Seção: Tutoriais Infraestrutura

 

 
SPDA: Métodos de Proteção

 

10.0 Métodos de Proteção

 

Uma vez feita a análise de necessidade de proteção de uma determinada estrutura, e determinado o nível de proteção necessária, o primeiro passo é se escolher o sistema de proteção (Gaiola de faraday, Franklin, modelo eletromagnético) ou mixto, nesta hora o correto é o engenheiro Eletricista sentar junto com o arquiteto e definir o sistema mais adequado à estrutura e nível de proteção definido.

 

Uma vez definido o sistema de proteção, pe necessário se efetuar o calculo dos componentes que compõem o sistema de forma se assegurar a eficiência do mesmo, assim como, se evitar os danos e falhas poddiveis de ocorrem.

 

Qualquer que seja o sistema de proteção escolhido, sempre existirão os três componentes a seguir:

 

10.1 Sistema de Captores – Tem como função receber os raios, reduzindo ao mínimo a probabilidade da estrutura receber diretamente o raio, deve ter a capacidade térmica e mecânica suficiente para suportar o calor gerado no ponto de impacto, bem como os esforços eletromecânicos resultantes, alem disto o ataque por poluentes deve ser levado em conta na hora de seu dimensionamento;

 

10.2 Sistema de descida – Tem como função conduzir a corrente de descarga do raio recebido pelo captor até o sistema de aterramento, reduzindo ao máximo a incidência de descargas laterais e de campos eletromagnéticos no interior do volume protegido, deve ainda ter a capacidade térmica e mecânica suficiente para suportar o calor gerado pela passagem da corrente, e boa suportabilidade à corrosão.

10.3 Sistema de Aterramento – Tem como função dispersar no solo a corrente recebida pelos captores e conduzidas pelos condutores até o solo, reduzindo ao mínimo o risco de ocorrência de tensões de passo e de toque, deve resistir ao calor gerado e deve resistir ao ataque corrosivo dos diversos tipos de solos.

 

Estes componentes básicos podem ainda ser divididos em:

 

10.4 Componentes Naturais: São aqueles existentes na estrutura e que não só podem como devem ser utilizados no sistema de proteção; esta utilização não só para ser mais eficiente como mais econômica, deve ser prevista durante fase de projeto, se os elementos não forem visíveis e não havia previsão na fase inicial deve-se evita-los.

 

10.5 Componentes especiais: são aqueles colocados na estrutura com finalidade explicita de receber, conduzir ou dispersar a corrente provocada pela descarga atmosférica.

 

10.6 Proteção isolada: são aquelas onde o sistema de proteção é colocado acima e ao lado da estrutura sem contato com a mesma de forma isolada (mantendo uma distancia segura) evitando

descargas captor – teto e descidas pela estrutura da parede do volume.

 

10.7 Proteção não isolada: é aquela onde não existe espaçamento entre o sistema de proteção e a estrutura do volume protegido, ou seja, colocado diretamente sobre a estrutura do volume protegido.

 

OBS: quanto maior o uso de componentes naturais, mais estético fica o projeto, alem de mais econômico.

 

As variações nos métodos de proteção se devem pelo fato de termos mais de uma maneira de captar os raios, temos as seguinte maneiras:

  • Principio usado pelo Método Franklin e eletromagnético: utiliza hastes verticais (chamados de pára-raios ou terminais aéreos) ou horizontais suspensos (solução análoga das linhas de transmissão).
  • Principio usado pelo Método Faraday: condutores horizontais não suspensos formando uma malha sobre a estrutura.

A diferença entre o método Franklin e o Eletromagnético esta no modelo matemático de dimensionamento, o eletromagnético é mais completo e comprovado pelas linhas de transmissão de energia, é inclusive o mais recomendado pelos projetistas de SPDA.

 

 

10.8 Método Eletromagnético (EGM)

 

É considerada a mais completa ferramenta para proteção de estruturas, e baseado em métodos científicos de observação e medição dos parâmetros dos raios, e ensaios de laboratórios de alta tensão.

 

No modelo eletromagnético considera-se que o líder descendente caminha na direção vertical em direção à terra em degraus dentro de uma esfera cujo raio depende da carga da nuvem ou da corrente do raio e será desviado da trajetória original por algum objeto aterrado,

 

A descarga se dará no ponto onde a esfera tocar este objeto ou na terra aquele que for primeiro alcançado pela esfera; O raio da esfera é considerado o raio de atração.

 

Distância de atração: Ra = 10 x I(corrente) elevada à 0,66

 

Se considerarmos um captor como uma haste vertical de altura H sua zona de proteção será definida pela equação de uma esfera que define a superfície de proteção.

 

(X-x)²+(Y-y)²= R²

 

onde x e y são coordenadas de um ponto genérico da superfície, X e Y são as coordenadas do centro da esfera e R é o raio da esfera(distancia de atração) conforme figura a seguir.

 

 

Pela norma NBR5419 o Ra – Raio de atração é o seguinte:

 

 

Nível I II III IV
Raio da esfera em mts 20 30 45 60

 

Toda estrutura a ser protegida tem que estar dentro do volume formado pelo deslocamento da esfera pelo condutor.

10.9 Método Franklin

 

Este método se baseia no uso de captores pontiagudos colocados em mastros verticais para se aproveitar os efeitos das pontas, quanto maior a altura maior o volume protegido, volume este que tem a forma de um cone formado pelo triangulo retângulo girado em torno do mastro.

 

No caso de condutores horizontais suportados por hastes verticais, será obtido pelo deslocamento horizontal do cone de proteção desde a posição de uma haste até a posição da outra haste.

 

 

Volume de proteção de haste vertical

 

 

 

A linha curva entre h1 e h2 tem forma de parábola e, assim, a equação genérica da sua altura h em relação ao solo será:


h = ax² + bx + c onde x é a distância horizontal em relação a h1.


E os coeficientes são dados por:

 

a = (h2-h1)d**2 + raiz_q (3) / 3d
b = -raiz_q(3) / 3
c = h1

 

onde raiz_q: raiz quadrada

 

Volume de proteção de haste com condutor horizontal.

 

O ângulo de proteção e o raio de esfera admitido pela norma NBR5419 é:

 

 

Nível\H < 20m < 30m < 45m < 60m
I 25° * * *
II 35° 25° * *
III 45° 35° 25° *
IV 55° 45° 35° 25°

 

Entre dois captores próximos pode-se aumentar em 10° o ângulo na parte interna entre eles e na externa vale o da tabela acima.

 

10.10– Método Gaiola de Faraday

 

Este método consiste em instalar um sistema de captores formado por condutores horizontais interligados em forma de malha, quanto menor for a distancia entre os condutores da malha melhor será a proteção obtida.

 

Dimensões fixadas pela norma NBR5419

 

 

Nível Malha
I 5X7,5
II 10X15
III 10X15
IV 20X20

 

 

É prática se utilizar ainda pequenos captores Verticais, com 30 a 50 cm de altura, separados por uma distancia de 5 a 8 mts ao longo dos condutores da malha, isto se originou da norma inglesa BS 6651.

 

É bom lembrar que não se deve colocar condutores elétricos paralelos aos condutores da malha na parte interior da estrutura e próximo aos mesmos.

 

 

Volume protegido por malha 5X10 em método Faraday.

 

 

11.0 – Comparação entre os três métodos

 

Na comparação entre os três métodos levando em conta o nível de proteção, eficiência e custo, verificamos que, o método Gaiola de Faraday leva vantagens em pequenas construções já em edificações de grande porte o método eletromagnético é o de melhor relação custo beneficio.

 

 

 

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