(Parte 1 de 5)

Válida a partir de edição

ICSISBN 978-85-07-

Número de referência 87 páginas

Primeira 2.05.2015

Proteção contra descargas atmosféricas Parte 4: Sistemas elétricos e eletrônicos internos na estrutura

Lightning protection Part 4: Electrical and electronic systems within structures

ABNT NBR 5419-4:2015 © ABNT 2015

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Introduçãox
1 Escopo1
2 Referências normativas1
3 Termos e definições2
4 Projeto e instalação das medidas de proteção contra surtos (MPS)5
4.1 Princípios gerais5
4.2 Projeto de MPS10
4.3 Zonas de proteção contra raios (ZPR)1
4.4 MPS Básicas14
4.4.1 Aterramento e equipotencialização (ver Seção 5)14
4.4.2 Blindagem magnética e roteamento das linhas (ver Seção 6)15
4.4.3 Coordenação de DPS (ver Seção 7)15
4.4.4 Interfaces isolantes (ver Seção 8)15
5 Aterramento e equipotencialização15
5.1 Princípios gerais15
5.2 Subsistema de aterramento16
5.3 Ligação equipotencial18
5.4 Barras de equipotencialização21
5.5 Equipotencialização na fronteira de uma ZPR21
5.6 Materiais e dimensões dos componentes de equipotencialização2
6 Blindagem magnética e roteamento de linhas2
6.1 Princípios gerais2
6.2 Blindagem espacial23
6.3 Blindagem de linhas internas23
6.4 Roteamento de linhas internas23
6.5 Blindagem de linhas externas23
6.6 Materiais e dimensões das blindagens magnéticas23
7 Coordenação de DPS24
8 Interfaces isolantes24
9 Gerenciamento das MPS25
9.1 Princípios gerais25
9.2 Plano de gerenciamento de MPS25
9.3 Inspeção das MPS27
9.3.1 Princípios gerais27
9.3.2 Procedimento das inspeções27
9.3.3 Documentação de inspeção28
9.4 Manutenção28
Anexo A (normativo) Bases de avaliação do ambiente eletromagnético em uma ZPR29
A.1 Princípios gerais29

Prefácio .............................................................................................................................................viii A.2 Danos causados em sistemas elétricos e eletrônicos devido às descargas

atmosféricas29

iiiABNT NBR 5419-4:2015 © ABNT 2015 - Todos os direitos reservados

Sumário Página

A.2.2 Objeto dos danos29
A.2.3 Mecanismo de acoplamento entre o objeto e a fonte30
A.3 Blindagem espacial, roteamento e blindagem das linhas30
A.3.1 Princípios gerais30
A.3.2 Blindagens espaciais34
A.3.3 Blindagem e roteamento das linhas36
A.4 Campo magnético dentro da ZPR39
A.4.1 Aproximação para o campo magnético dentro da ZPR39
atmosférica próxima41
A.4.1.3 Blindagens em forma de grade para ZPR 2 ou maiores46
direta50
A.5 Cálculo das tensões e correntes induzidas51
A.5.1 Princípios gerais51
A.5.2 Situação dentro ZPR 1 no caso do impacto direto de uma descarga atmosférica52
atmosférica próxima54
A.5.4 Situação dentro de ZPR 2 e mais altas5
Anexo B (informativo) Implementação de MPS para uma estrutura existente56
B.1 Princípios gerais56
B.2 Verificações56
B.3 Projeto de MPS para uma estrutura existente57
B.4 Projeto das medidas básicas de proteção para ZPR58
B.4.1 Projeto das medidas básicas de proteção para a ZPR 158
B.4.2 Projeto das medidas básicas de proteção para a ZPR 258
B.4.3 Projeto das medidas básicas de proteção para a ZPR 358
B.5 Instalação de um sistema de DPS coordenado58
B.7 Estabelecimento de ZPR para sistemas elétricos e eletrônicos60
B.8 Proteção usando uma interligação para equipotencialização64
B.9 Proteção por dispositivos de proteção contra surtos64
B.10 Proteção por interfaces isolantes64
B.1 Medidas de proteção por roteamento de linhas e blindagem65
B.12 Medidas de proteção para equipamentos instalados externamente67
B.12.1 Princípios gerais67
B.12.2 Proteção de equipamentos externos67
B.12.3 Redução das sobretensões nos cabos69
B.13 Melhoria da interconexão entre as estruturas70
B.13.1 Princípios gerais70

ivABNT NBR 5419-4:2015 © ABNT 2015 - Todos os direitos reservados

B.13.3 Linhas metálicas71
B.14 Integração de novos sistemas internos em estruturas existentes71
B.15 Visão geral das medidas de proteção possíveis73
B.15.1 Entrada de energia73
B.15.2 Dispositivos de proteção contra surto73
B.15.3 Interfaces isolantes73
B.15.4 Roteamento de linhas e blindagem73
B.15.5 Blindagem espacial73
B.15.6 Equipotencialização73
estrutura74
Anexo C (informativo) Seleção e instalação de um sistema coordenado de DPS75
C.1 Introdução75
C.2 Seleção dos DPS76
C.2.1 Seleção considerando o nível de tensão de proteção76
C.2.2 Seleção considerando a localização e a corrente da descarga atmosférica79
C.3 Instalação de um sistema coordenado de DPS80
C.3.1 Princípios gerais80
C.3.2 Local de instalação dos DPS80
C.3.3 Condutores de conexão80
C.3.4 Coordenação de DPS80
C.3.5 Procedimento para a instalação de um sistema coordenado de DPS80
Anexo D (informativo) Fatores a considerar na seleção dos DPS82
D.1 Introdução82
D.2 Fatores determinantes do estresse experimentado por um DPS82
D.3 Quantificando estatisticamente o nível de solicitação de um DPS84
D.3.1 Princípios gerais84
D.3.2 Fatores da instalação que afetam na distribuição de corrente84
D.3.3 Considerações para a seleção das características do DPS Iimp, Imáx, In, Uoc85
Bibliografia87

B.13.2 Linhas isoladas ................................................................................................................70 B.16 Melhoria do fornecimento de energia e da instalação de cabos no interior da

Figura 1 – Princípios gerais para a divisão de diferentes ZPR6
Figura 2 – Exemplos de possíveis MPS (medidas de proteção contra surtos)9
Figura 3 – Exemplos para interligação de ZPR13
Figura 4 – Exemplos para ZPR estendidas14
equipotencialização, interligada com o subsistema de aterramento16
Figura 6 – Subsistema de aterramento em forma de malha de uma planta17
equipotencialização19

Figuras Figura 5 – Exemplo de um sistema de aterramento tridimensional consistindo em uma rede de Figura 7 – Integração de partes condutoras de sistemas internos em uma interligação para vABNT NBR 5419-4:2015 © ABNT 2015 - Todos os direitos reservados

Tabela 1 – Seção transversal mínima para componentes de equipotencialização2
e para mudanças significativas na construção ou uso de edificações26
na interligação para equipotencialização20
Figura A.1 – LEMP devido à descarga atmosférica31
metálicas35
Figura A.4 – Volume para sistemas elétricos e eletrônicos dentro de uma ZPR n interna36
Figura A.5 – Redução dos efeitos da indução pelas medidas de roteamento e blindagem38
Figura A.6 – Exemplo de MPS para um prédio de escritórios39
descarga atmosférica41
descarga atmosférica próxima ao local43

Figura A.8 – Avaliação dos valores do campo magnético no caso do impacto direto de uma

estrutura46
Figura A.10 – Tipos de blindagens em forma de grade48
de grade tipo 149

Figura A.1 – Intensidade do campo magnético H1/MÁX dentro de uma blindagem em forma

de grade tipo 1, de acordo com a largura da malha50

Figura A.12 – Intensidade do campo magnético H1/MÁX dentro de uma blindagem em forma

da estrutura52

Figura A.13 – Ensaio com baixo nível de corrente para avaliar o campo magnético dentro

Figura B.1 – MPS etapas do projeto para uma estrutura existente60
Figura B.2 – Possibilidades para estabelecer ZPR em estruturas existentes64
Figura B.4 – Exemplo de uma placa metálica para blindagem adicional68
Figura B.5 – Proteção de antenas e outros equipamentos externos69
Figura B.6 – Blindagem inerente fornecida por escadas e tubulações equipotencializadas70
aço treliçado)71
Figura B.8 – Melhoria das MPS em estruturas existentes73
Figura C.1 – Surto de tensão entre condutores vivos e a barra de equipotencialização79
Figura D.1 – Exemplo de instalação de DPS classe 1, classe 2 e classe 384
da corrente da descarga atmosférica dentro de um sistema85
Figura D.3 – Exemplo básico de distribuição de corrente da descarga atmosférica86

viABNT NBR 5419-4:2015 © ABNT 2015 - Todos os direitos reservados

Tabela A.2 – Exemplos para I0MÁX = 100 kA e wm = 2 m41
Tabela A.3 – Atenuação magnética da blindagem em forma de grade para uma onda plana43
atmosférica46
Tabela A.5 – Exemplos para I0/MÁX = 100 kA e wm = 2 m correspondendo a SF = 12,6 dB46
Tabela B.1 – Características estruturais e complementares56
Tabela B.3 – Características dos equipamentos57
Tabela B.4 – Outras questões a serem consideradas para a concepção do projeto57
Tabela D.1 – Valores preferenciais para Iimp a82

Tabela A.1 – Parâmetros relevantes para fonte dos danos e os equipamentos .........................31 Tabela A.4 – Raio da esfera rolante correspondente à corrente máxima da descarga viiABNT NBR 5419-4:2015 © ABNT 2015 - Todos os direitos reservados

Prefácio

A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) é o Foro Nacional de Normalização. As Normas Brasileiras, cujo conteúdo é de responsabilidade dos Comitês Brasileiros (ABNT/CB), dos Organismos de Normalização Setorial (ABNT/ONS) e das Comissões de Estudo Especiais (ABNT/CEE), são elaboradas por Comissões de Estudo (CE), formadas pelas partes interessadas no tema objeto da normalização.

Os Documentos Técnicos ABNT são elaborados conforme as regras da Diretiva ABNT, Parte 2.

A ABNT chama a atenção para que, apesar de ter sido solicitada manifestação sobre eventuais direitos de patentes durante a Consulta Nacional, estes podem ocorrer e devem ser comunicados à ABNT a qualquer momento (Lei nº 9.279, de 14 de maio de 1996).

Ressalta-se que Normas Brasileiras podem ser objeto de citação em Regulamentos Técnicos. Nestes casos, os Órgãos responsáveis pelos Regulamentos Técnicos podem determinar outras datas para exigência dos requisitos desta Norma, independentemente de sua data de entrada em vigor.

A ABNT NBR 5419-4 foi elaborada no Comitê Brasileiro de Eletricidade (ABNT/CB-03), pela Comissão de Estudo de Proteção contra Descargas Atmosféricas (CE-03:064.10). O Projeto circulou em Consulta Nacional conforme Edital nº 08, de 12.08.2014 a 10.12.2014, com o número de Projeto 03:064.10-100/4.

Esta parte da ABNT NBR 5419 e as ABNT NBR 5419-1, ABNT NBR 5419-2 e ABNT NBR 5419-3 cancelam e substituem a(s) ABNT NBR 5419:2005.

As instalações elétricas cobertas pela ABNT NBR 5419 estão sujeitas também, naquilo que for pertinente, às normas para fornecimento de energia estabelecidas pelas autoridades reguladoras e pelas empresas distribuidoras de eletricidade.

A ABNT NBR 5419, sob o título geral “Proteção contra descargas atmosféricas”, tem previsão de conter as seguintes partes:

—Parte 1: Princípios gerais;

—Parte 3: Danos físicos a estruturas e perigos à vida

—Parte 4: Sistemas elétricos e eletrônicos internos na estrutura O Escopo desta Norma Brasileira em inglês é o seguinte:

Scope

This part of ABNT NBR 5419 provides information for the design, installation, inspection, maintenance and testing of electrical and electronic system protection (SPM) to reduce the risk of permanent failures due to lightning electromagnetic impulse (LEMP) within a structure.

This part of ABNT NBR 5419 does not cover protection against electromagnetic interference due to lightning, which may cause malfunctioning of internal systems.

viiiABNT NBR 5419-4:2015 © ABNT 2015 - Todos os direitos reservados

However, the information reported in Annex A can also be used to evaluate such disturbances. Protection measures against electromagnetic interference are covered in ABNT NBR 5410 and in the IEC 61000 series.

This part of ABNT NBR 5419 does not deal with detailed design of the electrical and electronic systems themselves.

ixABNT NBR 5419-4:2015 © ABNT 2015 - Todos os direitos reservados

Introdução

As descargas atmosféricas como fontes de danos são fenômenos de altíssima energia. Descargas atmosféricas liberam centenas de megajoules de energia. Quando comparadas com os milijoules que podem ser suficientes para causar danos aos equipamentos eletrônicos sensíveis em sistemas eletroeletrônicos existentes nas estruturas, fica claro que medidas adicionais de proteção são necessárias para proteger alguns destes equipamentos.

A necessidade desta Norma justifica-se pelo crescente custo associado às falhas de sistemas eletroeletrônicos causadas pelos efeitos eletromagnéticos das descargas atmosféricas. Particularmente importantes são os sistemas eletrônicos usados no armazenamento e processamento de dados, assim como no controle e segurança de processos para plantas de considerável investimento, tamanho e complexidade (para as quais as consequências são muito indesejáveis por razões de custo e segurança).

As descargas atmosféricas podem causar diferentes tipos de danos em uma estrutura, como definido na ABNT NBR 5419-1.

—D1 danos aos seres vivos por choques elétricos;

—D2 danos físicos (fogo, explosão, destruição mecânica, vazamento químico) devido aos efeitos da corrente das descargas atmosféricas, incluindo centelhamentos;

—D3 falhas de sistemas internos devido ao LEMP.

A ABNT NBR 5419-3 trata das medidas de proteção para reduzir os riscos de danos físicos e perigo de vida, mas não cobre a proteção de sistemas elétricos e eletrônicos.

Esta Parte da Norma fornece as informações sobre as medidas de proteção para reduzir os riscos de dano permanente de sistemas eletroeletrônicos existentes nas estruturas.

Danos permanentes nos sistemas eletroeletrônicos podem ser causados pelo impulso eletromagnético da descarga atmosférica (LEMP) por meio de:

—surtos conduzidos ou induzidos transmitidos pelos cabos conectados aos sistemas; —os efeitos dos campos eletromagnéticos irradiados diretamente para os próprios equipamentos. Surtos na estrutura podem se originar de fontes externas ou internas à própria estrutura:

—surtos com origem externa à estrutura são criados por descargas atmosféricas que atingem as linhas entrando na estrutura, ou o solo próximo a elas, e são transmitidos aos sistemas elétricos e eletrônicos dentro da estrutura por meio destas linhas;

—surtos com origem interna à estrutura são criados por descargas atmosféricas que atingem a própria estrutura ou o solo próximo a ela.

NOTA Os surtos podem também se originar internamente à estrutura por efeitos de chaveamento, como, por exemplo, o chaveamento de cargas indutivas.

O acoplamento pode surgir por diferentes mecanismos:

—acoplamento resistivo (por exemplo, a impedância do subsistema de aterramento ou a resistência da blindagem dos cabos); xABNT NBR 5419-4:2015 © ABNT 2015 - Todos os direitos reservados

—acoplamento pelo campo magnético (por exemplo, causado pelos laços formados pelos cabos dos sistemas elétricos e eletrônicos ou pela indutância dos condutores de equipotencialização);

—acoplamento pelo campo elétrico (por exemplo, causado pelos mastros metálicos das antenas de recepção).

NOTA Os efeitos do acoplamento pelo campo elétrico são geralmente muito pequenos quando comparados ao acoplamento pelo campo magnético e podem ser desprezados.

Campos eletromagnéticos irradiados podem ser gerados por: —corrente elétrica que flui no canal das descargas atmosféricas diretas;

—corrente parcial da descarga atmosférica fluindo nos condutores (por exemplo, nos condutores de descida de um SPDA externo de acordo com a ABNT NBR 5419-3 ou em uma blindagem espacial de acordo com esta parte da Norma).

xiABNT NBR 5419-4:2015 © ABNT 2015 - Todos os direitos reservados

Proteção contra descargas atmosféricas Parte 4: Sistemas elétricos e eletrônicos internos na estrutura

Esta Parte da ABNT NBR 5419 fornece informações para o projeto, instalação, inspeção, manutenção e ensaio de sistemas de proteção elétricos e eletrônicos (Medidas de Proteção contra Surtos ─ MPS) para reduzir o risco de danos permanentes internos à estrutura devido aos impulsos eletromagnéticos de descargas atmosféricas (LEMP).

Esta Parte da ABNT NBR 5419 não cobre a proteção total contra interferências eletromagnéticas devido às descargas atmosféricas, que podem causar mau funcionamento de sistemas internos.

Entretanto, as informações relacionadas no Anexo A podem reduzir, de forma satisfatória, os danos aos equipamentos e também ser usadas para avaliar tais perturbações. Medidas de proteção contra interferências eletromagnéticas estão relacionadas também na ABNT NBR 5410 e na série IEC 61000.

Esta Parte da ABNT NBR 5419 não trata em detalhes do projeto dos sistemas elétricos e eletrônicos em si.

Os documentos relacionados a seguir são indispensáveis à aplicação deste documento. Para referências datadas, aplicam-se somente as edições citadas. Para referências não datadas, aplicam-se as edições mais recentes do referido documento (incluindo emendas).

ABNT NBR 5410:2004, Instalações elétricas de baixa tensão ABNT NBR 5419-1:2015, Proteção contra descargas atmosféricas – Parte 1: Princípios gerais ABNT NBR 5419-2:2015, Proteção contra descargas atmosféricas – Parte 2: Gerenciamento de risco

ABNT NBR 5419-3:2015, Proteção contra descargas atmosféricas – Parte 3: Danos físicos a estruturas e perigos à vida

ABNT NBR IEC 61643-1, Dispositivos de proteção contra surtos em baixa tensão – Parte 1: Dispositivos de proteção conectados a sistemas de distribuição de energia de baixa tensão – Requisitos de desempenho e métodos de ensaio

IEC 60664-1, Insulation coordination for equipment within low-voltage systems – Part 1: Principles, requirements and tests

IEC 61000 (all parts), Electromagnetic compatibility (EMC)

IEC 61000-4-5, Electromagnetic compatibility (EMC) – Part 4-5: Testing and measurement techniques – Surge immunity test

IEC 61000-4-9, Electromagnetic compatibility (EMC) – Part 4-9: Testing and measurement techniques – Pulse magnetic field immunity test

ABNT NBR 5419-4:2015NORMA BRASILEIRA

1© ABNT 2015 - Todos os direitos reservados

IEC 61000-4-10, Electromagnetic compatibility (EMC) – Part 4-10: Testing and measurement techniques – Damped oscillatory magnetic field immunity test

IEC/TR 61000-5-2, Electromagnetic compatibility (EMC) – Part 5: Installation and mitigation guidelines – Section 2: Earthing and cabling

IEC 61643-12, Low-voltage surge protective devices – Part 12: Surge protective devices connected to low-voltage power distribution systems – Selection and application principles

IEC 61643-21, Low-voltage surge protective devices – Part 21: Surge protective devices connected to telecommunications and signalling networks – Performance requirements and testing methods

IEC 61643-2, Low-voltage surge protective devices – Part 2: Surge protective devices connected to telecommunications and signalling networks – Selection and application principles

3.1 sistema elétrico sistema que incorpora componentes de alimentação em baixa tensão

3.2 sistema eletrônico sistema que incorpora os componentes de uma instalação elétrica de sinal, por exemplo, equipamentos eletrônicos de telecomunicações, controladores microprocessados, sistemas de instrumentação, sistemas de rádio, instalações de eletrônica de potência

3.3 sistemas internos sistemas elétricos e eletrônicos dentro de uma estrutura

3.4 proteção contra descargas atmosféricas PDA sistema completo para proteção de estruturas contra as descargas atmosféricas, incluindo seus sistemas internos e conteúdo, assim como as pessoas, em geral consistindo em um SPDA e MPS

3.5 sistema de proteção contra descargas atmosféricas SPDA sistema utilizado para reduzir danos físicos devido às descargas atmosféricas diretas em uma estrutura

NOTA Consiste nos sistemas externo e interno de proteção contra descargas atmosféricas.

3.6 pulso eletromagnético devido às descargas atmosféricas LEMP todos os efeitos eletromagnéticos causados pela corrente das descargas atmosféricas por meio de acoplamento resistivo, indutivo e capacitivo, que criam surtos e campos eletromagnéticos irradiados

2ABNT NBR 5419-4:2015 © ABNT 2015 - Todos os direitos reservados

3.7 surto efeitos transitórios causados por LEMP que aparecem na forma de sobretensão e/ou sobrecorrente

3.8 nível de tensão suportável nominal de impulso

UW tensão suportável de impulso definida pelo fabricante de um equipamento ou de uma parte dele, caracterizando a capacidade de suportabilidade específica da sua isolação contra sobretensões

NOTA Para o objetivo desta Parte da ABNT NBR 5419, somente a suportabilidade à tensão impulsiva entre condutores vivos e o aterramento é considerada.

3.9 nível de proteção contra descargas atmosféricas NP número associado a um conjunto de parâmetros da corrente da descarga atmosférica para garantir que os valores especificados em projeto não estejam superdimensionados ou subdimensionados quando da ocorrência de uma descarga atmosférica

NOTA O nível de proteção contra descargas atmosféricas é utilizado para se projetar as medidas de proteção de acordo a um conjunto relevante de parâmetros das descargas atmosféricas.

3.10 zona de proteção contra descarga atmosférica “raio” ZPR zona onde o ambiente eletromagnético causado pelo raio é definido

NOTA A fronteira entre as zonas de uma ZPR não é necessariamente uma fronteira física (por exemplo, paredes, chão e teto).

3.1 medidas de proteção contra surtos causados por LEMP MPS conjunto de medidas tomadas para proteger os sistemas internos contra os efeitos causados por LEMP

3.12 blindagem espacial em forma de grade blindagem magnética caracterizada por aberturas

NOTA Para um edifício ou uma sala, a blindagem é preferencialmente construída pela interconexão dos elementos naturais da estrutura (por exemplo, barras do concreto armado, molduras e suportes metálicos).

3.13 subsistema de aterramento parte de um SPDA externo que tem como objetivo conduzir e dispersar a descarga atmosférica no solo

(Parte 1 de 5)

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