LAUDO DE AVALIAÇÃO DE NECESSIDADE E PROJETO DAS INSTALAÇÕES DO SPDA
1 METODO DE ANALISE DA NECESSIDADE DE INSTALAÇÃO DE UM SPDA A probabilidade de uma estrutura ser atiginda por um raio em um ano é densidade de descargas atmosfericas para a terra pela area de exposição da estrutura. A densidade de descargas atmosfericas( Ng ) é pode ser estimado pela equação 1.1. Leva em consideração os dias de trovoadas por ano( Td ) discriminado pelo mapa da imagem 1.
1.1
Td – dias de trovoada por ano
Figura 1 – Mapa de curvas Isocerâunicas – Região Sudeste Fonte: ABNT NBR 5419:2005
A área de exposição equivalente ( Ae ) é adequadamente prolongada para levar em conta a sua altura portanto consegue-se esse valor atravez da equação 1.2 .
1.2
L – Largura total da estrututa W – Comprimento total da estrutura H – Altura maxima da estrutura
A equação 1.3 fornce então a frequência média anual previsível
( Nd ) sobre uma estrutura
utilizando os valores obtidos pelas equações 1.1 e 1.2 .
1.3
A Norma ABNT NBR 5419:2005 atesta limites para a frequencia admissiveis de danos ( Nc ) para fim de comparação para a avaliação geral de riscos que influenciara a decisao de intalação ou não do SPDA. Para riscos maiores que Nc = para Nc =
por ano, são considerados inaceitaveis e portanto deve haver uma proteção, já
por ano, são considerados, em geral, aceitáveis atestando a não necessidade de uma
proteção por causa da probabilidade de raios atingirem a o volume a ser protegido. A tabela 1 demonstra claramente como se deve avaliar N dc obtido apartir da equação 1.4 entre os limites estabelecidos por Nc .
Tabela 1 – Limites de avaliação de necessidade de uma estrutura de SPDA
Limite
Avaliação
> Ndc > Ndc Ndc ≥
≤
A estrutura requer um SPDA A conveniencia de um SPDA deve ser justificada A estrutura dispensa um SPDA
O Valor Ndc é obtido atravez da equação 1.4, que leva em consideração diferentes fatores que levaram a ponderação mais a caso da necessidade do SPDA. Fatores esses definitos peças tabelas presentes no Anexo B da Norma da ABNT, como as tabelas a seguir.
1.4
Tabela 2 – Fator A: Tipo de ocupação da estrutura
Tipo de Ocupação
Fator A
Casas e outras estruturas de porte equivalente
0,3
Casas e outras estruturas de porte equivalente com antena externa
0,7
Fábricas, oficinase laboratórios
1,0
Edifícios de escritórios, hóteis e apartamentos, e outros edifícios residenciais não incluidos abaixo.
1,2
Locais de afluencia de público ( por exemplo: igrejas, pavilões, teatros, museus, exposições, lojas
1,3
de departamento, correios, estações e aeroportos, estádios de esporte) Escola, Hospitais, Creches e outras instituições, estruturas de multiplas atividades
1,7
Fonte: ABNT NBR 5419:2005
Tabela 3 – Fator B: Tipo de construção da Estrutura
Tipo da Construção
Fator B
Estrutra de aço revestida, com cobertura não metálica
0,2
Estrutra de concreto armado, com cobertura não metálica
0,4
Estrutra de aço revestida, ou de concreto armado, com cobertura metálica
0,8
Estrutra de alvenaria ou concreto simples, com qualquer cobertura, exceto metálica ou palha
1,0
Estrutra de madeira, ou revestida de madeira, com qualquer cobertura, exceto metálica ou palha
1,4
Estrutura de madeira, alvenaria ou concreto simples, com cobertura metálica
1,7
Qualquer estrutura com teto de palha
2,0
Fonte: ABNT NBR 5419:2005
Tabela 4 – Fator C: Conteudo da estrutura ou efeitos indiretos das descargas atmosfericas
Conteudo da estrutura ou efeitos indiretos Residencias comuns, edifícios de escritório, fábricas e oficinas que não contenha objetos de valor
Fator C 0,3
ou particularmente sucetíveis a dano. Estruturas industriais ou agrícolas contenco objetos particularmente sujeito a danos
0,8
Subestação de energia elétrica, usinas a gás, centrais telefônicas, estações de rádio
1,0
Industrias estratégicas, monumentos antigos e prédios históricos, museus, galerias de arte e
1,3
outras estruturas com objetivo de valor especial Escolas, Hospitais, creches e outras instituições, locais de afluência de público
1,7
Fonte: ABNT NBR 5419:2005
Tabela 5 – Fator D: Localização da estrutura
Localização Estrutura localizada em uma grande área contendo estruturas ou árvores da mesma altura ou mais altas (por exemplo: em grandes cidades ou em florestas) Estrutura localizada em uma área contendo poucas estruturas ou árvores de altura similar Estrutura completamente isolada, ou que ultrapassa, no mínimo, duas vezes a altura de estruturas ou árvores próximas Fonte: ABNT NBR 5419:2005
Fator D 0,4 1,0 2,0
Tabela 6 – Fator E: Topografia da Região
Topografia
Fator E
Planície
0,3
Elevações moderadas, colinas
1,0
Montanhas entre 300 m e 900 m
1,3
Montanahs acima de 900 m
1,7
Fonte: ABNT NBR 5419:2005
A eficacia da instalação do SPDA deve estar de acordo com a tabela 7 onde de acordo com o nivel de proteção da estrutura, no gráfico do Anexo A deste documento e que leva em conta os valores Ndc e Nc . Pode-se obter aproximadamente este valor com também com a equação 1.5.
( )
1.5
TABELA 7 - Eficiencia do SPDA em função do nível
Nível de
Risco
Eficiência do SPDA (%)
I
Risco muito elevado
98
II
Risco elevado
95
III
Risco normal
90
IV
Risco baixo
80
proteção
Fonte ABNT NBR 5419:2005
O nível de proteção de um SPDA é designada de acordo com a tabela 8, onde a ABNT propõe para os diferentes tipos de estruturas diferentes níveis de proteção que irão influenciar diretamente nos diversos fatores do projeto. Tabela 8: Nível por tipo de estrutura
Tipo de Estrutura Destinado às estruturas nas quais uma falha no sistema de proteção possa causar danos às estruturas vizinhasou ao meio ambiente: depósito de explosivos, de protudos toxicos e radioativos, etc. Destinado às estruturas cujo danos no caso de falhas serão elevados ou haverá destruição de bens insubistituiveis e(ou) valor historico: museus, sítios arqueológicos, ginásio de esportes, etc. Destinados às estruturas de uso comum: residências, escritórios, escolas, fábricas, etc. Exeto àqueles com área classificada com nível IV. Destinado a estruturas contruídas de material pouco inflamável, com pouco acesso de pessoas e conteúdo não inflamável: Depósito de concreto armado, estruturas metálicas de produtos não inflamaveis, etc. Fonte: ABNT NBR 5319:2005
Nível I II III IV
2 ELEMENTOS QUE COMPÕEM UM SISTEMA DE PROTEÇÃO
O Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas(SPDA), é composto por diferentes partes cada uma com suas próprias funções e serão dimensionados para seu nível de proteção.
2.1 Captação
A captação tem como função receber as descargas que incidam sobre o topo da edificação e distribuí-las pelas descidas projetadas. Podem ser naturais (parte da estrutura) ou dimensionados. São compostos por elementos metálicos, normalmente mastros, ou condutores metálicos devidamente dimensionados no projeto ou parte da estrutura que ateste as valores dimensionados.
2.1.1 Métodos propostos de captação.
Há três métodos de dimensionamento dos captores permitidos pela no rma da ABNT:
1 - Método Franklin; 2 - Método Gaiola de Faraday; 3 - Método da Esfera Rolante, Eletrogeometrico ou Esfera Fictícia.
O método Franklin, antigamente o metodo mais difundido em que o captor é uma aste de altura dimensionavel para proteger o volume, mas devido as suas limitações impostas pela Norma passa a ser cada vez menos usado em edifícios sendo ideal para edificações de pequenoporte. Já o método de Gaiola de Faraday consiste em captores em forma de malhas distribuido no plano horizontal ou inclinado disposto sobre o volume a proteger envolvendo todos os lados do mesmo. O método da esfera Rolante e o mais recente dos três acima mencionados e consiste em fazer rolar uma ou mais esferas, cobrindo toda àrea da edificação. Esta esfera terá um raio definido em função do Nível de Proteção. Os locais onde a esfera tocar a edificação são os locais mais expostos as descargas. Resumindo poderemos dizer que os locais onde a esfera toca, o raio também pode tocar, devendo estes serem protegidos por elementos metálicos(captores Franklin ou condutores metálicos). A figura 2 mostra a tabela com os limites ao qual a norma propoe o que seja dimensionado cada metodo de em função do seu nivel de proteção.
Figura 2 - Tabela 1 – Posicionamento de captores conforme o nível de proteção
Fonte: ABNT NBR 5419:2005
2.2 Subsistemas de condutores de Descidas
Recebem as correntes distribuídas pela captação encaminhando-as o rapidamente para o solo. Devem ser distribuidos ao longo do perímetro do volume a se proteger de modo que seus espaçamentos não sejam superiores aos especificados pela norma, descritos na tabela 9. A equação 1.6, calcula o numero de descidas ( Ndc ), para o perimetro do volume protegido em função dos espaçãmentos médios.
Tabela 9 – Espaçamento médio dos condutores de descida não naturais em função do nível de proteção
Nível de Proteção
Espaçamento médio [m]
I
10
II
15
III
20
IV
25
Fonte: ABNT NBR 5419:2005
Condutores de descida devem ser interligados horizontalmente formando anéis aos 4 metros de altura e depois repetidos a cada 20 metros, para edificações com altura superior a 20 metros tem também a função dereceber descargas laterais, assumindo neste caso também a função de captaçãodevendo os condutores ser corretamente dimensionados para tal. Devem ser protegidos até no mínimo os 2,5 metros de altura do solo com canos de PVC rígidos ou eletrodutos metálicos. Não pode haver laços sendo o caminho o mais retilíneo possível em sua intalação nem emendas. Levar em consideração o tipo de material usado nas paredes juntas a ela. Comforme a norma da ABNT a seção dos condutores de descida tal como captação e aterramento ao mínimo disposto na tabela 10. TABELA 10 – Seções Mínimas dos materias não-naturais do SPDA
Material
Captor e anéis
]
intermediários [
Descidas (para estruturas de altura de até 20 m) [
]
Descidas (para estruturas de altura superiores a 20 m) [
Eletrodo de Aterramento [
]
Cobre
35
16
35
50
Alumínio
70
25
70
--
50
50
50
80
Aço galvanizado ou embtido em concreto
]
Fonte: ABNT NBR 5419:2005
Cada condutor de descida deve ser provido de uma coneção de medição junto a sua ligação ao eletrodo de aterramento(caixa de inspeção), deve ser desmontavel para fins de medições elétricas , porém, deve permanecer normalmente fechada.
2.3 Anéis de cintamento
Os anéis de cintamento assumem duas importantes funções e sua instalação devera ser executada a cada 20 metros de altura apartir dos 4 primeio metros em relação ao solo interligando todas as descidas. A primeira e equalizar os potenciais das descidas minimizando assim ocampo elétrico dentro da edificação. A segunda e receber descargas laterais e distribuí-las pelas descidas. Nestecaso também deverão ser dimensionadas como captação.
2.4 Aterramento
Recebe as correntes elétricas das descidas e as dissipam no solo. Tem também a função de equalizar os potenciais das descidas e os potenciais no solo, devendo haver preocupação com locais de frequência
depessoas, minimizando as tensões de passo nestes locais. O arranjo e as dimensões do aterramento são tão importantes quantoa resistência de aterramento, que para o caso de eletrodos não naturais, se recomenda um valor aproximadamente de 10 Ω. Casos de solos rochosos onde não se consegue atingir o valor indicado,
deve-se haver uma solução tecnicamente justificada. Para um bom dimensionamento da malha de aterramento é imprescindível a execução prévia de uma prospecção da, humidade, tipo, resistividade de solo, concentração de sal, capabilidade, granulometria e temperatura, também o correto dimensionamento do comprimento e do diametro das astes de aterramento como indicado pela norma seguem o gráfico da figura 3 .
Figura 3 – comprimento mínimo dos eletrodos em função dos níveis de proteção e da resistividade do solo
Para os níveis de II a IV o comprimento mínimo não vária tem seus valores comerciais adequados como comumente comercializadas no Anexo B deste projeto, seguindo o arranjo ao qual serão instalados (horizontal, vertical, inclinado). Eletrodos não naturais devem preferencialmente ser instalados externo ao volume a se protegido, a uma distância de 1 metro das fundações da estrutura. Eletrodos de aterramento em formato de anel , ou condutores horizontais radiais devem ser enterrados a uma distancia mínima de 0,5 metros. Nos eletrodos radiais, o ângulo dos condutores adjacent es não deve ser inferior a 60˚.
Hastes de aterramento horizontais, instaladas em paralelo, devem ser distribuidas de forma uniforme, sempre que possível. Devendo respeitar uma distancia entre hastes por um valor não menor que seu comprimento. Essa distância influência na boa dispenção das correntes de falta, como na figura 4, o não respeito a essa distância causa a sobreposição de areas de ação dos eletrodos causando a diminuição de sua eficácia. Figura 4 – Eficiencia em função da distancia entre hastes de aterramento.
A instalação em paralelo e o comprimento são fatores que diminuem diretamente a resistência de aterramento, já o diamentro tem uma certa irelevancia, pois, depende de seu logaritimo, como descreve a equação 1.6 e exemplificado na figura 5.
2.4.1 Fixações e Conexões
Para as fixações e conexões a norma propõe uma padronização listadas abaixo:
1. Captores e condutores de descida firmemente fixado, impediodo que haja esforços elétrodinâmicos ou mecânicos, que causem rupturas ou desconexões. 2. Número de conexões deve ser máximo reduzido e devem também ser asseguradas por soldagem exotermica, oxiacetilênica ou elétrica, conectores e rebites ou parafusos. 3. Para condutores chatos a estrutura de aço, utilizar no mínimo, 2 parafusos M8 ou um parafuso M10 com duas porcas. 4. Para conexções entre condutores chatos e chapas com espessura minima de 2 mm, utilizar contra placas de area miníma de 100
, fixadas no mínimo com 2 parafusos M8.
5. Para conexões entre condutores chatos e chapas acessíveis apenas de um lado, permite-se
de diamêtro. Para chapas de espessura mínima de 2 também pode utilizar dois parafusos auto-aterrante de aço inoxidável de 6,5 utilizar quatro rebites de 5 0
6. A soldagem deve ser compatível com os esforços mecânicos e termicos causados por uma descarga atmosférica. 7. Conexões mecânicas embutidas no solo devem ser protegidas por caixas de inspeção, contra corrosão, tendo diâmetro mínimo de 250
permitindo manuseio de ferramentas.
2.5 Equipotêncialização
A ligação equipotencial faz com que a equalização potencial do SPDA com todo o restoda estrutura civil elétrica do volume a proteger e como prescreve a a norma ABNT NBR 5410, é obrigadotioem qualquer caso. Uma ligação euipotencial deve ser efetuada de modo a:
a) No subsolo, ou próximo ao quadro geral de força. Os condutores de equipotencialização devem na barra de equipotencialização principal(BEP) que por sua vez deve estar conectada a o sub sistema de aterramento b) Acima do nível do solo, em intervalos não superiores a 20 metrospara estreturas com mais de 20 metros de altura as barrsa de lighação secundarias devem ser conectadas a armadura de concreto ao seu nivel de altura correspondente mesmo não sendo um componente natural do SPDA.
A ligação equipotencial onde a continuidade elétrica não for assegurada por ligações naturais e deva suportar toda a corrente de descarga atmosférica, ou a maior parte dela, sua seção mínimas está na tabela 11, para demais casos devem ser dimensionada utilizando a tabela 12.
TABELA 11 - Seções mínimas dos condutores de ligação equipotencial para conduzir uma parte reduzida da correte de descarga atmosfírica
Nível de Proteção
I - IV
Material
Seção
Cobre
16
Alumíneo
25
Aço
50
Fonte: ABNT NBR 5419:2005
TABELA 12 – Seções mínimas dos condutores de ligação equipotencial para conduzir parte substancial da correte de descarga atmosfírica
Nível de Proteção
I - IV
Material
Seção
Cobre
6
Alumíneo
10
Aço
16
Fonte: ABNT NBR 5419:2005
2.6 Estruturas especiais
São consideradas estruturas especiais aquelas se sobre saem a altura maxima do volume a proteger, como por exemplo, chaminés de concreto ou de aço, antenas de rádio ou TV, estruturas contendo liquidos ou gases inflamáveis, etc. Cada uma dessas estruturas tem seus critérios mínimos a serem considerados e métodos diferentes para serem imcorporados ao SPDA, como descreve o Anexo A da norma 5419:2005 da ABNT. Chaminés com topo maior que
e/ou altura maior que 20
m,
devem ser consideradas no
projeto, quando de concreto deve-se ter captores no topo e condutores de descida com anéis a cada 20m, quando de aço deve-se fazer uma ligação equipotencial com o SPDA mais próximo no raio de 2 m. Estruturas contendo líquidos ou Gáses inflamáveis como depósitos e tanques deve-se utilizar o modelo elétromagnético para o dimensionamento da proteção com R = 20
m,
levando em conta o efeito de
corrosão para esse tipo de atmosféra para a escolha dos componentes. Antenas externas devem ser interligadas ao SPDA por meios de solda exotermica ou bracadeiras com dois parafusos M8, sendo o mais curta possivel. Quando não houver SPDA deve ser diretamente aterrada.
