SPDA Jobson Modena

Uma viagem pelas instalações elétricas.
Conceitos & aplicações
A nova NBR 5419:2015 – Proteção contra descargas
atmosféricas
Jobson Modena
GUISMO Engenharia
NBR 5419:2015 – Proteção contra descargas atmosféricas
Publicada em 22.05.2015, válida a partir de 22.06.2015
Parte 1: Princípios Gerais ─ 67 páginas;
Parte 2: Gerenciamento de Riscos ─ 104 páginas;
Parte 3: Danos físicos às estruturas e perigo às pessoas ─ 51 páginas;
Parte 4: Sistemas elétricos e eletrônicos dentro das estruturas ─ 87 páginas.
IEC 62305:2010 – Lightninig Protection, parts 1 to 4
Campo de atuação ampliado
Aplicação: restrições de utilização
- sistemas ferroviários;
- veículos, aviões, navios;
- plataformas offshore;
- tubulações subterrâneas de alta pressão;
- tubulações e;
- linhas elétricas de energia e de sinal quando colocadas fora da estrutura.
Medidas de proteção
Proteção completa (PDA – Proteção contra Descargas Atmosféricas)
- Reduzir dano às pessoas devido a choque elétrico;
- Reduzir danos físicos (estruturas e instalações internas);
Medidas de proteção
- isolação adequada das partes condutoras expostas;
- equipotencialização com o subsistema de aterramento;
- restrições físicas e avisos;
- ligação equipotencial para descargas atmosféricas (EB);
- Adoção de MPSs - Medidas de proteção contra surtos (individuais ou combinadas).
Medidas de proteção
Instalação de SPDA:
- subsistema de captação;
- subsistema de descida;
SPDA EXTERNO
- subsistema de aterramento;
- ligação equipotencial para descargas atmosféricas;
SPDA INTERNO
- isolação elétrica → distância de segurança (s)
Gerenciamento de risco
Impacto direto na estrutura
Impacto direto próximo da estrutura
Impacto direto em condutores que
adentram a estrutura
Impacto direto próximo aos
condutores que adentram a estrutura
Avaliação da eficiência do custo da proteção
Avaliação da eficiência do custo da proteção
CPM + CRL > CL
Avaliação Geral
Instituto de Energia e Ambiente - USP
Instituto de Energia e Ambiente - USP
Instituto de Energia e Ambiente - USP
Densidade das descargas atmosféricas
http://www.inpe.br/webelat/ABNT_NBR5419_Ng
Classificação do SPDA
Classificação de um SPDA deve ser realizada conforme o nível de proteção adotado
para o mesmo
Nível de proteção Classe do SPDA
I
I
II
II
III
III
IV
IV
Continuidade das armaduras do concreto armado
Condições de validação:
- 50 % das conexões entre barras horizontais e verticais sejam firmemente
conectadas;
- ensaios efetuados entre a parte mais alta e o nível do solo, conforme Anexo F:
- primeiro ensaio: pilares determinados como descidas naturais → R ≤ 1,0 Ω ;
- ensaio final: com o SPDA instalado mede-se entre o ponto superior extremo da
captação até o BEP → R ≤ 0,2 Ω
SPDA Externo → Subsistema de captação
Métodos admissíveis:
- método do ângulo de proteção;
- método da esfera rolante;
- método das malhas.
SPDA Externo → Subsistema de captação
Métodos admissíveis:
Esfera rolante
Malhas
Ângulo de proteção
SPDA Externo → Subsistema de captação
Máximo afastamento
Raio da esfera rolante
Classe de SPDA
dos condutores da
r (m)
malha (m)
I
20
5x5
II
30
10 x 10
III
45
15 x 15
IV
60
20 x 20
Ângulo de proteção
α°
Curvas, Fig. 1
Tabela 2 – NBR 5419:2015-3
Captação → Método do ângulo de proteção α° (Franklin)
 ° 80
70
69
60
54
50
48
Classe do
SPDA
40
30
II
I
20
IV
III
10
0
0 2
5
10
15
20
30
H m
40
50
60
Figura 1 – NBR 5419:2015-3
IEC 2095/05
Captação → Método do ângulo de proteção α° (Franklin-classe III)
45o 69o
5m
s
5m
13,02 m
SPDA Externo → Subsistema de descida e anéis
intermediários de interligação
Valores típicos de distância entre os condutores de descida e entre os anéis
condutores de acordo com a classe do SPDA:
Classe de SPDA
I
II
III
IV
Distâncias (m)
10
10
15
20
É aceitável uma diferença entre o espaçamento dos condutores de descida de até 20 %
Tabela 4 – NBR 5419:2015-3
SPDA Externo → Subsistema de aterramento
Na impossibilidade do aproveitamento das armaduras das fundações, o arranjo a ser
utilizado consiste em condutor em anel, externo à estrutura a ser protegida, em
contato com o solo por pelo menos 80 % do seu comprimento total, ou elemento
condutor interligando as armaduras descontínuas da fundação (sapatas).
Devem ser consideradas medidas preventivas para evitar eventuais situações que
envolvam tensões superficiais perigosas.
Embora 20 % do eletrodo convencional possa não estar em contato direto com o
solo, a continuidade elétrica do anel deve ser garantida ao longo de todo o seu
comprimento.
Para o eletrodo de aterramento em anel ou interligando a fundação descontínua, o
raio médio re da área abrangida pelos eletrodos não pode ser inferior ao valor l1
re ≥ l1
SPDA Externo → Subsistema de aterramento
Na impossibilidade do aproveitamento das armaduras das fundações, o arranjo a ser
utilizado consiste em condutor em anel, externo à estrutura a ser protegida, em
contato com o solo por pelo menos 80 % do seu comprimento total, ou elemento
condutor interligando as armaduras descontínuas da fundação (sapatas).
Devem ser consideradas medidas preventivas para evitar eventuais situações que
envolvam tensões superficiais perigosas.
Embora 20 % do eletrodo convencional possa não estar em contato direto com o
solo, a continuidade elétrica do anel deve ser garantida ao longo de todo o seu
comprimento.
Para o eletrodo de aterramento em anel ou interligando a fundação descontínua, o
raio médio re da área abrangida pelos eletrodos não pode ser inferior ao valor l1
re ≥ l1
Aterramento
Comprimento mínimo
l1 do eletrodo de
aterramento de acordo
com a resistividade do
solo e a classe do
SPDA
Figura 3 - NBR 5419:2015-3
Materiais:
Material
Cobre
Ao ar livre
Utilização
Na terra
Corrosão
No
No concreto
concreto
Resistência
armado
ou reboco
Maciço,
Maciço,
Maciço,
Encordoado Encordoado Encordoado
Não permitido
ou Como
ou Como
ou Como
cobertura
cobertura
cobertura
Boa em
muitos
ambientes
Podem ser
Aumentado
destruídos
por
(acoplamento
galvânico)
Compostos
sulfurados,
Materiais
orgânicos,
─
Altos
conteúdos de
cloretos
Aceitável no
Aço
Altos
Maciço,
Maciço,
Maciço,
Maciço,
ar, em
galvanizado
conteúdos de
Encordoado Encordoado Encordoado Encordoado concreto e em
a quente
cloretos
solos salubres
Aço
Maciço,
Maciço,
Maciço,
Maciço,
inoxidável Encordoado Encordoado Encordoado Encordoado
Bom em
muitos
ambientes
Cobre
Altos
conteúdos de
─
cloretos Tabela 5 – NBR 5419:2015-3
Utilização
Material
Ao ar livre
Na terra
No concreto No concreto
Resistência
ou reboco
armado
Aço
Maciço,
Maciço,
Maciço,
revestido
Encordoado Encordoado Encordoado
por cobre
Aluminio
Maciço,
Não
Encordoado permitido
Corrosão
Não
permitido
Não
permitido
Bom em
muitos
ambientes
Bom em
atmosferas
contendo
Não
baixas
permitido
concentrações
de sulfurados
e cloretos
Podem ser
Aumentado destruídos por
por
acoplamento
galvânico
Compostos
sulfurados
─
Soluções
alcalinas
Cobre
Tabela 5 – NBR 5419:2015-3
Materiais: Elementos naturais na captação
Classe do SPDA
I a IV
Material
Espessura t Espessura
(mm)
t´ (mm)
Chumbo
─
2
Aço (inoxidável, galvanizado a quente)
4
0,5
Titânio
Cobre
Alumínio
Zinco
4
5
7
─
0,5
0,5
0,65
0,7
Previne
PF PQ IG
Não Previne
PF PQ IG
Tabela 3 – NBR 5419:2015-3
Materiais: Captação e descida
Material
Configuração
Fita maciça
Cobre
Alumínio
Área da
seção mínima
Comentários
(mm²)
35
Espessura 1,75 mm
Arredondado maciço
35
Diâmetro 6 mm
Encordoado
35
Diâmetro de cada fio da cordoalha 2,5 mm
Encordoado maciço
Fita maciça
200
70
Diâmetro 16 mm
Espessura 3 mm
Arredondado maciço
70
Diâmetro 9,5 mm
Encordoado
70
Diâmetro de cada fio da cordoalha 3,5 mm
Encordoado maciço
200
Diâmetro 16 mm
50
Diâmetro 8 mm
50
Diâmetro de cada fio da cordoalha 3 mm
Aço cobreado Arredondado maciço
IACS 30 %
Encordoado
Tabela 6 – NBR 5419:2015-3
Material
Alumínio
cobreado
IACS 64 %
Configuração
Área da
seção mínima
(mm²)
Comentários
Arredondado maciço
50
Diâmetro 8 mm
Encordoado
70
Diâmetro de cada fio da cordoalha 3,6 mm
50
50
50
200
50
50
70
200
Espessura mínima 2,5 mm
Diâmetro 8 mm
Diâmetro de cada fio cordoalha 1,7 mm
Diâmetro 16 mm
Espessura 2 mm
Diâmetro 8 mm
Diâmetro de cada fio cordoalha 1,7 mm
Diâmetro 16 mm
Fita maciça
Aço
Arredondado maciço
galvanizado a
Encordoado
quente
Encordoado maciço
Fita maciça
Arredondado maciço
Aço
inoxidável
Encordoado
Encordoado maciço
Tabela 6 – NBR 5419:2015-3
Materiais: dimensões mínimas de eletrodo de aterramento (parcial)
Dimensões mínimas
Material
Cobre
Eletrodo cravado
(diâmetro) (mm)
Eletrodo não
cravado
(mm²)
Encordoado
─
50
Diâmetro de cada fio cordoalha 3 mm
Arredondado maciço
(liga)
Fita maciça
─
50
Diâmetro 8 mm
─
50
Espessura 2 mm
Arredondado maciço
15
─
Tubo
20
─
Configuração
Comentários
Espessura da parede 2 mm
Tabela 7 – NBR 5419:2015-3
Material
Dimensões mínimas
Eletrodo
Configuração cravado
Eletrodo não cravado (mm²)
(diâmetro)
(mm)
Arredondado
16
Diâmetro 10 mm
maciço
Tubo
Aço galvanizado
Fita maciça
à quente
Arredondado
Maciço,
Encordoado
Arredondado
Aço cobreado maciço
Encordoado
Arredondado
Aço inoxidável maciço
Fita maciça
Comentários
─
25
─
Espessura da parede 2 mm
─
90
Espessura 3 mm
─
70
12,7
70
15
Diâmetro 10 mm
100
Diâmetro de cada fio da
cordoalha 3,45 mm
Espessura mínima 2 mm
Tabela 7 – NBR 5419:2015-3
SPDA Interno → Equipotencialização
- direta;
- Indireta → via DPSs com:
- Iimp ≥ IF
- UP < nível de suportabilidade a impulso da isolação entre as partes;
Iimp
IF
UP
- corrente de impulso, DPS classe I
- corrente do raio que flui pelo condutor
externo considerado
- nível de proteção (tensão gatilho do DPS)
SPDA Interno → Equipotencialização
Equipotencialização:
Aterramento
da Blindagem
(forma indireta)
Aterramento
da Blindagem
(forma direta)
Cabo Blindado
DPS
Blindagem
Do cabo
Duto metálico
(blindagem em uma instalação)
Dimensões mínimas dos condutores de equipotencialização entre
BEP, BEL e delas ao eletrodo de aterramento
Tabela 8 – NBR 5419:2015-3
Dimensões mínimas dos condutores de equipotencialização
entre instalações internas, BEP ou BEL
Tabela 9 – NBR 5419:2015-3
SPDA Interno → Isolação elétrica
Distância de segurança – S.
-
ki depende do nível de proteção escolhido para o SPDA
kc depende da corrente de descarga pelos condutores de descida
km depende do material isolante
l é o comprimento em metros (m), na captação ou na descida, desde o ponto
onde a distância de segurança deve ser considerada até a equipotencialização
mais próxima
SPDA Interno → Isolação elétrica
SPDA
Topo do prédio
Armadura
da viga de
amarração
BEL
BEP
SPDA Interno → Isolação elétrica do SPDA - índices
Classe do
SPDA
ki
Material
km
Numero de descidas
kc
1
I
0,08
Ar
1
1
(somente para SPDA
isolado)
II
0,06
Concreto,
tijolos
0,5
2
0,66
III e IV
0,04
3 ou mais
0,44
Tabelas 10, 11 e 12 – NBR 5419:2015-3
SPDA Interno → Medidas de proteção contra surtos MPSs
Zonas de proteção contra raios - ZPR
Estão associadas à parte do espaço confinado onde a severidade dos impulsos
eletromagnéticos (LEMPs) são compatíveis com a suportabilidade dos sistemas
internos existentes.
As MPSs → ZPRs
As MPSs → ZPRs
• ZPR0A - Zona susceptível a incidência direta de raios;
• ZPR0B - Zona protegida pelo SPDA;
• ZPR1 - Zona susceptível aos efeitos indiretos de raios, onde se encontra o QDP da
edificação e geralmente o BEP;
• ZPR2 - Zona onde se encontram QD ou equipamentos
As MPSs → ZPRs + Blindagem + DPSs
ZPR1
ZPR0B
1º nível
ZPR2
2º nível
DP
In, Ik
3º nível
DPS
IN UP UC
DPS
IIMP UP UC
Blindagem
BEP
BEL
As MPSs → Roteamento de condutores
errado
carga
certo
carga
fonte
fonte
OBRIGADO
Eng. Jobson Modena
www.guismo.com.br
www.facebook.com/GUISMOEng