eas barras na regio de trespasse apresentemcomprimento de sobreposio de no mnimo 20dimetros, igualmente amarrados com arame deao torcido, ou soldadas, ou interligadas porconexo mecnica adequada. PCC-2466 - Sistemas Prediais II19 20. SISTEMA DE PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICASComponentes do sistema tipo Franklin Eletrodo de terra o condutor de descida conectado na sua extremidade inferior a trs ou mais eletrodos de terra, cujo valor da resistncia de aterramento no dever ser superior a 10 ohms, na pior poca do ano (perodo seco) para instalaes em geral e de 1 ohm para edificaes destinadas a materiais explosivos ou facilmente inflamveis. A funo do aterramento nos SPDA dissipar nosolo as correntes dos raios recebidas peloscaptores e conduzidas pelas descidas. Quando dadissipao devem ser satisfeitas as seguintescondies: PCC-2466 - Sistemas Prediais II 20 21. SISTEMA DE PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICASAterramento No devem surgir diferenas de potencial entre equipamentosou partes de um mesmo equipamento; No devem surgir no solo diferenas de potencial que causemtenses de passo perigosas s pessoas; No devem surgir entre as partes metlicas e o solodiferenas de potencial que causem tenses de toque oudescarga laterais s pessoas. Para que estas condies sejam atendidas deve-se equalizar os referenciais de potencial das diferentes entradas (fora e telefone, por exemplo) de modo que no surjam diferenas de potencial perigosas aos equipamentos. PCC-2466 - Sistemas Prediais II21 22. SISTEMA DE PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICASComponentes do sistema tipo Franklin Conexo de medio conexo desmontveldestinada a permitir a medio da resistncia deaterramento. Deve ser instalada a 2 m ou mais acima donvel do solo. PCC-2466 - Sistemas Prediais II 22 23. SISTEMA DE PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICAS Tipos de SPDA Gaiola de Faraday O princpio bsico da proteo de MichaelFaraday (1791-1867) usar os condutores decaptura em forma de anel. uma proteo eficiente e largamente adotada.Para melhorar a sua eficincia, pode ser usadaem conjunto com a proteo tipo Franklin.PCC-2466 - Sistemas Prediais II 23 24. SISTEMA DE PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICASTipos de SPDA Gaiola de Faraday formada por umcaptor, cabos decobre no formato deuma malha,suportes isoladorese tubos de proteopara os condutoresde descida at osolo.PCC-2466 - Sistemas Prediais II 24 25. SISTEMA DE PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICAS Largura do mdulo da malha da Gaiola de FaradayLargura do mdula da malhaNvel de proteoDistncia mximados espaamentos I5m II e III10 m IV20 m O mdulo da malha dever constituir um anel fechado, com ocomprimento no superior ao dobro da sua largura.PCC-2466 - Sistemas Prediais II 25 26. SISTEMA DE PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICAS Classificao de Estruturas (NBR 5419/2001)Classificao da Tipo de estrutura Nvel de estrutura proteo ResidnciasIII Fazendas, estabelecimento agropecurios III ou IV Teatros, escolas, lojas de departamentos, reasII esportivas e igrejasEstruturas comuns Bancos, companhias de seguro, companhias II comerciais e outros Hospitais, casa de repouso e prises II Indstrias III Museus, locais arqueolgicos IIEstruturas com risco Estaes de telecomunicao, usinas eltricas IconfinadoindustriaisEstruturas com risco Refinarias, postos de combustvel, fbricas deIpara os arredoresfogos, fbricas de munioEstruturas com risco Indstrias qumicas, usinas nucleares, laboratrios Ipara o meio ambiente bioqumicosPCC-2466 - Sistemas Prediais II26 27. SISTEMA DE PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICASTipos de SPDA Pra-raios radioativo Sua ao ativa produzida pelos elementos radioativo que bombardeiam o ar, ionizando-o. Esta ao radioativa ocorre permanentemente durante toda a vida til do pra-raios. semelhante ao pra-raios de Franklin. No seu captor so colocados os elementos (material) radioativos. Inicialmente era utilizado o elemento radioativo Rdio-266 que emite partculas alfa (ncleos de Hlio), mas como existe sempre em equilbrio com o Radnio-222, gs nobre e altamente difusvel, foi abandonado por emitir radiaes alfa e gama. Atualmente tem sido utilizado elementos sintticos, como o transurnico Amercio 241, que praticamente no emite radiaes gama.PCC-2466 - Sistemas Prediais II27 28. SISTEMA DE PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICASTipos de SPDA Abolio do pra-raios radioativo no Brasil A zona espacial de proteo no muito maior que a do pra-raios tipo Franklin. Risco na armazenagem e manuseio durante a instalao . Risco no uso indiscriminado de pra-raios nos edifcios com alturas distintas. Vida til do elemento radioativo (mdia de 450 anos), muito maior que a vida til do edifcio e dos elementos que compem o pra-raio. Quando o pra-raios ficar velho e fora de uso, onde guardar a carcaa radioativa?PCC-2466 - Sistemas Prediais II28 29. SISTEMA DE PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICAS Proteo de instalaes especiais reas esportivas As reas esportivas, camping, piscinas, estdios etc. devem ser protegidas. A soluo mais simples a proteo por meio de terminais em mastros de bandeira, ou torre de holofotes ou reservatrios de gua. O nmero de terminais depende do caso especfico (natureza, importncia, rea).PCC-2466 - Sistemas Prediais II29 30. SISTEMA DE PROTEO CONTRA DESCARGAS ATMOSFRICAS Proteo de instalaes especiais Igrejas So muito sujeitas s descargas atmosfricas, por causa da sua altura e das massas metlicas (sino) existentes nas torres. A torre do sino deve ser dotada de um captor, ao qual deve ser ligado massa dos sinos, carrilhes ou relgios que existam. Se no alto existirem esttuas ou cruz, tambm estas devem ter um captor; se forem metlicas, elas mesmas devem participar do sistema.PCC-2466 - Sistemas Prediais II 30 31. Referncias NBR 5419/2001: Proteo de estruturas contra descargas atmosfricas. VISACRO Filho, S. Descargas atmosfricas: uma abordagem de engenharia. So Paulo: Artiber Editora, 2005. KIDERMANN, G. Descargas atmosfricas: uma abordagem de engenharia. So Paulo: ABDR Editora, 1997. http://www.pea.usp.br/ext/pea2402/spda.pdf.PCC-2466 - Sistemas Prediais II31

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