Edifícios inteligentes: segurança perante o raio e sobretensões

Os edifícios inteligentes são particularmente vulneráveis aos efeitos destrutivos das tempestades elétricas, devido à grande variedade de sistemas automáticos interligados (tais como iluminação, controlo de temperatura, sistemas multimédia, telecomunicações, segurança, etc.). Por conseguinte, qualquer impulso que penetre na estrutura, não só através das linhas de alimentação elétrica, mas também através das linhas de dados, pode causar danos a uma multiplicidade de equipamentos eletrónicos sensíveis, tais como computadores, sistemas de alarme, transdutores, controladores lógicos programáveis, equipamentos audiovisuais, etc.

Os edifícios inteligentes (Smart buildings) estão a tornar-se cada vez mais predominantes como resultado dos avanços tecnológicos que maximizam a eficiência dos edifícios e também melhoram o conforto dos utilizadores, a produtividade das empresas neles instaladas e, portanto, o seu valor global. No entanto, devido aos componentes em rede que dependem de um fornecimento constante de energia e dados para o seu funcionamento e disponibilidade contínuos, são particularmente vulneráveis aos impactos dos raios e a sobretensões em geral. A falha de equipamento num edifício inteligente poderia colapsar todos os sistemas interligados e paralisar a atividade dos edifícios e ambientes de trabalho, com custos associados.

A National Fire Protection Association (NFPA) na sua Norma  20201 para a Instalação de Sistemas de Proteção contra o Raio, possui um anexo dedicado aos edifícios inteligentes. Faz a distinção entre dois tipos de instalações: salas de equipamento ou salas de controlo e equipamento distribuído (controlo distribuído). As primeiras incluem geralmente computadores/servidores, controladores lógicos programáveis, comandos de alarme, equipamento de telecomunicações e afins. Esta Norma NFPA sublinha que é essencial aplicar o conceito de zona de proteção contra o raio para estas salas de controlo, em particular, para assegurar uma ligação equipotencial que mantenha as terras à mesma tensão, de modo a evitar que correntes nocivas fluam através de equipamento sensível.

Os equipamentos distribuídos consistem, tipicamente, em controladores operados remotamente, relés, interruptores com motor ou iluminação, sensores, câmaras, computadores, e entradas de controladores, entre outros. A NFPA foca a proteção do controlo distribuído por meio de protetores contra sobretensões instalados na entrada/saída de energia de edifícios inteligentes, bem como na transição entre zonas equipotenciais de proteção contra raios. Neste sentido, assinala que os equipamentos mais afetados por sobretensões transitórias são câmaras, motores que acionam portas de acesso e bombas, uma vez que estão normalmente localizados longe da estrutura, mas têm a sua própria potência e entrada de sinal.

Contudo, para além da ligação equipotencial e dos protetores contra sobretensões, os edifícios devem ter uma proteção externa adequada contra o raio. Para a proteção de uma estrutura tão crítica como um edifício inteligente, Aplicaciones Tecnológicas conta com o SMART DAT CONTROLER® SUPERVISOR, um sistema avançado de proteção contra raios que inclui um para-raios com dispositivo de ionização (PDI), o DAT CONTROLER® REMOTE, e supervisão remota através de Internet of Things (IoT). Os sensores inteligentes do SMART DAT CONTROLER® SUPERVISOR controlam os parâmetros-chave da instalação de proteção contra raios, tais como o estado de funcionamento do PDI, a continuidade do condutor de baixada e a resistência da rede de terras. Além disso, este inovador SPCR (sistema de proteção contra o raio também fornece informações (número e características) dos impactos intercetados pelo para-raios com dispositivo de ionização.

A seguir, trataremos mais detalhadamente as medidas listadas no anexo de edifícios inteligentes da Norma NFPA, ou seja, a ligação equipotencial e os protetores contra sobretensões.

Zonas equipotenciais de proteção contra o raio em Smart Buildings

O conceito geral de proteção para estruturas inteligentes é uma proteção concêntrica estabelecendo sucessivas zonas de proteção contra raios (LPA). Estas zonas serão determinadas por equipotencialização e proteção contra sobretensões, técnicas de proteção contra raios recomendadas especialmente para edifícios inteligentes na Norma da NFPA.

As ZPR, segundo a norma UNE-EN 62305-1, são zonas em que certas condições eletromagnéticas são definidas2. Cada uma destas zonas deve funcionar como uma única unidade equipotencial. Isto é conseguido interligando todas as superfícies metálicas com os condutores de terra. Desta forma evita-se o fluxo de corrente de um local externo para a ZPR, seja por falhas externas nos sistemas de corrente alterna ou contínua, seja por introdução da corrente de raio no edifício. Além disso, a ligação equipotencial dos elementos metálicos reduz as perturbações do campo eletromagnético e os perigos associados. Na Aplicaciones Tecnológicas S.A. temos o material adequado para garantir a ligação equipotencial das ZPR de edifícios inteligentes.

Recomenda-se também que a entrada de sinal e energia na estrutura ou ZPR correspondente seja feita através de um único ponto, de preferência próximo do ponto de ligação à terra. Isto favorece a instalação de protetores contra sobretensões, reduz o comprimento do condutor de ligação à terra (o que por sua vez reduz as diferenças de impedância e tensão) e facilita a implementação de ligação à terra equipotencial, o que reduz a probabilidade de caminhos de terra indesejados. Em qualquer caso, para evitar sobretensões, cada zona deve ser protegida por dispositivos adequados em todas as linhas de entrada e saída.

Proteção contra sobretensões transitórias

As sobretensões são aumentos de voltagem de muito curta duração que se introduzem nos equipamentos através de linhas de fornecimento elétrico, telefónicas, televisão ou de dados. Os danos que podem causar as sobretensões em cada ZPR são diferentes, pelo que a proteção deve realizar-se no risco presente e na capacidade de resistência a sobretensões do equipamento a ser instalado nessa área. A proteção contra sobretensões ajuda a manter a continuidade do serviço e a reduzir a probabilidade de incidentes de segurança para um nível aceitável para pessoas e bens.

Os protetores contra sobretensões são instalados na entrada/saída de corrente nas transições de uma zona para outra e em equipamento sensível dentro das ZRP equipotenciais. As particularidades do equipamento ligado a cada linha devem ser tidas em conta a fim de otimizar a seleção dos protetores. Geralmente, um único dispositivo comercial de proteção contra sobretensões não reúne todas as características necessárias de intensidade de descarga e tensão residual. Quanto maior for a capacidade do dispositivo em suportar a corrente, maior será a tensão residual. Por conseguinte, são necessários vários protetores que estejam bem coordenados, ou seja, que atuem escalonadamente com várias etapas de proteção sequenciais de maneira que sejam capazes de suportar as correntes associadas ao raio e de deixar uma tensão residual não prejudicial aos equipamentos instalados.

A primeira proteção ou proteção grossa contra sobretensões transitórias protege contra os efeitos das descargas diretas do raio. Estes elementos consistem em disruptores, descarregadores de gás ou varistores que se caracterizam por permanecerem completamente abertos durante a corrente normal. Se a tensão de rutura for excedida, provocam um curto-circuito e desviam toda a corrente para a terra. Quando o nível de alta tensão desaparece, os componentes voltam ao estado de repouso e reabrem o circuito. A série ATSHIELD de protetores contra sobretensões transitórias da Aplicaciones Tecnológicas S.A. combina elementos robustos com componentes limitadoras, conseguindo uma elevada capacidade de absorção da corrente direta do raio juntamente com uma baixa tensão residual.

A segunda proteção é mais fina do que a anterior e consiste normalmente em varistores, que são resistências variáveis. Em geral, são mais rápidos do que os disruptores, mas têm a desvantagem de, em tensões normais, se produzir uma certa impedância que provoca pequenas fugas de corrente. As séries ATSUB e ATCOVER de Aplicaciones Tecnológicas S.A. são totalmente adequadas para esta segunda proteção. Especificamente, a série ATSUB suporta correntes de dezenas de kiloamperes, reduzindo a sobretensão a níveis que não são prejudiciais para o equipamento. A série ATCOVER, além de ser robusta e completa, protege todas as fases rápida e eficientemente, em modo comum e diferencial, deixando uma baixa tensão residual. Deve-se ter em conta que se não houver 10 metros de cabo de separação entre os protetores ATSHIELD e ATSUB/ATCOVER, deve ser instalada uma bobina de coordenação como a ATLINK.

A terceira barreira protetora é normalmente formada por díodos supressores transitórios que são elementos muito rápidos que deixam tensões residuais muito baixas. No entanto, deve ter-se em conta que são incapazes de suportar correntes superiores a alguns amperes. Na Aplicaciones Tecnológicas S.A. contamos com os protetores ATSOCKET e ATPLUG, bem como os específicos para proteger as linhas de telecomunicações e de dados ATFONO, ATLAN e ATFREQ.

As linhas telefónicas e de dados, que estão presentes em número considerável em edifícios inteligentes, podem atuar como condutas que introduzem sobretensões na estrutura e no equipamento. Deve-se ter em conta que, por definição, estes edifícios têm uma variedade de dispositivos que controlam o equipamento eletrónico a partir de distâncias remotas utilizando linhas de dados. Além disso, estas linhas de comunicação de dados são ligadas diretamente aos circuitos integrados do equipamento sensível, sendo que qualquer sobretensão pode causar danos graves nas pistas e nos componentes, levando à degradação ou destruição do equipamento, incluindo dados armazenados. Além disso, as linhas telefónicas são ligadas a equipamentos sensíveis e importantes dentro e fora dos computadores. Por isso, as séries ATFONO (para linhas telefónicas analógicas, ADSL, ISDN) e ATLAN (para linhas informáticas e rede informática interna) são particularmente relevantes para a proteção contra sobretensões transitórias neste tipo de edifícios.

Os edifícios inteligentes, com as suas peculiaridades derivadas da grande variedade de equipamentos eletrónicos altamente sensíveis e ligados em rede, cuja falha implica a paragem da atividade dos ambientes de trabalho, requerem proteção contra os raios e os seus efeitos destrutivos. Se desejar mais informações sobre as soluções das Aplicaciones Tecnológicas para a proteção de Smart buildings, pode contactar-nos clicando neste link.

Referências

  1. National Fire Protection Association (NFPA). NFPA 780 Safety Standard for the Installation of Lightning Protection Systems. (2020).
  2. AENOR. UNE-EN 62305-1 Protección contra el rayo Parte 1: Principios generales. (2011).