Tanto o Fabricante de materiais elétricos Finder (2012) quanto Ávila (2010) em seus materiais consultados, destacam a necessidade de definir as Zonas de Proteção Contra Raio (ZPR ou LPZ). Definição esta, que também está presente na NBR 5419 (2015).
Medidas de proteção como SPDA, blindagens e DPS estabelecem os limites das zonas de proteção contra descargas atmosféricas, abreviadas por ZPR. As zonas de proteção a jusante de uma medida de proteção são caracterizadas por significativa redução dos efeitos do pulso eletromagnético (LEMP) em comparação com uma ZPR a montante (AVILA, 2010).
ZPR 0 – Zona fora da estrutura e próxima ao volume imposto pelo Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA), subdividida em 0A e 0B; nestes locais não há nenhuma proteção (ABNT NBR 5419-1, 2015).
ZPR 0A – Zonas que os objetos estão expostos a descargas de raios diretas, fora do volume de proteção do Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA). A ameaça é devido à queda direta de um raio e ao campo eletromagnético total da descarga atmosférica. Os sistemas internos podem estar sujeitos à corrente total ou parcial da descarga (ABNT NBR 5419-1, 2015).
ZPR 0B – Nesta zona, os objetos também estão expostos a descargas de raios diretas. Aqui o campo magnético é atenuado pela presença do Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA), por estar dentro do volume de proteção e sendo assim exposta a correntes parciais do valor da descarga atmosférica. Local protegido contra queda direta do raio, a ameaça é o campo eletromagnético total da descarga. Os sistemas internos podem estar sujeitos apenas à corrente parcial da descarga (ABNT NBR 5419-1, 2015).
ZPR1 – Zona em que os objetos não estão expostos a descargas de raios diretas. As correntes da descarga já foram atenuadas pela Zona 0B. O campo magnético foi atenuado uma vez que houve a distribuição da corrente pelos elementos da edificação, Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA) e Dispositivos de proteção contra Surtos (DPS), instalados entre a ZPR 0B e ZPR1. Acorrente de surto foi limitada por uma divisão da corrente resultante da descarga atmosférica e pela utilização de interfaces isolantes ou DPS na fronteira (fronteira de zonas). Uma blindagem especial pode atenuar o campo eletromagnético da descarga atmosférica, neste caso.
ZPR 2, ..., n – Zonas em que os objetos não estão expostos a descargas de raios diretas e a corrente da descarga já foi atenuada pelas demais zonas de proteção. Aqui pode-se afirmar que o campo magnético está atenuado. A corrente de surto foi ainda mais limitada, tanto em função da divisão da corrente de descarga quanto pela utilização de interfaces isolantes ou DPS
adicionais na fronteira. Uma blindagem especial adicional pode atenuar ainda mais o campo eletromagnético da descarga atmosférica (AVILA, 2010).
Quanto maior o número de zonas de proteção, tanto menor serão os efeitos do campo eletromagnético da descarga atmosférica em questão para cada área.
Figura 27 - ZPR definidas por um SPDA
Fonte: (ABNT NBR 5419-1, 2015, p. 20)
Legenda para a Figura 27:
1 – Estrutura;
2 – Subsistema de captação; 3 – Subsistema de descida; 4 – Subsistema de aterramento;
5 – Linhas e tubulações que adentram na estrutura; S1 – Descarga atmosférica na estrutura;
S2 – Descarga atmosférica perto da estrutura;
S3 – Descarga atmosférica em linhas ou tubulações que adentram na estrutura; S4 – Descarga atmosférica perto de linhas ou tubulações que adentram na estrutura; r – Raio da esfera rolante;
Figura 28 - ZPR definida por medidas de proteção contra surtos
Fonte: (ABNT NBR 5419-1, 2015, p. 20)
Legenda para a Figura 28:
1– Estrutura (blindagem de ZPR 1); 2 – Subsistema de captação; 3 – Subsistema de descida; 4 – Subsistema de aterramento; 5 – Recinto (blindagem da ZPR 2);
6 – Linhas e tubulações que adentram na estrutura; S1 – Descarga atmosférica na estrutura;
S2 – Descarga atmosférica perto da estrutura;
S3 – Descarga atmosférica em linhas ou tubulações que adentram na estrutura; S4 – Descarga atmosférica perto de linhas ou tubulações que adentram na estrutura; r – Raio da esfera rolante;
s – Distância de segurança contra campo eletromagnético muito elevado.
As zonas de proteção (ZPR) são demarcadas pela instalação das medidas de proteção contra surtos (MPS). Dependendo das características dos equipamentos a ser protegidos, zonas de proteção adicionais podem vir a ser implementadas. Estas podem ser, por exemplo invólucros metálicos dos equipamentos ou até mesmo uma estrutura completa (ABNT NBR 5419-1, 2015).
Interconectar duas zonas de proteção pode ser necessário se duas estruturas separadas fisicamente são conectadas por linhas de (de energia ou sinal), ou ainda quando se deseja reduzir a quantidade de dispositivos de proteção empregados.
Figura 29 - Interligar duas ZPR através de DPS
Fonte: (ABNT NBR 5419-1, 2015, p. 12)
A Figura 29 apresenta duas zonas de proteção interligadas através de uma linha elétrica. São necessários cuidados especiais para esta configuração em situações que ambas as estruturas tenham aterramentos distintos ou estejam distanciadas por dezenas (ou centenas) de metros. Uma parcela significativa da descarga atmosférica pode fluir pelas linhas conectadas e não protegidas. Tal comportamento é representado na Figura 30 (ABNT NBR 5419-1, 2015).
Figura 30 - Descarga direta na linha não protegida
Figura 31 - Interligar duas ZPR sem o emprego de DPS
Fonte: (ABNT NBR 5419-1, 2015, p. 12)
Uma alternativa à situação apresentada na Figura 29, onde através do emprego de cabos blindados ou dutos enterrados, interconectam-se as ZPR 1 de duas áreas, conforme Figura 31. Neste contexto o emprego de DPS em ambos os lados pode ser eliminado (ABNT NBR 5419- 1, 2015).
Figura 32 - Emprego de DPS em ZPR estendida
Fonte: (ABNT NBR 5419-4, 2015, p. 14)
A Figura 25 está dividida em duas partes (a e b). Na parte a) é apresentada uma estrutura alimentada por transformador localizado fora desta estrutura. Neste caso se faz necessário uma proteção contra descargas atmosféricas apenas no lado de baixa tensão. Na parte b) o mesmo transformador está localizado dentro da estrutura, mas em situação onde não é possível adotar medida de proteção na média tensão. Nesta situação, é estendido a ZPR 0 para dentro da ZPR 1. Assim, igualmente a proteção só se faz necessária no lado da baixa tensão (ABNT NBR 5419-4, 2015).
Figura 33 - Exemplos para ZPR estendidas
Fonte: (ABNT NBR 5419-4, 2015, p. 14)
A Figura 33 está dividida em duas partes (c e d). Na parte c) são apresentadas duas zonas de proteção interligadas por uma linha elétrica (energia ou sinal) não protegida. Neste caso se faz necessário a proteção contra descargas atmosféricas, através de DPS em ambos os lados da linha. Na parte d) a mesma linha elétrica está estendida através de uma proteção blindada (cabo blindado ou duto blindado). Neste caso a proteção faz-se necessário apenas na fronteira da ZPR 1 (ABNT NBR 5419-4, 2015).
Figura 34 - Categoria de instalação de ZPR
Fonte: (FINDER, 2012, p. 7)
A subdivisão das estruturas em zonas coincide com a as categorias de instalação, embora não tenham relação direta.
A Figura 34 resume a relação entre as zonas de proteção com a classe do dispositivo de proteção a se adotar, bem como nos informa quanto aos níveis de tensão que cada dispositivo deve ser capaz de suportar.