SPDA - Slides Thiago

8/20/2019 SPDA - Slides Thiago

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Proteção de estruturascontra descargas

atmosféricas


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Efeitos do Raio em Estruturas• As normas nacionais e internacionais aplicáveis à proteção contra

descargas atmosféricas são:• - no Brasil; a BR-!"#$ % &Proteção de Estruturas 'ontra (escargas

Atmosféricas)* +,,#;• - na nglaterra; a B.//!# % & Protection of .tructures Against 0ig1tning)*

#$2!;• - na .u3ça; a A.E",++ % & nstallations de Protection 'ontre la 4oudre)*

#$25;• - nos 6.A; a 4PA52 % & 0ig1tning Protection 'ode)* #$2/;• - internacional; E' #,+" % &Protection of .tructures Against 0ig1tning)7


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3veis de proteção

• 8uanto maior o n3vel de proteção re9uerido* maior é a 9uantidade deelementos usados na instalação do sistema de proteção contra descargasatmosféricas .P(A * tais como: mais pára-raios tipo 4ranos de descida* e


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3veis de proteção• 'a>e ressaltar 9ue a pro>a>ilidade do raio cair no .P(A é muito pe9uena7 Entretanto* não se

pode garantir a proteção* mas apenas se ter uma estimativa da mesma7 Para ?ns de análise epro@eto* as diversas estruturas t3picas e istentes e nas 9uais se dese@a efetuar a proteção*classi?cadas de acordo com os efeitos e danos riscos 9ue possam vir a sofrer por ação deuma descarga atmosférica ta>ela ! 7

• a Estruturas comuns: são estruturas cu@as preocupaç es são os efeitos do raio na prCpriaestrutura7

• > Estruturas com (anos con?nados: são estruturas onde* além do dano comum* e istepreocupação séria* tam>ém* com relação à atividade interna e ecutada7

• c Estruturas com Perigo aos Arredores: são estruturas em 9ue além dos riscos &a) e &>)* 1riscos e pre@u3=os nas estruturas ad@acentes* ou de uma certa região7

• d Estruturas com (anos ao Deio Am>iente: são estruturas 9ue além dos danos prCprios* 1áriscos ao meio am>iente de modo temporário ou permanente7


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3veis de proteção


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Avaliação geral de risco• ApCs a determinação do valor de d n mero de descargas

atmosféricas so>re uma estrutura por ano * o passo seguinte é aaplicação dos fatores de ponderação indicados na ta>elas / a #, B7# aB7! da BR-!"#$ 7 Dultiplica-se o valor de d pelos fatorespertinentes e compara-se o resultado com a fre9FGncia admiss3vel de

danos c* conforme o seguinte critério:• a se d H #,-I* a estrutura re9uer um .P(A;• > se #,-I J d J #,-!* a conveniGncia de um .P(A deve ser decidida

por acordo entre pro@etista e usuário;• c se d K #,-!* a estrutura dispensa um .P(A7


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Avaliação geral de risco


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Détodos de proteção contra

descarga atmosférica• Ls seguintes métodos são utili=ados atualmente:• - Détodo da 1aste vertical de 4ran


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L princ3pio do método de

4rano de descida e escoado na terra pelosistema de aterramento7


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L princ3pio do método de

4rano de descida ao captor;• c Oaste de sustentação % para elevar o captor na alturadese@ada;

• d Espaçador % para manter o ca>o de descida afastado daestrutura ou da 1aste de sustentação se necessário ;


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• L ngulo do cone de proteção depende da altura e do graude proteção pretendido* conforme resumido na ta>ela ##7

A ?gura 5 ilustra a altura do captor para proteção daedi?cação7

Região espacial de proteção


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'ondutores de descida• Para atenuar as correntes indu=idas nos materiais condutores vi=in1os* deve-se

distri>uir o ca>o de descida7 Esta distri>uição é feita de maneira uniforme aolongo do per3metro do prédio protegido* mantendo-se os afastamentos má imoindicados na ta>ela #+ ta>ela + da BR-!"#$ 7

• A distri>uição dos ca>os de descida é feita com o o>@etivo* tam>ém* de produneutrali=ação dos campos magnéticos internos na estrutura* de modo a minimi=as interferGncias nos e9uipamentos elétricos e eletrSnicos7 Para diminuir osefeitos da indução eletromagnética* o ca>o de descida deve estar afastado dacoluna montante da ?ação dos ca>os de energia elétricos e telefSnicos* descidosde antena de rádio e Q e ca>lagem de Q a ca>o7 Este afastamento evita tensindu=idas durante a passagem do raio pelo ca>o de descida7


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'ondutores de descida


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'ondutores de descida• 'omo o raio elétrico produ= a9uecimento no ca>o de

descida* os limites térmicos do ca>o* >em como os demamateriais utili=ados no .P(A* devem ser garantidos peloseu correto dimensionamento7 A ta>ela #I fornece as

seç es m3nimas dos materiais utili=ados no .P(A* >emcomo os valores m3nimos de espessuras fornecidos nata>ela #"7 ndependentemente das espessuras* deverão semantidas as seç es transversais mostradas na ta>ela #I7


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'ondutores de descida• A instalação dos condutores de descida deve levar em consideração o material

da parede onde os mesmos serão ? ados:• a % se a parede for de material não inTamável* os condutores de descida pod

ser instalados na sua superf3cie ou em>utidos na mesma;• > % se a parede for de material inTamável e a elevação de temperatura causad

pela passagem da corrente de descarga atmosférica não resultar em risco paraeste material* os condutores de descida podem ser instalados na sua superf3cie

• c % se a parede for de material inTamável e a elevação de temperatura doscondutores de descida resultar em risco para este material* a dist ncia entre oscondutores e o volume a proteger deve ser no m3nimo de #, cm os suportesmetálicos dos condutores de descida podem estar em contato com a parede 7


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'ondutores de descida• A partir de +*!m acima do solo deverá se esta>elecer uma

@unta mCvel conforme ?gura 2* a ?m de possi>ilitar amedida periCdica da resistGncia de terra pelo menos um

ve= por ano 7


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Dodelo Maiola de 4aradaN• este sistema de proteção* uma rede de condutores*

lançada na co>ertura e nas laterais da instalação a serprotegida* forma uma >lindagem eletrostática* destinadainterceptar as descargas atmosféricas incidentes7

Elementos metálicos estruturais* de fac1ada e deco>ertura* podem integrar esta rede de condutores* desde9ue atendam a re9uisitos espec3?cos7


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Détodo Maiola de 4aradaN• Edi?caç es com estrutura metálica na co>ertura e continuidade elétrica

nas ferragens estruturais e aterramento em fundação ou anel tem >omdesempen1o como Maiolas de 4aradaN7 Malp es em estrutura metálica

colunas e co>ertura constituem-se em Maiolas de 4aradaN naturais* 9devem ser complementados com um aterramento ade9uado*preferencialmente integrado às armaduras das fundaç es7 Desmo 9uandreco>erta por tel1as de ?>rocimento* a estrutura e ercerá a sua funçãode proteção* ca>endo aos ganc1os metálicos de ? ação das tel1as naestrutura a função de captação das descargas7 este caso* 9uando daincidGncia de uma descarga* o s >ito deslocamento de ar poderá 9ue>rauma tel1a7


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Dodelo Maiola de 4aradaN• L Détodo de 4aradaN é tam>ém aplicável a edi?caç es de grande área de

co>ertura usualmente prédios industriais * onde a adoção de outrastécnicas de dimensionamento da rede captora implica a utili=ação degrande n mero de mastros captores* 9ue demandam uma ampla rede decondutores de interligação 9ue* por si sC* @á é uma apro imação de umMaiola de 4aradaN7 4re9uentemente este tipo de prédio é constru3do comtel1as de concreto protendido* com grande vão livre7 este caso* éimportante evitar a incidGncia de descargas diretas nestas tel1as* pois acorrente vai procurar a ferragem da estrutura* dando origem ao risco derac1adura do concreto e de danos na ferragem estrutural ou de e posiçãodesta ltima ao tempo7


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Dodelo Maiola de 4aradaN• As estruturas altas podem estar su@eitas a descargas

laterais* como se tem o>servado7 Edif3cios e cedendo +I, metros de altura* devem* portanto* ser providos deelementos captores nas fac1adas7 Revestimentos*cai il1os de @anelas* tril1os* condutores de descida eoutros elementos metálicos presentes nas fac1adas daestrutura podem ser usados com esta ?nalidade7 oentanto* alguns re9uisitos de segurança devem serrespeitados:


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Dodelo Eletrogeométrico• L modelo eletrogeométrico DEM resgatou* com um atra

de 9uase #,, anos* porém em>asado em e tensivo tra>al1ode pes9uisa* o modelo sugerido por Preece em #22#* 9ueprevia 9ue o volume de proteção de um elemento captorseria de?nido por um cone com véi#ice na e tremidade docaptor* delimitado pela rotação de um segmento de c3rculotangente ao solo7 L raio deste segmento de c3rculo é funçãodo n3vel de proteção dese@ado para a instalação7


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Dodelo EletrogeométricoL DEM para aplicação na proteção das estruturas admite algumas 1ipCtesessimpli?cadoras:• sC são consideradas as descargas negativas iniciadas nas nuvens;• o l3der descendente é vertical e nico não tem rami?caç es ;• - a descarga ?nal se dá para o o>@eto aterrado mais prC imo*

independentemente de sua massa ou condiç es de aterramento;• as 1astes verticais e os condutores 1ori=ontais tGm o mesmo poder de atração;• a pro>a>ilidade de ser atingida uma estrutura aterrada ou o plano de terra é a

mesma se o l3der estiver• à mesma dist ncia de am>os7


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Dodelo Eletrogeométrico• A 4ig7 27! ilustra a aplicação do modelo eletrogeométrico a uma

igre@a* onde veri?ca-se 9ue o pára-raios e istente no topo docampanário protege apenas uma parte da igre@a dei andodesprotegida a 9uina acima da curva c1eia * fa=endo-se necessáriomais um pára-raios na ponta da nave da igre@a para complementar

proteção7 (e acordo com este modelo* os pontos do segmento dec3rculo determinam o lugar geométrico dos poss3veis locais de ondpode partir o Ul3der ascendenteU* 9ue vai ao encontro ao Ul3derdescendenteU locali=ado no centro do c3rculo* de modo a compleo canal ioni=ado* por onde se fará a descarga de retorno7


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Dodelo Eletrogeométrico


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Dodelo Eletrogeométrico• o DEM* a dist ncia de atração* ou raio de atração R

calculada por Ra= a I max b onde I max é o valor de picocorrente de retorno do raio* e as constantes a e b vaconforme diferentes propostas de vários pes9uisadores78uando aplicado às estruturas* a norma BR-!"#$V+,,!adota a W #, e b W ,*/!:

• RaW#, I max 0,65


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Dodelo Eletrogeométrico• L modelo eletrogeométrico é compat3vel com a

constatação prática de 9ue estruturas muito altas sãosuscet3veis de serem atingidas por descargas laterais7Efetivamente* se a estrutura tiver uma altura superior àdist ncia R, um elemento captor no seu topo não garantiuma proteção ade9uada* pois o segmento de c3rculotangente ao solo tocará lateralmente na estrutura*conforme mostra a 4ig7 27/7


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Dodelo Eletrogeométrico• X importante o>servar 9ue esta esfera ao ser rolada por uma área

com muitas edi?caç es tocará apenas nas pa#tes mais altas dasmesmas7 Qem-se* portanto* 9ue o correto dimensionamento de umsistema de proteção contra descargas atmosféricas de umainstalação comple a* ou locali=ada prC ima de outras estruturas ddimens es semel1antes ou maiores* deve considerar o con@unto destruturas e de edi?caç es* e não cada uma em separado7 Este tipode consideração permite a e ecução de pro@etos mais econSmicosde menor impacto visual* 9ue se >ene?ciam do efeito depro imidade entre elementos captores de estruturas prC imas7


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Eletrodos de Aterramento• A norma BR-!"#$ recomenda a integração dos aterramentos da

instalação* o 9ue deve ser feito com as devidas precauç es* de moda evitar as interferGncias indese@adas entre su>sistemas distintos7 (acordo com esta norma é recomendável a resistGncia de aterramentose@a inferior a #, o1ms* sendo previstas duas alternativas >ásicas daterramento:

• anel de ca>o de co>re nu de >itola m3nima de !, mm+* diretamenteenterrado no solo* no per3metro e terno da edi?cação; ou

• ferragem da armadura da fundação* em>utida no radier daconstrução7


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Eletrodos de Aterramento• L concreto completamente seco tem resistividade

elétrica muito elevada* mas* 9uando está em>utido nosolo* permanece mido e a sua resistividade torna-sesemel1ante à do solo circundante7 Por esta ra=ão asarmaduras do concreto das fundaç es* 9uando >eminterligadas* constituem um >om eletrodo de terra7

• A adoção das armaduras do concreto como elementosintegrantes dos sistemas de descida e aterramento deredes captoras de raios vGm a ser 9uase uma unanimidadeinternacional* em virtude do e tenso 1istCrico de

utili=ação* e por tornar mais simples e econSmico o


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Eletrodos de Aterramento• 4inalmente tem-se o item !7#7+7!7! da BR-!"#$: Para as edi?caç

de concreto armado e istentes poderá ser implantado um .P(A comdescidas e ternas ou* opcionalmente* poderão ser utili=adas comodescidas as armaduras do concreto7 este ltimo caso* devem serreali=ados testes de continuidade e estes devem resultar emresistGncias medidas inferiores a #*, o1m7 As mediç es deverão sereali=adas entre o topo e >ase de alguns pilares e tam>ém entre asarmaduras de pilares diferentes* para averiguar a continuidadeatravés de vigas e la@es7 As mediç es poderão ser reali=adas deacordo com o Ane o E da BR-!"#$* conforme a seguir:


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Eletrodos de Aterramento• # a continuidade elétrica das armaduras de um edif3cio

deve ser determinada medindo-se com o instrumentoade9uado a resistGncia S1mica entre a parte superior e aparte inferior da estrutura* procedendo a diversasmediç es entre pontos diferentes;

• + valores medidos da mesma ordem de grande=a einferiores a #*, n são indicativos 9ue a continuidade dasarmaduras é aceitável;


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Eletrodos de Aterramento• I o instrumento ade9uado para medir a resistGncia deve in@etar uma

corrente de # A* ou superior* entre os pontos e tremos da armadura soensaio* sendo capa= de* ao mesmo tempo 9ue in@eta essa corrente*medir a 9ueda de tensão entre esses pontos a resistGncia é calculadadividindo a tensão medida pela corrente in@etada ;

• " considerando 9ue o afastamento dos pontos onde se fa= a in@eção dcorrente pode ser de várias de=enas de metros* o sistema de medidadeve utili=ar a con?guração de 9uatro ?os* sendo dois para corrente edois para potencial conforme ilustrado na 4ig7 27$ * evitando assim erro provocado pela resistGncia prCpria dos ca>os de teste e de seusrespectivos contatos podem ser utili=ados milio1n metros oumicro1m3metros de 9uatro terminais em escalas cu@a corrente se@a iou superior a # A ;


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