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SISTEMAS DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS: A AVALIAÇÃO
DE RISCO SEGUNDO A VERSÃO DA NORMA ABNT NBR 5419 DE MAIO DE 2015
Alessandra Germiniani Ribeiro Maíra Campos Cardoso
Orientador: Prof. Credson de Salles Instituto de Sistemas Elétricos e Energia (ISEE)
Resumo – Neste trabalho desenvolveu-se uma planilha
eletrônica, com cálculos e parâmetros da Norma NBR
5419. Essa planilha pode ser considerada uma ferra-
menta eficiente e rápida para determinação da neces-
sidade ou não da instalação de sistemas de proteção
contra descargas atmosféricas.
Palavras-Chave: Descargas atmosféricas, SPDA, fa-
lhas, danos, riscos.
I – INTRODUÇÃO
As descargas atmosféricas são consideradas, geralmente,
as responsáveis por uma parcela expressiva das falhas de
equipamentos e interrupções não programadas do forne-
cimento de energia em sistemas elétricos, podendo pro-
vocar danos permanentes a equipamentos eletrônicos
sensíveis e de alto valor agregado [1-3].
Esses dados resultam, frequentemente, na interrupção do
funcionamento de máquinas, perda de produtividade e de
dados, contribuindo de forma negativa para a composição
dos índices de qualidade de energia, mesmo no caso de
regiões com níveis ceráunicos moderados [4].
Apesar do crescente desenvolvimento de novas técnicas
de proteção contra descargas atmosféricas como, por e-
xemplo, as novas recomendações de projeto de SPDA
(sistemas de proteção contra descargas atmosféricas) e as
novas tecnologias de dispositivos de proteção, os proble-
mas decorrentes deste fenômeno têm assumido propor-
ções bastante elevadas [5]. Pode-se mencionar como e-
xemplo, os prejuízos causados devido às interrupções dos
sistemas de distribuição de energia elétrica e dos sistemas
de comunicação de dados e telecomunicações.
No Brasil, assim como em outros países, os prejuízos em
consequência deste fenômeno natural giram em torno de
milhões de dólares [6]. Estima-se que aproximadamente
70% dos desligamentos em linhas de transmissão são
ocasionados por descargas atmosféricas, que também são
as responsáveis por, aproximadamente, 30% das faltas
não programadas nas linhas de distribuição [7].
II – A NOVA VERSÃO DA ABNT NBR 5419
A versão de 2005 da NBR 5419 [8], cuja validade extin-
guiu-se em 21 junho de 2015, possuía 42 páginas. Já a
revisão tem um total de 309 páginas e foi publicada em
quatro partes [9], tal como a IEC 62305 [10], norma na
qual foi baseada. São elas: Parte 1:”Princípios gerais”,
com 67 páginas; Parte 2: “Gerenciamento de risco”, com
104 páginas; Parte 3: “Danos físicos a estruturas e perigos
à vida ”, com 51 páginas; e Parte 4: “Sistemas elétricos e
eletrônicos internos na estrutura”, 87 páginas. Somente
este grande aumento de material dá uma ideia da magni-tude das mudanças introduzidas na proteção de estruturas,
pessoas e sistemas internos em relação às descargas at-
mosféricas.
A parte 2, “Gerenciamento de risco”, é a grande novidade
da revisão. Muito mais abrangente que o Anexo B da
versão de 2005, onde se estimava a necessidade ou não da
instalação de um SPDA para uma dada estrutura, agora
aproximadamente 110 parâmetros são analisados no sen-
tido de se calcularem os riscos e compará-los com valores
toleráveis descritos na norma [11]. Isso possibilitou au-
mentar a segurança nos sistemas de proteção e elevar o nível de segurança do SPDA [12].
O risco, definido por esta Norma NBR 5419 de 2015 co-
mo a provável perda média anual em uma estrutura devi-
do às descargas atmosféricas, depende de:
- O número anual de descargas atmosféricas que influen-
ciam a estrutura;
- A probabilidade de dano por uma das descargas atmos-
féricas que influenciariam;
- A quantidade média das perdas causadas.
TRABALHO FINAL DE GRADUAÇÃO
OUTUBRO/2016
UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ
ENGENHARIA ELÉTRICA
2
As descargas atmosféricas que influenciam a estrutura
podem ser divididas em:
- S1: descargas diretas à estrutura;
- S2: descargas atmosféricas perto da estrutura;
- S3: descargas atmosféricas na linha;
- S4: descargas atmosféricas perto da linha.
Estas descargas são ilustradas na Figura 1:
Fig.1 – Descargas atmosféricas que influenciam as
estruturas [11].
As descargas atmosféricas diretas à estrutura ou a uma
linha conectada podem causar danos físicos e perigo à vida. As descargas atmosféricas próximas à estrutura ou à
linha, assim como as descargas atmosféricas diretas à
estrutura ou à linha, podem causar falhas dos sistemas
eletroeletrônicos devido às sobretensões resultantes do
acoplamento resistivo e indutivo desses sistemas com a
corrente da descarga atmosférica.
Entretanto, as falhas causadas pelas sobretensões atmos-
féricas nas instalações do usuário e nas linhas de supri-
mento de energia podem também gerar sobretensões do
tipo chaveamento nas instalações.
O número das descargas atmosféricas que influenciam a
estrutura depende das dimensões e das características das
estruturas e das linhas conectadas, das características do
ambiente da estrutura e das linhas, assim como da densi-
dade de descargas atmosféricas para a terra na região on-
de estão localizadas a estrutura e as linhas.
A probabilidade de danos devido à descarga atmosférica
depende da estrutura, das linhas conectadas, e das carac-
terísticas da corrente da descarga atmosférica, assim co-
mo do tipo e da eficiência das medidas de proteção efetu-adas.
A quantidade média da perda consequente depende da
extensão dos danos e dos efeitos consequentes, os quais
podem ocorrer como resultado de uma descarga atmosfé-
rica.
O efeito das medidas de proteção resulta das característi-
cas de cada medida de proteção e pode reduzir as proba-
bilidades de danos ou a quantidade média da perda con-
sequente.
A decisão de prover uma proteção contra descargas at-
mosféricas pode ser tomada independentemente do resul-
tado da análise de risco [12].
II.1 – Danos e perdas provocados pela descarga
Danos provocados:
- D1: ferimentos aos seres vivos por choque elétrico; - D2: danos físicos;
- D3: falhas de sistemas eletroeletrônicos.
Perdas provocadas:
-L1: perda de vida humana;
-L2: perda de serviço público;
-L3: perda de patrimônio cultural;
-L4: perda de valores econômicos (estrutura, conteúdo, e
perdas de atividade).
II.2 – Riscos e componentes de risco
a) Risco
Os riscos R1, R2 e R3 devem ser considerados na avalia-
ção da necessidade de proteção contra descargas atmosfé-
ricas.
- R1: Risco de perda de vida humana (incluindo ferimen-
tos permanentes);
- R2: risco de perda de serviço ao público;
- R3: risco de perda ao patrimônio cultural.
Cada risco é a soma dos seus componentes de risco.
b) Componentes de risco
b.1) Componentes de risco para uma estrutura devido às
descargas atmosféricas na estrutura.
- RA: componente relativo a ferimentos aos seres vivos
causados por choque elétrico devido a tensões de toque e
passo dentro da estrutura e fora nas zonas até 3m ao redor
dos condutores de descidas. Perdas do tipo L1 e L4
(quando a estrutura contiver animais (gado), por exem-
plo);
- RB: componente relativo a danos físicos causados por
centelhamentos perigosos dentro da estrutura iniciando incêndio ou explosão, os quais podem também colocar
em perigo o meio ambiente. As perdas são L1, L2, L3 e
L4;
- RC: componente relativo a falhas de sistemas internos
causados por LEMP (Lightning electromagnetic impul-
se).
b.2) Componente de risco para descarga perto da estrutu-
ra:
- RM: componente de risco relativo a falhas de sistemas
internos causados por LEMP.
b.3) Componente de risco para uma estrutura devido as
descargas atmosféricas em uma linha conectada à estrutu-
ra:
3
- RU: componente relativo a ferimentos;
- RV: componente relativo a danos físicos (incêndio ou
explosão);
- RW: componente devido a falhas do sistema interno
causados por sobretensões.
b.4) Componente de risco para uma estrutura devido às
descargas atmosféricas próximas de uma linha conectada
a estrutura:
- RZ : componente devido a falhas internas causados por
sobretensões induzidas nas linhas que entram na estrutura [11].
II.3 – Gerenciamento de risco
A Figura 2 detalha o procedimento básico para o gerenci-
amento de risco.
Fig.2 – Gerenciamento de risco- procedimento básico
[11].
O risco tolerável RT é de responsabilidade da autoridade
que tenha jurisdição em identificar o seu valor.
Os valores representativos de risco tolerável RT, onde as
descargas atmosféricas envolvem perdas de vida humana
ou perda de valores sociais ou culturais [11], são apresen-
tados na Tabela 1:
Tipo de Perda
Risco
tolerável
(RT)
L1: perda de vida humana ou ferimentos 10-5
L2: perda de serviço ao pública 10-3
L3: perda de patrimônio 10-4
Tabela 1 – Valores típicos de risco tolerável RT, adap-
tada de [12]
Se R ≤ RT, a proteção contra descarga atmosférica não é
necessária. Se R ˃ RT medidas de proteção devem ser
adotadas no sentido de reduzir R para todos os riscos aos
quais a estrutura está sujeita. [12]
III – METODOLOGIA
III.1 – Análise dos componentes de risco
a) Equação base
Cada componente de risco pode ser expressa pela seguin-
te equação geral:
RX = NX . PX . LX (1)
Onde:
NX = Número de eventos perigosos por ano; PX = Probabilidade de dano à estrutura;
LX = Perda consequente.
O número NX de eventos perigosos é afetado pela densi-
dade de descargas atmosféricas para a terra (NG) e pelas
características físicas da estrutura a ser protegida, sua
vizinhança, linhas conectadas e o solo.
A probabilidade do dano PX é afetada pelas características
da estrutura a ser protegida, das linhas conectadas e das
medidas de proteção existentes.
A perda conseguinte LX é afetada pelo uso para a qual a
estrutura foi projetada, a frequência das pessoas, o tipo de
serviço fornecido ao público, o valor dos bens afetados
pelos danos e as medidas providenciais para limitar a
quantidade de perdas [11].
b) Análise das componentes de risco devido às des-
cargas atmosféricas na estrutura (S1)
Para avaliação dos componentes de risco devidos às des-
cargas atmosféricas na estrutura, as seguintes equações são aplicáveis:
- Componente relativa a ferimentos a seres vivos por
choque elétrico (D1):
RA = ND × PA × LA (2)
- Componente relacionado a danos físicos (D2):
RB = ND × PB × LB (3)
- Componente relacionado à falha de sistemas internos
(D3):
RC = ND × PC × LC (4)
c) Análise das componentes devido às descargas
atmosféricas perto da estrutura (S2)
4
Para a avaliação dos componentes de risco devidos às
descargas atmosféricas próximas da estrutura, a seguinte
equação é aplicável:
- Componente relacionado à falha dos sistemas internos
(D3):
RM = NM × PM × LM (5)
d) Análise das componentes devido às descargas
atmosféricas em uma linha conectada à estrutura
(S3):
- Componente relacionado a ferimentos a seres vivos por
choque elétrico (D1):
RU = (NL + NDJ ) × PU × LU (6)
- Componente relacionado a danos físicos (D2):
Rv = (NL + NDJ ) × Pv × Lv (7)
- Componente relacionado à falha dos sistemas internos (D3):
Rw = (NL + NDJ ) × Pw × Lw (8)
e) Análise dos componentes de risco devido às
descargas atmosféricas perto de uma linha co-
nectada a estrutura (S4):
Para avaliação dos componentes de risco devido às des-
cargas atmosféricas perto de uma linha conectada à estru-
tura, a seguinte equação é aplicada:
- Componente aplicada à falha dos sistemas internos
(D3):
RZ = NI × PZ × LZ (9)
Os parâmetros para avaliar estes componentes de risco
são dados nas Tabelas 2, 3, 4, 5, 6 e 7 a seguir:
ND À estrutura
NM Perto da estrutura
NL Em uma linha conectada à estrutura
NI Perto de uma linha conectada à estrutura
NDJ A uma estrutura adjacente
Tab. 2 – Número médio anual de eventos perigosos
devido às descargas atmosféricas, adaptada de [12].
PA Ferimentos a seres vivos por choque elétrico
PB Danos físicos
PC Falha de sistemas internos
Tab. 3 – Probabilidade de uma descarga atmosférica
na estrutura causar, adaptada de [12].
PM Falha de sistemas internos
Tab. 4 – Probabilidade de uma descarga atmosférica
perto da estrutura causar, adaptada de [12].
PU Ferimentos a seres vivos por choque elétrico
PV Danos físicos
PW Falha de sistemas internos
Tab. 5 – Probabilidade de uma descarga atmosférica
em uma linha causar, adaptada de [12].
PZ Falha de sistemas internos
Tab. 6 – Probabilidade de uma descarga atmosférica
perto de uma linha causar, adaptada de [12].
LA = LU Ferimentos a seres vivos por choque
elétrico
LB = LV Danos físicos
LC = LM=LW = LZ Falha de sistemas internos
Tab. 7 – Perdas, adaptada de [12].
III.2 – Análise do número anual N de eventos perigosos
(ANEXO A)
a) Análise do número médio anual de eventos peri-
gosos ND devido às descargas atmosféricas na
estrutura e NDJ em uma estrutura adjacente
a.1) Número de eventos perigosos ND para estrutura
ND = NG × AD × CD × 10-6 (10)
NG = densidade de descargas atmosféricas para a terra
(1/km² × ano);
AD = área de exposição equivalente da estrutura expressa
em (m²), sendo:
- Estrutura retangular
AD = L× W + 2× (3× H) × (L+W) + π × (3×H)2 (11) - Estrutura com forma complexa
AD = π × (3 × HP)2 (12);
CD = fator de localização da estrutura
A seguir, na Tabela 8 os valores do fator de localização
para diferentes estruturas são apresentados:
Localização relativa CD
Estrutura cercada por objetos mais altos 0,25
Estrutura cercada por objetos da mesma altura ou mais baixos
0,50
Estrutura isolada: nenhum outro objeto nas vizinhan-ças
1,0
Estrutura isolada no topo de uma colina ou monte 2,0
Tab. 8 – Fator de localização da estrutura, adaptada
de [12].
a.2) Número de eventos perigosos NDJ para uma estrutura
adjacente
NDJ = NG × ADJ × CDJ × CT × 10-6 (13)
ADJ = área de exposição equivalente da estrutura adjacen-te, expressa em (m²).
CDJ = fator de localização da estrutura adjacente
5
CT = fator tipo de linha
Os valores de fator tipo de linha são apresentados na Ta-
bela 9:
Instalação CT
Linha de energia ou sinal 1,0
Linha de energia em AT (com transformador AT/BT) 0,2
Tab. 9 – Fator tipo de linha, adaptada de [12].
b) Avaliação do número médio anual de eventos
perigosos NM devido a descargas atmosféricas
perto da estrutura
NM = NG × AM × 10-6 (14)
AM = Área de exposição equivalente de descargas atmos-
féricas que atingem perto da estrutura expressa em (m²).
AM = 2 × 500 × ( L + W) + π × 500² (15)
c) Avaliação do número médio anual de eventos
perigosos NL devido a descargas atmosféricas
na linha
NL = NG × AL × CI× CE × CT × 10-6 (16)
NL = Número de sobretensões de amplitude não inferior a
1 kV (1/ano) na seção da linha;
AL = Área de exposição equivalente de descargas atmos-
féricas que atingem a linha, expressa em (m²);
CI = Fator de instalação da linha;
CE = Fator ambiental.
AL = 40 × LL (17)
LL = comprimento da seção da linha expressa em (m).
Nas Tabelas 10 e 11 a seguir, apresentam-se os valores de CI e CE, respectivamente:
Roteamento CI
Aéreo 1,00
Enterrado 0,50
Cabos enterrados instalados completamente dentro de uma malha de aterramento (ABNT NBR 5419-4:
2015, 5.2)
0,01
Tab. 10 – Fator de instalação da linha, adaptada de
[12].
Localização relativa CE
Rural 1,00
Suburbano 0,50
Urbano 0,10
Urbano com edifícios com mais de 20 m 0,01
Tab. 11 – Fator ambiental da linha, adaptada de [12].
d) Avaliação do número médio anual de eventos
perigosos NI devido a descargas atmosféricas
próximas à linha.
NI = NG × AI × CI× CE × CT × 10-6 (18)
NI = número de sobretensões de amplitude não inferior a
1kV (1/ano) na seção da linha;
AI = Área de exposição equivalente de descargas atmos-
féricas para a terra perto da linha, expressa em (m²);
AI = 4000 × LL (19)
A Figura 3 abaixo mostra as áreas de exposição equiva-
lentes (AD, AM, AI, AL):
Fig. 3 – Áreas de exposição equivalentes [12].
III.3 – Avaliação da probabilidade PX de danos (ANEXO
B)
a) Geral
As probabilidades fornecidas neste item são válidas se as
medidas de proteção estiverem de acordo com:
- ABNT NBR 5419-3 para medidas de proteção para re-
duzir ferimentos a seres vivos e reduzir danos físicos;
- ABNT NBR 5419-4 para medidas de proteção para re-
duzir falhas de sistemas internos.
b) Probabilidade PA de uma descarga atmosférica e
uma estrutura causar ferimentos a seres vivos por
meio de choque elétrico
PA= PTA × PB (20)
Onde
PTA= depende das medidas de proteção adicionais contra
tensões de toque e de passo.
PB= depende do nível de proteção contra descargas at-
mosférica (NP) para o qual o SPDA de acordo com a
ABNT NBR 5419-3 foi projetado. [11]
Nas tabelas 12 e 13 a seguir são obtidos valores de PTA e
PB respectivamente.
6
Medida de Proteção adicional PTA
Nenhuma medida de Proteção 1
Avisos de alerta 10-1
Isolação elétrica(por exemplo, de pelo menos 3 mm de polietileno reticulado das partes expostas, por exemplo, condutores de descidas )
10-2
Equipotencialização eletiva do solo 10-2
Restrições físicas ou estrutura do edifício utilizada como subsistema descida
0
Tab. 12 – Valores PTA de uma descarga atmosférica
em uma estrutura causar choque a seres vivos devido
a tensões de toque e de passo perigosas [12].
Características
da Estrutura Classe da SPDA PB
Estrutura não
protegida por
SPDA
- 1
IV 0,2
III 0,1
II 0,05
I 0,02
Estrutura com sistema de captação
conforme SPDA classe I e uma es-
trutura metálica contínua ou de con-creto armado atuando como um sub-
sistema de descida natural
0,01
Estrutura com cobertura metálica e
um subsistema de captação possi-
velmente incluindo componentes
naturais, com proteção completa de
qualquer instalação na cobertura
contra descargas atmosféricas diretas
e uma estrutura metálica de concreto
armado atuando como um subsiste-
ma de descidas natural.
0,001
Tab. 13 – Valores de probabilidade PB dependendo
das medidas de proteção para reduzir danos físicos,
adaptada de [12].
c) Probabilidade PC de uma descarga atmosférica e
uma estrutura causar falha a sistemas internos
PC = PSPD ×CLD (21)
Onde
PSPD = depende do sistema coordenado DPS conforme a
ABNT NBR 5419-4 e do nível de proteção (NP) para o
qual os DPS foram projetados; CLD = é um fator que depende das condições de blinda-
gem, aterramento e isolamento da linha a qual o sistema
interno está conectado. [11]
Nas tabelas 14 e 15 abaixo são obtidos valores de PSPD,
CLD e CLI respectivamente.
NP PSPD
Nenhum sistema de DPS coordenado
1
III-IV 0,05
II 0,02
I 0,01
Sistema de DPS com caracte-rísticas melhores que a classe
I
0,005-0,001
Tab. 14 – Probabilidade de PSPD –em função do NP
para o qual os DPS foram projetados, adaptada de
[12].
Tipo de Linha
Externa Conexão na Entrada CLD CLI
Linha aérea não blindada
Indefinida 1 1
Linha enterrada não
Blindada Indefinida 1 1
Linha de energia com neutro multia-
terrado Nenhuma 1 0,2
Linha aérea blinda-da (energia ou si-
nal)
Blindagem não inter-ligada ao mesmo bar-
ramento de
equipotencialização que o equipamento
1 0,3
Linha aérea blinda-da (energia ou si-
nal)
Blindagem não inter-ligada ao mesmo bar-
ramento de equipotencialização que o equipamento
1 0,1
Linha enterrada blindada (energia
ou sinal)
Blindagem interligada ao mesmo barramento
de equipotencialização que o equipamento
1 0
Linha aérea blinda-
da (energia ou si-nal)
Blindagem interligada ao mesmo barramento
de equipotencialização que o equipamento
1 0
Cabo protegido contra descargas atmosféricas ou cabeamentos em dutos para cabos
protegido contra descargas atmosfé-ricas, eletrodutos
metálicos ou tubos metálicos
Blindagem interligada ao mesmo barramento
de equipotencialização que o equipamento
0 0
(Nenhuma linha externa)
Sem conexões com linhas externas (Sis-
temas independentes)
0 0
Qualquer tipo
Interfaces Isolantes de acordo com a NBR 5419-4 (Sistemas
elétricos e eletrônicos internos na estrutura)
0 0
Tab. 15 – Valores dos fatores CLD E CLI dependendo
das condições de blindagem aterramento e isolamento,
adaptada de [12].
7
d) Probabilidade PM de uma descarga atmosférica
perto de uma estrutura causar falha em sistemas
internos
PM = PSPD × PMS (22)
Para sistemas internos com equipamentos não conformes
com a suportabilidade de tensão dados nas normas espe-
cificas de produto, PM=1 deve ser assumido.
Os valores de PMS são:
PMS = (KS1 × KS2 × KS3 × KS4)² (23)
Onde:
KS1 = leva em consideração a eficiência de blindagem por
malha da estrutura e SPDA;
KS2 = leva em consideração a eficiência da blindagem por
malha de blindagem interna;
KS3 = leva em consideração as características da fiação
interna;
KS4 = leva em consideração a tensão suportável de impul-
so do sistema a ser protegido [12].
Na Tabela 16 mostramos valores de KS3 dependendo do
tipo de fiação interna.
Tipo de Função interna KS3
Cabo não blindado - sem
preocupação no roteamento no sentido de evitar laçosa
1
Cabo não blindado - sem preocupação no roteamento no sentido de evitar laçosb
0,2
Cabo não blindado - sem preocupação no roteamento
no sentido de evitar laçosc
0,01
Cabo não blindado - sem preocupação no roteamento no sentido de evitar laçosd
0,0001
a Condutores em laço com diferentes roteamentos em grandes edifícios (área do laço da ordem de 50 m²) b Condutores em laço roteados em um mesmo eletroduto ou
condutores em laço com diferentes roteamentos em edifícios pequenos (área do laço da ordem de 10 m²) c Condutores em laço roteados em um mesmo cabo (área do laço da ordem de 0,5 m²) d Blindados e eletrodutos metálicos interligados a um barra-mento de equipotencialização em ambas extremidades e equi-pamentos estão conectados no mesmo barramento equipotenci-alização.
Tab.16 – valor do fator KS3 dependendo do tipo de
fiação interna, adaptada de [12].
e) Probabilidade PU de uma descarga atmosférica
em uma linha causar e ferimentos a seres vivos
por choque elétrico
PU = PTU × PEB × PLD ×CLD (24)
Onde:
PTU = depende das medidas de proteção contra tensões
de toque como restrições físicas ou avisos visíveis de
alerta;
PEB = depende das ligações equipotenciais para descargas
atmosféricas (EB) conforme a ABNT NBR 5419-3 e do
nível de proteção contra descargas atmosféricas (NP) para
o qual o DPS;
PLD = é a probabilidade de falha de sistemas internos de-
vido a uma descarga atmosférica na linha. Conectada
dependendo das características da linha;
CLD = é um fator que depende da blindagem do aterra-mento e das condições da isolação da linha. [12].
Nas tabelas 17, 18 e 19 são apresentadas as probabilida-
des utilizadas para o cálculo da PU.
Medida de Proteção PTU
Nenhuma medida de proteção 1
Avisos visíveis de alerta 10-1
Isolação elétrica 10-2
Restrições Físicas 0
Tab. 17– Valores de probabilidade PTU de uma des-
carga atmosférica em uma linha que adentre a estru-
tura causar choque a seres vivos devido as tensões de
toque perigosas, adaptada de [12].
NP PEB
Sem DPS 1
III-IV 0,05
II 0,02
I 0,01
Os valores PEB podem ser reduzidos para DPS que te-
nham melhores características de proteção comparados com os requistos definidos para
NP I.
0,005 – 0,001
Tab. 18 – Valor da probabilidade PEB em função de
NP para o qual os DPS foram projetados, adaptada de
[12].
8
Tipo de
Linha
Condições do roteamento, blindagem e interligação
Tensão suportável UW em kV
1
1,5
2,5
4
6
Linhas de energia ou sinal
Linha aérea ou enterrada, não blindada ou com a blin-dagem não interligada ao mesmo barramento de equi-
potencialização do equipamento.
1
1
1
1
1
Blindada aérea ou enterrada cujo a blindagem está
interligada ao mes-mo barramento de
equipotencialização do equipamento.
5Ω/km<Rs≤20 Ω/km
1
1
0,95
0,9
0,8
1Ω/km<Rs≤5 Ω/km
0,9
0,8
0,6
0,3
0,1
Rs≤1 Ω/km
0,6
0,4
0,2
0,04
0,02
Tab. 19 – Valores de probabilidade PLD dependendo da resistência RS da blindagem do cabo e da tensão suportá-
vel de impulso UW do equipamento, adaptada de [12].
f) Probabilidade PV de uma descarga atmosférica
em uma linha causar danos físicos
PV = PEB × PLD × CLD (25)
Onde:
PEB = depende das ligações equipotenciais para descargas
atmosféricas (EB) conforme a ABNT NBR 5419-3 e do
nível de proteção contra descargas atmosféricas (NP) para
os qual o DPS foram projetados;
PLD = é a probabilidade de falha de sistemas internos de-vido a uma descarga atmosférica na linha. Conectada
dependendo das características da linha;
CLD = é um fator que depende da blindagem do aterra-
mento e das condições da isolação da linha. [11]
g) Probabilidade Pz de uma descarga atmosférica
perto de um linha que entra na estrutura, causar
falha dos sistemas internos
Pz = PSPD× PLI × CLI (26)
Onde: PSPD = depende do sistema coordenado de DPS de acordo
coma ABNT NBR 5919-4 e do nível de proteção contra
descargas atmosféricas (NP) para o qual o DPS;
PLI = é a probabilidade de falha de sistemas internos de-
vido a uma descarga atmosférica perto da linha, conecta-
da dependendo das características da linha e dos equipa-
mentos;
CLI = é um fator que depende da blindagem do aterramen-
to e das condições da isolação da linha [12].
A Tabela 20 apresenta a probabilidade PLI para o cálculo
da PZ.
Tipo de linha Tensão suportável UW em kV
1,0 1,5 2,5 4,0 6,0
Linhas de Enegia 1,0 0,6 0,3 0,16 0,1
Linhas de Sinais 1,0 0,5 0,2 0,08 0,04
Tab. 20 – Valor da probabilidade PLI dependendo do
tipo de linha e da tensão suportável de impulso UW
dos equipamentos projetados, adaptada de [12].
h) Probabilidade PW de uma descarga atmosférica
em uma linha causar falha de sistemas internos
Pw = PSPD× PLID× CLD (27)
Onde
PLD = é a probabilidade de falha de sistemas internos de-
vido a uma descarga em uma linha, conectada dependen-
do das características da linha;
CLD = é um fator que depende da blindagem do aterra-mento e das condições da isolação da linha [12].
III.4 – Análise de quantidade de perda (ANEXO C)
a) Perda de vida humana
9
O valor de perda Lx para cada zona pode ser determinado
pela Tab.21:
Tipo de
dano
Perda típica
D1 LA = rt × LT × nz/ nt × tz/ 8760
D1 LU = rt × LT × nz/ nt × tz/ 8760
D2 LB =LV=rp×rf×hz×LF × nz/ nt × tz/ 8760
D3 LC=LM=LW=LZ=LO × nz/ nt × tz/ 8760
Tab.21 – Tipo de perda L1: valores da perda para
cada zona, adaptada de [12].
As definições dos parâmetros na Tabela 22 a seguir:
LT É um número relativo médio típico de vítimas feridas pós
choque elétrico (D1) devido à um evento perigoso
LF É o número relativo médio típico de vítimas por danos físicos (D2) devido a um evento perigoso
LO É o número relativo médio típico de vítimas por falha de sistemas internos (D3) devido a um evento perigoso
rt É um fator de redução da perda de vida humana depen-dendo do tipo de solo ou piso
rp É um fator de redução da perda devido a danos físicos dependendo das providências tomadas para reduzir as
consequências do incêndio
rf É um fator de redução da perda devido a danos físicos dependendo do risco de incêndio ou do risco de explosão da estrutura
hz É um fator de aumento da perda devido a danos físicos quando um perigo especial estiver presente
nz É o número de pessoas na zona
nt É o número total de pessoas na estrutura
tz É o tempo, durante o qual as pessoas estão presentes na zona, expresso em horas por ano.
Tab.22 – Definições dos parâmetros, adaptada de [12].
Tipo de perda L1: Valores médios típicos de LT,, LF e LO
Tipos de
danos
Valor de perda típico Tipo da estru-
tura
D1 Ferimentos
LT 10-2 Todos os tipos
D2 danos físicos
LF
10-1 Risco de explo-são
10-1
Hospital, hotel, escola, edifício cívico
5×10-2 Entretenimento público, igreja,
museu
2×10-2 Industrial, co-mercial
10-2 Outros
D3 falhas de
sistemas internos
LO
10-1 Risco de explo-são
10-2 Unidade de terapia intensiva
e bloco cirúrgi-co de hospital
10-3 Outras partes do hospital
Tab. 23 – Valores médios típicos de LT, LF e LO, adap-
tada de [12].
Tipo de superfí-
cieb
Resistência de
contato k Ωa
rt
Agricultura, con-creto
≤ 1 10-2
Mármore, cerâmi-ca
1 – 10 10-3
Cascalho, tapete, carpete
10 – 100 10-4
Asfalto, linóleo, madeira
≥ 100 10-5
a Valores medidos entre um eletrodo de 400cm2 comprimido com uma força uniforme de 500N e um ponto considerado no infinito. b Uma camada de material isolante, por exemplo, asfalto, de 5 cm de espessura (ou uma camada de cascalho de 15 cm de espessura) geralmente reduz o perigo a um nível tolerável.
Tab.24 – Fator de redução rt em função do tipo da
superfície do solo ou piso, adaptada de [12].
Providências rp
Nenhuma providência 1,0
Uma das seguintes providências: extintores, instalações fixas operadas manualmente, instalações de alarme
manuais, hidrantes, compartimentos à prova de fogo, rotas de escape
0,5
Uma das seguintes providências: instalações fixas ope-radas automaticamente, instalações de alarme automá-tico a
0,2
a Somente se protegidas contra sobretensões e outros danos e se os bombeiros puderem chegar em menos de 10 minutos.
Tab. 25 – Fator de redução rp em função das provi-
dências tomadas para reduzir as consequências de um
incêndio, adaptada de [12].
Risco Quantidade de
risco
rf
Explosão Zonas 0,20 e ex-plosivos sólidos
1
Zonas 1, 21 10-1
Zonas 2, 22 10-3
Incêndio Alto 10-1
Normal 10-2
Baixo 10-3
Explosão ou in-cêndio
Nenhum 0
Tab. 26 – Fator de redução rt em função do risco de
incêndio ou explosão na estrutura, adaptada de [12].
Tipo de perigo especial hz
Sem perigo especial 1
Baixo nível de pânico (por exemplo, uma estrutura limitada a dois andares e número de pessoas não supe-
rior a 100)
2
Nível médio de pânico (por exemplo, estruturas desig-nadas para eventos culturais ou esportivos com um número de participantes entre 100 e 1000 pessoas)
5
Dificuldade de evacuação (por exemplo, estrutura com
pessoas imobilizadas, hospitais)
5
Alto nível de pânico (por exemplo, estruturas designa-das para eventos culturais ou esportivos com um núme-
ro de participantes maior que 1000 pessoas)
10
10
Tab.27 – Fator hz aumentando a quantidade relativa
de perda na presença de um perigo especial, adaptada
de [12].
b) Perda inaceitável de serviço ao público
c) O valor de LX para cada zona pode ser determi-
nado com equação abaixo:
Tipo de dano Perda típica
D2 LB =LV=rp×rf×LF × nz/ nt
D3 LC=LM=LW=LZ=LO × nz/ nt
Tab.28–Tipo de perda L2: valores de perda para cada
zona, adaptada de [12].
Tipo de
dano
Valor da perda típica Tipo de ser-
viço
D2 danos físicos
LF
10-1
Gás, água, fornecimento
de energia
10-2
TV, linhas de sinais
D3 Falhas de
Sistemas Internos
LO
10-2
Gás, água, fornecimento
de energia
10-3
TV, linhas de sinais
Tab.29 – Tipo de perda L2: valores médios típicos de
LF e LO, adaptada de [12].
d) Perda inaceitável de patrimônio cultural
Tipo de dano Perda típica
D2
Danos físicos
LB =LV=rp×rf×LF × cz/ ct
Tab.30 - Tipo de perdas L3: valores de perda para
cada zona, adaptada de [12].
cz = valor do patrimônio cultural na zona;
ct = valor total da edificação e conteúdo da estrutura
Tipo de
dano
Valor típico de perda Tipo de
estrutura ou
zona
D2 Danos Físicos
LF
10-1
Museus, galerias
Tab.31 – Tipo de perda L3 valor médio típico de LF,
adaptada de [12].
e) Perda econômica (L4)
Tipo de
dano
Perda típica
D1 LA = rt × LT × ca/ ct
D1 LU = rt × LT × ca/ ct
D2 LB =LV=rp×rf×LF ×(ca+cb+cc+cs)/ct
D3 LC=LM=LW=LZ=LO × cs/ ct
Tab.32- Tipo de perda L4 – valores de perda de cada
zona, adaptada de [12].
Ca =valor dos animais na zona;
Cb = valor da edificação referente a zona;
Cc = valor do conteúdo da zona;
Cs = valor dos sistemas internos incluindo suas atividades
na zona
Ct = valor total da estrutura (soma de todas as zonas para
animais, edificação, conteúdo e sistemas internos incluin-
do suas atividades).
Tipos de
danos
Valor de perda
típico
Tipo de estrutura
D1 Ferimento devido a choque
LT
10-2
Todos os tipos onde somente animais estão
presentes
D2 Danos Físicos
LF
1,0 Risco de explosão
0,5
Hospital, industrial, museu, agricultura
0,2
Hotel, escola, escritó-rio, igreja, entreteni-mento público, co-
mercial
10-1 Outros
D3 Falha de Sistemas internos
LO
10-1 Risco de explosão
10-2
Hospital, industrial, escritório, hotel, co-
mercial
10-3
Museu, agricultura, escola,igreja, entrete-
nimento público
10-4 Outros
Tab.33 – Tipo de perda L4: valores médios típicos de
LT, LF e LO, adaptada de [12].
IV – RESULTADOS E DISCUSSÕES
De início foi desenvolvida a planilha estruturada para melhor atender o uso da Norma ABNT NBR 5419, com
as informações necessárias e com o objetivo de identifi-
car as necessidades atuais exigidas com a alteração desta.
No sentido de atender os objetivos desse trabalho de con-
clusão de curso e de apresentar os resultados obtidos se-
gue um estudo de caso apresentando a determinação de
risco em um apartamento residencial, evidenciando a
simplicidade dos cálculos através da planilha, bem como
sua eficiência.
IV.1 – Estudo de caso: determinação de risco em apar-
tamento residencial
Considera-se um apartamento localizado em um território
plano em Brasília com 200 pessoas no local, sendo esse o
número de pessoas na edificação, onde não há estruturas
nas redondezas. Considerando apenas risco de vida hu-
mana [11]. A Figura 4 ilustra a edificação e suas zonas de
proteção:
11
Fig. 4 – Apartamento Residencial [11].
Como se trata de uma edificação residencial, com risco
de perda de vida humana calculam-se os parâmetros R1,
L1, D1, D2 e D3. Analisando R1 pelo tipo de estrutura e
por não haver risco de explosão observa-se que contém os
seguintes componentes de risco: RA, RB, RU e RV.
Assim, conhecendo os valores necessários para os cálcu-
los dos parâmetros através das tabelas já apresentadas,
pode-se por fim, comparar o valor de R1 ao RT= 10-5 (vide Figura 5) para então decidir a necessidade ou não
da proteção e para selecionar as medidas corretas.
Para o cálculo de RA, utilizou-se as equações 2 e 11 e as
tabelas 8, 12, 13, 21, 22 e 23. Foi possível encontrar a
localidade da estrutura (Brasília) e obter NG através do
endereço eletrônico [14], cujo valor encontrado foi
5,31(1/ km2 × ano). Com os dados fornecidos do número
de pessoas na zona e o número total de pessoas na estru-
tura, tem-se nz = nt= 200. E utilizando tz = 8760.
Os mesmos passos foram seguidos para os cálculos dos
parâmetros RB, RU e RV, sendo que para RB foram con-
sultadas as equações 3,10 e 12 e as tabelas 8, 12, 21, 23,
25, 26 e 27, para RU as equações 6,17 e 24 e as tabelas
15, 16, 18,19, 23 e 24 e por fim, para RV, as equações
7,17 e 25 e as tabelas 9, 10, 11, 15, 18, 19, 23, 25, 26 e
27. Para as equações 6 e 7, o parâmetro NDJ deve ser
considerado nulo já que não há estrutura adjacente.
Manuseando corretamente a planilha, inserindo os dados
obtidos através das tabelas e dados fornecidos da edifica-
ção, obtém-se: RA = 9,51007× 10-9 RB= 9,51007×10-7, RU =1,59300×10-9 RV=1,59300×10-9, que somados re-
sultam em R1=1,12141× 10-6, como já citado anterior-
mente, se R1 ≤ RT proteção contra descarga atmosférica
não é necessária, se R1 ˃ RT medidas de proteção devem
ser adotadas no sentido de reduzir R para todos os riscos
aos quais a estrutura está sujeita.
As figuras 5,6 e 7 ilustram os resultados obtidos na plani-
lha, para o estudo de caso em questão:
Fig. 5 – Resultado de RA, RB do estudo de caso na
planilha estruturada para melhor atender o uso da
Norma ABNT NBR 5419
Fig. 6 – Resultado de RU, RV do estudo de caso na
planilha estruturada para melhor atender o uso da
Norma ABNT NBR 5419
Fig. 7 – Resultado de R1 do estudo de caso na planilha
estruturada para melhor atender o uso da Norma
ABNT NBR 5419
Neste caso, como R1 < RT a instalação de SPDA é opcio-
nal.
Realizado o estudo de caso, notou-se a eficiência e a faci-
lidade oferecida pela planilha, levando-se em conta a
complexidade da atualização da norma esse instrumento
viabiliza os cálculos de forma rápida e segura, atendendo os objetivos esperados.
V. CONCLUSÃO
Com a entrada em vigor da nova versão da ABNT NBR
5419, a expectativa é de que haja um impacto positivo no
setor elétrico de maneira geral, levando a mudanças no
mercado de equipamentos de proteção contra descargas
atmosféricas, no comportamento dos profissionais e na
vida das edificações e de seus usuários. [12]
A mudança principal dá-se pelo maior volume de elemen-
tos e a necessidade de atualização dos projetos existentes, bem como a atualização dos projetistas, por ser um texto
mais extenso e um pouco mais técnico, será necessário o
treinamento dos profissionais a fim de que seus novos
projetos atendam as novas solicitações da norma.
Os usuários acostumados com a antiga versão podem ter
dificuldades devido a grande abrangência e grande núme-
ro de parâmetros avaliados, a planilha desenvolvida mos-
trou-se uma ferramenta eficiente, rápida e de fácil acesso
para uso da norma, bastando uma leitura minuciosa da
12
norma para que o usuário domine completamente seu
conteúdo e obtenha os resultados mais facilmente e corre-
tamente, conforme esperado.
VI. AGRADECIMENTOS
A Deus por mais essa etapa e força para continuar essa
caminhada.
Agradecemos a todos professores que nos auxiliaram
durante o decorrer do curso. Enfatizamos também um
agradecimento aos nossos colegas de curso que fizeram
parte dessa trajetória.
Em especial agradecemos ao nosso professor orientador Credson de Salles que nos auxiliou na elaboração desse
trabalho, demonstrando paciência e compreensão, sendo
assim de suma importância.
VII. REFERÊNCIAS
[1] PIANTINI, A.;JANISZEWSKI, J.M. “Avaliação do
número de interrupções em linhas de média tensão
devido a descargas atmosféricas indiretas ”. In: XVI-
II Seminário Nacional de Produção e Transmis-são
de Energia Elétrica (XVIII SNPTEE), Curitiba, Ou-
tubro , 2005. [2] PIANTINI, A.; SILVA NETO , A. “As tensões Indu-
zidas em Linhas de Baixa Tensão por Descargas At-
mosféricas ”, In: IEEE/PES Transmission & Dis-
tribution Conference and Exposition: Latin America.
São Paulo, Novembro , 2004.
[3] LUNDQUIST, S. “Fires caused by lightning and
eletric wires”, Proceedings of the 21st International
Conference on Lightning Protection, p. 475-478,
Berlin, 1992.
[4] LUNDQUIST, S. “Lightning protection and light-
ning research – strategy 2000.” In: 21st International
Conference on Lightning Protection, Proceedings p. 1-3 Berlin, 1992.
[5] PIANTINI, A.;JANISZEWSKI, J.M. “Campos Ele-
tromagnéticos associados a descargas atmosféricas:
simulação e análise.” Congresso Brasileiro de Ele-
tromagnetismo Aplicado, Belo Horizonte, MG. Bra-
sil, Junho, 1992.
[6] SMIDT, E. R. “Lightning analysis in a high-voltage
transmission environment”. Vaissala News, United
States, 2003.
[7] SILVA, S. P.; PIANTINI, A.; FRANCO, J. L.;
GONÇALVES, J. “Lightning performance studies for a 13,8 kV distribution network.” VII SIPDA - In-
ternational Symposium on Lightning Protection, p.
137-143. Curitiba, 2003.
[8] ABNT NBR 5419:2005 - Proteção contra descargas
atmosféricas; Associação Brasileira de Normas Téc-
nicas.
[9] SUETA, Hélio Eiji. A Nova versão da NBR 5419: o
que muda nos projetos de proteção contra raios. Rev.
Eletricidade Moderna, São Paulo, 60: p. 65-6, 2015.
1990.
[10] IEC 62305 (all parts), Protection against lightning.
[11] DUQUE , Luciano Henrique. SPDA: nova NBR
5419/2015 e suas características relevantes.
[12] ABNT NBR 5419-2:2015 - Proteção contra descar-
gas atmosféricas Parte 2: Gerenciamento de risco;
Associação Brasileira de Normas Técnicas.
[13] Portal o Setor Elétrico “Nova Norma para SPDA sai
em 2015”. Disponível em:
http://www.osetoreletrico.com.br/web/a-
empresa/1502-nova-norma-para-spda-sai-em-
2015.html . Acesso em 03 de outubro de 2016.
[14] http://www.inpe.br/webelat/ABNT_NBR5419_Ng
VIII. BIOGRAFIA
Maíra Campos Cardoso nasceu em
Itajubá- MG, em 1987. Graduanda em
Engenharia Elétrica com ênfase em Sistemas de Potência na Universidade
Federal de Itajubá. Fez parte da AIE-
SEC em 2012. Participou do Cursinho
Assistencial CACIC, como professora
voluntária. Foi estagiária, em 2015 do
Departamento de Obras da UNIFEI e na semana de em-
preendedorismo da UNIFEI ganhou o prêmio de melhor
projeto na categoria “mão na massa”.
Alessandra Germiniani Ribeiro nas-
ceu em Itajubá- MG, em 1991. Gra-duanda em Engenharia Elétrica com
ênfase em Sistemas de Potência na
Universidade Federal de Itajubá. Par-
ticipou em 2015 da semana de empre-
endedorismo da UNIFEI e ganhou o
prêmio de melhor projeto na categoria
“mão na massa”.