PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS
1. Introdução
As descargas atmosféricas induzem surtos de tensão que chegam a centenas de kV nas redes aéreas de transmissão e distribuição das concessionárias de energia elétrica, obrigando a utilização de cabos-guarda ao longo das linhas de tensão mais elevada e para-raios a resistor não linear para a proteção de equipamentos elétricos instalados nesses sistemas.
2. Considerações sobre a origem dos raios (Ler Depois página 1524 e 1525)
A fricção entre as partículas de água que formam as nuvens, provocada pelos ventos ascendentes de forte intensidade, dá origem a uma grande quantidade de cargas elétricas.
Verifica-se, experimentalmente, na maioria dos fenômenos atmosféricos, que as cargas elétricas positivas ocupam a parte superior da nuvem, enquanto as cargas elétricas negativas se posicionam na sua parte inferior, acarretando, consequentemente, uma intensa migração de cargas positivas na superfície da Terra para a área correspondente à localização da nuvem.
Figura 13.1 Página 1525 
Como se pode deduzir pela figura, a concentração de cargas elétricas positivas e negativas em determinada região faz surgir uma diferença de potencial entre a terra e a nuvem. No entanto, o ar apresenta determinada rigidez dielétrica, normalmente elevada, que depende de certas condições ambientais. O aumento dessa diferença de potencial, que se denomina gradiente de tensão, poderá atingir um valor que supere a rigidez dielétrica do ar interposto entre a nuvem e a terra, fazendo com que as cargas elétricas migrem na direção da terra, em um trajeto tortuoso e normalmente cheio de ramificações, cujo fenômeno é conhecido como descargas atmosféricas descendentes, caracterizadas por um líder descendente da nuvem para terra.
É de aproximadamente 1 kV/mm o valor do gradiente de tensão para o qual a rigidez dielétrica do ar é rompida.
A ionização do caminho seguida pela descarga descendente que mais se aproxima do solo, também conhecida como descarga piloto, propicia condições favoráveis de condutibilidade do ar ambiente.
Se as nuvens acumulam uma grande quantidade de cargas elétricas que não foram neutralizadas pela descarga principal, iniciam-se as chamadas cargas reflexas ou múltiplas, cujas características são semelhantes à descarga principal.
As probabilidades de ocorrência de valores de pico das descargas atmosféricas, segundo a NBR 5419:2015 são dados na página 1526.
Também ficou comprovado que a corrente de descarga tem uma única polaridade, isto é, uma só direção.
3. Orientações para Proteção do Indivíduo
As pessoas devem retirar-se da água, seja praia, seja barragens, pois as descargas atmosféricas podem provocar no espelho d'água quedas de tensão acentuadas capazes de acidentar o indivíduo, notadamente se este estiver em posição de nado.
Ao sair da água, não se deve ficar andando ou deitado na praia; procurar sempre um abrigo que possa oferecer a melhor segurança.
Mais orientações página 1527 a 1529.
4. Análise de Componentes de Risco
O risco é um valor a partir do qual se estabelece uma provável perda anual média de vidas, bens, etc., quando se projeta um sistema de descarga atmosférica para proteção de determinada estrutura.
Quando falamos em risco, nesse contexto, referimo-nos aos danos e perdas aos danos e perdas resultados de uma descarga atmosférica que atinge uma estrutura.
A NBR 5419-2:2015 codifica as fontes, os tipos de dano e perdas, facilitando sua identificação ao longo do processo de cálculo para a definição da necessidade ou não de implementação de medidas de proteção da estrutura.
a) Fontes de Danos - A principal fonte de danos tem origem na corrente gerada por uma descarga atmosférica, e a severidade do dano está associada ao ponto de impacto da descarga.
S1 = Descarga atmosférica que atinge a estrutura
S2 = Descarga atmosférica que atinge áreas próximas à estrutura.
S3 = Descarga atmosférica que atinge a linha de energia elétrica, linha telefônica e cabo de internet.
S4 = Descarga atmosférica que atinge as proximidades da linha de energia elétrica, linha telefônica e cabo de internet.
b) Tipos de Danos - Os danos causados por uma descarga atmosférica estão associados notadamente ao tipo de construção, ao tipo de serviço executado no seu interior e ás medidas de proteção existentes.
D1 = Ferimentos a seres vivos por choque elétrico.
D2 = Danos físicos.
D3 = Falhas de Sistemas eletrônicos.
c) Tipos de Perdas
L1 = Ferimentos a Seres Vivos por choque elétrico
L2 = Perda de Serviço Público.
L3 = Perda de Patrimônio Cultural
L4 = Perdas de Valores Econômicos (estrutura, os bens nela contidos e perda de atividade desenvolvida na edificação).
Para avaliação dos riscos a que ficam submetidos as estruturas diante de eventos decorrentes de descargas atmosféricas, temos as seguintes questões a considerar:
R1 = Risco de perda de vida humana, incluindo ferimentos.
R2 = Risco de perda de serviço público.
R3 = Risco de perda de patrimônio cultural
R4 = Risco de perda de valores econômicos.
A expressão básica que avalia o nível de risco pode ser dada pela equação 13.1 da página 1531.
4.1. Avaliação do número anual de eventos perigosos decorrentes de descargas atmosféricas
Os seguintes eventos são considerados perigosos:
- Descargas atmosféricas atingindo a estrutura.
- Descargas atmosféricas atingindo um ponto próximo a estrutura.
- Descargas atmosféricas atingindo a linha de energia ou de sinal conectada à estrutura.
- Descargas atmosféricas atingindo um ponto próximo à linha de energia ou de sinal que está conectada à estrutura.
O número de descargas atmosféricas pode ser avaliado a partir de sua densidade, que é característica da região onde está localizada a edificação ou estrutura, bem como de suas características físicas, ou seja, edifício, torres, tanques de aço, etc.
4.1.1. Avaliação do número anual de eventos perigosos decorrentes de descargas atmosféricas
Serão consideradas as descargas atmosféricas que atingem tanto a estrutura como a estrutura adjacente
4.1.1.1. Determinação da área de exposição equivalente da estrutura (mais informações página 1534)
Devem ser considerados dois tipos de edificações: Estruturas retangulares e estruturas de forma complexa.
4.1.1.2. Localização relativa da estrutura
Determinada estrutura pode ser avaliada nas situações em que sua localização fica exposta
isoladamente ou compensada por estruturas circunvizinhas, tais como edificações, morros, etc.
Olhar figura 13.6 e 13.7 página 1536 e 1537.
Olhar tabela 13.1 página 1538
4.2. Avaliação da Probabilidade de Danos (Px)
4.2.1. Probabilidade Pa de uma descarga atmosférica atingir uma estrutura e causar ferimentos a seres vivos por meio de choque elétrico.
As tensões de toque e de passo provocadas nos seres vivos devido a descargas atmosféricas ocorridas em uma estrutura é função das medidas de proteção adotadas e do nível de proteção no projeto de SPDA.
4.2.3. Probabilidade Pc de uma descarga atmosférica atingir uma estrutura e causar falhas a sistemas internos.
Como medida adequada para reduzir a probabilidade de ocorrência de falhas em sistemas internos, tais como os circuitos elétricos da instalação aos quais estão ligados, por exemplo, os equipamentos de tecnologia da informação, pode ser utilizado o DPS aplicado em cascata, devendo haver coordenação entre os seus elementos.
4.2.4. Probabilidade Pm de uma descarga atmosférica atingir um ponto próximo a uma estrutura e causar falhas em sistemas internos.
É função do tipo das medidas adotadas de proteção da estrutura, tais como a instalação do SPDA, blindagens com malha, tensão suportável aumentada dos aparelhos, equipamentos, linhas elétricas e sistemas coordenados de DPS.
4.5. Riscos Toleráveis: Os valores de referência de risco tolerável (Rt) decorrentes de descargas atmosféricas para diferentes tipos de perda são:
- L1 (perda de vida humana ou ferimentos permanentes): Rt = 10^–5
- L2 (Perda de serviço público): Rt = 10^-3
- L3 (Perda de patrimônio cultural): Rt = 10^-4
- L4 (Perda de valor econômico): Rt = 10 ^-3.
4.6. Divisão da estrutura em zonas
Na avaliação de cada componente de risco, pode-se dividir a estrutura em uma ou mais diferentes zonas, desde que guardem similaridades nas suas características.
4.7. Divisão da linha de alimentação da estrutura em seções
Na avaliação de cada componente de risco, pode-se dividir a linha (energia e comunicação) que alimenta a estrutura em uma ou mais seções, ou seja, s1,s2....sn. Em geral, pode-se considerar o trecho subterrâneo ou aéreo, quando ocorrer as duas situações