BRPI0903547A2 - direct and indirect lightning protection system for raised vertical structures - Google Patents
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Abstract
SISTEMA DE PROTEçãO CONTRA DESCARGAS ATMOSFéRICAS DIRETAS E INDIRETAS PARA ESTRUTURAS VERTICAIS ELEVADAS, é constituído por um sistema de proteção contra descargas elétricas diretas e indiretas para estruturas verticais elevadas (1) que pertence ao campo dos artigos elétricos para proteção de descargas atmosféricas e integra, três torres (2) de treliças metálicas, posicionadas em pontos imaginários de um triangulo eqúiíátero, as quais são interligadas por dois cabos de aço (3) que também descrevem as laterais de um triangulo equilátero; um terceiro cabo de aço (3) saído do vértice interno de topo de cada torre (2), forma uma trama com o primeiro e segundo cabo de aço (3), de modo a compor um hexágono suspenso (4); a porção mediana de cada lateral do triângulo que equivalem as laterais expostas do hexágono suspenso (4), é aterrada ao solo, por meio de dois cabos de aço convergentes (7); os cabos de aço se consolidam nas torres (2) e no solo, por meio de um gancho (8) com mola helicoidal (9) e olhal (10); cada torre (2) apresenta em seu topo, um pára-raio (12); o volume no qual se posiciona o foguete (13), está protegido contra descargas atmosféricas de plano superior e flancos laterais.DIRECT AND INDIRECT ATMOSPHERIC DISCHARGE PROTECTION SYSTEM FOR HIGH VERTICAL STRUCTURES, it consists of a direct and indirect lightning protection system for elevated vertical structures (1) which belongs to the field of electrical articles for protection from lightning and integral, three metal lattice towers (2) positioned at imaginary points of an equiometer triangle, which are interconnected by two steel cables (3) which also describe the sides of an equilateral triangle; a third wire rope (3) extending from the top inner vertex of each tower (2) forms a web with the first and second wire rope (3) to form a suspended hexagon (4); the median portion of each side of the triangle equivalent to the exposed sides of the suspended hexagon (4) is grounded to the ground by means of two converging wire ropes (7); the steel cables are consolidated in the towers (2) and the ground by means of a coil hook (8) with spring (9) and eye (10); each tower (2) has at its top a lightning rod (12); The volume at which the rocket 13 is positioned is protected from upper plane lightning and side flanks.
Description
"SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRADESCARGAS ATMOSFÉRICAS DIRETAS E INDIRETAS PARAESTRUTURAS VERTICAIS ELEVADAS""DIRECT AND INDIRECT ATMOSPHERIC AGAINST PROTECTION SYSTEM FOR HIGH VERTICAL RESTRUCTURES"
Campo da invençãoField of the invention
A presente patente de privilégio de invençãopertence ao campo dos artigos elétricos para proteção dedescargas atmosféricas que recebeu a denominação de "DAVIDSTAR - DS 136" e tem por objeto um prático e inovador sistema deproteção contra descargas atmosféricas para ser aplicado em baseslançadoras de foguetes, o qual utiliza catenárias de cabo de aço etorres com pára-raios para proteção específica de estruturasverticais elevadas, inclusive, de estrutura de foguete em condiçõesde pré-lançamento e lançamento e também, dos equipamentos epessoas próximas às instalações, dentro dos parâmetros de projeto,desenvolvidos, e normativos em vigor, a fim de tornar essasinstalações operativas e seguras.The present invention patent belongs to the field of lightning protection electrical articles which has been dubbed "DAVIDSTAR - DS 136" and is intended for a practical and innovative lightning protection system to be applied to rocket launchers, which uses lightning rod and overhead cable catenary for specific protection of raised vertical structures, including rocket structure in pre-launch and launch conditions, and equipment and personnel close to the facility, within design parameters, developed, and regulations in order to make these installations operational and safe.
Por se tratar de estruturas elevadas, osistema de proteção de descargas em apresentação foi consideradocomo solução definitiva de proteção, pois, além de proteger oelemento principal contra descargas atmosféricas entre terra enuvem, também protege contra descargas laterais entre nuvem eestrutura.Due to their high structure, the lightning protection system in presentation was considered as the definitive protection solution because, besides protecting the main element against lightning between ground and cloud, it also protects against lateral lightning between cloud and structure.
O sistema contra descargas elétricas eeletrostáticas também prevê, como condicional, um sistema demonitoração de frente de ondas de descargas atmosféricasincorporado nas torres.The electrostatic and lightning strike system also provides, as a conditionality, a lightning wavefront monitoring system incorporated into the towers.
É objetivo do presente pedido de patente,apresentar um inovador sistema de proteção contra descargaselétricas em estruturas verticais elevadas, bem como em elementosverticais ativos, como bases de lançamento de foguetes,plataformas marítimas, navios, piers, instalações aeroportuárias, eoutros afins com baixo custo para sua exeqüibilidade industrial,aliado aos requisitos de robustez, segurança e praticidade utilitáriaque oferece a esse tipo de instalação, uma opção adicional nomercado de congêneres que ao contrário dos modelos usuais, édotado de inúmeras possibilidades e benefícios, tornando-se umsistema de grande expectativa e aceitação no mercado setorial.It is the purpose of this patent application to present an innovative lightning protection system in raised vertical structures as well as active vertical elements such as rocket launch pads, offshore platforms, ships, piers, airport facilities, and other low cost for Its industrial feasibility, coupled with the requirements of robustness, safety and utility practicality that offers this type of installation an additional option marketed by counterparts that unlike the usual models, is endowed with numerous possibilities and benefits, becoming a system of great expectation and acceptance. in the sectoral market.
Histórico da invençãoInvention History
O desenvolvimento deste invento, foinecessário para proteger-se, inicialmente, bases de lançamentos defoguetes, onde o equivalente a ser protegido, é extremamentesensível a descargas atmosféricas, podendo, inclusive, causar adestruição total das instalações no caso de ocorrência de raio sobreo foguete com sua carga já instalada.The development of this invention was necessary to initially protect rocket launch bases, where the equivalent to be protected is extremely sensitive to lightning, and may even cause total destruction of the installations in the event of a lightning strike on the rocket. load already installed.
A preparação do foguete para lançamento emesmo, no momento do lançamento, é imprescindível que se tenhatotal segurança preventiva contra as descargas elétricasprovenientes de raios e da própria atmosfera.The preparation of the rocket for launch and even at the time of launch is essential to have full preventive safety against electrical discharges from lightning and the atmosphere itself.
Da mesma forma, este invento é aplicadopara qualquer tipo de estrutura vertical de grande estatura.Likewise, this invention is applicable to any type of tall vertical structure.
Para tanto, a instalação de pára-raios sãomedidas necessárias que devem ser previstas, contudo, deve-selevar em conta, o projeto deste tipo de dispositivo, tendo em vista atotal garantia do seu desempenho.To this end, the installation of lightning rods is a necessary measure which should be provided for, however, the design of this type of device must be taken into account in order to guarantee its performance.
Pontos deficientes do estado da técnicaPoor points of the prior art
Para proteção contra descargas elétricas, osmétodos conhecidos como o de Franklin e da esfera rolante (eletro-geométrico) não são "aplicáveis" à proteção de estruturas elevadas,ou seja, não há segurança na utilização de torres com pára-raiospara esta aplicação. As descargas laterais, que poderão ocorrer naestrutura elevada do foguete, ou de outro tipo de estrutura,utilizando-se os métodos existentes estão com níveis bemsuperiores a 3,7 KA. Quando o índice cerâunico da região é alto e aresistividade do solo é alta, favorece as descargas atmosféricascom níveis de correntes, acima de 100 KA.For protection against lightning, the methods known as Franklin and the rolling ball (electro-geometric) methods are not "applicable" to the protection of raised structures, ie there is no safety in the use of lightning towers for this application. Lateral discharges, which may occur on the elevated rocket structure or other type of structure, using existing methods are well above 3.7 KA. When the region's ceramic index is high and the soil's resistivity is high, it favors lightning streams above 100 KA.
O projeto em apresentação para proteçãocontra descargas atmosféricas oferece também uma blindagemcontra "flashes" laterais de corrente de descargas atmosféricas,visto que em regiões altas e próximas ao mar em combinação coma direção do vento, favorece tais ocorrências.The project presented for lightning protection also offers shielding against side flashes of lightning current, since in high regions and near the sea in combination with the wind direction, it favors such occurrences.
Como exemplo, o sistema proposto é o quemais se aproxima do ideal para a proteção de plataformas delançamento de foguetes, como no caso do Cyclone 4, nascondições onde será implantada a Base de Lançamento deAlcântara - Maranhão - BR.As an example, the proposed system is the closest to the ideal for the protection of rocket launching platforms, as in the case of Cyclone 4, in the conditions where the Alcântara - Maranhão - BR Launch Base will be deployed.
Sumário da invençãoSummary of the Invention
Pela necessidade em se ter um sistema deproteção contra descargas elétricas que proteja com totalsegurança e as estruturas elevadas, levou o inventor com notórioconhecimento setorial a criar e desenvolver o objeto da presentepatente, intitulada de "SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRADESCARGAS ATMOSFÉRICAS DIRETAS E INDIRETAS PARAESTRUTURAS VERTICAIS ELEVADAS" o qual idealiza um sistemade proteção composto por três torres de treliças metálicasinterligadas por cabos de aço devidamente aterrados, a fim deformar uma malha de proteção em todo o volume local, onde seencontra a estrutura a ser protegida, ou no caso de uma base delançamento, o foguete e suas estruturas de preparação elançamento.Due to the need to have a lightning protection system that protects with total safety and elevated structures, it led the notorious inventor with sectorial knowledge to create and develop the object of this patent, entitled "HIGH VERTICAL DIRECT AND INDIRECT ATMOSPHERIC PROTECTION SYSTEM" which idealizes a protection system composed of three metal lattice towers interconnected by properly grounded steel cables, in order to form a protection mesh in all the local volume, where the structure to be protected is found, or in the case of a sliding base, the rocket and its launch preparation structures.
A metodologia utilizada no projeto emquestão é de elevação do plano terra, acima da maior altura doelemento a ser protegido, por exemplo, como o foguete erespectivas estruturas de suporte, cujo volume acima do plano terraé protegido pela técnica ou método da "esfera rolante" para acorrente máxima de 3,7 KA.The methodology used in the project in question is elevation of the ground plane above the highest height of the element to be protected, for example, as the rocket and its supporting structures, whose volume above the ground plane is protected by the "rolling ball" technique or method. maximum current of 3.7 KA.
O sistema de proteção contra descargasatmosféricas visa proteger as estruturas metálicas elevadasposicionadas verticalmente, consideradas elevadas e sujeitas àsdescargas atmosféricas, cujo nível de segurança é considerável,por conter material combustível e equipamentos de altasensibilidade às correntes elétricas.The atmospheric lightning protection system is intended to protect the elevated metallic structures positioned vertically, considered high and subject to atmospheric discharges, whose safety level is considerable, because it contains combustible material and equipment of high sensitivity to electric currents.
O sistema de proteção contra descargasatmosféricas prevê tais condições e impede a circulação decorrentes através de "flashes" (arcos voltaicos) entre o ar e aestrutura metálica a ser protegida, bem como, impede qualquer tipode passagem de corrente na estrutura a ser protegida.The lightning protection system foresees such conditions and prevents the circulation resulting from flashes between the air and the metal structure to be protected, as well as prevents any type of current flow in the structure to be protected.
Levando-se em consideração que os níveisde correntes de "flash" para a proteção de uma estrutura, porexemplo, de um foguete, não poderão ultrapassar 3,7 KA1 o raio "R"de cobertura oferecido pelo método eletro-geométrico, denominadode "Esfera Rolante" é de 36,6 metros. Assim sendo, qualquerestrutura menor que 36,6m será impossível de ser protegida,somente com torres e pára-raios, sem a elevação do plano terra,acima da maior altura a ser protegida.Bearing in mind that flash current levels for the protection of a rocket structure, for example, may not exceed 3,7 KA1 the "R" radius of coverage provided by the electro-geometric method, called the "Sphere". "Treadmill" is 36.6 meters. Therefore, any structure smaller than 36.6m will be impossible to protect, only with towers and lightning rods, without raising the ground plane above the highest height to be protected.
O sistema de proteção contra descargaselétricas prevê a proteção efetiva de estruturas verticais de grandeporte, com alturas superiores ao raio de proteção "R".The lightning protection system provides for the effective protection of large vertical structures with heights greater than the "R" protection radius.
Conforme equação formulada pelo GT-33 daCIGRE (Conferência Internacional de Grandes Redes Elétricas deAlta-Tensão - Paris) o valor de "R" é dado por:According to the equation formulated by GT-33 of CIGRE (International Conference of High Voltage Electric Grids - Paris) the value of "R" is given by:
R=2imax+30(1 -e-ima*),imax=3,7KAR = 2max + 30 (1-max *), max = 3.7KA
As catenárias serão feitas com cabo de açogalvanizado a fogo com seção da ordem de 16 mm e tratamentocom pintura em esmalte para elevadas temperaturas.The catenaries will be made with fire galvanized steel cable with a section of the order of 16 mm and treatment with enamel painting for high temperatures.
Serão utilizadas as prumadas das torres edas catenárias para conduzir as correntes de descargasatmosféricas que por sua vez estarão interligadas no Sistema deAterramento.The turrets of the towers and catenary will be used to conduct the atmospheric discharges currents which in turn will be interconnected in the Grounding System.
O sistema de proteção contra descargaselétricas atende as normas: IEEE-80, IEC 610224 e,recomendações CIGRE e NBR-5419.The lightning protection system meets IEEE-80, IEC 610224 and CIGRE and NBR-5419 recommendations.
Breve descrição dos desenhos da invençãoBrief Description of the Invention Drawings
A caracterização da presente solicitação depatente de privilégio de invenção ora proposta é feita por meio dosdesenhos representativos do "SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRADESCARGAS ATMOSFÉRICAS DIRETAS E INDIRETAS PARAESTRUTURAS VERTICAIS ELEVADAS", de tal modo, que oproduto possa ser integralmente reproduzido por técnica adequada,permitindo plena caracterização da funcionalidade do objetopleiteado.The characterization of the present request for the privilege of invention proposed here is made by means of the representative drawings of the "DIRECT AND INDIRECT ATMOSPHERIC HIGH VERTICAL DISCHARGE PROTECTION SYSTEM", so that the product can be fully reproduced by appropriate technique, allowing full characterization. of the functionality of the subject.
A partir das figuras elaboradas, queexpressam a melhor forma ou forma preferencial de se realizar oproduto ora idealizado, se fundamenta a parte descritiva dorelatório, através de uma numeração detalhada e consecutiva, ondeesta esclarece aspectos que possam ficar subentendidos pelarepresentação adotada, de modo a determinar claramente aproteção pleiteada.From the elaborated figures, which express the best way or preferred way to realize the idealized product, is based on the descriptive part of the report, through a detailed and consecutive numbering, which clarifies aspects that may be understood by the adopted representation, in order to clearly determine claimed protection.
A seguir, para melhor entendimento ecompreensão de como se constitui o "SISTEMA DE PROTEÇÃOCONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS DIRETAS E INDIRETASPARA ESTRUTURAS VERTICAIS ELEVADAS", que aqui sepleiteia, apresentam-se os desenhos ilustrativos em anexo, onde sevê:Following, for a better understanding and understanding of what constitutes the "PROTECTION SYSTEM AGAINST DIRECT AND INDIRECT ATMOSPHERIC DISCHARGES FOR HIGH VERTICAL STRUCTURES", which follows, the attached illustrative drawings, where:
A FIG. 01 - Mostra uma vista em perspectivasuperior do sistema de proteção contra descargas atmosféricasdiretas e indiretas para estruturas verticais elevadas.FIG. 01 - Shows a top perspective view of the direct and indirect lightning protection system for elevated vertical structures.
A FIG. 02 - Mostra outra vista emperspectiva superior do sistema de proteção contra descargasatmosféricas diretas e indiretas para estruturas verticais elevadas.FIG. 02 - Shows another top perspective view of the direct and indirect lightning protection system for elevated vertical structures.
A FIG. 03 - Mostra outra vista emperspectiva superior do sistema de proteção contra descargasatmosféricas diretas e indiretas para estruturas verticais elevadas.FIG. 03 - Shows another top perspective view of the direct and indirect lightning protection system for elevated vertical structures.
A FIG. 04 - Mostra uma vista superior dosistema de proteção contra descargas atmosféricas diretas eindiretas para estruturas verticais elevadas.FIG. 04 - Shows a top view of the direct and indirect lightning protection system for elevated vertical structures.
A FIG. 05 - Mostra uma vista em elevaçãodo sistema de proteção contra descargas atmosféricas diretas eindiretas para estruturas verticais elevadas.FIG. 05 - Shows an elevation view of the direct and indirect lightning protection system for elevated vertical structures.
A FIG. 06 - Mostra uma vista detalhada dafixação e aterramento no solo, utilizado pelo sistema de proteçãocontra descargas atmosféricas diretas e indiretas para estruturasverticais elevadas.FIG. 06 - Shows a detailed view of ground fixing and grounding, used by the protection system against direct and indirect lightning strikes for elevated vertical structures.
A FIG. 07 - Mostra uma vista detalhada dafixação e aterramento na torre, utilizado pelo sistema de proteçãocontra descargas atmosféricas diretas e indiretas para estruturasverticais elevadas.FIG. 07 - Shows a detailed view of the fixation and grounding in the tower, used by the protection system against direct and indirect lightning strikes for elevated vertical structures.
Estas figuras são meramente ilustrativas,podendo apresentar variações, desde que não fujam do inicialmente5 requerido.These figures are merely illustrative and may vary as long as they do not depart from the initially required5.
Descrição detalhada da invençãoDetailed Description of the Invention
De conformidade com o quanto ilustram asfiguras acima relacionadas, o "SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRADESCARGAS ATMOSFÉRICAS DIRETAS E INDIRETAS PARAESTRUTURAS VERTICAIS ELEVADAS", concebe um sistema deproteção contra descargas atmosféricas para proteger estruturasverticais elevadas, como plataformas marítimas, navios, instalaçõesaeroportuárias ou bases de lançamento de foguetes em suasplataformas de lançamentos e mesmo quando da sua preparaçãopara lançamento.As illustrated by the above figures, the "DIRECT AND INDIRECT ATMOSPHERIC LIGHTING PROTECTION SYSTEM FOR HIGH VERTICAL STRUCTURES" designates a lightning protection system to protect high vertical structures such as offshore platforms, ships, airport installations or launch pads on their release platforms and even when preparing for release.
O sistema de proteção contra descargaselétricas possui três torres interligadas por cabos de aço, de fora acompor uma "gaiola" devidamente aterrada, a fim de blindar ovolume onde se encontra o foguete, contra as descargas elétricasde plano superior e flancos laterais.The lightning protection system has three towers interconnected by steel cables, and it also has a properly grounded "cage", to shield the volume where the rocket is, against the upper plane electrical discharges and side flanks.
Denominado de sistema de proteção contradescargas elétricas diretas e indiretas para estruturas verticaiselevadas (1) é constituído por três torres (2) de treliças metálicas,posicionadas em pontos imaginários de um triângulo eqüilátero, asquais são interligadas por dois cabos de aço (3) paralelos epróximos aos topos que também descrevem as laterais de umtriângulo eqüilátero.Called the direct and indirect lightning protection system for raised vertical structures (1) it consists of three metal lattice towers (2), positioned at imaginary points of an equilateral triangle, which are interconnected by two (3) parallel and close wire ropes. to the tops that also describe the sides of an equilateral triangle.
Um terceiro cabo de aço (3) saído do vérticeinterno de topo de cada torre (2), forma uma trama com o primeiro esegundo cabo de aço (3), exatamente nos vértices do triângulo quedescrevem, de modo a compor um hexágono suspenso (4)produzido em linhas com nós (5).A third wire rope (3) exiting the top inner vertex of each tower (2) forms a web with the first second wire rope (3), exactly at the vertices of the triangle that it describes, to compose a suspended hexagon (4 ) produced in lines with knots (5).
A porção mediana de cada lateral dotriângulo que eqüivalem as laterais expostas do hexágono suspenso(4), é aterrada no solo, por meio de dois cabos de aço convergentes(7).The median portion of each side of the triangle that equals the exposed sides of the suspended hexagon (4) is grounded to the ground by means of two converging wire ropes (7).
Os cabos de aço se consolidam nas torres(2) e no solo, por meio de um gancho (8) com mola helicoidal (9) eolhai (10) ou, qualquer tipo de ancoragem por elo, sendo que oaterramento (6) é efetuado por meio de um cabo de contato (11)físico que interliga o material do cabo de aço (3), antes da molahelicoidal (9) ao solo ou ao material da estrutura da torre (2), ondecada qual também é aterrada ao solo.The steel cables are consolidated in the towers (2) and in the ground, by means of a coil hook (8) with ankle spring (9) or, any type of link anchoring, and the grounding (6) is made by means of a physical contact cable (11) which interconnects the wire rope material (3) before the coil spring (9) to the ground or the tower structure material (2), which is also grounded to the ground.
Cada torre (2) apresenta em seu topo, umpára-raio (12) devidamente aterrado ao solo.Each tower (2) has at its top a lightning rod (12) properly grounded to the ground.
O volume compreendido, interno e abaixo dohexágono suspenso (4), no qual se posiciona o foguete (13), estáprotegido contra descargas atmosféricas de plano superior e flancoslaterais.The internal volume below the suspended hexagon (4), in which the rocket (13) is positioned, is protected against upper plane and lateral flanks.
O presente relatório descritivo de patentetratou de uma nova concepção sistema de proteção contradescargas elétricas, que apresenta, conforme se pode evidenciarpelas análises realizadas e figuras mostradas, inúmeras diferençassobre os sistemas convencionais existentes, além de característicastécnicas construtivas e funcionais completamente diferentes dessaspertinentes ao estado da técnica.This patent descriptive report has portrayed a new conception of electric overload protection system, which presents, as can be evidenced by the analyzes carried out and figures shown, innumerable differences on the existing conventional systems, besides completely different constructive and functional technical characteristics of those pertaining to the state of the art.
Pelas vantagens que oferece, e ainda, porrevestir-se de características verdadeiramente inovadoras quepreenchem todos os requisitos de novidade e originalidade nogênero, o presente "SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRADESCARGAS ATMOSFÉRICAS DIRETAS E INDIRETAS PARAESTRUTURAS VERTICAIS ELEVADAS" reúne condiçõesnecessárias e suficientes para merecer o privilégio de invenção.Because of the advantages it offers as well as truly innovative features that meet all the requirements of novelty and originality in the genre, the present "DIRECT AND INDIRECT ATMOSPHERIC CLEARANCE PROTECTION SYSTEM" brings together the necessary and sufficient conditions to merit the privilege .
Claims (5)
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