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18/06/2015

As novidades da nova edição da norma sobre descargas atmosféricas

Por Cristiano Ferraz de Paiva

Como participante do Comitê Brasileiro de Eletricidade (ABNT/CB-03), algumas observações eu gostaria de fazer. Uma das discussões mais interessantes foi quanto à manutenção e reformas de para raios em prédios mais antigos e os novos. Foi proposto que no caso da manutenção seria usada a norma antiga e em reformar seria usada a norma nova. Ou seja, em prédios velhos poderia se sofrer os efeitos de uma descarga atmosférica e nos novos não. Devo acrescentar que na Justiça os juízes não querem saber disso, e irão condenar ou responsabilizar os responsáveis por não cumprirem a norma técnica.

Outra problema que foi consensado foi que não se poderia seguir inteiramente a norma internacional sobre o assunto, pois o Brasil é um dos campeões em incidência de raios. O Grupo de Eletricidade Atmosférica (ELAT) do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) acaba de concluir levantamento das mortes por raios que ocorreram em 2014 no Brasil. Os números se referem às informações fornecidas pela imprensa, Defesa Civil e Ministério da Saúde. Houve 98 mortes no país, uma a menos do que em 2013. Desta vez, os estados que apresentaram mais vítimas fatais foram São Paulo (17 mortes), Maranhão (16), Piauí (7), Amazonas e Pará (com seis mortes cada um).

Os números de São Paulo se destacam em razão de duas tragédias que ocorreram no segundo semestre de 2014. Em 7 de novembro, foi registrada na capital a fatalidade de três moradores de rua, atingidos simultaneamente por um raio. Em 29 de dezembro, quatro banhistas receberam uma descarga atmosférica em Praia Grande. O episódio do litoral sul de São Paulo foi a segunda maior tragédia provocada diretamente por um raio na história do Brasil.

As cidades que tiveram maior número de vítimas em 2014 foram: São Paulo com cinco vítimas no total, Praia Grande (SP) com quatro vítimas, Pauini (AM), Wanderley (BA) e Igarapé Grande (MA) com duas vítimas fatais cada. As principais circunstâncias de morte permanecem as mesmas de outros anos: 27% das vítimas estavam em atividades agropecuárias quando foram atingidas pelo raio e 20% estavam dentro de casa. Entre todas as vítimas, 56% viviam na zona rural.

A série histórica de 2000 a 2014 apresenta, pela primeira vez, a cidade de São Paulo como a recordista em número de mortes por raios no país. No período, houve 25 mortes por descargas atmosféricas na capital paulista, contra 22 fatalidades em Manaus (AM) até 2013, a primeira colocada no ranking.

Dessa forma, a NBR 5419 de 05/2015 – Proteção contra descargas atmosféricas foi publicada em quatro partes, sendo que a 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.

A Parte 2: Gerenciamento de risco estabelece os requisitos para análise de risco em uma estrutura devido às descargas atmosféricas para a terra. Tem o proposito de fornecer um procedimento para a avaliação de tais riscos. Uma vez que um limite superior tolerável para o risco foi escolhido, este procedimento permite a escolha das medidas de proteção apropriadas a serem adotadas para reduzir o risco ao limite ou abaixo do limite tolerável.

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 sinais colocados fora da estrutura.

A 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. É aplicável a: projeto, instalação, inspeção e manutenção de um SPDA para estruturas sem limitação de altura; e no estabelecimento de medidas para proteção contra lesões a seres vivos causadas pelas tensões de passo e toque provenientes das descargas atmosféricas.

A 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. As medidas de proteção contra interferências eletromagnéticas estão relacionadas também na NBR 5410 e na série IEC 61000. Esta parte não trata em detalhes do projeto dos sistemas elétricos e eletrônicos em si.

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, as 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; e 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.

Enfim, um sistema de proteção contra relâmpagos tem como objetivo blindar uma estrutura, seus ocupantes e seus conteúdos dos efeitos térmicos, mecânicos e elétricos associados com os relâmpagos. O sistema atua de modo que a descarga atmosférica possa entrar ou sair do solo sem passar através das partes condutoras da estrutura ou através de seus ocupantes, danificando-os ou causando acidentes.

Um sistema de proteção contra raios não impede que ele atinja a estrutura, mas promove um meio para controlar e impedir danos através da criação de um caminho de baixa resistência elétrica para a corrente elétrica fluir para o solo. A ideia de proteger prédios e outras estruturas dos efeitos diretos dos relâmpagos através do uso de condutores foi pela primeira vez sugerida cerca de dois séculos atrás por Benjamin Franklin.

Os principais componentes de um sistema de proteção contra relâmpagos ou sistemas de proteção contra descargas atmosféricas (SPDA) são: terminais aéreos; condutores de descida; terminais de aterramento; e condutores de ligação equipotencial. Os terminais aéreos, conhecidos como para-raios, são hastes condutoras rígidas montadas em uma base com o objetivo de capturar o relâmpago.

Eles devem ser instalados nos pontos mais altos da estrutura. Algumas vezes, estas hastes são interligadas através de condutores horizontais. Os condutores de descida são cabos que conectam os terminais aéreos aos terminais de aterramento. Os terminais de aterramento são condutores que servem para conectar os condutores de descida ao solo.

Eles são tipicamente condutores de cobre ou revestidos com cobre enterrados no solo. O nível de aterramento depende bastante das características do solo. Os condutores de ligação equipotencial, por sua vez, são condutores que visam igualar o potencial entre os diferentes condutores para impedir descargas laterais.

As descargas laterais, também conhecidas como correntes de sobretensão, são causadas por diferenças de potencial entre a corrente, percorrendo o condutor, e objetos próximos. Elas são resultados da resistência finita dos condutores à passagem de corrente elétrica e à indução magnética. Para estruturas com alturas superiores a 20m, esta teoria não é aplicável. Nestes casos, aplica-se a teoria conhecida como teoria da esfera rolante.

Esta teoria é baseada no conceito de distância de atração, que é a distância entre a ponta do líder escalonado e o ponto de queda do relâmpago no solo no instante da quebra de rigidez dielétrica do ar próximo ao solo. A zona de proteção calculada por esta teoria é em geral menor que aquela obtida pela teoria do cone de proteção. Para estruturas com alturas superiores a 60m, outro tipo de sistema de proteção, que utiliza condutores horizontais conectando os terminais aéreos que forma uma gaiola, é recomendado pela NBR-5419.

Alguns pontos relativos à necessidade de se cuidar da proteção das instalações elétricas internas (além dos para-raios), particularmente envolvendo industrias, CPDs, sistemas de telecom, etc., nas quais uma única falha pode resultar em prejuízos/danos vultosos. As descargas atmosféricas apresentam um alto poder destrutivo, dada a corrente do raio (2 a 200 kA), apesar de sua curta duração, cujo período crítico na faixa de dezenas de microssegundos. Entretanto, só uma parcela da energia disponível no raio é que irá atingir as diferentes unidades consumidoras da rede de baixa tensão: residências, escolas, hospitais, indústrias, estações de telecomunicações, escritórios, etc.

Outro aspecto a ser considerado nos projetos modernos de proteção é a análise de risco. Os raios são fenômenos aleatórios, caracterizados por parâmetros estatísticos que devem ser levados em conta na proteção instalações sensíveis. Por exemplo, os CPDs de grandes bancos procuram atingir uma confiabilidade de 99,999%, ou seja, a grosso modo, uma falha a cada 20.000 anos. Tais níveis de proteção só podem ser garantidos mediante uma análise rigorosa da localização da instalação, suas características construtivas além dos níveis de imunidade dos equipamentos a serem instalados.

A principal causa das queimas de equipamentos eletroeletrônicos são as perturbações normalmente existentes na rede elétrica, notadamente as sobretensões transitórias. Estas sobretensões nas linhas elétricas de baixa tensão são provocadas tanto por faltas em outra instalação e ou linha de tensão e/ou linha de tensão mais elevada quanto por chaveamentos de cargas elétricas, ou ainda descargas atmosféricas (raios).

Cristiano Ferraz de Paiva é vice presidente da Target Engenharia e Consultoria, consultor na área de tecnologia da informação, especificamente na área de gerenciamento eletrônico de documentos, desenvolvendo trabalhos para Organismos de Normalização (ABNT e AMN) e empresas industriais. Participou por seis anos como membro suplente eleito no Conselho Deliberativo da ABNT da Associação Brasileira de Normas Técnicas.

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