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Spda - souza marques, Notas de estudo de Engenharia Elétrica

SPDA - PROTEÇÃO

Tipologia: Notas de estudo

2011

Compartilhado em 30/04/2011

carlos-augusto-cabral-5
carlos-augusto-cabral-5 🇧🇷

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SPDA – Sistema de Proteção Contra Descargas atmosféricas
Norma Brasileira
Norma Brasileira
Fixa Condições
Incidência direta
Aplicabilidade
ABNT 5419/2005
Raios
Edificações
SPDA – Sistema de Proteção Contra Descargas atmosféricas
Instalação / Manutenção
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Norma Brasileira

Norma Brasileira

Fixa Condições

Incidência direta

Aplicabilidade

ABNT 5419/

Raios

Edificações

SPDA – Sistema de Proteção Contra Descargas atmosféricas

Instalação / Manutenção

Conceitos Básicos – Formação das Nuvens

Perda da capacidade do ar de conter umidade.

Massas de ar que estão com alta umidade relativa sofrem resfriamento.

Conceitos Básicos - Formação das Chuvas

SPDA – Sistema de Proteção Contra Descargas atmosféricas

As massas de ar ao subir, vai se expandindo pela diminuição da pressão atmosférica.

Esta expansão, resfria o ar, que vai perdendo a capacidade de conter umidade, ou seja, sua umidade relativa vai aumentando até chegar a 100% da sua capacidade.

Umidade começa a aparecer sob a forma de pequenas gotículas de água que pairam no ar, levadas pelos ventos.

Essas gotículas se aglomeram formando gotas maiores e, pela influência da gravidade, começam a cair.

Indução de cargas positivas no solo

Correntes de ar deslocando as partículas provoca o atrito e conseqüente o carregamento, formando o bipolo.

Bipolo:altura de 10 a 15 km e extensão de alguns km².

A diferença de temperatura entre a base e o teto da nuvem (65 a 70o C)

Quizz

SPDA – Sistema de Proteção Contra Descargas atmosféricas

Os raios caem em

direção ao solo ou

sobem em direção

as nuvens?

Formação das descarga atmosféricas – Teoria de Wilson

Conforme a teoria de Wilson, as gotas mais pesadas, sob influência do campo elétrico natural, polariza-se por indução, ficando a parte inferior negativa e a parte superior positiva.

Conforme as gotas maiores (1mm de raio) vão caindo, íons negativos são atraídos para a parte inferior da nuvem e devido a velocidade da queda o mesmo não acontece com os íons positivos.

Conceitos Básicos

SPDA – Sistema de Proteção Contra Descargas atmosféricas

Ondas elétricas partem da base da nuvem em direção ao solo buscando locais de menor potencial , ficando sujeita a variáveis atmosféricas, tais como pressão, temperatura, etc, definindo assim uma trajetória ramificada e aleatória.

Estabelecimento de canais indutivos ionizados negativamente

Indução de cargas positivas no solo

SPDA – Sistema de Proteção Contra Descargas atmosféricas

Corrente de retorno

Conceitos Básicos

SPDA – Sistema de Proteção Contra Descargas atmosféricas

Relâmpago - Neste processo os elétrons retirados das moléculas de ar, retornam, fazendo com que a energia absorvida pelos mesmos na emissão, seja devolvida sob a forma de luz(relâmpago). Na maioria dos casos este mecanismo se repete diversas vezes no mesmo raio..

Trovão - Após esse segundo choque violento de cargas passando pelo ar, provoca-se o aquecimento deste meio até 30.000 ºC , provocando a expansão do ar. O trovão é o ruído produzido pelo deslocamento do ar devido ao súbito aquecimento causado pela descarga do raio.

Classificação das cargas nuvens-solo pela sua polaridade

Os efeitos da corrente elétrica (60 Hertz), no organismo humano,

SPDA – Sistema de Proteção Contra Descargas atmosféricas

As lesões provocadas pelo choque elétrico podem ser de quatro (4) naturezas: 1 - eletrocussão (fatal); 2 - choque elétrico; 3 - queimaduras; e 4 - quedas provocadas pelo choque.

CORRENTE CONSEQUÊNCIA

1 mA Apenas perceptível

10 mA "Agarra" a mão

16 mA Máxima tolerável

20 mA Parada respiratória

100 mA Ataque cardíaco

200 mA Parada cardíaca

300 mA Valor mortal

Os efeitos da corrente elétrica (60 Hertz), no organismo humano,

Ação dos raios em seres vivos

SPDA – Sistema de Proteção Contra Descargas atmosféricas

(a) Descarga direta (b) Descarga lateral^ (c) Descarga por contato

Ação dos raios em seres vivos

Ação dos raios em seres vivos

SPDA – Sistema de Proteção Contra Descargas atmosféricas

Ação dos raios em seres vivos

Estatística japonesa (1968 / 1998) – 65 casos analisados

Tipo de Acidente

Nunero de descargas

Pessoas Mortas

Pessoas feridas severamente

Outras pessoas afetadas Descarga direta 36 28 8 48 Descarga lateral 18 14 10 62 Multipla incidência 8 9 4 59 Acidentes internos 3 0 0 3 Total 65 51 22 172

Conceito

SPDA – Sistema de Proteção Contra Descargas atmosféricas

Em Português Em Inglês Definição Raio ou Desrcarga Atmosférica Lightning

Conceito amplo correspondente ao fenomeno integral envolvido na evolucào e fecliamento do canal de descarga, incluindo o fluxo da(s) corrente(s) de retorno e as demais manifestações elétricas, visuais e sonoras. Relampago Lightning Efeito lumirioso perceptível visualmente, decorrente do aquecimento do canal de descarga devido ao flusoda corrente de retorno pelo canal.

Trovão Thunder

Efeito sonoro relacionado à descarga atmosférica. É causado pelo brusco deslo camento do ar circunvizinho ao canal de descarga, que se expande em decorrência do aquecimento gerado pelo fluxo da corrente no canal

Descarga elétrica (^) DischargeElectric

Fluxo de cargas a partir de um objeto carregado eletricamente. Pode corresponder a processo disruptivo em meio isolante ( tipo faísca) ou ao simples descarregamento através de meio condutor. O termo é algumas vezes empregado para designar o fenômeno descarga atmosférica. Tal emprego não é considerado adequado, pois não confere caráter de especificidade ao significado da descarga elétrica.

Descarga Atmosférica Plena Flash

Referência à descarga atmosférica no sentido mais restrito à fase de fluxo das correntes de retorno. Corresponde ao conjunto de descargas de retorno ("return stroke") envolvidas após o fechamento do canal. Assim a Descarga Plena pode ser constituída de uma ou mais descargas ("strokes") pelo canal, dependendo da existência de descargas subsequentes.

Canal precursor de descarga

Stepped leader

Corresponde ao canal ionizado que evolui por passos, da ordem de 50m, correspondentes a descargas elétricas (rupturas) sucessivas no ar,que ocorrem a cada inter-valo da ordem de 50μs. A euolucào do canal pode fechar um percurso ionizado entre nuvem e solo (no caso de descargas nuvem-solo), que é seguido pelo fluxo da corrente de retorno pelo canal formado. Pode ter seu percurso predominantemente ascendente ou descendente, recebendo nesse caso respecivamente a designacão de canal ascendente ou descendente.

Em Português Em Inglês Definição Distância de salto final

Distância critica entre os canais descendentes e ascendente, a partir da qual ocorre o fechammento do percurso entre os mesmos, através de descarga elétrica disruptiva final. Aparentemente a descarga final se origina no canal ascendenre.Tal distância depende, sobretudo, da carga acumulada no canal precursor de descarga.

Raio de atracào Attractiveradius

Distância crítica entre o canal descendente e a estrutura terrestre a partir da qual tem-se a expectativa do fechamento do percurso entre o canal descendente e o canal ascendente, que se originou nessa estrutura. Termo muito utilizado na literatura de Protecão contra Descargas para designar a distância máxima entre a cxtremidade de um eventual canal descendente e a estrutura terrestre que asseguraria o proccsso de conexão para cada valor de carga armazenada no canal ( ou correspondente valor de pico da corrente de retorno associada).Tal distância é usualmnete infcrior à distancia de iridução do canal ascendente

Distância de induçào do canal ascendente

Striking distance

Distância crítica entre o canal dcscendente e a estrutura terrestre a partir da qual se dá o surgimento de canal[is) asceildente(s)

  • A literatura inglesa é ambígua na refcrência a este termo, que pode ter o significado apresentad ou : mesmo sigiiificado do raio de atração [9] Canal piloto de descarga Streamer Canal estabelecido junto a um eletrodo ou na extremidade de um canal ionizado (ascendente e descendente), o qual precede a formação do salto da descarga elétrica plena. Decarga direta Direct flash Refere-se ao evento associado à incidência de uma descarga diretamente sobre uma vítima (ser, estrutura, objeto etc.). Decarga Indireta Descarga Lateral ou Descarga Próxima

Indirect flash or Close strike

Refere-se ao evento associado a uma descarga que incide próxima à vítima (ser, estrutura ou sistema afetado), que pode ser é capaz de gerar efeitos na mesma, em decorrência dos campos eletromagnéticos gerados.

Conceito

Métodos de Dimensionamento

SPDA – Sistema de Proteção Contra Descargas atmosféricas

Método Franklin;

Modelo da Esfera Rolante, Eletro geométrico ou Esfera Fictícia.

Gaiola de Faraday;

Pára-raios radioativo

Tipos de SPDA

Para Raio Tipo Franklin

Conceito

SPDA – Sistema de Proteção Contra Descargas atmosféricas

Conceito

Funções do SPDA

  • Neutralizar , pelo poder de atração das pontas, o crescimento do gradiente de potencial elétrico entre o solo e as nuvens, por meio do permanente escoamento de cargas elétricas do meio ambiente para a terra.
  • Oferecer à descarga elétrica que for cair em suas proximidades um caminho preferencial , reduzindo os riscos de sua incidência sobre as estruturas.

Um pára-raio corretamente instalado reduz significativamente os perigos e os riscos de danos, pois captará os raios que iriam cair nas proximidades de sua instalação.

SPDA – Sistema de Proteção a Descargas Atmosféricas

SPDA – Sistema de Proteção Contra Descargas atmosféricas

As descargas elétricas das nuvens de tempestades se dirigem para o solo.

  • Um campo elétrico que sai do pára- raios intercepta a carga e completa um circuito.
  • O resultado é uma grande carga de eletricidade,chamada de raio.
  • O pára-raios dissipa esta carga ao levá- la para o solo.

Objetivo de um SPDA

Tem como objetivo encaminhar a energia do raio, desde o ponto que ele atinge a edificação até o aterramento , o mais rápido e seguro possível.

  • O SPDA não pára o raio, não atrai raios e nem evita que o raio caia.
  • O SPDA protege o patrimônio (edificação) e as pessoas que estão dentro da edificação que é protegida.

Conceitos Básicos

SPDA – Sistema de Proteção Contra Descargas atmosféricas

O primeiro cientista a perceber que se tratava de um fenômeno elétrico foi Benjamin Franklin (1752)

Afirmou que após a colocação de uma ponta metálica em cima de uma casa, esta atrairia os raios para si e a edificação estaria protegida contra raios, caindo estes na ponta metálica.

Após alguns anos, tomou conhecimento de edificações que tinham sido atingidas e o raio não havia caído na ponta metálica. Assim sendo, reformulou sou teoria e afirmou que a ponta metálica seria o caminho mais seguro para levar o raio até o solo com segurança caso a ponta seja atingida por um raio.