estudo da norma abnt 5419/2015 com estudo de caso no antigo prédio do centro brasileiro

112 Pages·2016·1.72 MB·Portuguese

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO
CENTRO DE TECNOLOGIA
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELÉTRICA
CURSO DE ENGENHARIA ELÉTRICA

INGRID FERNANDES MORAES DE SOUZA

ESTUDO DA NORMA ABNT 5419/2015 COM
ESTUDO DE CASO NO ANTIGO PRÉDIO DO CENTRO
BRASILEIRO DE
PESQUISAS FÍSICAS

Rio de Janeiro
2016
INGRID FERNANDES MORAES DE SOUZA

ESTUDO DA NORMA ABNT 5419/2015 COM
ESTUDO DE CASO NO ANTIGO PRÉDIO DO CENTRO
BRASILEIRO DE
PESQUISAS FÍSICAS

Projeto de graduação apresentado
ao curso de Engenharia Elétrica da
da Escola Politécnica da Universidade
Federal do Rio de Janeiro, como
parte dos requisitos necessários para a
obtenção do título de Engenheiro Eletricista.
Orientador: Sebastião Ércules Melo de Oliveira

Rio de Janeiro
2016
II
ESTUDO DA NORMA ABNT 5419/2015 COM ESTUDO DE CASO NO ANTIGO
PRÉDIO DO CENTRO BRASILEIRO DE PESQUISAS FÍSICAS

Ingrid Fernandes Moraes de Souza

PROJETO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO DEPARTAMENTO DE
ENGENHARIA ELÉTRICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE
FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS
NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRO
ELETRICISTA.

Aprovado por:

________________________________________
Prof. Sebastião Ércules Melo de Oliveira, D.Sc. (Orientador)

________________________________________
Prof. Sergio Sami Hazan, Ph.D.

________________________________________
Dr. Leonardo Fernandes Rocha.

Rio de Janeiro
2016
III
Dedicatória

Dedico este trabalho primeiramente à Deus,
que me deu a vida e à minha família, meus pais
Gilson e Simone e a minha irmã Lauren,
que sempre estiveram ao meu lado.

IV
Agradecimentos
A Deus por ter me dado a vida e ter me colocado em uma família tão boa.
Aos meus pais, que são meu exemplo, por sempre terem me dado força e apoio
quando eu precisei, e também por terem me cobrado quando necessário.
A minha irmã, que sempre esteve do meu lado.
A todos os professores do Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade
Federal do Rio de Janeiro que tiveram papel fundamental na minha formação
acadêmica.
Ao meu orientador, Professor Sebastião, pelo incentivo na realização do trabalho
de conclusão de curso.
Aos meus amigos, pela ajuda nos bons e maus momentos, compreensão e
estímulo para chegar ao final com êxito.

V
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como
parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Eletricista.

Estudo da norma ABNT 5419/2015 com estudo de caso no antigo prédio do Centro
Brasileiro de Pesquisas Físicas

Ingrid Fernandes Moraes de Souza

Setembro/2016

Orientador: Sebastião Ércules Melo de Oliveira

Curso: Engenharia Elétrica

Este trabalho apresenta as principais orientações fixadas pela norma ABNT 5419
– Proteção de Edificação contra Descargas Atmosféricas, bem como ressalta as
principais alterações pertinentes à sua atualização realizada no ano de 2015.
Além disso, depois de apresentada toda a norma e a metodologia de cálculo
associada à proteção referida, um estudo de caso referente ao antigo prédio do Centro
Brasileiro de Pesquisas Físicas é realizado com o intuito de ilustração de um projeto de
sistema de proteção contra descargas atmosféricas.
Palavras chave: Descargas Atmosféricas, Projeto, SPDA e DPS.

VI
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of
the requirements for the degree of Engineer.

Study of ABNT standard 5419/2015 with case study on Brazilian Center for Physics
Research

Ingrid Fernandes Moraes de Souza

Setembro/2016

Advisor: Sebastião Ércules Melo de Oliveira

Course: Electrical Engineering

This report presents the main guidelines established by ABNT 5419 -
Lightning Protection of Buildings and highlights the main changes relevant to its update
performed in 2015.
Moreover, after all main requirements and the calculation method associated
with that particular protection are presented, a case study related to the old building of
the Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas is carried out with the purpose of better
illustrates a protection system of buildings against lightning strokes.

Keywords: Lightning Strokes, Design, SPDA and DPS.

VII
Sumário

1. Introdução ............................................................................................................................. 1
1.1. Objetivo ............................................................................................................................. 1
2. Descargas Atmosféricas ........................................................................................................ 2
2.1. Descargas Atmosféricas no Brasil ..................................................................................... 2
2.2. Como são formadas as descargas atmosféricas ................................................................. 4
2.3. Forma de onda e características da descarga atmosférica ................................................. 5
2.4. Orientação para proteção de seres humanos ...................................................................... 6
3. Princípios gerais da proteção contra descargas atmosféricas ................................................ 7
3.1. Danos provocados pelas descargas atmosféricas .............................................................. 7
3.2. Necessidade de proteção contra descargas atmosféricas ................................................... 8
3.3. Medidas de proteção.......................................................................................................... 9
3.4. Critérios para a proteção das estruturas ............................................................................. 9
4. Gerenciamento do risco de uma descarga atmosférica atingir uma estrutura ..................... 12
4.1. Riscos e suas componentes ............................................................................................. 12
4.2. Gerenciamento de Risco .................................................................................................. 14
4.3. Análise dos componentes de risco .................................................................................. 15
4.3.1. Análise dos componentes de risco devido às descargas atmosféricas na Estrutura
(S1)............. ................................................................................................................................. 16
4.3.2. Análise dos componentes de risco devido a descargas atmosféricas nas proximidades
da estrutura (S2) .......................................................................................................................... 16
4.3.3. Análise dos componentes de risco devido a descargas atmosféricas em uma linha
conectada à estrutura (S3) ........................................................................................................... 16
4.3.4. Análise dos componentes de risco devido a descargas atmosféricas nas proximidades
de uma linha conectada à estrutura (S4) ...................................................................................... 16
4.3.5. Dividindo a estrutura ................................................................................................... 17
4.4. Análise do número anual N de eventos perigosos ........................................................... 17
4.4.1. Princípios Básicos ....................................................................................................... 17
4.4.2. Análise do número médio anual de eventos perigosos N devido a descargas
D
atmosféricas na estrutura e N em estrutura adjacente............................................................... 17
DJ
4.4.2.1. Número de eventos perigosos N para a estrutura .................................................. 17
D
4.4.2.1.1. Determinação da área de exposição equivalente A ............................................... 17
D
4.4.2.1.2. Localização relativa da estrutura ............................................................................. 18
4.4.2.2. Número de eventos perigosos N para uma estrutura adjacente: ........................... 18
DJ
4.4.2.2.1. Tipo de linha............................................................................................................ 18
VIII
4.4.3. Avaliação do número médio anual de eventos perigosos N devido a descargas
M
atmosféricas próximas da estrutura ............................................................................................. 19
4.4.4. Avaliação do número médio anual de eventos perigosos N devido a descargas
L
atmosféricas na linha ................................................................................................................... 19
4.4.5. Avaliação do número médio anual de eventos perigosos N devido a descargas
I
atmosféricas próximas à linha ..................................................................................................... 20
4.5. Avaliação da probabilidade P de danos ......................................................................... 20
X
4.5.1. Probabilidade P de uma descarga atmosférica em uma estrutura causar ferimentos a
A
seres vivos por meio de choque elétrico ...................................................................................... 20
4.5.2. Probabilidade P de uma descarga atmosférica em uma estrutura causar falhas a
C
sistemas internos ......................................................................................................................... 21
4.5.3. Probabilidade P de uma descarga atmosférica perto de uma estrutura causar falha em
M
sistemas internos ......................................................................................................................... 22
4.5.4. Probabilidade P de uma descarga atmosférica em uma linha causar ferimentos a seres
U
vivos por choque elétrico ............................................................................................................ 24
4.5.5. Probabilidade P de uma descarga atmosférica em uma linha causar danos físicos ... 25
V
4.5.6. Probabilidade P de uma descarga atmosférica em uma linha causar falha de sistemas
W
internos............... ......................................................................................................................... 25
4.5.7. Probabilidade P de uma descarga atmosférica perto de uma linha que entra na
Z
estrutura causar falha dos sistemas internos ................................................................................ 25
4.6. Análise de quantidade de perda L ................................................................................. 26
X
4.6.1. Quantidade relativa média de perda por evento perigoso ........................................... 26
4.6.2. L1 – Perda de vida humana ......................................................................................... 26
4.6.3. L2 – Perda inaceitável de serviço ao público .............................................................. 28
4.6.4. L3 – Perda inaceitável de patrimônio cultural ............................................................. 29
4.6.5. L4 – Perda econômica ................................................................................................. 29
5. Perigos à vida e danos físicos a estrutura ............................................................................ 31
5.1. Sistemas de Proteção Contra Descargas Atmosféricas ................................................... 31
5.1.1. Continuidade da armadura de aço em estruturas de concreto armado ........................ 31
5.2. Sistema externo de proteção contra descargas atmosféricas ........................................... 32
5.2.1. Subsistema de Captação .............................................................................................. 32
5.2.1.1. Método do Ângulo de Proteção ou Método de Franklin ......................................... 33
5.2.1.2. Método da Esfera Rolante ou Método Eletrogeométrico ........................................ 34
5.2.1.3. Método das Malhas ou Método da Gaiola de Faraday ............................................ 36
5.2.1.4. Captores para descargas laterais .............................................................................. 37
5.2.1.5. Construção do subsistema de captação ................................................................... 37
5.2.1.6. Componentes naturais ............................................................................................. 38
IX
5.2.2. Subsistema de Descida ................................................................................................ 38
5.2.2.1. Divisão da corrente da descarga atmosférica entre os condutores de descida ......... 39
5.2.2.2. Posicionamento ....................................................................................................... 42
5.2.2.3. Construção ............................................................................................................... 43
5.2.2.4. Componentes Naturais: ........................................................................................... 44
5.2.3. Subsistema de Aterramento ......................................................................................... 44
5.2.4. Componentes ............................................................................................................... 46
5.2.4.1. Fixação .................................................................................................................... 46
5.2.5. Materiais e Dimensões ................................................................................................ 48
5.3. Sistema interno de proteção contra descargas atmosféricas ............................................ 49
5.3.1. Equipotencialização com o objetivo de proteger contra descargas atmosféricas ........ 49
5.3.1.1. Equipotencialização para instalações metálicas ...................................................... 50
5.3.1.2. Equipotencialização para elementos condutores externos ...................................... 51
5.3.1.3. Equipotencialização para sistemas internos ............................................................ 51
5.3.1.4. Equipotencialização para as linhas conectadas à estrutura a ser protegida ............. 51
5.4. Manutenção, inspeção e documentação de um SPDA .................................................... 52
5.5. Medidas de proteção contra acidentes com seres vivos .................................................. 52
5.5.1. Medidas de proteção contra tensão de toque ............................................................... 52
5.5.2. Medidas de proteção contra tensão de passo ............................................................... 53
5.6. Estruturas com material sólido explosivo ....................................................................... 53
6. Sistemas elétricos e eletrônicos internos na estrutura ......................................................... 54
6.1. Projeto e instalação de medidas de proteção contra surtos (MPS) .................................. 54
6.1.1. Zonas de Proteção contra raios (ZPR) ......................................................................... 55
6.1.2. Medidas básicas de proteção contra surtos .................................................................. 56
6.2. Aterramento e Equipotencialização................................................................................. 56
6.2.1. Barras de equipotencialização ..................................................................................... 58
6.2.2. Dimensões e materiais dos componentes que compõem a equipotencialização ......... 58
6.3. Blindagem magnética e roteamento de linhas ................................................................. 58
6.4. Coordenação de DPS ....................................................................................................... 59
6.4.1. Seleção do DPS ........................................................................................................... 59
7. Verificação da necessidade de SPDA no antigo prédio do Centro Brasileiro de Pesquisas
Físicas (CBPF) ............................................................................................................................ 60
7.1. Análise do Número Anual N de eventos perigosos ......................................................... 60
7.1.1. Densidade de Descargas Atmosféricas para a terra ..................................................... 60
X