LIGHTNING PROTECTION SYSTEM (LPS): CASE STUDY APPLIED IN AN ENVIRONMENT WITH ADVERSE CONDITIONS.
REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.10200740
Lucas A. de Almeida;
Marcos Vinicius L. de Assis;
Matheus C. Santana;
Rômulo Mosareli;
Orientador: Prof. Paulo César.
Resumo: É crucial dar atenção aos cuidados relacionados aos perigos das descargas atmosféricas, considerando seus impactos em diversas estruturas, especialmente em espaços abertos e situações que testam os sistemas de proteção contra descargas atmosféricas (SPDA) estabelecidos por normas e estudos. Este enfoque visa reduzir a ocorrência de perdas humanas, interrupções nos serviços públicos, danos ao patrimônio cultural e prejuízos econômicos em instalações e áreas habitáveis.
A abordagem prática desse tema se baseia em normas técnicas, citações e estudos acadêmicos, destacando um estudo de caso que confirma a eficácia das medidas de segurança contra os danos causados por descargas atmosféricas. Este estudo inclui uma análise detalhada da instalação em questão, projetos de aterramento, ensaios e laudos de medições específicas dessa instalação. Além disso, ressalta-se a importância das normas técnicas como guias essenciais para enfrentar situações adversas, conforme mencionado anteriormente. Ao seguir criteriosamente essas normas, não apenas os riscos relacionados a descargas atmosféricas são mitigados, mas também é assegurada a proteção abrangente de vidas, serviços públicos, patrimônio cultural e ativos econômicos em instalações e áreas habitáveis.
Palavras-chave: Segurança, SPDA, Normas técnicas.
Summary: It is crucial to pay attention to precautions related to the dangers of atmospheric discharges, considering their impacts on various structures, especially in open spaces and situations that test the established Lightning Protection Systems (LPS) as per standards and studies. This approach aims to reduce the occurrence of human losses, disruptions in public services, damage to cultural heritage, and economic losses in installations and habitable areas.
The practical approach to this topic is based on technical standards, citations, and academic studies, highlighting a case study that confirms the effectiveness of security measures against damages caused by atmospheric discharges. This study includes a detailed analysis of the installation in question, grounding projects, tests, and measurement reports specific to this installation. Furthermore, the importance of technical standards as essential guides to address adverse situations is emphasized, as mentioned earlier. By strictly adhering to these standards, not only are risks related to atmospheric discharges mitigated, but comprehensive protection of lives, public services, cultural heritage, and economic assets in installations and habitable areas is also ensured
Keywords: Safety, Technical standards, LPS.
1 Introdução
Conforme já informado pela norma técnica ABNT NBR 5419, que é separada em 4 partes (Princípios gerais; Gerenciamento de riscos; Danos físicos a estruturas e perigos à vida; Sistemas elétricos e eletrônicos internos a estrutura) “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 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 levando em consideração todo gerenciamento de risco realizado em cada situação.
Esta norma brasileira atualmente não possui o foco em áreas abertas e a proteção dos seres vivos nestes ambientes é feita baseada em alertas e evacuação de pessoas através da utilização de detectores de tempestades conforme NBR 16785/2019. (TÉCNICAS A. B., NBR 16785: Proteção contra descargas atmosféricas: Sistemas de alerta de tempestades elétricas, 2019, p. 62)
Portanto, seres vivos em áreas abertas estão expostos aos riscos de descargas diretas e efeitos indiretos do raio como: Tensão de passo, tensão de toque, descargas laterais, etc. Apenas evitar que o raio atinja diretamente os ocupantes não é garantia da proteção dos mesmos. Por esses motivos a proteção em áreas abertas, via SPDA, não é eficiente.
De acordo com a NBR 5419-2 (Gerenciamento de riscos) “no caso em que o risco não possa ser reduzido a um nível tolerado, o proprietário deve ser informado e o mais alto nível de proteção deve ser providenciado para a instalação”. (TÉCNICAS A. B., NBR 54191: Proteção contra descargas atmosféricas: Parte 1: Princípios Gerais, 2015, p. 67)
Esta pesquisa se concentrará na análise e discussão das adversidades encontradas nos sistemas de proteção contra descargas atmosféricas em situações adversas como ambientes altos e abertos, abordando especificamente os aspectos relacionados à segurança de humanos e animais e aceitação do sistema de proteção contra as descargas atmosféricas nestes ambientes que não são comentados pelas normas brasileiras de SPDA.
1.1 Justificativa
Diante das complexidades apresentadas na instalação e certificação do SPDA em ambientes adversos como áreas abertas e arborizadas, como por exemplo em áreas de lazer e penthouses (A penthouse é uma categoria de apartamento construído acima da última laje de um prédio) qual é o nível de eficácia destes sistemas atualmente disponíveis? Como garantir o máximo de segurança tanto de seres humanos quanto de animais nesses contextos, considerando as normas técnicas existentes? Quais desafios específicos surgem na concepção, instalação e certificação desses sistemas em ambientes urbanos e de lazer com vegetação predominantemente alta?
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo geral
O objetivo geral delineia o propósito principal da pesquisa, que é investigar, compreender e melhorar a proteção contra descargas atmosféricas em situações desafiadoras, promovendo a segurança de pessoas e animais e considerando a conformidade com normas técnicas pertinentes.
1.2.2 Objetivos específicos
Com base no objetivo definido para pesquisa determinada acima, podem ser estabelecidos os seguintes objetivos específicos:
a) Avaliar a eficácia dos sistemas de proteção contra descargas atmosféricas existentes em edificações e áreas de lazer, por meio de análises e ensaios executados em casos reais;
b) Identificar e analisar as adversidades específicas que afetam a segurança de seres humanos e animais nesses ambientes, quando expostos a descargas atmosféricas;
c) Investigar a conformidade dos sistemas de proteção com as normas técnicas e regulamentações vigentes relacionadas à proteção contra descargas atmosféricas;
d) Propor soluções e estratégias de projeto e instalação de sistemas de proteção contra descargas atmosféricas que sejam adequadas para ambientes urbanos e de lazer com vegetação predominante, levando em consideração as adversidades identificadas;
e) Contribuir para o desenvolvimento de diretrizes mais eficientes e seguras na proteção contra descargas atmosféricas em ambientes como penthouses e áreas de lazer abertas e com árvores altas, por meio da consolidação dos resultados da pesquisa e recomendações práticas.
Estes objetivos específicos direcionam a pesquisa para a realização de investigações detalhadas e a proposição de soluções concretas relacionadas à proteção contra descargas atmosféricas em contextos desafiadores, conforme delineado no objetivo geral.
2 Referencial teórico
Neste capítulo serão apresentados artigos, trabalhos de conclusão de curso e projetos desenvolvidos por universitários, revistas e/ou empresas relacionados ao estudo de casos sobre sistemas de proteção contra descargas atmosféricas em situações ou condições adversas, como é o caso deste trabalho. Deste modo foi possível observar as particularidades estudadas e observadas de cada um e as conclusões determinadas.
2.1 Sistemas de proteção contra descargas atmosféricas (SPDA): estudo de caso em uma estrutura predial
O foco do estudo é avaliar a necessidade de aplicar o sistema de proteção contra descargas atmosféricas em uma estrutura, demonstrando os critérios utilizados pela ABNT NBR 5419 de 2015, desde as características de formação das descargas atmosféricas, incidência delas no Brasil e quais riscos e probabilidade de danos podem ser causados em estruturas, pessoas e sistemas causando perdas de vida humana, perda de serviço ao público, perdas de valores culturais e econômicos. Demonstraram-se os métodos de proteção contra descargas atmosféricas e suas características, como subsistemas de captação, subsistemas de descidas, e subsistemas de aterramento, SPDA internos e equipotencialização de sistemas, listas de materiais e métodos de posicionamento, fixação e conexão e por fim aplicação no estudo de caso.
Considerando a relação de valores dos riscos toleráveis RT e a perda de vida humana ou danos à saúde permanentes R1, obteve-se o valor de R1 acima do valor de RT. Concluiu-se que a estrutura predial chamada de edifício residencial multifamiliar, que está sendo construída na cidade de Lages – SC, necessita da aplicação de um sistema de proteção contra descargas atmosféricas, para evitar danos à saúde das pessoas e a integridade do edifício. Aplicou-se o método da gaiola de Faraday e definidos parâmetros e recalculado os componentes de Risco para se obter um resultado de R1 menor que RT, que foi igual a 7,9 ×10^-6, dentro do limite tolerável. Com isso pode-se projetar os subsistemas de captação, descidas e aterramento, e adequá-los ao melhor posicionamento. (SPDA: ESTUDO DE CASO EM UMA ESTRUTURA PREDIAL, 2018)
2.2 Estudo sobre sistema de proteção contra descargas atmosféricas em plantas petroquímicas em situação de manutenção: análise de risco
Este estudo desenvolvido na Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) relata que a ocorrência de descargas atmosféricas representa uma ameaça significativa para estruturas e a segurança dos indivíduos, inclusive podendo resultar em fatalidades. No contexto legal e normativo brasileiro, destaca-se a importância de considerar aspectos relacionados à proteção contra descargas atmosféricas em instalações industriais. Especificamente, os trabalhos de manutenção em refinarias de petróleo, conhecidos como “parada”, expõem os trabalhadores a riscos associados a descargas atmosféricas, tornando essencial a análise detalhada desses riscos nesse cenário.
Embora a norma brasileira aborde a proteção contra descargas atmosféricas, o texto ressalta sua inadequação para situações não convencionais, como os serviços de “parada”. Nesse contexto, a norma internacional IEC 62305 emerge como uma referência mais abrangente para a elaboração de projetos de Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA) em situações específicas.
O aluno Guilherme Hoffmann Leão Coelho (2011), elaborador do estudo, explora a ferramenta de análise de risco proposta pela IEC, destacando sua utilidade na quantificação dos riscos anuais enfrentados pelos trabalhadores durante os serviços de manutenção em áreas específicas. Além disso, estabelece um valor tolerável de risco com base em práticas globais, referências normativas e riscos previamente identificados em refinarias.
Por meio de um estudo de caso centrado nos serviços de “parada”, são apresentados diversos cenários, incluindo aqueles sem SPDA, com ou sem medidas de proteção contra potenciais perigosos e com diferentes abordagens para o tratamento da alimentação elétrica. A análise desses cenários revela a necessidade de instalação de SPDA para atingir níveis de risco toleráveis, enfatizando a importância de medidas para minimizar potenciais perigosos e o tratamento adequado da alimentação elétrica.
Ainda segundo (Coelho, 2011) os resultados e conclusões derivados desse estudo de caso não apenas têm implicações cruciais para os serviços de “parada” em refinarias, mas também indicam a possibilidade de estender essa análise para outras situações, como montagem de estruturas elevadas, reformas em edifícios de grande altura, obras em geral e minas a céu aberto. Assim, a abordagem apresentada oferece uma contribuição valiosa para a elaboração de projetos de SPDA em diversos contextos além do inicialmente considerado. (Estudo sobre sistema de proteção contra descargas atmosféricas em plantas petroquímicas em situação de manutenção: análise de risco, 2011)
2.3 Estudo de caso de implantação de SPDA para torre de transmissão de dados localizada em Piedade, Caratinga
Neste estudo desenvolvido no Instituto Tecnológico de Caratinga (ITC), (Faria, 2016) observou-se que para a implantação de um projeto de SPDA existem uma série de etapas e métodos que devem ser cumpridos, desde a escolha dos métodos de proteção que será empregado, seja ele método de Franklin, Gaiola de Faraday ou Esfera rolantes, até a escolha do melhor local para implantação do captor, dimensionamento do seu subsistema de descida e a construção do seu subsistema de aterramento.
Todas essas etapas devem ser bem analisadas e elaboradas, para que consiga a melhor eficiência possível em seu projeto, analisando esses dados com o estudo de caso, observa-se que houve um certo desleixo, pois alguns pontos falhos foram detectados conforme já apresentados.
De maneira geral, o estudante (Faria, 2016) concluiu, baseado nos estudos feitos pelo mesmo, que foram atingidos os objetivos que se esperavam, que era a verificação da eficiência do projeto de SPDA apresentado, infelizmente o resultado obtido não foi o esperado, esperava-se que o projeto apresenta-se menos falhas. (Estudo de caso de implantação de SPDA para torre de transmissão de dados localizada em Piedade – Caratinga, 2016)
2.4 SPDA: Danos físicos a estrutura e perigos à vida
Neste relatório apresentado pelo Professor Marcos Fergutz (Fergutz, 2019), utilizando bases encontradas na norma NBR 5419-3, foi evidenciado e ilustrado situações diversas de métodos de malhas e de subsistemas de aterramento elétrico e maneiras corretas de serem utilizadas dependendo das condições externas e de edificações.
Além dos métodos, (Fergutz, 2019) informa sobre dimensionamento de sistemas, posições de captores e métodos diferentes de proteção contra descargas atmosféricas e cálculos evidenciando a eficácia dos mesmos, além de discorrer sobre o material utilizado nos sistemas para se obter melhores resultados.
Como a norma relata, é indiscutível a necessidade de inspeções, testes e manutenções neste sistema, por isso no estudo o Professor evidencia resultados de inspeções e testes elétricos feitos em campo e como o sistema foi concretizado por um todo. (Sistemas de Proteção Contra Descargas Atmosféricas: SPDA, 2019)
3 Metodologia
O objetivo geral da pesquisa, que visa a investigação e aprimoramento dos sistemas de proteção contra descargas atmosféricas em coberturas de edificações (penthouse) e áreas de lazer que se fazem presentes árvores altas, será fundamentado por meio da metodologia de estudo de caso. Esta abordagem metodológica se revela essencial para alcançar um entendimento profundo e contextualizado das adversidades específicas apresentadas por esses ambientes desafiadores.
O estudo de caso permitirá que a pesquisa analise as situações reais proporcionando uma visão detalhada de como os sistemas de proteção atualmente implementados se comportam em condições práticas. Nesse contexto, a pesquisa se concentrará em selecionar casos representativos de penthouses e áreas de lazer com árvores altas se sobressaindo acima dos captores de descargas atmosféricas em diferentes ambientes urbanos.
Primeiramente, serão coletados dados empíricos por meio de observações no local, medições elétricas, e registros de eventos de descargas atmosféricas passados e estudos realizados no local. Essa coleta de dados permitirá a identificação das adversidades reais enfrentadas por esses sistemas, como a interação entre árvores altas e os captores para proteção das descargas, riscos para seres humanos e animais, entre outros fatores.
Além disso, a análise dos casos envolverá a avaliação da conformidade dos sistemas com as normas técnicas pertinentes, identificando possíveis lacunas ou desvios das melhores práticas recomendadas.
Com base nas informações coletadas e na análise do caso, a pesquisa poderá propor soluções específicas e estratégias de projeto e instalação que sejam adaptadas às circunstâncias únicas de ambientes como estes evidenciados. Essas recomendações práticas serão fundamentadas nas experiências reais e nas lições aprendidas a partir dos estudos de caso.
Dessa forma, a metodologia de estudo de caso será o pilar fundamental para o cumprimento do objetivo geral da pesquisa, fornecendo insights valiosos e práticos para aprimorar a proteção contra descargas atmosféricas nesses ambientes desafiadores, garantindo a segurança de pessoas e animais e o cumprimento das normas técnicas relevantes.
3.1 Princípios gerais do SPDA
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, 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.
As medidas de proteções consideradas na norma técnica NBR 5419 são comprovadamente eficazes na redução dos riscos associados às descargas atmosféricas (TÉCNICAS A. B., NBR 5419-1: Proteção contra descargas atmosféricas: Parte 1: Princípios Gerais, 2015). Portanto serão fundamentalmente utilizadas para o desenvolvimento deste estudo.
3.1.1 Danos a estruturas
De acordo com a NBR 5419-1, item 5.1: A descarga atmosférica que atinge uma estrutura pode causar danos à própria estrutura, a seus ocupantes e conteúdo, incluindo falhas dos sistemas internos. Os efeitos são diferentes para cada tipo de estruturas que estamos nos relacionando, trazendo assim um olhar mais amplo de situações que podem ocorrer no caso de alguma descarga atmosférica vir a causar algum impacto que não seja controlado por um bom sistema de proteção instalado, conforme a Tabela 1 abaixo, retirada da mesma norma citada acima, item 5.1.1, onde é informado os efeitos das descargas atmosféricas nos vários tipos de estruturas:
3.1.1.1 Tipos de danos a uma estrutura
Sabe-se que a corrente da descarga atmosférica é a fonte de danos. A classificação dos tipos de danos e as suas fontes são determinadas pela NBR 5419 como S1, S2, S3 e S4, e para esta classificação, as seguintes situações foram levadas em consideração em função da posição do ponto de impacto relativo à estrutura considerada:
a) S1: descargas atmosféricas na estrutura;
b) S2: descargas atmosféricas próximas à estrutura;
c) S3: descargas atmosféricas sobre as linhas elétricas e tubulações metálicas que entram na estrutura;
d) S4: descargas atmosféricas próximas às linhas elétricas e tubulações metálicas que entram na estrutura.
Entre estas, destacam-se duas que utilizaremos no estudo de caso a seguir, situações das quais foram discorridas pela norma técnica NBR 5419 como:
3.1.1.2 Descargas atmosféricas na estrutura;
Podem causar:
a) Danos mecânicos imediatos, fogo e/ou explosão devido ao próprio plasmas quente do canal da descarga atmosférica, ou devido à corrente resultando em aquecimento resistivo de condutores, ou devido à carga elétrica resultando em erosão pelo arco elétrico;
b) Fogo e/ou explosão iniciado por centelhamento devido a sobretensão resultantes de acoplamentos resistivos e indutivos e à passagem de parte da corrente da descarga atmosférica
c) Danos às pessoas por choque elétrico devido a tensões de passo e de toque resultantes de acoplamentos resistivos e indutivos;
3.1.1.3 Descargas atmosféricas próximas às linhas elétricas e tubulações metálicas que entram na estrutura.
Podem causar falhas ou mau funcionamento de sistemas internos devido à sobretensões induzidas nas linhas que adentram a estrutura.
Em consequência, as descargas atmosféricas podem causar três tipos básicos de danos:
a) D1: danos às pessoas devido a choque elétrico
b) D2: danos físicos (fogo, explosão, destruição mecânica, liberação de produtos químicos) devido aos efeitos das correntes das descargas atmosféricas, inclusive centelhamento:
c) D3: falhas de sistemas internos devido a LEMP (Lightning Eletromagnectic Impulse).
3.1.2 Tipos de perdas
Conforme o evidenciado acima, cada estrutura sobre um efeito distinto que vai de danos às instalações nela contida à danos a vidas que estão até mesmo próximas a uma determinada estrutura ou área.
Para efeitos da ABNT NBR 5419, são considerados os seguintes tipos de perdas, os quais podem aparecer como consequência de danos relevantes à estrutura:
a) L1: perda de vida humana (incluindo-se danos permanentes);
b) L2: perda de serviço ao público;
c) L3: perda de patrimônio cultural:
d) L4: perda de valor econômico (estrutura e seu conteúdo, assim como interrupções de atividades).
A correspondência entre fonte de danos, tipos de danos e perdas é mostrado pela Tabela 2, abaixo:
3.2 Gerenciamento de riscos à seres humanos
3.2.1 Estrutura a ser considerada para análise de risco:
a) a própria estrutura;
b) as instalações na estrutura;
c) o conteúdo da estrutura;
d) as pessoas na estrutura ou nas zonas até 3 m para fora da estrutura;
e) o meio ambiente afetado por danos na estrutura.
3.2.2 Medidas de proteção
De acordo com a norma NBR 5419-1 podem ser adotadas medidas de proteção de modo a reduzir o risco de acordo com o tipo de dano:
3.2.2.1 Medidas de proteção para reduzir danos a pessoas devido a choque elétrico
São possíveis as seguintes medidas de proteção:
a) isolação adequada das partes condutoras expostas;
b) equipotencialização por meio de um sistema de aterramento em malha;
c) restrições físicas e avisos;
d) ligação equipotencial para descargas atmosféricas (LE).
A equipotencialização é um conjunto de medidas que visa a redução das tensões nas instalações causadas pelas descargas atmosféricas a níveis suportáveis para essas instalações e equipamentos por elas servidos, além de reduzir riscos de choque elétrico.
Tais medidas consistem tipicamente em ligações entre partes metálicas das instalações e destas ao SPDA, direta ou indiretamente, envolvendo massas metálicas de equipamentos, condutores de proteção, malhas de condutores instaladas sob ou sobre equipamentos sensíveis, blindagens de cabos e condutos metálicos, elementos metálicos estruturais, tubulação metálica entre outros. (TÉCNICAS A. B., NBR 5419-1: Proteção contra descargas atmosféricas: Parte 1: Princípios Gerais, 2015, p. 67)
Ou seja, as extremidades das estruturas metálicas devem ser conectadas ao aterramento existente, podendo ser o aterramento geral (geralmente em subsolos ou próximo a quadros gerais de entrada de energia de baixa tensão e/ou média tensão.
NOTA: A equipotencialização e o aumento da resistência de contato da superfície do solo, interna ou externa à estrutura, podem reduzir o risco de vida.
3.2.2.2 Medidas de proteção para redução de danos físicos
A proteção é alcançada por meio de um sistema de proteção contra descargas atmosféricas (SPDA) o qual inclui as seguintes características:
a) subsistema de captação;
b) subsistema de descida;
c) subsistema de aterramento;
d) equipotencialização para descargas atmosféricas (EB);
e) isolação elétrica (e daí a distância de segurança).
NOTA: 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.
3.2.2.3 Medidas de proteção para redução de falhas dos sistemas elétricos e eletrônicos
Medidas de proteção contra surtos (MPS) possíveis:
a) medidas de aterramento e equipotencialização;
b) blindagem magnética;
c) roteamento da fiação;
d) interfaces isolantes;
e) sistema de DPS (Dispositivo de proteção de surtos) coordenado.
3.2.2.4 Medidas de proteção contra tensões de toque
A tensão de toque refere-se à diferença de potencial elétrico entre um objeto condutor energizado, como um fio ou um equipamento elétrico defeituoso, e o corpo de uma pessoa que entra em contato com esse objeto. (Drumond, 2023)
Em certas condições, a proximidade dos condutores de descida de um SPDA, externo à estrutura, pode trazer risco de vida mesmo que o SPDA tenha sido projetado e construído de acordo com as recomendações apresentadas por esta Norma.
Por isso, a NBR 5419-3: Proteção contra descargas atmosféricas – Parte 3: Danos físicos a estruturas e perigos à vida, relaciona condições a serem preenchidas para que os riscos causados por descargas atmosféricas à estruturas sejam reduzidos a níveis toleráveis:
a) a probabilidade da aproximação de pessoas, ou a duração da presença delas fora da estrutura e próximas aos condutores de descida, for muito baixa;
b) subsistema de descida consistir em pelo menos dez caminhos naturais de descida (elementos de aço das armaduras, pilares de aço etc.) interconectados conforme item 2.2.2.4.1 (item 5.3.5 Norma NBR 5419-3):
3.2.2.4.1 As seguintes partes da estrutura podem ser consideradas como condutores naturais de descida:
a) as instalações metálicas, desde que:
I. a continuidade elétrica entre as várias partes seja feita de forma durável de acordo com o item 2.2.2.4.2 (item 5.5.2 norma NBR 5419-3);
II. suas dimensões sejam no mínimo iguais ao especificado na Tabela 4 (Anexo) para condutores de descida normalizados. Tubulações contendo misturas inflamáveis ou explosivas não podem ser consideradas como um componente natural de descida se as gaxetas nos acoplamentos dos flanges não forem metálicas ou se os lados dos flanges não forem apropriadamente conectados.
NOTA: Instalações metálicas podem ser revestidas com material isolante.
b) As armaduras de estrutura de concreto armado eletricamente contínuas;
NOTA 1: Com concreto armado pré-fabricado é importante estabelecer pontos de interconexão entre os elementos da armadura. Também é importante que o concreto armado contenha uma conexão condutora entre os pontos de interconexão. As partes individuais podem ser conectadas no campo durante a montagem.
NOTA 2: No caso de concreto protendido, recomenda-se que sejam feitos estudos específicos em relação aos riscos de danos mecânicos e corrosão decorrentes da descarga atmosférica. Consultas ao fabricante, com respostas documentadas, são indispensáveis para validação dessa utilização.
c) O vigamento de aço interconectado da estrutura;
NOTA: Anéis condutores intermediários não são necessários se o vigamento metálico das estruturas de aço ou as armaduras de aço interconectadas da estrutura forem utilizados como condutores de descida.
d) Elementos da fachada, perfis e subconstruções metálicas das fachadas, desde que:
I. suas dimensões estejam conforme aos requisitos para condutores de descidas especificados no Anexo A e que, para folhas metálicas ou tubulações metálicas, as espessuras não sejam inferiores a t’ especificado na Tabela 3.
II. Sua continuidade elétrica na direção vertical respeite os requisitos especificados em 2.2.2.4.2 (Item 5.5.2 norma NBR 5419-3).
3.2.2.4.2 A fixação dos condutores do SPDA deve ser realizada em distância máxima assim compreendida:
a) até 1,0 m para condutores flexíveis (cabos e cordoalhas) na horizontal;
b) até 1,5 m para condutores flexíveis (cabos e cordoalhas) na vertical ou inclinado;
c) até 1,0 m para condutores rígidos (fitas e barras) na horizontal;
d) até 1,5 m para condutores rígidos (fitas e barras) na vertical ou inclinado.
e) a resistividade da camada superficial do solo, até 3m de distância dos condutores de descida, for maior ou igual a 100 kΩ.m.
NOTA: Uma cobertura de material isolante, por exemplo, asfalto de 5 cm de espessura, ou uma cobertura de 20 cm de espessura de brita, geralmente reduz os riscos a um nível tolerável.
(TÉCNICAS A. B., NBR 5419-3: Proteção contra descargas atmosféricas: Parte 3: Danos físicos a estruturas e perigos à vida, 2015, p. 51)
3.2.2.5 Medidas de proteção contra tensões de passo
A tensão de passo refere-se à diferença de potencial elétrico que uma pessoa experimenta ao dar um passo em um ambiente onde há uma distribuição de eletricidade. Essa diferença de potencial ocorre no solo e pode resultar em um choque elétrico se for significativa. (Drumond, 2023)
Os riscos são reduzidos a um nível tolerável se uma das condições apresentadas em 2.2.2.4 a), b) ou c) forem preenchidas.
Se nenhuma dessas condições for preenchida, medidas de proteção devem ser adotadas contra danos a seres vivos devido às tensões de passo como a seguir:
a) impor restrições físicas (barreiras) ou sinalização de alerta para minimizar a probabilidade de acesso à área perigosa, até 3m dos condutores de descida;
b) construção de eletrodo de aterramento reticulado complementar no entorno do condutor de descida.
3.2.3 Equipotencialização para fins de proteção contra descargas atmosféricas
A equipotencialização das estruturas metálicas com o aterramento principal do empreendimento é fundamental para que seja reduzido ao mínimo as perdas (L1, L2, L3 e L4) em casos de danos causados pelas descargas atmosféricas em estruturas. (TÉCNICAS A. B., NBR 5419-2: Proteção contra descargas atmosféricas: Parte 2: Gerenciamento de risco, 2015, p. 104)
A Norma NBR 5419-3 comenta sobre a equipotencialização de estrutura a fim de relacionar e melhor informar sobre este sistema de proteção fundamental para se considerar quando o assunto é proteção.
3.2.3.1 A equipotencialização é obtida por meio da interligação do SPDA com
a) instalações metálicas;
b) sistemas internos;
c) partes condutivas externas e linhas elétricas conectadas à estrutura.
3.2.3.2 Os meios de interligação podem ser:
a) direto: condutores de ligação, onde a continuidade elétrica não seja garantida pelas ligações naturais;
b) indireto: dispositivos de proteção contra surtos (DPS), onde a conexão direta por meio de condutores de ligação não possa ser realizada;
c) indireto: centelhadores, onde a conexão direta por meio de condutores de ligação não seja permitida.
3.3 Precaução dos riscos causados pelas descargas atmosféricas
Como qualquer outro sistema elétrico, não conseguimos garantir a eficácia da instalação sem antes nos assegurarmos que tudo está devidamente instalado, e para isto, existem os métodos de garantia de conformidade das instalações, e com o SPDA não é diferente.
3.3.1 Aplicação das inspeções
De acordo com o item 7.2 da Norma ABNT NBR 5419-3, o objetivo das inspeções é assegurar que:
a) o SPDA esteja de acordo com projeto baseado nesta Norma;
b) todos os componentes do SPDA estão em boas condições e são capazes de cumprir suas funções; que não apresentem corrosão, e atendam às suas respectivas normas;
c) qualquer nova construção ou reforma que altere as condições iniciais previstas em projeto além de novas tubulações metálicas, linhas de energia e sinal que adentrem a estrutura e que estejam incorporados ao SPDA externo e interno se enquadrem nesta Norma.
Por analogia, parte do procedimento do ensaio para medição de continuidade elétrica das armaduras pode ser aplicada aos condutores do subsistema de aterramento do SPDA a fim de comprovar a continuidade elétrica dos trechos sob ensaio, o que fornece parâmetros para determinação da integridade física do eletrodo de aterramento e suas conexões. Neste caso, os valores de validação devem ser compatíveis com parâmetros relacionados ao tipo de material usado (resistividade do condutor relacionada ao comprimento do trecho ensaiado). (TÉCNICAS A. B., NBR 5419-3: Proteção contra descargas atmosféricas: Parte 3: Danos físicos a estruturas e perigos à vida, 2015)
3.3.2 Aplicação de manutenções
A regularidade das inspeções é condição fundamental para a confiabilidade de um SPDA. O responsável pela estrutura deve ser informado de todas as irregularidades observadas por meio de relatório técnico emitido após cada inspeção periódica. Cabe ao profissional emitente da documentação recomendar, baseado nos danos encontrados, o prazo de manutenção no sistema, que pode variar desde “imediato” a “item de manutenção preventiva”.
3.3.3 Documentação relacionada
A seguinte documentação técnica deve ser mantida no local, ou em poder dos responsáveis pela manutenção do SPDA:
a) verificação da necessidade do SPDA (externo e interno), além da seleção do respectivo nível de proteção para a estrutura, por meio de um relatório de uma análise de risco;
b) desenhos em escala mostrando as dimensões, os materiais e as posições de todos os componentes do SPDA externo e interno;
c) quando aplicável, os dados sobre a natureza e a resistividade do solo; constando detalhes relativos à estratificação do solo, ou seja, o número de camadas, a espessura e o valor da resistividade de cada uma;
d) registro de ensaios realizados no eletrodo de aterramento e outras medidas tomadas em relação a prevenção contra as tensões de toque e passo. Verificação da integridade física do eletrodo (continuidade elétrica dos condutores) e se o emprego de medidas adicionais no local foi necessário para mitigar tais fenômenos (acrescimo de materiais isolantes, afastamento do local etc.), descrevendo-o.
3.4 Estudo de caso
3.4.1 Análise do sistema
O sistema avaliado neste estudo se refere a uma penthouse (Penthouses são apartamentos localizados na cobertura ou nos andares superiores dos edifícios e possuem espaços de convívio ao ar livre. O conceito surgiu nos Estados Unidos durante a década de 20, quando arquitetos perceberam que havia a possibilidade de explorar as coberturas que já existiam. (Alexandre, 2019)
Foi notada inseguranças referentes a certificação da proteção do sistema de aterramento e SPDA instalado no local, onde na cobertura foi estruturado um ambiente recreativo com piscina, churrasqueira etc. onde há a presença de árvores que sobrepõem os captores tipo Franklin (conforme imagem 1) conectados à estrutura metálica do local, além de que, foi observado que o topo do edifício (onde há a área recreativa da penthouse) está acima de todos os outros prédios nos arredores, condição da qual amplia a insegurança já que os captores de descargas atmosféricas dos edifícios próximos também não dariam a eficácia necessária, considerando estarem abaixo do local analisado.
Após as inseguranças apresentadas, foi realizada uma vistoria geral, onde analisamos o sistema instalado como descrito no item 2.3.1. O sistema de aterramento do edifício que consta com uma malha de cabo de cobre nu #35mm² e fixado na estrutura metálica do pilar que percorre por todo edifício mantendo a continuidade estrutural conforme permitido pela NBR 5419 informado pelo item 2.2.2.4.1.
Para garantir que o sistema de aterramento inicial foi conectado em conformidade a fim de assegurar a proteção das instalações e vidas humanas, foi realizado um teste no início da construção do empreendimento, antes de serem erguidas as lajes, teste este denominado como Resistência de Aterramento, que como o próprio nome já diz, conseguimos validar a resistência obtida pelo sistema, utilizando um equipamento denominado terrômetro (laudo do teste nº 1) do qual se obteve uma média de 0,66Ω dos 3 testes executados, valor excelente perante a norma NBR 5419 da qual determina que o resultado deve se aproximar o máximo possível de zero.
Após a certificação de que a malha de aterramento está com resistência em conformidade com a NBR 5419, o cabo é fixado no pilar com solta bimetálica ou à frio (figura 2) e internas ao pilar (figura 3), se encaminhando ao topo da estrutura e garantindo a continuidade estrutural do aterramento conforme item 2.2.3.1.
O sistema de aterramento percorre por toda estrutura, pilar e lajes (pavimentos) do edifício, conforme detalhado nas figuras 4 e 5 chegando ao topo da cobertura, onde é conectada ao captor, mantendo-se assim a continuidade estrutural de aterramento para a proteção total dos sistemas e vidas humanas. Esta continuidade é certificada realizando o teste de continuidade estrutural e obtendo um valor máximo de 0,2 Ω como determinado pela NBR 5419.
Com as instalações já completas, realizamos uma vistoria no apartamento em questão, denominado como Penthouse, e verificamos os pontos que poderiam apresentar adversidades para a eficácia do sistema de proteção contra descargas atmosféricas instalada no local, como a presença de árvores ultrapassando a altura dos captores, chão de gramado e piscina para lazer que devemos considerar que terão pessoas a utilizando.
Os pontos adversos já determinados, realizamos o teste de resistência de continuidade de aterramento estrutural, teste este que foi realizado nos quatro cantos da cobertura, utilizando-se da estrutura metálica conectada ao captor Franklin instalado, conforme permitido no item 2.2.3.1 retirado da mesma NBR, e evidenciado no Laudo 2.
3.4.2 Projeto de aterramento
O sistema de aterramento é corporificado por uma malha idêntica à que foi construída no subsolo e demais pavimentos do prédio e interligada no ambiente em sua totalidade por lances de cabos de cobre nu #16mm² conforme indicado pelo projeto acima, que é interligada nos guarda corpos e equipamentos metálicos presentes no ambiente, como churrasqueira, pia, grelha de abdução da água da piscina e elevador de serviço, para o aterramento das estruturas metálicas laterais é interligado com uma barra de aço ø1⁄2” percorrendo toda lateral da cobertura. A escada fabricada em aço também foi conectada à malha de aterramento por ser um material altamente condutivo.
Na parte superior esquerda foi instalada um mastro para bandeira (à pedido do morador da cobertura) e o mesmo também foi considerado no projeto de aterramento, conforme detalhado no projeto abaixo, para que a proteção das pessoas presentes seja concretizada em sua totalidade, um captor foi instalado acima do mastro e interligado à malha de aterramento, ambos os detalhes foram levados em consideração no momento dos ensaios realizados no local, para se obter a maior quantidades de dados possíveis sobre o local e seu sistema de proteção.
3.4.3 Ensaios e Laudos
4 Considerações finais
Neste ambiente, repleto de avarias, a segurança das vidas humanas presentes deve ser o foco principal dos engenheiros eletricistas que estão trabalhando no projeto e execução do edifício, uma série de adversidades e solicitações do cliente (morador) foram levadas em conta, minuciosamente detalhadas e com todas prescrições da norma técnica de proteção contra descargas atmosféricas consideradas à risca.
Os projetos foram elaborados cautelosamente e revisados inúmeras vezes levando em consideração medidas mais seguras para quem habitará o local e as solicitações feitas pelo morador encaixadas fielmente no sistema de proteção para que não houvesse problemas futuros relacionados a descargas atmosféricas. O solo foi revestido com uma malha de aterramento especial entre o concreto e o gramado, de forma que amenize tensões de passo quando atingido por descargas e a estrutura que envolve o local minuciosamente equipotencializada se aproveitando do material que a compõe já que é um ótimo condutor utilizado para continuidades e equipotencialização destes sistemas.
Como já diz a norma NBR 5419, não podemos afirmar que algo está 100% protegido contra estes fenômenos, já que não temos controle sob a carga dos raios e há diversas condições que podem alterar o grau de perigo apresentado pelas descargas atmosféricas. Mas, como uma boa prática da engenharia o morador foi alertado sobre todos os perigos envolvidos naquele ponto e todas as condições de amenizar as adversidades foram apresentadas, como por exemplo evitar que a altura das árvores excedam o pico dos captores, evitando assim tensões de toque e outros acidentes circunstanciais que podem se manifestar, além do mais, todos os testes evidenciados pela norma foram executados da maneira mais segura possível para que não haja lacunas e normativamente todos estavam aprovados.
Manutenções periódicas devem ocorrer, geralmente anualmente e alguns cuidados devem ser tomados pelos moradores, conforme foi recomendado no laudo, porém o sistema que foi minuciosamente projetado, instalado, inspecionado e aprovado apresenta o maior nível de eficácia possível conforme exigido pela norma técnica NBR 5419.
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Lages: s.n.
6 ANEXOS
