O tema Descargas Atmosféricas apresenta certa complexidade e é objeto de apenas umas poucas obras, sobretudo na língua portuguesa.

Faltava uma obra que apresentasse uma abordagem básica no tema, na perspectiva da elaboração do conhecimento existente sobre o fenômeno, que permitisse a compreensão dos seus aspectos fundamentais, da forma e da intensidade de seus efeitos.

Ao adotar esta abordagem, o livro “Descargas Atmosféricas” possibilita ao leitor a consideração objetiva dos aspectos físicos fundamentais do fenômeno, subsidiando o entendimento dos seus efeitos e potencializando o leitor à definição de práticas eficientes de proteção contra estes.

Esta obra é considerada um texto obrigatório para os iniciantes no tema, para os engenheiros, físicos e técnicos que atuam nos setores das Engenharias Elétrica, Eletrônica e de Telecomunicações.



APRESENTAÇÃO

O tema Descargas Atmosféricas apresenta inegável complexidade, tanto no que se refere à natureza física do fenômeno quanto aos seus efeitos. Tal complexidade e o caráter aleatório das Descargas tornam difícil a sua abordagem e, possivelmente, são responsáveis pelo tratamento místico, muitas vezes recheado de efeitos pirotécnicos, dedicado ao assunto.

Escrever um livro nesse tema constitui desafio e risco consideráveis para o autor. As lacunas de conhecimento e a dinâmica muito intensa de desenvolvimento do saber estabelecem sérias dificuldades na tarefa de redigir um tratado sobre a matéria. Tal dinâmica não apenas agrega a todo instante novos conhecimentos, como também modifica e, em alguns casos, derruba teorias previamente estabelecidas.

Por outro lado, os efeitos destrutivos do fenômeno são muito severos para a sociedade. No Brasil, estima-se que a incidência de descargas cause anualmente a morte de mais de uma centena de pessoas e perdas econômicas de centenas de milhões de dólares.Verifica-se a necessidade premente de gerar e divulgar conhecimentos capazes de subsidiar a definição e a adoção de práticas eficientes para minimizar os efeitos destrutivos das Descargas. A literatura carece de uma obra que dedique uma abordagem fundamental ao tema, na perspectiva da elaboração do conhecimento sobre o fenômeno para fins de sua aplicação na engenharia de proteção. Neste cenário, não há espaço para omissão daqueles envolvidos na investigação do fenômeno e de seus efeitos. Este quadro levou o autor a aceitar o desafio de elaborar esta obra, que tenta apresentar um texto didático sobre o tema.

A partir de sua experiência científica e aplicada nesse campo, o autor elaborou uma abordagem própria da matéria. Esta busca desenvolver o entendimento das questões físicas fundamentais envolvidas no fenômeno, para a explicação de seus efeitos e para a indicação de potenciais ações capazes de minimizá-los. Respeitando-se as atuais lacunas de conhecimento sobre o fenômeno, essa abordagem busca caracterizar os aspectos de consenso no meio científico, para estabelecer uma base conceitual firme. A experiência tem mostrado que grande parte dos problemas práticos de proteção contra Descargas pode ter solução a partir da aplicação desses conceitos. Esta abordagem tem sido praticada pelo autor em cursos de pós-graduação e de graduação na UFMG e em cursos de extensão oferecidos no Brasil e no exterior. A sua eficiência, em termos do resultado do aprendizado, é considerada muito satisfatória.

Em relação a outros textos apresentados na literatura, centrados apenas na física do fenômeno ou na simples indicação objetiva de práticas de proteção, o diferencial desta obra consiste exatamente na abordagem integral do tema Descarga Atmosférica. Nesta, a consideração objetiva dos aspectos físicos fundamentais do fenômeno subsidia o entendimento de seus efeitos e a definição de práticas eficientes de engenharia de proteção.

Dada a complexidade do tema, não se tem a pretensão de se apresentar um tratamento notável em generalidade e em profundidade na primeira edição deste texto. Espera-se que, pela publicação de edições sucessivas, tal obra possa ser aprimorada. Para compreensão do texto tem-se a expectativa de que o leitor, de nível técnico ou superior, possua conhecimentos básicos de Eletrotécnica.

O autor espera que esta obra possa contribuir para a formação de engenheiros, técnicos e estudantes, envolvidos com os problemas de instalações elétricas, eletrônicas e de telecomunicações. Serão apreciados comentários técnicos e mesmo a indicação de eventuais erros de edição.



SOBRE O AUTOR

Natural de Belo Horizonte, Silvério Visacro Filho graduou-se em Engenharia Elétrica pela Universidade Federal de Minas Gerais - UFMG. Posteriormente obteve os graus de Mestre e Doutor, desenvolvendo teses na área de Descargas Atmosféricas e Aterramentos Elétricos.

É professor da UFMG, nos cursos de pós-graduação e graduação em Engenharia Elétrica, onde atua como pesquisador na área de Eletromagnetismo Aplicado, com ênfase nas aplicações relacionadas a Descargas Atmosféricas, Aterramentos Elétricos, Linhas de Transmissão e Compatibilidade Eletromagnética. O pesquisador foi idealizador e fundador do LRC – Lightning Research Center, sendo seu Coordenador Científico e Administrativo. O LRC é um centro de destaque internacional, dedicado à pesquisa sobre as descargas atmosféricas e sobre as técnicas de proteção contra seus efeitos, constituído através de parceria entre a UFMG e a CEMIG - Companhia Energética de Minas Gerais.

O professor Silvério Visacro é uma autoridade reconhecida internacionalmente, com vasta experiência prática e teórica na área de Descargas Atmosféricas. Tem atuação destacada em várias entidades nacionais e internacionais que atuam no campo da proteção contra descargas. Já editou quase duas centenas de publicações no tema (cerca da metade fora do Brasil) e é autor do livro Aterramentos Elétricos, além de já ter ministrado inúmeros cursos e palestras no país e no exterior.



ÍNDICE

Capítulo I – Introdução
1. Considerações preliminares
2. Conceito básico
3. Efeitos principais das Descargas
4. Breves considerações de ordem histórica
5. Generalidades

Capítulo II - Aspectos do ambiente elétrico do planeta
1. Considerações preliminares
2. O ambiente elétrico do planeta Terra
2.1 Características elétricas da Terra
2.2 O circuito elétrico global
2.3 O processo de eletrificação de nuvens

Capítulo III - Descrição fundamental do fenômeno físico
1. Considerações preliminares
2. O mecanismo básico de estabelecimento da Descarga Atmosférica
2.1 Indução de cargas elétricas
2.2 Descargas elétricas em meios gasosos
2.3 O Poder das Pontas
3. Mecanismo básico de estabelecimento das descargas atmosféricas
3.1 Transferência de carga para o solo: a descarga negativa
3.2 As descargas negativas subseqüentes
3.3 A descarga positiva
3.4 A descarga bipolar
4. A componente contínua da corrente de descarga
5. Aspectos complementares
6. Considerações finais

Capítulo IV - Tipificação das descargas atmosféricas e nomenclatura
1. Considerações preliminares
2. Tipificação de Descargas
2.1 Tipificação pelo percurso da descarga
2.2 Tipificação pela direção de propagação do canal precursor da descarga
2.3 Tipificação pelo sinal da carga transferida para o solo
3. Comentários preliminares sobre a freqüência de ocorrência
4. Nomenclatura

Capítulo V - Caracterização dos parâmetros de descarga
1. Considerações preliminares
2. Parâmetros de freqüência de incidência geográfica
3. Parâmetros físicos da descarga atmosférica
3.1 Forma de onda da corrente de descarga
3.1.1 Introdução
3.1.2 Ondas típicas de corrente: curvas média e mediana
3.1.3 Representação da onda de corrente pela curva dupla exponencial
3.1.4 Representação da onda de corrente pela curva de Heidler
3.1.5 Peculiaridades da forma das ondas originais individuais
3.2 Amplitude da corrente de descarga
3.3 Carga transferida por descarga
3.4 Os parâmetros de tempo típicos da onda de descarga
3.4.1 Tempo de frente de onda
3.4.2 Tempo de meia onda
3.4.3 Tempo de duração total de descarga
3.5 Derivada máxima
3.6 Energia por unidade de resistência
4. Considerações finais sobre os parâmetros de descarga

Capítulo VI - Medição e detecção de parâmetros de descarga
1. Considerações preliminares
2. Medição direta da corrente de descarga
2.1 Introdução
2.2 Transdutores mais empregados para registro da onda de corrente
2.3 Medição de descargas naturais através de torres “instrumentadas”
2.4 Descargas artificiais induzidas por foguetes
2.5 Emprego de Elos Magnéticos para detecção do valor de pico da corrente
2.6 Considerações genéricas sobre as técnicas de medição direta
3. Medição indireta de parâmetros de descarga
3.1 Introdução
3.2 Comentários preliminares: efeitos indiretos das descargas utilizados na sua medição
3.3 Medição tradicional de parâmetros de incidência
3.3.1 Nível ceráunico
3.3.2 Contadores de descarga
3.4 Os sistemas de detecção e localização de descargas atmosféricas
3.4.1 Introdução aos sistemas terrestres de localização de descargas
3.4.2 Princípios fundamentais das técnicas de detecção e localização
3.4.2.1 Técnica de Indicação de Direção — “DF”
3.4.2.2 Técnica da Diferença no Tempo de Chegada — “ToA”
3.4.2.3 Técnica Interferométrica
3.4.3 Sistemas de detecção em operação
3.4.4 Discriminação dos tipos de descargas e estimativa de parâmetros .....
3.5 A rede brasileira de detecção
3.6 Outros tipos de detecção indireta de descargas: uso de satélites e de radar

Capítulo VII - Efeitos de maior interesse das descargas atmosféricas e aspectos de segurança
1. Introdução
2. A descarga direta
2.1 Considerações gerais
2.1.1 Influência do parâmetro energia por unidade de resistência
2.1.2 Influência do parâmetro valor de pico da corrente de descarga
2.2 A incidência direta de descarga em linhas de transmissão
3. Descarga indireta ou próxima
3.1 Considerações preliminares
3.2 A tensão induzida em linhas por descargas atmosféricas
4. Aspectos de segurança
4.1 Introdução
4.2 Caracterização dos acidentes típicos associados a descargas atmosféricas
4.3 Situações de exposição de risco
4.4 Medidas preventivas
5. A incidência direta de descargas em linhas de transmissão
5.1 Generalidades
5.2 Mecanismo de ruptura de isolamento em linha sem cabo de blindagem: o “flashover”
5.3 Mecanismo de disrupção numa linha blindada: o “back-flashover”
5.3.1 Considerações preliminares
5.3.2 Parâmetros de influência na amplitude da sobretensão resultante
5.3.3 Medidas preventivas
5.3.4 A solicitação por incidência a meio de vão
5.3.5 Considerações quanto aos aspectos quantitativos
6. Fundamentos de tensão induzida por descargas atmosféricas
6.1 A importância do efeito Tensão Induzida
6.2 Considerações preliminares sobre o fenômeno Tensão Induzida
6.3 Modelos de corrente de retorno
6.3.1 Dinâmica de estabelecimento da corrente de retorno
6.3.2 Principais modelos de corrente de retorno
6.4 Campos gerados pela corrente de retorno
6.5 O acoplamento eletromagnético entre canal de descarga e linha
6.6 Principais modelos de acoplamento
6.7 A dinâmica do fenômeno tensão induzida
6.7.1 Estabelecimento do efeito
6.7.2 Parâmetros de influência na forma e na amplitude da tensão induzida
6.8 Tensões induzidas em sistemas de energia e comunicação
7. Efeitos das descargas na rede aérea de distribuição de energia elétrica
7.1 Considerações preliminares
7.2 Efeito da tensão induzida no circuito de média tensão
7.3 Transferência de surtos da rede primária para a rede de baixa tensão através do transformador de distribuição

Capítulo VIII - Princípios de sistemas de proteção contra descargas atmosféricas
1. Considerações preliminares
2. Conceito fundamental de sistemas de proteção de estruturas
3. Modelos de incidência
3.1 Modelo eletrogeométrico (EGM)
3.2 O modelo de progressão do líder
4. Filosofias de sistemas de proteção
4.1 Filosofia “Franklin”
4.2 Filosofia “Gaiola de Faraday”
5. Componentes naturais do SPDA
6. Sistemas híbridos
7. Considerações complementares

Capítulo IX - Referências bibliográficas