Série 5419 de 05/2015: os requisitos para a determinação de proteção contra descargas atmosféricas
A NBR 5419-1 de 05/2015 – Proteção contra descargas atmosféricas – Parte 1: Princípios gerais estabelece os requisitos para a determinação de proteção contra descargas atmosféricas. Fornece subsídios para o uso em projetos de proteção contra descargas atmosféricas. A aplicabilidade desta parte pode ter restrições especialmente na proteção da vida humana quando for baseada em efeitos indiretos de descargas atmosféricas. Não se aplica a sistemas ferroviários; veículos, aviões, navios e plataformas offshore, tubulações subterrâneas de alta pressão, tubulações e linhas de energia e de sinal colocados fora da estrutura. Usualmente, estes sistemas obedecem a regulamentos especiais elaborados por autoridades específicas.
A NBR 5419-2 de 05/2015 – Proteção contra descargas atmosféricas – Parte 2: Gerenciamento de risco estabelece os requisitos para análise de risco em uma estrutura devido às descargas atmosféricas para a terra. Tem o propósito de fornecer um procedimento para a avaliação de tais riscos. A NBR 5419-3 de 05/2015 – Proteção contra descargas atmosféricas – Parte 3: Danos físicos a estruturas e perigos à vida estabelece os requisitos para proteção de uma estrutura contra danos físicos por meio de um SPDA – Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas – e para proteção de seres vivos contra lesões causadas pelas tensões de toque e passo nas vizinhanças de um SPDA.
A NBR 5419-4 de 05/2015 – Proteção contra descargas atmosféricas – Parte 4: Sistemas elétricos e eletrônicos internos na estrutura fornece informações para o projeto, instalação, inspeção, manutenção e ensaio de sistemas de proteção elétricos e eletrônicos (Medidas de Proteção contra Surtos – MPS) para reduzir o risco de danos permanentes internos à estrutura devido aos impulsos eletromagnéticos de descargas atmosféricas (LEMP). Não cobre a proteção total contra interferências eletromagnéticas devido às descargas atmosféricas, que podem causar mau funcionamento de sistemas internos. Entretanto, as informações relacionadas no Anexo A podem reduzir, de forma satisfatória, os danos aos equipamentos e também ser usadas para avaliar tais perturbações. Medidas de proteção contra interferências eletromagnéticas estão relacionadas também na NBR 5410 e na série IEC 61000.
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Quais são os efeitos das descargas atmosféricas nos vários tipos de estruturas?
Quais são os danos e perdas relevantes para uma estrutura para diferentes pontos de impacto da descarga atmosférica?
Quais são os valores máximos dos parâmetros das descargas atmosféricas correspondentes aos níveis de proteção (NP)?
Quais os parâmetros de ensaio para simular os efeitos da descarga atmosférica sobre os componentes do SPDA?
Quais são as fontes de danos, tipos de danos e tipos de perdas de acordo com o ponto de impacto?
Qual o procedimento específico para avaliar a necessidade de proteção?
Quais os parâmetros relevantes para avaliação dos componentes de risco?
Como executar a análise de custo-benefício para a perda econômica?
O que é a continuidade da armadura de aço em estruturas de concreto armado?
Qual a espessura mínima de chapas metálicas ou tubulações metálicas em sistemas de captação?
Quais são os materiais para SPDA e condições de utilização?
Quais as medidas de proteção contra acidentes com seres vivos devido a tensões de passo e de toque?
Como pode ser executada a integração de partes condutoras de sistemas internos em uma interligação para equipotencialização?
O que deve atender a seção transversal mínima para componentes de equipotencialização?
Como fazer a proteção usando uma interligação para equipotencialização?
Como realizar a redução das sobretensões nos cabos?
Não há dispositivos ou métodos capazes de modificar os fenômenos climáticos naturais a ponto de se prevenir a ocorrência de descargas atmosféricas. As descargas atmosféricas que atingem estruturas (ou linhas elétricas e tubulações metálicas que adentram nas estruturas) ou que atingem a terra em suas proximidades são perigosas às pessoas, às próprias estruturas, seus conteúdos e instalações. Portanto, medidas de proteção contra descargas atmosféricas devem ser consideradas.
A necessidade de proteção, os benefícios econômicos da instalação de medidas de proteção e a escolha das medidas adequadas de proteção devem ser determinados em termos do gerenciamento de risco. O método de gerenciamento de risco está contido na NBR 5419-2. As medidas de proteções consideradas na NBR 5419 são comprovadamente eficazes na redução dos riscos associados às descargas atmosféricas.
Todas as medidas de proteção contra descargas atmosféricas formam a proteção completa contra descargas atmosféricas. Por razões práticas, os critérios para projeto, instalação e manutenção das medidas de proteção são considerados em dois grupos separados: o primeiro grupo se refere às medidas de proteção para reduzir danos físicos e riscos à vida dentro de uma estrutura e está contido na NBR 5419-3; o segundo grupo se refere às medidas de proteção para reduzir falhas de sistemas elétricos e eletrônicos em uma estrutura e está contido no NBR 5419-4. As conexões entre as partes da NBR 5419 são ilustradas na figura.
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Os parâmetros da corrente da descarga atmosférica usados na série ABNT NBR 5419 são relacionados no Anexo A. Os parâmetros da corrente da descarga atmosférica em função do tempo usados para a análise são relacionados no Anexo B. As informações para simulação da corrente da descarga atmosférica para fins de ensaios são dadas no Anexo C.
Os parâmetros básicos para uso em laboratório para simular os efeitos das descargas atmosféricas nos componentes do SPDA estão relatados no Anexo D. Informações sobre surtos devido às descargas atmosféricas em diferentes pontos da instalação são apresentadas no Anexo E. A descarga atmosférica que atinge uma estrutura pode causar danos à própria estrutura e a seus ocupantes e conteúdos, incluindo falhas dos sistemas internos.
Os danos e falhas podem se estender também às estruturas vizinhas e podem ainda envolver o ambiente local. A extensão dos danos e falhas na vizinhança depende das características das estruturas e das características da descarga atmosférica.
As principais características das estruturas relevantes para os efeitos das descargas atmosféricas incluem: construção (por exemplo, madeira, alvenaria, concreto, concreto armado, estrutura em aço); função (residência, escritório, comércio, rural, teatro, hotel, escola, hospital, museu, igreja, prisão, shopping center, banco, fábrica, área industrial, área de práticas esportivas); ocupantes e conteúdos (pessoas e animais, presença ou não de materiais combustíveis ou explosivos, sistemas elétricos e eletrônicos de baixa tensão ou alta tensão); linhas elétricas e tubulações metálicas que adentram a estrutura (linhas de energia, linhas de sinal, tubulações); medidas de proteção existentes ou providas (por exemplo, medidas de proteção para reduzir danos físicos e risco à vida, medidas de proteção para reduzir falhas em sistemas internos); dimensão do risco (estrutura com dificuldade de evacuação ou estrutura na qual pode haver pânico, estrutura perigosa às redondezas, estrutura perigosa ao ambiente). A tabela apresenta os efeitos das descargas atmosféricas nos vários tipos de estruturas.
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A proteção é alcançada por meio de um sistema de proteção contra descargas atmosféricas (SPDA) o qual inclui as seguintes características: subsistema de captação; subsistema de descida; subsistema de aterramento; equipotencialização para descargas atmosféricas (EB); isolação elétrica (e daí a distância de segurança). Quando for instalado um SPDA, a equipotencialização é uma medida essencial para reduzir os perigos de incêndio e de explosão e o risco de vida. Para mais detalhes, ver NBR 5419-3.
A redução de danos físicos pode ser obtida por medidas que limitem o desenvolvimento e propagação de fogo, como compartimentos à prova de fogo, extintores, hidrantes, instalações de alarme de incêndio e extinção de fogo. A instalação de rotas de fuga minimiza os riscos de danos físicos.
As descargas atmosféricas para a terra podem ser perigosas para as estruturas e para as linhas de energia e de sinal. Os perigos para uma estrutura podem resultar em: danos à estrutura e ao seu conteúdo; falhas aos sistemas eletroeletrônicos associados; e ferimentos a seres vivos dentro ou perto das estruturas. Os efeitos consequentes dos danos e falhas podem ser estendidos às vizinhanças da estrutura ou podem envolver o meio ambiente.
Para reduzir as perdas devido às descargas atmosféricas, podem ser necessárias medidas de proteção. Quando estas são necessárias, e em qual medida, deve ser determinado pela análise de risco. O risco, definido por esta norma como a provável perda média anual em uma estrutura devido às descargas atmosféricas, depende de: o número anual de descargas atmosféricas que influenciam a estrutura; a probabilidade de dano por uma das descargas atmosféricas que influenciam; a quantidade média das perdas causadas.
As descargas atmosféricas que influenciam a estrutura podem ser divididas em: descargas diretas à estrutura, descargas próximas à estrutura, diretas às linhas conectadas (linhas de energia, linhas de telecomunicações) ou perto das linhas. As descargas atmosféricas diretas à estrutura ou a uma linha conectada podem causar danos físicos e perigo à vida.
As descargas atmosféricas próximas à estrutura ou à linha, assim como as descargas atmosféricas diretas à estrutura ou à linha, podem causar falhas dos sistemas eletroeletrônicos devido às sobretensões resultantes do acoplamento resistivo e indutivo destes sistemas com a corrente da descarga atmosférica. Entretanto, as falhas causadas pelas sobretensões atmosféricas nas instalações do usuário e nas linhas de suprimento de energia podem também gerar sobretensões do tipo chaveamento nas instalações.
O mau funcionamento dos sistemas eletroeletrônicos não é coberto pela série NBR 5419. Para tanto, recomenda-se consultar a IEC 61000-4-5. O número das descargas atmosféricas que influenciam a estrutura depende das dimensões e das características das estruturas e das linhas conectadas, das características do ambiente da estrutura e das linhas, assim como da densidade de descargas atmosféricas para a terra na região onde estão localizadas a estrutura e as linhas.
A probabilidade de danos devido à descarga atmosférica depende da estrutura, das linhas conectadas, e das características da corrente da descarga atmosférica, assim como do tipo e da eficiência das medidas de proteção efetuadas. A quantidade média da perda consequente depende da extensão dos danos e dos efeitos consequentes, os quais podem ocorrer como resultado de uma descarga atmosférica.
O efeito das medidas de proteção resulta das características de cada medida de proteção e pode reduzir as probabilidades de danos ou a quantidade média da perda consequente. A decisão de prover uma proteção contra descargas atmosféricas pode ser tomada independentemente do resultado da análise de risco. A parte 3 trata da proteção, no interior e ao redor de uma estrutura, contra danos físicos e contra lesões a seres vivos devido às tensões de toque e passo.
Considera-se que a principal e mais eficaz medida de proteção contra danos físicos é o SPDA – sistema de proteção contra descargas atmosféricas. Geralmente, o SPDA é composto por dois sistemas de proteção: sistema externo e sistema interno. O SPDA externo é destinado a: interceptar uma descarga atmosférica para a estrutura (por meio do subsistema de captação), conduzir a corrente da descarga atmosférica para a terra de forma segura (por meio do subsistema de descida), dispersar a corrente da descarga atmosférica na terra (por meio do subsistema de aterramento).
O SPDA interno é destinado a reduzir os riscos com centelhamentos perigosos dentro do volume de proteção criado pelo SPDA externo utilizando ligações equipotenciais ou distância de segurança (isolação elétrica) entre os componentes do SPDA externo e outros elementos eletricamente condutores internos à estrutura. As principais medidas de proteção contra os riscos devido às tensões de passo e de toque para os seres vivos consistem em: reduzir a corrente elétrica que flui por meio dos seres vivos por meio de isolação de partes condutoras expostas e/ou por meio de um aumento da resistividade superficial do solo; reduzir a ocorrência de tensões perigosas de toque e passo por meio de barreiras físicas e/ou avisos de advertência.
O tipo e localização de um SPDA devem ser cuidadosamente considerados no projeto inicial de uma nova estrutura, possibilitando, desta forma, um uso otimizado das partes eletricamente condutoras desta. Utilizando essa premissa na fase de projeto, a construção de uma instalação ou edificação é realizada de forma a preservar a estética e melhorar a eficácia do SPDA com custo e esforços minimizados.
Uma vez iniciada uma construção em um determinado local, o acesso restrito ao solo e à armadura de aço das estruturas dificulta o aproveitamento desses elementos como componentes naturais do SPDA, notadamente o subsistema de aterramento. Por esta razão, a resistividade e o tipo do solo devem sempre ser considerados nos estágios iniciais do empreendimento, sendo estas informações fundamentais para o projeto do sistema de aterramento e que podem exigir adequações no projeto da estrutura da fundação.
O melhor resultado e com custo otimizado sempre será alcançado com a frequente interação entre os projetistas, arquitetos, instaladores do SPDA e construtores. Quando um SPDA for instalado ou adequado em uma estrutura ou edificação existente, devem ser seguidas as prescrições contidas nesta norma em todas as suas etapas, do projeto à emissão da documentação final.
Enfim, as descargas atmosféricas como fontes de danos são fenômenos de altíssima energia. Elas liberam centenas de MJ de energia. Quando comparadas com os mJ que podem ser suficientes para causar danos aos equipamentos eletrônicos sensíveis em sistemas eletroeletrônicos existentes nas estruturas, fica claro que medidas adicionais de proteção são necessárias para proteger alguns destes equipamentos.
A necessidade desta norma justifica-se pelo crescente custo associado às falhas de sistemas eletroeletrônicos causadas pelos efeitos eletromagnéticos das descargas atmosféricas. Particularmente importantes são os sistemas eletrônicos usados no armazenamento e processamento de dados, assim como no controle e segurança de processos para plantas de considerável investimento, tamanho e complexidade (para as quais as consequências são muito indesejáveis por razões de custo e segurança).
As descargas atmosféricas podem causar diferentes tipos de danos em uma estrutura, como definido na NBR 5419-1: D1 danos aos seres vivos por choques elétricos; D2 danos físicos (fogo, explosão, destruição mecânica, vazamento químico) devido aos efeitos da corrente das descargas atmosféricas, incluindo centelhamentos; e D3 falhas de sistemas internos devido ao LEMP (Lightning Electromagnetic. Pulse). A NBR 5419-3 trata das medidas de proteção para reduzir os riscos de danos físicos e perigo de vida, mas não cobre a proteção de sistemas elétricos e eletrônicos.
Esta Parte fornece as informações sobre as medidas de proteção para reduzir os riscos de dano permanente de sistemas eletroeletrônicos existentes nas estruturas. Danos permanentes nos sistemas eletroeletrônicos podem ser causados pelo impulso eletromagnético da descarga atmosférica (LEMP) por meio de: surtos conduzidos ou induzidos transmitidos pelos cabos conectados aos sistemas; os efeitos dos campos eletromagnéticos irradiados diretamente para os próprios equipamentos.
Surtos na estrutura podem se originar de fontes externas ou internas à própria estrutura: surtos com origem externa à estrutura são criados por descargas atmosféricas que atingem as linhas entrando na estrutura, ou o solo próximo a elas, e são transmitidos aos sistemas elétricos e eletrônicos dentro da estrutura por meio destas linhas; surtos com origem interna à estrutura são criados por descargas atmosféricas que atingem a própria estrutura ou o solo próximo a ela. Os surtos podem também se originar internamente à estrutura por efeitos de chaveamento, como, por exemplo, o chaveamento de cargas indutivas.
O acoplamento pode surgir por diferentes mecanismos: acoplamento resistivo (por exemplo, a impedância do subsistema de aterramento ou a resistência da blindagem dos cabos); acoplamento pelo campo magnético (por exemplo, causado pelos laços formados pelos cabos dos sistemas elétricos e eletrônicos ou pela indutância dos condutores de equipotencialização); acoplamento pelo campo elétrico (por exemplo, causado pelos mastros metálicos das antenas de recepção).
Os efeitos do acoplamento pelo campo elétrico são geralmente muito pequenos quando comparados ao acoplamento pelo campo magnético e podem ser desprezados. Os campos eletromagnéticos irradiados podem ser gerados por: corrente elétrica que flui no canal das descargas atmosféricas diretas; corrente parcial da descarga atmosférica fluindo nos condutores (por exemplo, nos condutores de descida de um SPDA externo de acordo com a NBR 5419-3 ou em uma blindagem espacial de acordo com esta parte da norma).
FONTE: Equipe Target