ROSA, Daniel de Souza [1], CÂMARA, Patrícia Trabuco [2], ASCUÍ, Rogério Roman Mesquita de [3]
ROSA, Daniel de Souza; CÂMARA, Patrícia Trabuco; ASCUÍ, Rogério Roman Mesquita de. Proteção Contra Descargas Atmosféricas de Laboratórios de Pesquisa Científica. Revista Científica Multidisciplinar Núcleo do Conhecimento. Ano 2, Vol. 16. pp 419-424., março de 2017. ISSN: 2448-0959
RESUMO
Laboratórios de Pesquisa Científica costumam ter equipamentos complexos de alta precisão que necessitam de rede elétrica estável e confiável. As descargas atmosféricas são grandes causadores de distúrbios nessa rede o que gera a queima de diversos aparelhos. Como forma de evitar esse problema, faz-se uso de um Sistema de Proteção Contra Descargas Atmosféricas (SPDA), que consiste na instalação de hastes aterradas de modo a redirecionar a descarga elétrica de um raio à Terra. Este trabalho visa mostrar a teoria para elaboração de um projeto de SPDA para Laboratórios de Pesquisa Científica.
Palavras-chave: SPDA, Descarga Atmosférica, Laboratórios de Pesquisa Científica.
INTRODUÇÃO
As Descargas atmosféricas são grandes causadores de distúrbios na rede elétrica, podem causar, também, danos físicos às edificações ou às pessoas e animais que a elas estejam submetidas. Como forma de amenizar seus efeitos, os Sistemas de Proteção Contra Descargas Atmosféricas ou SPDA visam, basicamente, redirecionar a descarga elétrica de um raio à Terra.
Os distúrbios na rede, referido acima, se dá pela indução de surtos na tensão que podem atingir até centenas de kV (em redes de transmissão e distribuição). Algumas providências são tomadas, dentre elas: cabos-guarda ao longo das linhas de tensão, pára-raios e outros.
Além do surto à rede elétrica, os raios podem causar, também, danos físicos às estruturas de edificações, quando estas não estão devidamente protegidas e sofrem contato direto com um raio.
Neste artigo será abordada a proteção a edificações do tipo prédio com Laboratórios de Pesquisa Científica através dos métodos de Franklin e Faraday seguindo a NBR 5419-2015.
DESENVOLVIMENTO
Para proteção de uma edificação, a norma da ABNT 5419-2015 apresenta três métodos:
- Método do Ângulo de Proteção (Método de Franklin): utilizada em edificações de formato simples, mas sujeito aos limites de altura dos captores.
Consiste na instalação de uma haste acima da edificação ligada à terra. Sua proteção obedece um ângulo preestabelecido a partir do ponto mais alto da haste até um plano de referência, de acordo à Classe de Proteção, conforme Figura 1. A área envolvida por esse ângulo é a área protegida.
- Método das Malhas (Método de Faraday): aplicação adequada para proteção de telhados horizontais, inclinados sem curvatura e superfícies laterais planas (para edificações muito altas).
O método consiste em malhas de condutores que envolvem a área a ser protegida e deve cumprir os seguintes requisitos (NBR 5419-3/2015):
- Condutores captores devem ser instalados:
— na periferia da cobertura da estrutura;
— nas saliências da cobertura da estrutura;
— nas cumeeiras dos telhados, se o declive deste exceder 1/10 (um de desnível por dez de comprimento);
- As dimensões de malha não podem ser maiores que os valores encontrados na Tabela 1;
- O conjunto de condutores do subsistema de captação deve ser construído de tal modo que a corrente elétrica da descarga atmosférica sempre encontre pelo menos duas rotas condutoras distintas para o subsistema de aterramento;
- Nenhuma instalação metálica, que por suas características não possa assumir a condição de elemento captor, ultrapasse para fora o volume protegido pela malha do subsistema de captação.
- Os condutores da malha devem seguir o caminho mais curto e retilíneo possível da instalação.
Tabela 1 – Valores máximos tamanho da malha correspondentes a classe do SPDA
| Classe do SPDA | Máximo afastamento dos condutores da malha (m) |
| I | 5×5 |
| II | 10×10 |
| III | 15×15 |
| IV | 20×20 |
- Método da Esfera Rolante: não será utilizado neste artigo.
Independentemente do método e da classe escolhidos, a proteção não garante 100% de eficácia.
A edificação que se pretende proteger contra descargas atmosféricas trata-se de Laboratórios de Pesquisa Científica hipotético. Nele encontram-se equipamentos simples, complexos de alta precisão e computadores com rede de dados.
As características da construção são:
- Prédio com 30m de altura, com dimensões 10x20m;
- Cobertura de telhado com declive inferior a 1/10;
- Caixa d’água cúbica com 3m cada aresta, acima da construção.
Para as características acima, a proteção se dará pela junção dos métodos de Franklin e Faraday. E por se tratar de laboratórios, a Classe de Proteção será II.
Desta forma, seguindo os dados apresentados acima, o ângulo de proteção será no máximo 25° e a dimensão das malhas será de no máximo 10x10m. Como a superfície superior do prédio tem dimensões 20x10m, serão necessárias duas malhas de Faraday, conforme abaixo:
Por se tratar de uma construção com altura inferior a 60m, a proteção lateral não se faz necessária.
Para proteção da área elevada (caixa d’água), faz-se necessário o uso de um captor de Franklin, conforme segue:
A altura do captor foi encontrada a partir da equação:
Após os cálculos e considerações apresentados acima, o captor de Franklin, bem como as malhas de Faraday devem ser conectados à malha de aterramento que deve envolver toda a edificação. Serão seis caminhos de descida, um em cada canto do prédio e nos pontos de conexão das duas malhas. O captor deve ser conectado à malha de Franklin, como pôde ser visto na Figura 4.
CONCLUSÃO
Foi visto que descargas atmosféricas podem provocar danos irreversíveis a construções, vida humana e animal.
A fim de evitar os danos supracitados, deve-se proteger as áreas desejadas com o Sistema de Proteção Contra Descargas Atmosféricas (SPDA). Esse sistema constitui de captar a descarga elétrica emitida por raios e redirecionar à Terra através de condutores devidamente aterrados.
Para este artigo, foi mostrado um exemplo de aplicação dos métodos do ângulo de proteção e das malhas.
Utilizando os dois métodos, foi possível proteger um prédio de 30m de altura com uma caixa d’água na sua cobertura.
Vale ressaltar que os métodos apresentados não têm 100% de eficácia, tendo em vista que a descarga elétrica é um fenômeno da natureza, absolutamente, imprevisível e aleatória, tanto nas suas características como nos seus efeitos.
REFERÊNCIAS
ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 5.419/15 – Proteção contra descargas atmosféricas, 2015.
MAMEDE FILHO, J. Instalações Elétricas Industriais. 6ª Edição. Rio de Janeiro, RJ: LTC, 2004.
COTRIM, A. A. M. B. Instalações Elétricas. 5ª Edição. São Paulo. Prentice-Hall, 2008.
KIDERMANN, G. Descargas atmosféricas. 2.ed. Porto Alegre: Sagra Luzzatto, 1997.
[1] Bacharel em Engenharia Elétrica. Universidade do Estado do Amazonas -UEA. Pós-Graduado em Logística. Pós-Graduado em Engenharia de Produção. Possui MBA em Sistemas de Informação. Pós-Graduado em Engenharia Elétrica com ênfase em Instalações Elétricas Industriais.
[2] Bacharel em Engenharia Elétrica. Universidade Federal da Bahia – Campus Salvador. Pós-Graduada em Engenharia Elétrica com ênfase em Instalações Elétricas Industriais.
[3] Bacharel em Engenharia Elétrica. Universidade Federal do Amazonas-UFAM Pós-Graduada em Engenharia Elétrica com ênfase em Instalações Elétricas Industriais.
