Descargas atmosféricas e a importância de um sistema de proteção

O país dos raios! Talvez seja assim uma ótima maneira de referenciarmos o Brasil. Isto porque o nosso país é o líder mundial em registros de descargas atmosféricas, registrando em média quase 80 milhões de incidências por ano, segundo o Instituto Nacional de Pesquisas Elétricas (INPE).

Uma descarga atmosférica é o resultado final do choque de partículas durante as tempestades, o que faz com que as nuvens sofram um processo de eletrificação e fiquem com a parte inferior carregada negativamente (rica em elétrons) e a parte superior positivamente (rica em prótons). Esse aumento de elétrons na parte inferior das nuvens provoca uma migração das cargas positivas na superfície terrestre (árvores, edifícios, torres, etc), deixando cada vez maior esta diferença de potencial (ddp).

O ar que separa estas cargas é um isolador elétrico natural, mas ele possui um certo limite como qualquer outro isolador, conhecido como rigidez dielétrica e, ao ser atingido este limite, forma-se um caminho condutor para que os elétrons livres se descarreguem na terra em um movimento descendente. Em contrapartida, estes elétrons acabam atraindo as cargas positivas da superfície e fazem com que ocorra também descargas ascendentes, assim como pode ser observado na imagem ao lado.

Souza (2020) e demais autores destacam que este é um fenômeno natural, aleatório e probabilístico, e que pode, além de agregar tamanha complexidade de interpretação, provocar riscos à integridade física de pessoas, danos às edificações e também comprometer as instalações/equipamentos elétricos. Hélio Eiji Sueta, diretor da Divisão de Potência do Instituto de Eletrotécnica e Energia (IEE), afirma que a descarga é a principal responsável pelo desligamento de linhas elétricas de transmissão e distribuição de energia e, muitas vezes, pela queima de equipamentos.

Dessa forma, é de suma importância propor condições que mitiguem os riscos atrelados à segurança das pessoas, estruturas e instalações, e isto pode ser alcançado seguindo as diretrizes da norma ABNT NBR 5419, publicada em maio de 2015. Esta norma foi dividida em quatro partes para melhor detalhar as condições mínimas de Proteção contra Descargas Atmosféricas (PDA), sendo elas: 1) Propósitos gerais; 2) Gerenciamento de risco; 3) Sistema de Proteção contra Descarga Atmosférica (SPDA); e 4) Medidas de Proteção contra Surtos (MPS).

Neste contexto, a Innova Energy se apresenta como uma empresa especialista no assunto, onde conta com um corpo técnico altamente qualificado, com experiências em multinacionais no segmento de energia elétrica. Assim, utilizam desta bagagem profissional para elaborar projetos assertivos, de forma a mitigar riscos das suas mais variadas segmentações tais como prazo, custo, execução, entre outras.

Como prova deste know how de atuação, apresentamos a elaboração de dois projetos de SPDA visando a segurança de duas escolas situadas no interior de Minas Gerais, uma em Uberaba e a outra em Uberlândia. Ambas as escolas possuem frequentadores diários das mais variadas faixas etárias, inclusive crianças, demandando assim, análises criteriosas. A elaboração destes projetos engloba inicialmente a visita técnica ao local para inspeções visuais, levantamentos de medidas estruturais, medidas de continuidade das estruturas metálicas e de resistividade do solo, além de outros dados, por exemplo, a densidade de descargas atmosféricas da região, a quantidade de pessoas que frequentam o local e os ambientes que compõem a edificação. Esta última informação é de extrema importância para determinar as zonas que deverão ser protegidas.

Uma vez que todas as variáveis iniciais são coletadas, os dados são processados em softwares dedicados para a elaboração da análise de tensão de passo, toque e superfície, estratificação do solo, gerenciamento de risco, estudo do método eletrogeométrico (esfera rolante), Franklin e método das malhas (Gaiola de Faraday).

O método da esfera rolante apontou o correto posicionamento dos captores verticais, conforme apresentam as Figuras abaixo, de forma a estabelecer o volume a ser protegido em qualquer direção pelo subsistema de captação. Conforme a NBR 5419-2015, a probabilidade de uma descarga atmosférica penetrar em um volume protegido é consideravelmente reduzida, mas ressalta-se que a eficácia de um SPDA é atrelada à sua classe de proteção (Classe I, Classe II, Classe III e Classe IV) e que mesmo o mais confiável não irá assegurar 100% de eficácia.

A descarga atmosférica proporciona uma corrente elétrica na ordem de dezenas a centenas de kA (quiloampère), durante milésimos de segundos, e mesmo que seja muito rápida, ela pode causar danos significativos caso não seja captada, conduzida e dissipada no solo de forma segura. Por isso, além do subsistema de captação, é imprescindível o projeto criterioso dos subsistemas de descida e aterramento, de modo a cumprir com propriedade sua função de dissipar o montante de energia. Para tanto, as escolas em questão contaram com o projeto das descidas de acordo com a classe do SPDA (parte 3 da NBR 5419-2015) e o eletrodo de aterramento foi dimensionado a partir de medições da resistividade do solo, onde foi adotado o Método Wenner.

Dessa forma, o SPDA conseguirá reduzir a probabilidade de danos à estrutura, mas ainda há outras precauções que devem ser tomadas a fim de garantir também o correto funcionamento dos equipamentos eletrônicos e a segurança das pessoas. Recomenda-se então, conforme a parte 4 da NBR 5419-2015, algumas Medidas de Proteções contra Surtos (MPS), como a blindagem dos cabos, blindagem espacial definindo assim as Zonas de Proteção (ZPRs), utilização de Dispositivos de Proteção contra Surtos (DPS) coordenados, placas de advertência, equipotencialização de todas as partes metálicas, entre outras.

Uma vez que as escolas não se encontram em fase de construção, ou seja, já foram realizadas todas as instalações, não foi indicada a substituição para cabos blindados e nem adequações estruturais na edificação. Contudo, foi indicada a instalação de placas de advertência em quadros de distribuição e outras partes energizadas, a equipotencialização de todas as estruturas metálicas e a utilização de DPS Classe II nos Quadros de Distribuição de Luz e Força (QDFL). No quadro de energia principal é indicada a instalação de um DPS Classe I, devido ser a entrada de energia da concessionária, e também nos quadros de proteção dos sistemas fotovoltaicos presentes nas instalações. Por falar nisso, convido você leitor para nossa próxima postagem que será sobre SPDA em instalações com sistemas fotovoltaicos.

Leandro Rosa Dias

Engenheiro Eletricista - UFTM

Mestre em Sistemas Elétricos de Potência – USP

Professor Universitário – Grupo UniBrasília

Supervisor de Engenharia – Innova Energy