SPDA - Sistema de Proteção Contra Descarga Atmosférica — SPDA – Sistema de Proteção Contra Descarga Atmosférica

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Um sistema de proteção contra descargas atmosféricas (SPDA) é o sistema que fornece um meio pelo qual uma descarga atmosférica pode entrar ou sair da terra sem passar e danificar equipamentos elétricos e estruturas não condutoras, como edifícios, ou ferir pessoas.

Como ocorrem os raios?

O raio consiste em uma descarga elétrica em um longo air gap envolvendo um fenômeno eletrostático de quebra do ar entre a nuvem e a terra. Neste caso, é claro que está envolvida uma enorme voltagem, o que significa uma enorme quantidade de energia. Na verdade, o relâmpago prioriza caminhos de baixa resistência/impedância, especialmente bons condutores elétricos, como metais. Normalmente, o caminho do raio não é único e ocorre amplamente como múltiplos ramos, dos quais um ramo principal pode ser distinguido. Assim, é por aqui que passa a maior parte da energia que pode causar danos.

O fenômeno físico do raio corresponde a uma fonte ideal de corrente de impulso com uma forma de onda real que é muito variável (em forma e parâmetros). Por exemplo, a amplitude da corrente é da ordem de alguns kA a 250 kA. A temperatura do canal é superior a 15.000 °C. Portanto, a onda de corrente tem uma borda ascendente até a amplitude máxima seguida por uma cauda de decaimento. A faixa espectral associada à descarga atmosférica se estende em uma faixa de frequência de alguns kHz a vários MHz.

No geral, as descargas atmosféricas nuvem-terra sempre causam correntes intensas fluindo em direção à terra. As vezes através de elementos naturais, como árvores, ou artificiais, como estruturas de edifícios. De fato, os raios vêm de um impacto direto ou de uma influência eletrostática (ou eletromagnética). Na sequência, essas duas classificações são descritas.

I. Relâmpago Direto

Os ataques diretos são menos comuns do que outras formas pelas quais os raios atingem as pessoas, mas provavelmente são os mais mortais. Dessa maneira, mais de um terço das mortes por raios ocorrem em áreas abertas. Outros lugares comuns são locais industriais e residências particulares. Construção e transporte de materiais, como carga e descarga, são duas atividades laborais mais comuns em que ocorrem raios. Geralmente, os ataques diretos acontecem com mais frequência em pessoas que estão em áreas abertas. Desse modo, a pessoa passa a fazer parte do canal principal de descarga do raio.

O calor do movimento do raio sobre a pele pode causar queimaduras, e parte da corrente percorre o corpo – geralmente pelo sistema cardiovascular e/ou aparelho nervoso. Essa corrente que passa pelo corpo representa um grande perigo. A probabilidade de sobreviver a qualquer queda de raio depende do atendimento médico imediato. Além da quantidade de corrente que se move pelo corpo. Os efeitos da queda direta do raio ocorrem por condução da corrente do raio em elementos mais ou menos condutores. Os resultados são choque elétrico nas pessoas, falha de equipamentos ou destruição de estruturas.

SPDA - Raios nas estruturas — SPDA – Raios nas estruturas

Devido à sua enorme energia, este tipo de descarga conduz facilmente à ignição, principalmente quando a duração do raio é relativamente longa. Muitos outros efeitos térmicos também podem aparecer, que estão ligados às quantidades de cargas colocadas em ação durante os raios. Eles resultam em pontos de fusão quando se trata de materiais de alta resistividade. Em materiais de baixa condutividade, uma grande quantidade de energia é liberada na forma de calor. A umidade que eles contêm causa uma sobrepressão repentina localizada levar a explosão.

II. Relâmpago Indireto

A descarga indireta representa uma situação em que uma pessoa ou uma estrutura é indiretamente exposta a um choque elétrico. Por exemplo, ocorre quando uma pessoa se aproxima de um objeto físico que tenha sido previamente exposto a um choque elétrico causado por um raio. Além disso, a corrente do raio pode ser transmitida por longas distâncias em fios ou outras superfícies metálicas.

A corrente pode ser transferida por radiação de campo eletromagnético, aumento de potencial de terra, condução e assim por diante. A maioria das lesões causadas por raios e danos a equipamentos que ocorrem dentro de estruturas são causadas por condução. Materiais metálicos fornecem um caminho condutor para a corrente do raio. Em outras palavras, uma pessoa corre risco ao tocar em objetos conectados a fios metálicos, encanamentos ou superfícies durante a ocorrência de um raio.

Além disso, o metal que se estende para fora pode colocá-lo em perigo. Dessa forma, inclui qualquer coisa conectada a uma tomada elétrica, torneiras de água, telefones com fio, janelas e portas.

Quando um raio atinge um objeto na superfície da terra, grande parte da energia do raio é transmitida para a terra. Dessa forma, a energia é espalhada na superfície, resultando no aumento do potencial da terra. O potencial induzido pode atingir qualquer pessoa próxima ao raio.

A proteção contra descargas atmosféricas (SPDA) é uma necessidade em instalações elétricas. Deve-se notar que esta proteção depende da natureza (atmosférica ou industrial) e dos parâmetros (amplitude, forma, duração, etc.), da sobretensão, bem como do tamanho e características do sistema elétrico a ser protegido. Para tanto, diferentes topologias e procedimentos de proteção são propostos neste campo de proteção.

Como funciona um SPDA (sistema de proteção contra descargas atmosféricas)?

No campo de proteção contra descargas atmosféricas, a função principal de um sistema de proteção é fornecer um caminho de baixa impedância para um fluxo efetivo de correntes de descargas atmosféricas para a terra. Por razões de segurança, os sistemas de proteção contra raios, SPDA, detalhado na NBR 5419-3 DE 05/2015, também devem reagir a qualquer potencial elétrico induzido. Por exemplo o desenvolvido na superfície do solo em torno do ponto de injeção de corrente. Portanto, o sistema de proteção pode diferir de um sistema para outro de acordo com vários fatores, como o sistema a ser protegido e a fonte transiente. Na verdade, um SPDA visa evitar tais correntes e potenciais induzidos – interceptando a canalização e descarregando as correntes no solo.

O princípio de operação do SPDA permanece o mesmo. No entanto, o projeto do sistema pode diferir de acordo com vários critérios, como o nível de proteção e a localização da estrutura. Em geral, esse tipo de sistema de proteção é chamado de sistema externo de proteção contra descargas atmosféricas, que é responsável pela interceptação das descargas atmosféricas por meio de sistemas de terminação de ar. O número, a posição e a tecnologia desses captores variam de acordo com a estrutura a ser protegida. Além disso, um sistema de condutores de descida bem projetado é geralmente usado para uma descarga segura da corrente do raio para a terra através de um sistema de terminação de aterramento.

Efeitos indiretos das descargas atmosféricas

De fato, o SPDA e as estruturas não podem ser isolados do mundo externo e dos efeitos das descargas atmosféricas. Isso significa que a estrutura também pode ser afetada por efeitos indiretos de descargas atmosféricas, que são inúmeros. Por exemplo, quando um raio atinge os condutores de linhas de transmissão ou distribuição, uma sobretensão pode se propagar ao longo dos condutores e possivelmente ser transmitida para dispositivos localizados nas estruturas conectadas. Por esta razão, os sistemas externos de proteção contra descargas atmosféricas devem ser complementados por medidas adicionais para evitar as correntes induzidas e/ou transmitidas. Este sistema é chamado de sistema interno de proteção contra raios.

Para raios

Todos os elementos elétricos e eletrônicos devem ser protegidos contra os efeitos indiretos das descargas atmosféricas. O elemento mais importante no SPDA interno é o para-raios. Em geral, os para-raios destinam-se a proteger contra sobretensões transitórias induzidas por raios ou de origem industrial (por exemplo, comutação em eletrônica de potência, ferro-ressonância, etc.). A função dos para-raios consiste em neutralizar a sobretensão desviando a sobrecorrente correspondente de forma segura para o solo.

Ao contrário dos fusíveis, os para-raios têm operação repetitiva e nenhuma substituição regular é necessária após cada operação. O projeto desses dispositivos depende de vários fatores, como a constante de tempo e a magnitude da sobretensão. Além disso, o cabeamento correto desses componentes é essencial para a eficácia do SPDA. No geral, a prevenção de faíscas perigosas na estrutura é uma das principais funções de um sistema interno de proteção.

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