Sistema de Proteção contra Descarga Atmosférica (SPDA)
Este tutorial apresenta os conceitos básicos de sistema de proteção contra descarga atmosférica.
José Alvaro Reis
Engenheiro Eletricista.
Categoria: Infraestrutura para Telecomunicações
Nível: Introdutório
Enfoque: Técnico
Duração: 20 minutos
Publicado em: 28/02/2005
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SPDA: Introdução
1.0 Introdução
Raios são fenômenos atmosféricos caracterizados pela formação de correntes elétricas com milhões de volts
de potencial e que atingem a superfície causando prejuízos materiais e mesmo mortes. Normalmente, a
temporada de temporais tem inicio em Setembro e vai até Março.
Foi muito longo o caminho para se descobrir a natureza elétrica das descargas atmosféricas e para se chegar
a regras aceitáveis de proteção para propriedades, aparelhos e principalmente pessoas.
Até hoje não se tem 100% de proteção, desde que Franklin propôs pela primeira vez o método de proteção
contra raios de um edifício até os tempos de hoje a proteção máxima que se consegue é 98% de eficiência.
Veremos neste tutorial os métodos de Franklin, Faraday e eletromagnético e seus componentes, pois são os
únicos com base cientifica comprovada, além de ver detalhes específicos de algumas aplicações comuns em
nosso dia a dia.
Vamos ver algo sobre a corrente elétrica e seu efeito sobre o ser Humano.
1.1 Corrente Elétrica
O choque elétrico é provocado pelo contato entre um condutor vivo e a massa de um elemento condutor
(metálico), a corrente de fuga normal, ou ainda pela deficiência ou falta de isolamento em um condutor ou
equipamento.
Uma pessoa que neles venha tocar recebe uma descarga de corrente, em virtude da diferença de potencial
entre a fase energizada e a terra.
A corrente passa pelo corpo humano em direção à terra, e seu efeito será tanto maior quanto forem o
contato de superfice do ser humano com a peça energizada e com a terra.
Um choque elétrico pode produzir na vitima o que se chama Morte Aparente, isto é a perda dos sentidos –
anoxia(falta de oxigênio no cérebro), asfixia(ausência de respiração), anoxemia(ausência de oxigênio no
sangue – conseqüência da anoxia), parada cardíaca devido a falta de fibrilação ventricular, queimaduras
superficiais nas áreas de contato, queimaduras profundas dependendo da intensidade e duração, atingir
órgãos vitais e provocar sua destruição ( comum em choques entre as duas mão, uma no vivo e outra na
terra.
A corrente que passa pelo corpo humano pode ser calculada por:
I=U/(Rc1+Rc2+Rcorpo)
Rc1 = Resistência de contato com o condutor vivo
Rc2 = Resistência de contato com a terra
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Abaixo segue uma tabela com os valores de resistência e corrente para diversas situações comuns para
100V/60hz.
Resistência total
ohms
Corrente no corpo para
100V(miliamperes)
A corrente entra pela ponta do dedo de uma mão e sai
pela ponta do dedo da outra mão (dedos secos)
15700
6
A corrente entra pela palma da mão de uma das mãos e
sai pela palma da outra mão (Secas)
900
111
A corrente entra pela ponta do dedo e sai pelos pés
calçados
18500
5
A corrente entra pela ponta do dedo e sai pelos pés
calçados ou descalços molhados
15500
6
A corrente entra pela mão atravez de uma ferramenta e
sai pelos pés calçados e molhados
600
116
A corrente entra pela mão molhada e sai por todo o
corpo mergulhado em uma banheira
500
200
Situação
3
Relação entre intensidade corrente (AC) x conseqüência
Intensidade
da corrente
Perturbações
durante choque
1
nenhum
miliampére
Estado após o
choque
Salvamento
Resultado final
mais provável
normal
-
normal
1a9
miliAmp.
Sensação cada vez mais
desagradável, à medida que a
corrente
aumenta
ocorre
contrações musculares.
normal
Desnecessário
normal
9 a 20
miliamp.
Sensação dolorosa,
contrações violentas,
Asfixia, Anoxia, Anoxemia,
perturbações circulatórias.
Morte aparente
Respiração
Artificial
Restabelecimento
20 a 100
miliamp.
Sensação insuportável,
todos os sintomas anteriores
Morte aparente
em maior intensidade,
fibrilação ventricular.
Respiração
Artificial
Restabelecimento
ou morte em poucos
minutos
Acima de
100
miliamp.
Asfixia imediata,
fibrilação ventricular,
Alteração muscular,
queimaduras
Morte Aparente
ou morte
imediata
Muito difícil
Morte
Vários
Amperes
Asfixia imediata,
parada cardíaca,
queimaduras graves
Morte Aparente
ou morte
imediata
Praticamente
impossivel
Morte
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SPDA: Raios e Trovoadas
2.0 Proteção Pessoal
Os raios podem causar a morte de pessoas e animais por vários efeitos durante a descarga entre nuvem e
terra.
Quando o líder ascendente, saindo de um solo plano, se encontra com o líder descendente, forma-se a
descarga de retorno, que é de grande intensidade, produzindo:
Elevação da temperatura no centro do raio e como conseqüência, uma violenta expansão do ar, com o
ruído de um estrondo, que é o trovão.
Fortes campos eletromagnéticos, em torno do ponto central do raio que se propagam a centenas de
metros.
Linhas radiais de corrente no solo, com origem no ponto de impacto do raio.
Ao longo das linhas de corrente,existirão quedas de tensão, variáveis com a resistência do solo,
formando em direção radial concêntrico linhas de corrente e em direção de curvas concêntricas linhas
equipotenciais vide fig.1
Incêndio de arvores se o raio for de baixa intensidade e longa duração ou romper-se se for de alta
intensidade e baixa duração.
Figura 1: Linhas de corrente e equipotenciais
3.0 Efeitos sobre os seres vivos
São os efeitos que o raio provoca sobre os seres vivos, quando atinge direta ou indiretamente um ser vivo,
podem ocorrer pela exposição ao campo eletromagnético e suas correntes de circulação no corpo dos seres
vivos.
3.1 Parada cardíaca
Provocada pela passagem de corrente no troco do ser vivo, que causa fibrilação ventricular com parada
cardíaca.
3.2 Tensão de passo
É a tensão entre os pés do ser vivo, ou seja, um passo do mesmo (com os pés separados), com isto ele ficara
com os pés em linhas equipotenciais diferentes provocando passagem de corrente pelo seu tronco, num ser
vivo bispede isto raramente provoca a morte, pois a parcela de corrente é pequena (linhas equipotenciais
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próximas), já nos quadrúpedes geralmente é fatal (linhas equipotenciais distantes) maior diferença de
potencial, logo maior corrente passando pelo tronco do ser vivo.
3.3 Tensão de toque
É a tensão provocada pelo toque do ser vivo no condutor durante uma descarga eletromagnética e
geralmente é provocada pela alta impedância do condutor, provocando passagem de corrente pelo ser vivo
que possui uma impedância menor que o condutor.
3.4 Descarga Lateral
É provocado pela descarga do condutor ao ser vivo próximo pelo rompimento da resistência do ar provocada
pela alta tensão na hora da descarga atmosférica, geralmente quando as pessoas estão em baixo do ponto de
descarga (Arvores ou sofrem efeitos dos campos magnéticos no laço entre eles e a árvore).
3.5 Descarga direta
É o caso onde uma pessoa andando em campo aberto recebe diretamente o raio, neste caso ocorre
queimaduras e passagem de corrente pelo coração e cérebro geralmente levando o ser vivo a morte. Os
sobreviventes geralmente são seres que receberam a descarga de um braço menor do raio ou ramo do
mesmo, com baixa intensidade.
4.0 Regras práticas de proteção
Se estiver em campo aberto, procurar um abrigo fechado.
Se não houver abrigo, abaixar-se com os pés juntos e mãos sobre os joelhos e aguardar passar a
tempestade de trovoada (aproveite para rezar).
Nunca ficar na praia durante uma tempestade de trovoada.
Não permanecer na água durante a tempestade, pois pôde ocorrer diferença de potencial e provocar
ocorrência de corrente no tronco (parada cardíaca).
Não sair a janela para apreciar as tempestades, pois os campos magnéticos poderão mata-lo.
Afastar-se de peças metálicas expostas ao tempo.
Proteger os equipamentos elétricos, se não houver proteção desliga-los da rede de energia.
Para Equipamentos de dados e telefonia, desligar inclusive as redes de Internet e Telefonia.
Aos primeiros sinais de um temporal, planeje o que fazer no caso de ocorrência das descargas elétricas
nas proximidades.
Você pode estimar a distância de incidência dos raios usando o método chamado "flash-to-bang" ou
"relâmpago-trovão". Contando os segundos entre o "clarão" do raio e o trovão que você ouve e
multiplicando por 300 tem-se a distância em metros do local onde ocorreu a descarga. Assim, se você
ver o clarão e contar até oito, por exemplo, significa que o raio "caiu" a 2.400 metros do local onde
você se encontra. Para contar os segundos você pode usar a seqüência...Mil e um, mil e dois, mil e três
etc...
A possibilidade de você ser atingido por um raio em um temporal inicia-se meia hora antes e continua
até cerca de meia hora após sua atividade máxima. Mantenha-se protegido nesse tempo.
O raio nunca avisa aonde vai "cair". A melhor proteção é se prevenir com antecedência. Se você vir o
primeiro clarão, contar cerca de 30 segundos e depois ver outro clarão e contar menos que 30
segundos, já é hora de se prevenir, procurando abrigo nas proximidades. Isso porque, normalmente,
um raio pode "escapar" do centro de atividade da nuvem e atingir áreas a longas distâncias.
Durante os temporais evite aglomeração de pessoas mantendo pelo menos uma distância de 5 metros
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uma da outra.
Se você estiver em locais abertos como campo de futebol, piscina etc, aos primeiros sinais de um
temporal abandone imediatamente o local, procurando abrigo em prédios.
Nunca seja o ponto mais alto da redondeza. O raio procura sempre os pontos que se sobressaem da
superfície como atrativo à descarga. Caso você esteja em um local descampado, abaixe-se com os
joelhos dobrados e as mãos na nuca procurando tampar os ouvidos.
Nunca procure abrigo sob árvores isoladas ou prédios rústicos como aqueles de proteção para animais,
existentes em pastagens.
Externamente, nunca fique perto de cercas metálicas, rios, lagos, veículos ou superfícies que
conduzam eletricidade.
Se você estiver no alto de um morro, desça para o ponto mais baixo do terreno.
Prédios de concreto com fiação elétrica, canalizações de água ou de outro tipo constituem-se em
excelente proteção contra as descargas.
Se você estiver dentro de casa ou de qualquer prédio, retire os "plugs" dos aparelhos elétricos das
tomadas, não use telefone ou outros equipamentos elétricos. Fique longe de tomadas de força ou de
superfícies metálicas.
Se você estiver em uma estrada ou na rua, a melhor proteção existente é dentro do veículo com os
vidros fechados. Não são os pneus que promovem a proteção mas sim um fenômeno da física
chamado Gaiola de Faraday.
Você pode ser atingido não somente pelo raio diretamente como também por "faiscas" refletidas por
objetos da proximidade.
5.0 Incidência de Trovoadas (Mapas Isocerâumico)
Uma Trovoada pode ser definida como o conjunto de fenômenos eletromagnéticos, acústicos e luminosos
que ocorrem numa descarga atmosférica.
Índice Cerâumico: numero de dias que ocorre trovoadas em uma dada localidade.
Mapa isoceurâmico: mapa com a união das localidades com seus índices cerâumicos.
Se olharmos o mapa isocerâumico abaixo notaremos que existem regiões com índice muito baixo (1 a 5) e
outras de nível muito alto (120 a 250), notamos ainda que na região do equador concentram-se as de maior
valor e nos continentes existem maiores concentrações que nos oceanos.
Para técnica de proteção o importante é saber a densidade de raio por km² por ano, se este parâmetro for
conhecido será fácil calcular a probabilidade de caírem raios, por ano, em uma área.
Os especialistas e empresas de energia usam contadores de raios que são dispositivos que possuem uma
antena captora que captam as radiações eletromagnéticas emitidas pelos raios e as registram em um
dispositivo contador (raio de ação do contador +/- 20km)
Medidor de Raios
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Mapa Isocerâumico
Rindat – Projeto INPE / CEMIG/ Furnas para medição de incidência de raios disponível pela internet.
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SPDA: Níveis de Proteção
6.0 Necessidade de Proteção
A decisão de proteger uma determinada estrutura pode ser de ordem legal (códigos de obras municipais –
Brasil), uma preocupação do proprietário para evitar prejuízos materiais e pessoais, ou exigência das
seguradoras já que raios provocam danos e incêndio.
O Método pode vir especificado pelo código de obras ou ser um dos existentes na norma NBR5419.
Área de atração
É a área da vista em planta aumentada proporcionalmente a uma vez a altura da estrutura (NBR5419) e tres
vezes a altura IEC1024-I.
Fórmula de cálculo
Formação paralelepipédica: Ap = área base+2x área da base + ¶ x h ao quadrado
Com a área de proteção calcula-se a probabilidade de queda de raios.
P=Ap x Ng x 0,000001 onde: Ng = densidade de raios na região e 0,000001 ajuste de unidades.
Logo teremos a probabilidade de ocorrência de raios em uma determinada estrutura, ou seja, de quantos em
quantos anos cairá um raio na estrutura.
Com isto podemos calcular a obrigação de proteção ou não pela norma.
P0=P x A x B x C x D x E onde:
P0 = Necessidade de proteção obrigatória
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Se P0 < 0,00001 será desnecessário, se P0 > 0,001 será obrigatório a proteção.
Tipo de ocupação
Fator A
Casas
0,3
Casas com antenas externas
0,7
Fábricas e laboratórios
1,0
Escritórios, hotéis, apartamentos
1,2
Shopping, estádios, exposições
1,3
Escolas e Hospitais
1,7
Material de construção
Fator B
Metal revestido, não metálico
0,2
Concreto Cob. n ão metálico
0,4
Metal ou Concreto cobertura metálica
0,8
Alvenaria
1,0
Madeira
1,4
Alvenaria ou madeira com cob. metálica
1,7
Cobertura de palha
2,0
Conteúdo
Fator C
Comum, sem valor
0,3
Sensível a danos
0,8
Subestação, gás, Telecom.
1,0
Museu e monumentos
1,3
Escolas e hospitais
1,7
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Localização
Fator D
Rodeado por arvores ou estruturas
0,4
Semi-isolada
1,0
Isolada
2,0
Topografia
Fator E
Planície
0,3
Colina
1,0
Montanha, 300 a 900 m.
1,3
Montanha acima de 900 m.
1,7
Fatores A,B,C,D,E de atração de raios.
7.0 Níveis de proteção
A NBR5419 relaciona 4 níveis de proteção relacionados com as estruturas como relacionado abaixo:
Nível I – Destinado às estruturas nas quais uma falha do sistema de proteção pode causar danos às
estruturas vizinhas ou ao meio ambiente.Ex.: depósitos de explosivos, materiais sujeitos à explosão,
material tóxico ao meio ambiente...etc.
Nível II – Destinados às estruturas cujos danos em caso de falha serão elevados ou haverá destruição
de bens insubstituíveis e/ou de valor histórico, mas em qualquer caso se restringirão à estrutura e seu
conteúdo, EX.: Museus, escolas, ginásios esportivos, Estádio de futebol...etc.
Nível III – Destinada às estruturas de uso comum, como residências, escritórios, fábricas sem risco de
explosão ou de risco, ...etc.
Nível IV – Destinadas às estruturas construídas de material não inflamável, com pouco acesso de
pessoas, e com conteúdo não inflamável. EX.: depósitos em concreto, e com conteúdo não inflamável,
estoque de produtos agrícolas ...etc.
8.0 – Avaliação de Risco
Para imaginar os riscos precisaremos usar um modelo de um caso prático onde indicaremos os riscos
envolvidos, abaixo temos a descrição dos riscos existentes em uma edificação e sistema de proteção.
8.1 Falha da Blindagem direta – é quando uma descarga atmosférica consegue passar entre os cabos e
captores ou ao lado deles e chegar à área protegida, podendo provocar incêndio ou explosão, para se evitar
isto o numero de cabos deve ser aumentado diminuindo o espaço entre eles.
8.2 Falha da auto proteção – uma descarga passa pelos captores e atinge o teto fora do volume de
proteção provocando fusão da telha com a volume protegido que inflama a mistura da zona 1 logo abaixo do
teto, pode-se evitar isto com telhas de espessura mais grossa ou melhorando a blindagem.
8.3 Falha de dimensionamento – ocorre quando o sistema foi mal dimensionado e se utilizou cabo de
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descida inferior aos mínimos recomendados, provocando seu rompimento ao receber uma
8.4 descarga, neste caso é necessário se efetuar a troca dos condutores.
8.5 Falha na proximidade – isto ocorre porque os condutores e captores estão muito próximos das
estruturas do volume protegido, pode-se evitar esta falha distanciando mais os componentes do sistema das
paredes e tetos da estrutura.
8.6 Geração de descargas laterais – ao ocorrer uma descarga a corrente que passa nos condutores de
descida causam quedas de tensão ao longo desses componentes e podem dar origem a descargas laterais às
pessoas que estejam em sua proximidade, esta tensão é a resultante da queda indutiva nos condutores e a
queda de tensão no sistema de terra, a solução é melhorar o numero de condutores de descida e melhorar o
sistema de aterramento.
8.7 Geração de tensões de passo – as correntes ao se dispersarem no solo, produzirão tensões de passo
perigosas às pessoas que estiverem na vizinhanças do sistema de proteção, tensões geradas pela diferença de
potencial a cada metro do ponto de impacto, solução é colocar uma grossa camada de concreto e/ou
melhorar o sistema de aterramento de forma a diminuir as tensões de grade em torno do aterramento e ponto
de impacto.
8.8 Geração de tensão de toque – uma pessoa pode tocar nos condutores de descida no qual naquele exato
momento está sendo gerada uma tensão indutiva + diferença de potencial pela descarga atmosférica, solução
é colocar materiais isolantes até a altura de 2,5 mts e/ou obstáculos que mantenham as pessoas afastadas
destes pontos.
9.0 Eficiência do sistema de proteção / Níveis
É importante primeiro vermos algumas definições importantes referentes a eficiência.
Eficiência da interceptação: é a relação entre o número de descargas atmosféricas recebidas pelo
sistema de captores e o numero médio esperado de descargas sobre a área de atração da estrutura.
Eficiência do dimensionamento: é a relação entre o número de descarga captada pelo sistema e que
não provocaram danos e o numero de descarga captada pelo sistema de proteção.
Eficiência global de um sistema de proteção: é a relação entre o numero de descargas que caem sobre
o sistema de proteção ou sobre a estrutura e não produzem danos a ela e o numero médio esperado de
descargas sobre a área de proteção da estrutura.
Eficiência pela norma NBR5419
Nível de proteção
Eficiência
I
98%
II
95%
III
90%
IV
80%
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SPDA: Métodos de Proteção
10.0 Métodos de Proteção
Uma vez feita a análise de necessidade de proteção de uma determinada estrutura, e determinado o nível de
proteção necessária, o primeiro passo é se escolher o sistema de proteção (Gaiola de faraday, Franklin,
modelo eletromagnético) ou mixto, nesta hora o correto é o engenheiro Eletricista sentar junto com o
arquiteto e definir o sistema mais adequado à estrutura e nível de proteção definido.
Uma vez definido o sistema de proteção, pe necessário se efetuar o calculo dos componentes que compõem
o sistema de forma se assegurar a eficiência do mesmo, assim como, se evitar os danos e falhas poddiveis de
ocorrem.
Qualquer que seja o sistema de proteção escolhido, sempre existirão os três componentes a seguir:
10.1 Sistema de Captores – Tem como função receber os raios, reduzindo ao mínimo a probabilidade da
estrutura receber diretamente o raio, deve ter a capacidade térmica e mecânica suficiente para suportar o
calor gerado no ponto de impacto, bem como os esforços eletromecânicos resultantes, alem disto o ataque
por poluentes deve ser levado em conta na hora de seu dimensionamento;
10.2 Sistema de descida – Tem como função conduzir a corrente de descarga do raio recebido pelo captor
até o sistema de aterramento, reduzindo ao máximo a incidência de descargas laterais e de campos
eletromagnéticos no interior do volume protegido, deve ainda ter a capacidade térmica e mecânica suficiente
para suportar o calor gerado pela passagem da corrente, e boa suportabilidade à corrosão.
10.3 Sistema de Aterramento – Tem como função dispersar no solo a corrente recebida pelos captores e
conduzidas pelos condutores até o solo, reduzindo ao mínimo o risco de ocorrência de tensões de passo e de
toque, deve resistir ao calor gerado e deve resistir ao ataque corrosivo dos diversos tipos de solos.
Estes componentes básicos podem ainda ser divididos em:
10.4 Componentes Naturais: São aqueles existentes na estrutura e que não só podem como devem ser
utilizados no sistema de proteção; esta utilização não só para ser mais eficiente como mais econômica, deve
ser prevista durante fase de projeto, se os elementos não forem visíveis e não havia previsão na fase inicial
deve-se evita-los.
10.5 Componentes especiais: são aqueles colocados na estrutura com finalidade explicita de receber,
conduzir ou dispersar a corrente provocada pela descarga atmosférica.
10.6 Proteção isolada: são aquelas onde o sistema de proteção é colocado acima e ao lado da estrutura
sem contato com a mesma de forma isolada (mantendo uma distancia segura) evitando
descargas captor – teto e descidas pela estrutura da parede do volume.
10.7 Proteção não isolada: é aquela onde não existe espaçamento entre o sistema de proteção e a estrutura
do volume protegido, ou seja, colocado diretamente sobre a estrutura do volume protegido.
OBS: quanto maior o uso de componentes naturais, mais estético fica o projeto, alem de mais econômico.
As variações nos métodos de proteção se devem pelo fato de termos mais de uma maneira de captar os raios,
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temos as seguinte maneiras:
Principio usado pelo Método Franklin e eletromagnético: utiliza hastes verticais (chamados de
pára-raios ou terminais aéreos) ou horizontais suspensos (solução análoga das linhas de transmissão).
Principio usado pelo Método Faraday: condutores horizontais não suspensos formando uma malha
sobre a estrutura.
A diferença entre o método Franklin e o Eletromagnético esta no modelo matemático de dimensionamento,
o eletromagnético é mais completo e comprovado pelas linhas de transmissão de energia, é inclusive o mais
recomendado pelos projetistas de SPDA.
10.8 Método Eletromagnético (EGM)
É considerada a mais completa ferramenta para proteção de estruturas, e baseado em métodos científicos de
observação e medição dos parâmetros dos raios, e ensaios de laboratórios de alta tensão.
No modelo eletromagnético considera-se que o líder descendente caminha na direção vertical em direção à
terra em degraus dentro de uma esfera cujo raio depende da carga da nuvem ou da corrente do raio e será
desviado da trajetória original por algum objeto aterrado,
A descarga se dará no ponto onde a esfera tocar este objeto ou na terra aquele que for primeiro alcançado
pela esfera; O raio da esfera é considerado o raio de atração.
Distância de atração: Ra = 10 x I(corrente) elevada à 0,66
Se considerarmos um captor como uma haste vertical de altura H sua zona de proteção será definida pela
equação de uma esfera que define a superfície de proteção.
(X-x)²+(Y-y)²= R²
onde x e y são coordenadas de um ponto genérico da superfície, X e Y são as coordenadas do centro da
esfera e R é o raio da esfera(distancia de atração) conforme figura a seguir.
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Pela norma NBR5419 o Ra – Raio de atração é o seguinte:
Nível
Raio da esfera em mts
I
II
III
IV
20
30
45
60
Toda estrutura a ser protegida tem que estar dentro do volume formado pelo deslocamento da esfera pelo
condutor.
10.9 Método Franklin
Este método se baseia no uso de captores pontiagudos colocados em mastros verticais para se aproveitar os
efeitos das pontas, quanto maior a altura maior o volume protegido, volume este que tem a forma de um
cone formado pelo triangulo retângulo girado em torno do mastro.
No caso de condutores horizontais suportados por hastes verticais, será obtido pelo deslocamento horizontal
do cone de proteção desde a posição de uma haste até a posição da outra haste.
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Volume de proteção de haste vertical
A linha curva entre h1 e h2 tem forma de parábola e,
assim, a equação genérica da sua altura h em relação
ao solo será:
h = ax² + bx + c onde x é a distância horizontal em
relação a h1.
E os coeficientes são dados por:
a = (h2-h1)d**2 + raiz_q (3) / 3d
b = -raiz_q(3) / 3
c = h1
onde raiz_q: raiz quadrada
Volume de proteção de haste com condutor horizontal.
O ângulo de proteção e o raio de esfera admitido pela norma NBR5419 é:
Nível\H
< 20m
< 30m
< 45m
< 60m
I
25°
*
*
*
II
35°
25°
*
*
III
45°
35°
25°
*
IV
55°
45°
35°
25°
Entre dois captores próximos pode-se aumentar em 10° o ângulo na parte interna entre eles e na externa vale
o da tabela acima.
10.10– Método Gaiola de Faraday
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Este método consiste em instalar um sistema de captores formado por condutores horizontais interligados em
forma de malha, quanto menor for a distancia entre os condutores da malha melhor será a proteção obtida.
Dimensões fixadas pela norma NBR5419
Nível
Malha
I
5X7,5
II
10X15
III
10X15
IV
20X20
É prática se utilizar ainda pequenos captores Verticais, com 30 a 50 cm de altura, separados por uma
distancia de 5 a 8 mts ao longo dos condutores da malha, isto se originou da norma inglesa BS 6651.
É bom lembrar que não se deve colocar condutores elétricos paralelos aos condutores da malha na parte
interior da estrutura e próximo aos mesmos.
Volume protegido por malha 5X10 em método Faraday.
11.0 – Comparação entre os três métodos
Na comparação entre os três métodos levando em conta o nível de proteção, eficiência e custo, verificamos
que, o método Gaiola de Faraday leva vantagens em pequenas construções já em edificações de grande
porte o método eletromagnético é o de melhor relação custo beneficio.
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SPDA: Considerações Finais
12.0 – Materiais e seu dimensionamento
12.1 – Captores
Os captores podem ser utilizados para sua fabricação o Cobre e suas ligas, o Alumínio e suas ligas, o aço
inoxidável e o aço galvanizado a quente, a escolha quanto a estes materiais fica a critério do projetista que
deve levar em conta os poluentes da região.
O Sal presente em regiões litorâneas (NaCl) ataca materiais ferrosos e o enxofre existente em fabricas e
locais poluídos ataca o cobre.
Componentes utilizados em um SPDA Típico
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12.2 Condutores (Cabos de descida)
Uma vez ter sido captada pelo captor a descarga atmosférica deverá ser conduzida ao sistema de
aterramento pelos condutores de descida (Cabo de descida) onde o numero de condutores utilizados, o
distanciamento entre eles e a respectiva seção transversal deverão ser escolhidos de maneira que :
Os Condutores suportem térmica e mecanicamente as correntes e os respectivos esforços;
Não hajam descargas laterais;
Os campos eletromagnéticos sejam mínimos;
Não haja risco para as pessoas próximas;
Não haja danos às paredes;
Os materiais usados resistam as intempéries e a corrosão.
Para isto devemos de preferência utilizar os caminhos mais curtos e retilíneos possível para conduzir a
descarga atmosférica, alem disto deve ser utilizado condutores de cobre, alumínio ou aço galvanizado a
quente.
Deve-se ainda tomar cuidado com o contato de materiais diferente como Cobre/Alumínio e Cobre/aço
galvanizado, colocando-se uma proteção extra nestes contatos para proteger da corrosão.
A seção transversal mínima especificada pelas normas é a calculada pelos efeitos térmicos e eletrodinâmicos
causados pela passagem da corrente das descargas atmosféricas. A temperatura limite considerada foi de
500°C, levados em consideração os maiores valores de corrente e a resistência dos condutores.
Para edificações até 20m as seções mínimas são: 16mm² de cobre, 35mm² para alumínio e 50 mm² para o
aço galvanizado.
Para edificações superiores a 20m as seções mínimas são: 35mm², 50 mm² e 70 mm² respectivamente.
12.3 Número de descidas e Espaçamento
O Numero de descidas deve seguir o espaçamento médio máximo exigido pelo nível de proteção:
Nível
Espaçamento Máximo
I
10 m
II
15 m
III
20 m
IV
25 m
Sendo que o numero mínimo de descidas exigido pela norma é de 2. Lembramos que o perímetro do prédio
dividido pelo espaçamento da tabela acima resulta no numero mínimo de descidas.
12.4 Encaminhamento das Descidas
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A corrente do raio tem como tendência, ir para a terra pelo lado externo da estrutura e pelo caminho mais
curta possível (menor indutância), portanto as descidas não devem formar laços que aumentem sua
indutância e possam dar origem a descargas perigosas, principalmente em locais de risco (sujeitos a
incêndio).
O calculo da possibilidade de descarga é o mesmo usado para o calculo da distancia de segurança. As
descidas devem ainda passar eqüidistantes de toda Tubulação de cabo interna da estrutura, pois pode
provocar indução nos mesmos, lembramos ainda que os eletrodutos devem passar a uma distancia segura das
descidas.
A fixação dos condutores de descidas, desde a década de 70 já se utiliza a fixação direta na parede sem
distanciador, pois se verificou que o dano provocado na parede com ou sem distanciador é praticamente o
mesmo e a estética é melhor, permitindo o uso de condutores de descida em forma de barra chata,
cantoneiras, ou outros perfis existentes na estrutura.
12.5 Aterramento
O aterramento, em uma instalação SPDA tem como finalidade de dissipar no solo a corrente do raio, sem
provocar tensões de passo perigosas e mantendo baixa a queda de tensão na resistência de terra, Os
condutores de um sistema de terra são denominados eletrodos e podem ser introduzida nas posições
VERTICAL, HORIZONTAL ou INCLINADA.
13.0 Resistividade do Solo
É a característica do solo que vai determinar sua resistividade, que pode ser definida como a resistência
entre faces opostas de um cubo de aresta unitária construído com material retirado do local (para
laboratório) ou podemos medir com instrumento chamando TERROMETRO (Método de Wenner) com 4
terminais (duas de corrente e duas de tensão), separadas eqüidistantes uns dos outros e podemos calcular a
resistividade pela formula a seguir:
p = 2. ¶. a . R
Quando a distância a for pequena, a resistividade corresponde às primeiras camadas do terreno, à medida
que a distancia entre as hastes vai sendo aumentada, vão sendo incluídas as camadas inferiores, para efeito
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de padronização são utilizadas distancias de 2,4,8,16,32,64 e 128 metros e são realizadas medições em varias
direções no terreno, e o resultado é tratado por Sws através de processos gráficos.
14.0 A medição da Resistência
A resistência de terra pode ser medida por um instrumento desenvolvido para isto chamado
TELURIMETRO ou Termômetro como é mais conhecido.
Estes equipamentos existem em duas versões, com três ou quatro terminais, para medirem resistência e
resistividade respectivamente, eles têm uma fonte de tensão própria e a leitura pode ser analógica ou digital.
A medida é feita colocando-se as hastes a distancias padronizadas pelo fabricante do equipamento
(geralmente dentro da relação 30/50 ou 40/60 metros) estas distancias são grandes para se levar em conta às
camadas inferiores do terreno, depois se medem a escala de tensão, em seguida o valor ôhmico do terreno.
O Valor medido deve estar dentro do máximo pedido pela norma (Em Telecom e informática < 6 ohms).
Caso o valor medido seja superior deve-se tentar redução por um dos métodos estudados a seguir.
15.0 Redução da Resistência de terra
Para se reduzir a resistência de terra usamos um dos seguintes métodos, a saber:
Hastes profundas: Existem no mercado, hastes que podem ser prolongadas por buchas de união; o
instalador vai cravando as secções através de um martelete e medindo a resistência até chegar ao valor
desejado. Alem do efeito do comprimento da haste tem-se uma redução da resistência pela maior
umidade do solo nas camadas mais profundas, sendo que não devem ultrapassar a 18 mts de
profundidade, pois causariam indutância elevada.
Sal para melhorar a condutividade do solo: Este método permite obter resistências mais baixas; o
inconveniente é que o sal (normalmente o Nacl) se dissolve com a água da chuva e o tratamento que
ser renovado a cada 2 ou 3 anos ou ainda menos dependendo do tipo de terreno.
Tratamento Químico: neste método o eletrodo é mantido úmido por um GEL que absorve água
durante o período de chuva e a perde lentamente no período de seca, deve-se tomar cuidado no uso
deste método com o uso de hastes de aço galvanizado devido o ataque corrosivo, no Brasil é
conhecido pelo nome do Fabricante + gel EX: Aterragel, Ericogel, Laborgel,...Etc.
Uso de eletrodos em paralelo: quando os eletrodos são verticais pode-se colocar hastes a uma distancia no
mínimo igual ao comprimento, em disposição triangular, retilínea, quadrangular ou circular. A distancia
mínima esta relacionada com a interferência entre o mesmo e sua redução.
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SPDA: Teste seu entendimento
1. Como determinar a necessidade de um Sistema SPDA?
pela quantidade de aglomeraçao de pessoas no volume a ser protegido.
Pela quantidade de raios que incidem / km2 na região
Pelo tipo de produto ou atividade da empresa a ser protegida.
usando a Norma NBR541
usando todas as alternativas anteriores.
2. Qual o efeito da corrente de toque no corpo humano?
apenas um choque de mili-amperes
passagem de uma pequena corrente pelo corpo
passagem de alguns amperes pelo corpo
fibrilaçao e parada cardiaca devido a alta corrente que passara pelo corpo.
3. Qual o sistema mais apropriado e economico que protege um volume com eficiencia do tipo caixa
d`agua?
sistema de aterramento
sistema SPDA tipo faraday
sistema hibrido faraday + franklin
sistema SPDA tipo Franklin
4. Qual o risco provocado pela tensao de passo?
Choque devido faiscas provocadas pelo raio
estar com os dois pés juntos na hora do raio e tomar a descarga eletrica
durante o evento do raio estar com os pes em dois aneis de potenciais diferentes e uma corrente fluir
pelo corpo provocando danos no corpo humano
um animal bovino (quadrúpede) morrer durante o raio devido estar em movimento
5. Quais os principais componentes de um SPDA Franklin?
Captor franklin, isoladores, conector e cabo de cobre condutor.
Captor franklin, isoladores, condutores de descida.
Captor franklin, isoladores, condutores de descida, hastes de terra (Aterramento).
a, b e c estao corretas.
nenhuma das anteriores.
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