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SAIU A NOVA NORMA NBR 5419 – PROTEÇÃO DE ESTRUTURAS CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS
Ângelo Stano Júnior* João Roberto Cogo**
* GSI – Engenharia e Comércio LTDA.
** EFEI – Escola Federal de Engenharia de Itajubá
Artigo publicado na Revista Eletricidade Moderna
Ano XXII, no 236, novembro de 1993, páginas 40 a 45
1 – INTRODUÇÃO
A partir de 30/07/93, entrou em vigor a nova norma NBR-5419, Proteção de Estruturas Contra Descargas Atmosféricas, cujo texto resulta da revisão e complementação do texto anterior, de dezembro de 1977.
Neste trabalho procurou-se, através da análise dos dois textos, ressaltar as principais alterações ocorridas, bem como indicar as questões não contempladas na norma anterior, e que encontram respaldo no texto atual.
A seguir são apresentadas as principais alterações observadas, com comentários de suas particularidades.
2 – CONSIDERAÇÕES GERAIS
2.1 – CLASSIFICAÇÃO DAS ESTRUTURAS
As estruturas são classificadas, quanto ao nível de proteção, em função do seu tipo, das dimensões, dos efeitos das descargas atmosféricas, etc. A TABELA 1, extraída do texto atual da norma [1], apresenta alguns exemplos de classificação de estruturas comuns e especiais relativamente ao nível de proteção.
| TABELA 1 – EXEMPLOS DE CLASSIFICAÇÃO DE ESTRUTURAS | |||
| Classificação da Estrutura | Tipo da Estrutura | Efeitos das Descargas Atmosféricas | Nível de Proteção |
| Estruturas comuns ver nota (A) | Residências | Perfuração da isolação de instalações elétricas, incêndio e danos materiais, danos normalmente limitados a objetos no ponto de impacto ou caminho do raio | III |
| Fazendas Estabelecimentos Agropecuários | Risco direto de incêndio e tensões de passo perigosas, risco indireto devido a interrupção de energia e risco de vida para animais devido à perda de controles eletrônicos, ventilação suprimento de alimentação e outros | III ou IV ver nota (B) | |
| Teatros, escolas, lojas, departamentos, áreas esportivas e igrejas | Danos às instalações elétricas (por ex. iluminação) e possibilidade de pânico, falha do sistema de alarme contra incêndio causando atraso no socorro | II | |
| Bancos, companhias de seguro, comp. comerciais e outros | Como acima, além de efeitos indiretos com a perda de comunicações, falhas de computadores e perda de dados | II | |
| Hospitais, casas de repouso e prisões | Como para escolas, além de efeitos indiretos para pessoas em tratamento intensivo e dificuldade de resgate de pessoas mobilizadas | II | |
| Indústrias | Efeitos indiretos conforme o conteúdo das estruturas variando de danos pequenos a prejuízos inaceitáveis e perda de produção | III | |
| Museus, local arqueológico | Perda de patrimônio cultural insubstituível | II | |
| Estruturas com risco confinado | Estações de telecomunicação, usinas elétricas industrias com risco incêndio | Interrupção inaceitável dos serviços públicos, por breve ou longo período de tempo, risco indireto para as mediações devido a incêndio e outros | I |
| Estruturas com risco para os arredores | Refinarias, postos de combustível, fábricas de fogos, fábricas de munição | Risco de incêndio e falhas de operação, com conseqüências perigosas para o local e para o meio ambiente | I |
| Estruturas com risco para meio ambiente | Industriais químicas usinas nucleares, laboratórios bioquímicos | Risco de incêndio e falhas de operação, com conseqüências perigosas para o meio ambiente | I |
Notas:
(A) Equipamentos eletrônicos sensíveis podem ser instalados em todos os tipos de estruturas, inclusive estruturas comuns. É impraticável a proteção total contra danos causados pelos raios dentro destas estruturas. Não obstante, devem ser tomadas medidas de modo a limitar as conseqüências e as perdas de dados a um nível aceitável.
(B) Estruturas de madeira: nível III; estruturas de alvenaria: nível IV. Estruturas contendo produtos agrícolas (grãos) combustíveis sujeitos a explosão são consideradas com risco para os arredores.
O nível de proteção assim determinado, permite que se faça a análise de
um SPDA existente quanto à sua eficiência, assim como permite que sejam determinados os parâmetros para o projeto de um novo SPDA.
2.1 – VOLUME DE PROTEÇÃO
Uma alteração importante diz respeito ao cálculo do volume de
proteção. No texto antigo o método utilizado era o de Faraday, no qual adotava-se um ângulo de proteção de 60º para as estruturas normais, e de 45º para as estruturas contendo materiais explosivos ou facilmente inflamáveis. No texto atual, o método de Faraday fica restrito a alguns tipos de estruturas, em função do nível de proteção e da altura do captor relativamente ao solo. Aplica-se, de forma geral, o método Eletrogeométrico ou das Esferas Rolantes, para o qual deve ser determinado o raio da esfera rolante (R), que é função da altura do captor relativamente ao solo e do nível de proteção adotado. A TABELA 2, extraída da norma [1], exemplifica.
| TABELA 2 – POSICIONAMENTO DO CAPTOR CONFORME O NÍVEL DE PROTEÇÃO | |||||||
| Nível de Proteção | 20 α | 30 α | 45 α | 60 α | > 60 – | Módulo da malha [m] | |
| I | 20 | 25 | (A) | (A) | (A) | (B) | 05 X 10 |
| II | 30 | 35 | 25 | (A) | (A) | (B) | 10 X 15 |
| III | 45 | 45 | 35 | 25 | (A) | (B) | 10 X 15 |
| IV | 60 | 55 | 45 | 35 | 25 | (B) | 20 X 30 |
- – Aplicam-se somente os métodos eletrogeométrico, malha ou gaiola de Faraday
- – Aplica-se somente o método da gaiola de Faraday h – Altura do captor
α – Ângulo de proteção (método Franklin)
R – Raio da esfera rolante
Na TABELA 2 observa-se que, para o grau de proteção I, e alturas menores que 20 [m], pode ser utilizado SPDA composto somente por captores, sendo o cálculo do volume de proteção realizado pelo método de Faraday, porém com o ângulo de proteção reduzido para 25º. Para alturas entre 30 [m] e 60 [m] inclusive, pode ser utilizado SPDA composto somente por captores, porém o cálculo do volume de proteção só pode ser realizado através do método eletrogeométrico ou das esferas rolantes. Para alturas superiores a 60 [m], só pode ser utilizado o método da gaiola de Faraday, sendo as dimensões do módulo da malha iguais a 5 X 10 [m]. Para os demais níveis de proteção, valem as mesmas observações anteriores, respeitados os limites apresentados na TABELA 2.
O cálculo do volume de proteção pelo método das esferas rolantes é realizado conforme mostrado nas FIGURAS 1 e 2 a seguir, extraídas da norma [1].
FIGURA 1 – VOLUME DE PROTEÇÃO DO CAPTOR COM h < R
FIGURA 2 – VOLUME DE PROTEÇÃO DO CAPTOR COM h > R
2.3 – CÁLCULO DO NÚMERO DE DESCIDAS
No texto anterior, o cálculo do número de descidas era realizado em função da área da estrutura, de sua altura ou de seu perímetro, prevalecendo o maior valor calculado. No texto atual, o número de condutores de descidas é função do nível de proteção e do perímetro da estrutura, devendo o espaçamento entre os mesmos ser o indicado na TABELA 3, extraída do texto atual da norma [1].
| TABELA 3 – ESPAÇAMENTO MÉDIO DOS CONDUTORES DE DESCIDA CONFORME O NÍVEL DE PROTEÇÃO | |
| NÍVEL DE PROTEÇÃO | ESPAÇAMENTO MÉDIO [m] |
| I | 10 |
| II | 25 |
| III | 20 |
2.4 – LIGAÇÃO EQUIPOTENCIAL
O texto anterior fazia apenas uma alusão ao que se poderia chamar de ligação equipotencial. Em seu sub item 3.5.3.4 recomendava que “todas as partes metálicas exteriores das edificações e as peças metálicas situadas no interior das mesmas, devem ser ligadas entre si e à instalação dos eletrodos de terra” [2]. Já o texto atual faz uma referência clara à execução da ligação equipotencial dos sistemas elétrico, eletrônico e de telecomunicação, devendo a mesma ser realizada de forma a satisfazer às prescrições da NBR-5410 [3].
2.5 – SEÇÕES MÍNIMAS DOS MATERIAIS DO SPDA
No texto antigo a seção mínima para os condutores de descida era de 30 [mm2] para o cobre e de 65 [mm2] para o alumínio. Os captores deveriam ter diâmetro mínimo de 13 [mm] (132 [mm2]), e os eletrodos “copperweld”, na forma de tubos, deveriam possuir um diâmetro interno mínimo de 13 [mm]. No texto atual da norma [1], as seções mínimas dos materiais devem estar de acordo com as apresentadas na TABELA 4.
| TABELA 4 – SEÇÕES MÍNIMAS DOS MATERIAIS DO SPDA | ||||
| Nível de Proteção | Material | Captor [mm2] | Condutor de Descida [mm2] | Eletrodo de Aterramento [mm2] |
| I – IV | Cobre | 35 | 16 | 50 |
| Alumínio | 70 | 25 | – | |
| Aço(A) | 50 | 50 | 80 |
(A) – Galvanizado a quente
OBS.: Eletrodo de aterramento – Elemento ou conjunto de elementos do sistema de aterramento que assegura o contato elétrico com o solo e dispersa a corrente de descarga atmosférica na terra.
2.6 – SISTEMAS EXTERNO E INTERNO DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS
O novo texto da norma [1] define ainda “sistema externo de proteção contra descargas atmosféricas”, que consiste de captores, condutores de descida e sistema de aterramento, bem como o “sistema interno de proteção contra descargas atmosféricas”, composto pelo conjunto de dispositivos que reduzem os efeitos elétricos e magnéticos da corrente de descarga atmosférica dentro do volume a proteger.
2.7 – ESTRUTURAS ESPECIAIS
Tanto o texto antigo da norma como o atual [1] consideram alguns tipos de edificações como Estruturas Especiais, enquadrando-se neste grupo chaminés de grande porte e estruturas contendo líquidos ou gases inflamáveis. Os itens a seguir apresentam as principais diferenças observadas entre os dois textos, no que diz respeito a detalhes construtivos e recomendações específicas.
2.7.1 – CHAMINÉS DE GRANDE PORTE
No texto atual da norma [1] permanece a recomendação de uma elevação mínima de 0,5 [m] acima da estrutura para os captores, tendo sido incluída a recomendação de uma elevação máxima de 0,8 [m].
Não permanece, no texto atual, a recomendação de uma descida suplementar pelo interior da chaminé, destinada à conexão com massas metálicas interiores.
O texto atual considera dispensável a instalação de captores em chaminés que possuam no topo, cobertura em chapa de aço eletricamente continua, e com espessura mínima de 4 [mm]. As chaminés metálicas e aterradas, construídas com material de espessura igual ou superior a 4 [mm], são consideradas, tanto no texto antigo como no atual, autoprotegidas, ou seja, dispensam a instalação de captores e descidas. O texto atual prevê ainda a utilização das armações de aço de chaminés de concreto armado como condutores de descida.
2.7.2 – ESTRUTURAS CONTENDO LÍQUIDO OU GASES INFLAMÁVEIS
O texto antigo considerava autoprotegidos os tanques soldados ou
rebitados, construídos inteiramente de chapas de aço com espessura de 4,76 [mm] ou mais, e com no mínimo duas tomadas de terra. No texto atual da norma [1], um tanque similar é considerado autoprotegido se forem satisfeitos, simultaneamente, os seguintes requisitos:
- – todas as juntas entre chapas metálicas devem ser rebitadas, aparafusadas com porcas ou soldadas;
- – todas as tubulações que penetram no tanque devem ser metalicamente ligadas a ele no ponto de entrada, de modo a assegurara equalização de potencial;
- – os respiros, válvulas de alívio e demais aberturas que possam desprender vapores inflamáveis devem ser providos de dispositivos de proteção corta-chama;
- – o teto deve ter uma espessura mínima de 4 [mm], ser soldado, aparafusado com porcas ou rebitado ao corpo do tanque.
O texto atual da norma [1] considera um tanque convenientemente aterrado quando este satisfaz a qualquer das condições a seguir: a – o tanque está conectado a um sistema de aterramento adequado; b – o tanque está acoplado metalicamente a uma rede de tubulações aterradas; c – um tanque cilíndrico vertical está apoiado no solo, ou sobre uma base de concreto, e tem, no mínimo, 6 [m] de diâmetro, ou está apoiado sobre um revestimento betuminoso e tem, no mínimo, 15 [m] de diâmetro.
3 – CONCLUSÕES
A norma sofreu alterações consideráveis em seu conteúdo. O texto antigo abordava aspectos relativos ao projeto dos Sistemas de Proteção Contra Descargas Atmosféricas (SPDA), não fornecendo, no entanto, subsídios para determinação da necessidade ou não da instalação do mesmo. O novo texto já contempla este aspecto, apresentando inclusive, em seu anexo B, o método de seleção do nível de proteção. O texto anterior, em seu item 1.3, deixava claro que a norma não se aplicava aos pára-raios providos de captores radioativos. O texto atual, por sua vez, não faz nenhuma referência a este tipo de captor, embora resolução número 04 do CNEN, de 19 de abril de 1989, tenha suspendido a concessão de autorização para utilização de material radioativo em pára-raios, bem como recomendado o recolhimento do material radioativo remanescente de pára-raios desactivados. Tanto o texto antigo da norma como o atual [1] consideram alguns tipos de edificações como Estruturas Especiais, enquadrando-se neste grupo chaminés de grande porte e estruturas contendo líquidos ou gases inflamáveis. Os itens a seguir apresentam as principais diferenças observadas entre os dois textos, no que diz respeito a detalhes construtivos e recomendações específicas.
4 – BIBLIOGRAFIA
- NBR-5419 – Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas Procedimento (JUN. 1993).
- NBR-5419 – Proteção de edificações contra descargas elétricas atmosféricas (DEZ. 1977).
- NBR-5410 – Instalações elétricas de baixa tensão – Procedimento (SET. 1990).