Baixe 01 projeto de spda conceito6 e outras Notas de estudo em PDF para Eletrônica, somente na Docsity! PROJETO DE SPDA UM NOVO PARADIGMA FRANCISCO ANDRÉ DE OLIVEIRA NETO JUNHO-2009 O QUE SÃO OS RAIOS? AÇÃO DOS RAIOS EM SERES VIVOS - TENSÃO DE PASSO E Diferença de potencial Gradiente de potencial do solo COMO SE FORMAM OS RAIOS? Tudo começa quando o ar quente e úmido próximo ao solo se eleva na atmosfera resfriando-se a certa altura formando as cúmulos-nimbos. A uma altitude de cerca de 10km, a baixíssima temperatura na sua parte superior (-30 a -35ºC) provoca a precipitação de partículas de água e cristais de gelo que caem no interior da nuvem, provocando violentas correntes de ar no seu interior que atingem 200km/h. Ao longo do caminho o choque entre as partículas torna algumas delas eletrificadas. As cargas positivas se concentram no topo da nuvem enquanto as cargas negativas na parte inferior. COMO SE FORMAM OS RAIOS? Quando a rigidez dielétrica entre a nuvem e o solo é rompida, tem início o processo de descarga atmosférica. Primeiro, uma descarga negativa, designada de líder escalonado, e que ainda não é visível a olho nu, parte da nuvem em direção a terra seguindo um percurso errático até atingir uma determinada altura com uma velocidade média da ordem de 105m/s e duração aproximada de 20ms. A corrente elétrica atinge valores da ordem de 100A em um canal com diâmetro de aproximadamente 10cm. Quando a parte frontal do líder escalonado aproxima-se do solo, o campo elétrico intensifica-se, acarretando uma nova descarga, denominada de descarga conectante que tem sentido ascendente e parte, geralmente de objetos pontiagudos existentes na superfície e vai de encontro ao líder escalonado. O encontro do líder escalonado e a descarga conectante provoca uma descarga de intensidade luminosa denominada de descarga de retorno. SERVIÇO DE PREVISÃO É imprescindível contar com um serviço de previsão e monitoração do tempo, com ênfase nas descargas atmosféricas. Quanto mais preciso o serviço de previsão, menor o tempo de interrupção das atividades. Há necessidade de estabelecer um sistema confiável de comunicação. Integrar as informações da RINDAT (Rede Integrada Nacional de Detecção de Descargas Atmosféricas) com fotos de satélite e com radar meteorológico. O serviço precisa ser customizado. APLICAÇÃO NA PETROBRAS REFINARIAS – Mapa com descargas 4 em SP 2 no PR 1 no RJ DIMENSIONAMETO DE UM SPDA ABNT-NBR-5419 IEC-62305-2 NFPA-780A DEFINIÇÕES IMPORTANTES SPDA Sistema completo destinado a proteger uma estrutura contra os efeitos das descargas atmosféricas. É composto de um sistema externo e de um sistema interno de proteção. VOLUME A PROTEGER Volume de uma estrutura ou de uma região que requer proteção contra os efeitos das descargas atmosféricas. ⇒ O volume a proteger deve envolver o volume classificado de modo a evitar que no percurso da descarga até o captor, este não atravesse a atmosfera explosiva. DEFINIÇÕES IMPORTANTES Nível de proteção: Termo de classificação de um SPDA que denota sua eficiência. Este termo expressa a probabilidade com a qual um SPDA protege um volume contra os efeitos das descargas atmosféricas. Eficiência de interceptação (Ei): Relação entre a freqüência média anual de descargas atmosféricas interceptadas pelos captores e a freqüência (Ndc) sobre a estrutura. Eficiência de dimensionamento (Es): Relação entre a freqüência média anual de descargas atmosféricas interceptadas sem causar danos à estrutura e a freqüência (Ndc) sobre a estrutura. Eficiência de um SPDA (E): Relação entre a freqüência média anual de descargas atmosféricas que não causam danos, interceptadas ou não pelo SPDA, e a freqüência (Ndc) sobre a estrutura. PARTES DE UM SPDA SUBSISTEMA CAPTOR destinada a interceptar as descargas atmosféricas; SUBSISTEMA DE DESCIDA destinada a conduzir a corrente de descarga atmosférica desde o subsistema captor até o subsistema de aterramento; SUBSISTEMA DE ATERRAMENTO destinada a conduzir e a dispersar a corrente de descarga atmosférica na terra. DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO elétricos e magnéticos (DPS). SUBSISTEMA CAPTOR É formado por hastes, cabos esticados, condutores em malha e elementos naturais; Para o seu correto posicionamento, consultar a tabela 1 da NBR-5419; Deve distar no mínimo 2m de qualquer instalações metálicas contidas no volume a proteger. SUBSISTEMA DESCIDA É formado por descidas naturais ou através de condutores; Com o intuito de minimizar os perigos de centelhamento, os condutores de descida devem ser dispostos de modo a minimizar a distância percorrida pela corrente de descarga e caminhos alternativos. Para o seu correto posicionamento, consultar a NBR- 5419; Deve distar no mínimo 2m de qualquer instalações metálicas contidas no volume a proteger. PROXIMIDADE DO SPDA COM OUTRAS INSTALAÇÕES PROXIMIDADE DO SPDA COM OUTRAS INSTALAÇÕES PROXIMIDADE DO SPDA COM OUTRAS INSTALAÇÕES E 5 Instalação elétrica ou |-— instalação metálica Condutor de descida | Anel Barra de ligação equipotencial q Ca ke =4 S = distância de separação |= comprimento do condutor de descida Figura 4 — Proximidade do SPDA com instalações - Valor do coeficiente K, numa configuração unidimensional (ver 5.2.2) SUBSISTEMA ATERRAMENTO O subsistema de aterramento deverá ser único e integrado a estrutura e ao aterramento geral da instalação. Sistemas distintos devem ser interligados por meio de ligação equipotencial de baixa impedância; O arranjo e as dimensões do subsistema de aterramento são mais importantes que o próprio valor da resistência de aterramento; Os eletrodos de aterramento devem ser instalados fora do volume a proteger; Solda exotérmica; A NBR-5410 recomenda que a malha de aterramento tenha uma resistência de aterramento menor que 10Ω Equalizações de potenciais; SUBSISTEMA ATERRAMENTO Hm) 100 so: so Nível 1 70 so so 40 30 20 10 Níveis ILa IV o 500 1000 1500 2000 2500 3000 plOm) NOTA Para os níveis Il a IV, o comprimento minimo do eletrodo é independente da resistividade Figura 2 — Comprimento mínimo dos eletrodos de aterramento em função dos níveis e da resistividade do solo NÍVEL CERÁUNICO E o número de dias com trovoadas por ano. AVALIAÇÃO DO RISCO DE EXPOSIÇÃO y— Limite da área Ae / > | Área de atração | . Es a | | N / B.2.3 A área de exposição equivalente (Ae) é a área, em metros quadrados, do plano da estrutura prolongada em todas as direções, de modo a levar em conta sua altura. Os limites da área de exposição equivalente estão afastados do perímetro da estrutura por uma distância correspondente à altura da estrutura no ponto considerado. Assim, para uma estrutura retangular simples de comprimento L, largura W e altura H, a área de exposição equivalente tem um comprimento L +2H e uma largura W + 2H, com quatro cantos arredondados formados por segmentos de círculo de raio H, em metros. Então, conforme a figura B.2, resulta: Ae=LW+2LH+2WH+7.Hº Im A probabilidade, ou risco previsível, de uma estrutura ser atingida por um raio em um ano é o produto da densidade de descargas atmosféricas para a terra pela área de exposição . A avaliação geral de risco leva em consideração a ponderação de todos os fatores constantes das tabelas B.1 a B.5 da NBR-5419. Decidir pela necessidade ou não da instalação de um SPDA. ( ) HNN CLHCLAAgd 26 2 onde 10 ×++××+×=××= − π EDCBANN ddc ×××××= AVALIAÇÃO DO RISCO DE EXPOSIÇÃO MODELOS NORMALIZADOS |::: e FRANKLIN e GAIOLA DE FARADAY e ELETROGEOMÉTRICO MODELO FRANKLIN JEC 2125/05 Key 1 Air-termination mast 2 Protected structure 3 Ground being the reference plane 4 Intersection between protective cones s Separation distance according to 6.3 01,02 Protective angle complying with Table 2 MODELO FRANKLIN HC 212805 1EC 212705 14b — Projection on a vertical plane E perpendicular to the plane containing the two Figure Figure E.14a — Projection on a vertical plane containing the two masts masts ERA SA JC 2129/05 Figure E.14c — Projection on the horizontal reference plane MODELO GAIOLA DE FARADAY 1ª lei de Faraday -Nos condutores em equilíbrio a eletricidade é distribuída apenas na superfície externa ; no seu interior não há traço de eletricidade. 2ª lei de Faraday - No equilíbrio elétrico a força elétrica no interior dos condutores completamente fechados e desprovidos de corpos eletrizados é nula. R R R R h MODELO ELETROGEOMÉTRICO MODELO ELETROGEOMÉTRICO MODELO ELETROGEOMÉTRICO linha percorrida pelo centro da esfera rolante. solo SPDA E ANTENA DE TV y, Metallc mast Horizontal air-termination conductor on the ridge cf he roof JE Pete te roof doun-consuetor an tha metal e antena mast tenna cable The main bonding bar. metalio shield on the antenna cable is connected to the bonding bar Testjoimt TV Era routing efe amtenna cable an tre elciro pone cabe fectrio power cable Earth termination system The main electric power distribution box with S2D Foundation earth elecirode LPS conductor Length for separ: a Protective angie NOTE For small structures oniy tea down-conduciors may be sufficient, ascorcing to 5.3.3. distance RESISTIVIDADE DO SOLO Numericamente é igual a resistência de um cubo de 1m de aresta, ver NBR-7117. ρρ =⇔= R A lR Vários fatores devem ser levados em consideração quando se estudar o comportamento elétrico do solo. Intensidade Temperatura Umidade Quantidade de sais dissolvidos RESISTIVIDADE DO SOLO Existem várias tabelas na literatura que mostram as faixas de variação da resistividade do solo. Entretanto são apenas estimativas grosseiras, a medição da resistividade no local é imperativa. O solo não pode ser considerado uniforme pois a variação de resistividade lateral e vertical é bastante acentuada. CURVA DE POTENCIAL TENSÃO x DISTÂNCIA 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60% 65% 70% 75% 80% 85% 90% 95% 100% Distância (m) Te ns ão (V ) TÉCNICAS DE MEDIÇÃO Máxima dimensão aterrada do sistema a ser medido (metros) Distância da estaca de potencial medida desde o centro do sistema (metros) Distância da estaca de corrente medida desde o centro do sistema (metros) 0,5 11,4 19,4 1 16,3 27 1,5 20,1 33 2 23,3 38 2,5 26,1 42,5 3 28,6 46,5 4 33,2 53,8 5 37 60 6 41 66 7 44 71 8 47 76 9 50 81 10 53 85 15 65 105 20 76 120 30 94 149 40 109 172 50 122 193 60 135 212 70 146 230 80 157 246 90 167 262 100 178 279 O X d i dv Ponto arbitrário de medição TÉCNICAS DE MEDIÇÃO ( )d X d Xv i= + × −0 6 1 8, MÉTODO DA INTERSEÇÃO DAS CURVAS POTENCIAL DE TOQUE POTENCIAL DE PASSO Placa de cobre Feltro (Embebido em solução deciguo e sol) DE MEM EE IS IS EE TO DBO COLO CASA Lo Condutor da malha 1 — Revestimento da Instalação EXTRAPOLAÇÃO DAS |: MEDIDAS ' INSPEÇÃO 6.3 Periodicidade das inspeções 6.3.1 Uma inspeção visual do SPDA deve ser efetuada anualmente. 6.3.2 Inspeções completas conforme 6.1 devem ser efetuadas periodicamente, em intervalos de: a) 5 anos, para estruturas destinadas a fins residenciais, comerciais, administrativos, agrícolas ou industriais, excetuando-se áreas classificadas com risco de incêndio ou explosão; b) 3 anos, para estruturas destinadas a grandes concentrações públicas (por exemplo: hospitais, escolas, teatros, cinemas, estádios de esporte, centros comerciais e pavilhões), indústrias contendo áreas com risco de explosão, conforme a ABNT NBR 9518, e depósitos de material inflamável; c) 1 ano, para estruturas contendo munição ou explosivos, ou em locais expostos à corrosão atmosférica severa (regiões litorâneas, ambientes industriais com atmosfera agressiva etc.). INSPEÇÃO 6.4 Documentação técnica A seguinte documentação técnica deve ser mantida no local, ou em poder dos responsáveis pela manutenção do SPDA: a) relatório de verificação de necessidade do SPDA e de seleção do respectivo nível de proteção, elaborado conforme anexo B. A não necessidade de instalação do SPDA deverá ser documentada através dos cálculos constantes no anexo B; b) desenhos em escala mostrando as dimensões, os materiais e as posições de todos os componentes do SPDA, inclusive eletrodos de aterramento; c) os dados sobre a natureza e a resistividade do solo; constando obrigatoriamente detalhes relativos às estratificações do solo, ou seja, o número de camadas, a espessura e o valor da resistividade de cada uma, se for aplicado 6.1-c). d) um registro de valores medidos de resistência de aterramento a ser atualizado nas inspeções periódicas ou quaisquer modificações ou reparos SPDA. A medição de resistência de aterramento pode ser realizada pelo método de queda de potencial usando o medidor da resistência de aterramento, voltimetro/amperímetro ou outro equivalente. Não é admissível a utilização de multimetro. NOTAS 1 Na impossibilidade de execução das alíneas c) e d), devido a interferências externas, deverá ser emitida uma justificativa técnica. 2 As aalíneas c) e d) não se aplicam quando se utilizam as fundações como eletrodos de aterramento. NORMAS DE REFERÊNCIAS ABNT-NBR-5419 – Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas, 2008; NFPA- 780E – Standard for the installation of lightning protection systems, 2008; IEC-62305-2 Protection against lightning – Part 2: Risk management. ET-3000.00-1000-940-PCI-002 - Diretrizes p/ projetos de inst. terrestres de produção IEEE – std 81.2 - IEEE Guide for Measurement of Impedance and Safety Characteristics of Large, Extended or Interconnected Grounding Systems. IEEE – std 81.1 - IEEE Guide for Measuring Earth Resistivity, Ground Impedance, and Earth Surface Potentials of a Ground System