SUBSECRETARIA DE ESTADO DA DEFESA CIVIL
CORPO DE BOMBEIROS MILITAR
DO ESTADO DO RIO DE JANEIRO
DIRETORIA GERAL DE SERVIÇOS TÉCNICOS
CEPrevI - 2012
Instrutor: Maj BM Polito
OBJETIVO:
IDENTIFICAR AS EXIGÊNCIAS DE SISTEMAS DE PROTEÇÃO
CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS (SPDA) FEITAS PELO
CBMERJ E DESCREVER AS CARACTERÍSTICAS BÁSICAS DOS
REFERIDOS SISTEMAS.
SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS
ATMOSFÉFICAS (SPDA)
1 - CONSIDERAÇÕES PRELIMINARES:
A descarga elétrica atmosférica (raio) é um fenômeno da natureza absolutamente
imprevisível e aleatória, tanto em relação as suas características (intensidade da corrente,
tempo de duração, percurso,...), quanto em relação aos danos decorrentes de sua
incidência sobre as edificações. Em termos práticos, nada pode ser feito para impedir a
“queda” de uma descarga atmosférica em uma determinada região. Com base nisso, o
SPDA busca, tão somente, minimizar os efeitos destruidores dos raios, promovendo a
captação a condução e a dispersão da descarga elétrica no solo (aterramento).
Devido a incerteza dos efeitos, da ação e da proteção contra as descargas
atmosféricas, as normas e recomendações existentes são indefinidas em alguns pontos e
imprecisas em outros, sendo necessário muito estudo e uma grande evolução no
conhecimento do assunto para que se disponha de uma melhor orientação quanto ao
tratamento a ser dado na proteção contra as descargas.
Para se ter idéia da evolução lenta que existe sobre o assunto, ainda hoje, a
proposta de Benjamin Franklin de utilizar uma haste metálica vertical para proteção contra
os raios (pára-raio tipo Franklin) é largamente adotada.
2 - NORMAS ADOTADAS:
A norma utilizada no Brasil com relação ao SPDA é a NBR-5419 - “Proteção de
Estruturas Contra Descargas Atmosféricas” da ABNT. Em outros países, temos as
seguintes regulamentações: a norma inglesa é a BS-6651 (“Protection of Structures Against
Lightning”); a suiça é a ASE-4022 (“Installations de Protection Contre la Foudre”); a norteamericana é a NFPA-78 (“Lightning Protection Code”) e, além destas, temos a norma de
uso internacional IEC-1024 (Protection of Structures Against Lightning).
• O CBMERJ ADOTA NA ANÁLISE DE PROJETOS DE SPDA A NBR-5419 DA ABNT.
3 - NÍVEIS DE PROTEÇÃO DAS ESTRUTURAS:
A tabela B-6 da NBR-5419 define para diversas estruturas, níveis de proteção a
serem adotados pelo projetista do SPDA. A divisão desses níveis de proteção leva em
conta os efeitos das descargas atmosféricas na edificação face à sua natureza ocupacional,
estrutural e humana.
Os níveis de proteção de uma estrutura variam de I a IV, ressaltando que, quanto
menor o nível de proteção mais rígidas são as exigências imputadas na instalação do SPDA
em uma determinada edificação, ou seja, menor o risco da estrutura ser atingida por uma
descarga atmosférica.
EXTRATO DA TABELA B-6 DA NBR-5419
TIPO DA ESTRUTURA
NÍVEL DE
PROTEÇÃO
Fazendas
IV
Residências e Indústrias
III
Teatros, Escolas, Edificações Comerciais,
Igrejas, Museus, Prisões, Casas de Repouso,
Áreas Esportivas e Hospitais
II
ESTRUTURAS COM RISCO
CONFINADO
Estações de Telecomunicação, Usinas
Elétricas e Indústrias*
I
ESTRUTURAS COM RISCO
PARA
OS ARREDORES
Refinarias, Postos de Combustíveis, Fabricas
de Fogos, Fábricas de Explosivos e Munições
I
ESTRUTURAS COM RISCO
PARA O MEIO AMBIENTE
Indústrias Químicas, Usinas Nucleares e
Laboratórios Bioquímicos
I
CLASSIFICAÇÃO DA
ESTRUTURA
ESTRUTURAS
COMUNS
* Quando houver elevado risco de incêndio as Indústrias terão seu SPDA dimensionado no Nível de Proteção I.
4 - COMPONENETES DE UM SPDA:
4.1 - CAPTORES - Parte do SPDA destinada a interceptar as descargas atmosféricas.
Têm a função de reduzir, ao mínimo, a probabilidade da estrutura ser atingida diretamente
pelo raio, além disso, devem possuir resistência térmica e mecânica suficientes para
suportar o calor gerado no ponto de impacto, bem como, os esforços eletromecânicos
resultantes.
4.2 - CONDUTORES DE DESCIDA - Parte do SPDA destinada a conduzir a corrente
da descarga atmosférica desde os captores até o subsistema de aterramento. Assim como
os captores, também devem possuir resistência térmica e mecânica suficientes para
suportar o calor e as tensões geradas pela passagem de correntes elétricas altíssimas.
4.3 - ANÉIS DE CINTAMENTO OU DE EQUALIZAÇÃO - Dispositivos de instalação
obrigatória, a cada 20,00 (vinte) metros de altura, interligando todos os condutores de
descida, com o objetivo principal de igualar os potenciais desses condutores. Por isso, os
anéis de cintamento devem possuir as mesmas características das descidas. Cabe
ressaltar que este tipo de dispositivo é dispensado em instalações que adotem condutores
de descida naturais.
4.4 - SUBSISTEMA DE ATERRAMENTO - Parte do SPDA destinada a conduzir e
dispersar a corrente da descarga atmosférica na terra. Além de suportarem os esforços a
que são submetidos os captores e os condutores de descida, o subsistema de aterramento
deve resistir ainda, aos agentes agressivos encontrados nos diferentes tipos de solos.
• Todos os componentes de um SPDA podem ainda, ser classificados como
NATURAIS ou NÃO-NATURAIS (CONVENCIONAIS):
NATURAIS - Componentes da estrutura da edificação que desempenham uma função de
proteção contra descargas atmosféricas, mas não são instalados especificamente para este
fim. Para que o uso dos elementos naturais no SPDA seja racional e eficiente é necessário
que seja feito, ainda na fase de projeto, um estudo detalhado das características construtivas
de cada elemento e que seja assegurada a continuidade elétrica entre os mesmos.
Exemplos: coberturas metálicas utilizadas como captores, pilares metálicos ou armaduras de
aço utilizadas como descidas, armaduras de aço das fundações utilizadas como
aterramento.
Ferragens dos pilares
usadas como descidas
NÃO-NATURAIS (CONVENCIONAIS) - Componentes do SPDA que desempenham a
função exclusiva de proteção contra descargas atmosféricas, ou seja, são instalados
especificamente para este fim.
Exemplos: captores tipo Franklin, captores horizontais e condutores de descida em cabos
de cobre nu, hastes de aterramento.
DESCIDA NATURAL E ATERRAMENTO
CONVENCIONAL CONJUGADOS
5 - MÉTODOS DE PROTEÇÃO:
Os três métodos de proteção previstos na NBR-5419 são, na verdade, diferentes
maneiras de se captar os raios, visto que o dimensionamento das descidas e do
aterramento permanecem os mesmos. Temos, basicamente, dois princípios de captação:
um deles, adotado pelos Métodos Franklin e Eletrogeométrico, utiliza como captores
condutores metálicos verticais (denominados hastes verticais ou, simplesmente, pára-raios)
distribuídos regularmente pela cobertura da edificação; no outro princípio, utilizado pelo
Método da Gaiola de Faraday, temos condutores horizontais formando uma malha apoiada
sobre o volume a proteger.
Os Métodos Franklin e Eletrogeométrico diferem quanto ao modelo matemático
utilizado para a previsão do subsistema de captação. O Franklin é baseado apenas em
observações, enquanto o Eletrogeométrico utiliza um modelo estudado e comprovado em
laboratórios. A tendência mundial é o desaparecimento do método Franklin, mantido em
algumas normas apenas para facilitar uma evolução gradual para o Eletrogeométrico.
Alguns países, como Estados Unidos e Dinamarca, não mais utilizam o método Franklin.
5.1 - MÉTODO FRANKLIN - O dimensionamento da área protegida pelo Método
Franklin é baseado em um cone imaginário, cuja aresta tem origem no topo da haste
vertical (captor Franklin) considerada. O ângulo de proteção do captor é definido pela
Tabela 1 da NBR-5419 e varia de acordo com o Nível de Proteção e a altura da edificação.
CAPTOR FRANKLIN
DEFINIÇÃO DA ÁREA PROTEGIDA PELA HASTE
EXTRATO DA TABELA 1 DA NBR-5419 - Parte I
NÍVEL DE
PROTEÇÃO
H < 20m
α
H < 30m
α
H < 45m
α
H < 60m
α
H > 60m
α
I
25º
1)
1)
1)
2)
II
35º
25º
1)
1)
2)
III
45º
35º
25º
1)
2)
IV
55º
45º
35º
25º
2)
1)
2)
Aplicam-se somente os Métodos Eletrogeométrico ou Gaiola de Faraday
Aplica-se somente o Método Gaiola de Faraday.
5.2 - MÉTODO ELETROGEOMÉTRICO - Também chamado Método da Esfera
Rolante, é baseado em estudos feitos a partir de registros fotográficos, da medição dos
parâmetros dos raios, dos ensaios em laboratórios de alta tensão e do emprego das
técnicas de simulação e modelagem matemática. Nesse método, a área protegida de uma
edificação é definida através de uma esfera imaginária que é rolada sobre o sistema de
proteção projetado (hastes verticais e condutores horizontais) e pelo entorno da edificação,
de forma que nenhum ponto da estrutura seja tocado por esta esfera. Assim como no
Método Franklin, o raio da esfera é determinado pela Tabela 1 da NBR-5419 e varia de
acordo com o Nível de Proteção.
DEFINIÇÃO DA ÁREA A SER PROTEGIDA PELO CAPTOR
EXTRATO DA TABELA 1 DA NBR-5419 - Parte II
NÍVEL DE PROTEÇÃO
RAIO DA ESFERA
(m)
I
20
II
30
III
45
IV
60
5.3 - MÉTODO DA GAIOLA DE FARADAY - Método mais utilizado atualmente, é
baseado na teoria de Faraday, segundo a qual o campo no interior de uma gaiola blindada
é nulo, mesmo quando passa por seus condutores uma corrente de valor elevado. Para
que esse campo seja, efetivamente, nulo é preciso que a corrente se distribua
uniformemente por toda a superfície. O Método de Faraday consiste em instalar um
sistema de captores formado por condutores horizontais a serem instalados na cobertura
da edificação, interligados em forma de malha, cujo módulo (largura e comprimento)
também deve estar de acordo com a Tabela 1 da NBR-5419.
DISTRIBUIÇÃO DOS CAPTORES
NA COBERTURA DA EDIFICAÇÃO
EXTRATO DA TABELA 1 DA NBR-5419
Parte III
NÍVEL DE
PROTEÇÃO
MÓDULO MÁXIMO
DA MALHA
(Lar. x Compr.)
I
5m x 10m
II
10m x 20m
III
10m x 20m
IV
20m x 40m
6 - CUIDADOS NA INSTALAÇÃO DO SPDA:
• Os condutores de descida devem ser, na medida do possível, retilíneos e verticais, de
modo a promover o trajeto mais curto e direto até o aterramento. Curvas acentuadas nas
descidas devem ser evitadas.
• A distância entre os condutores de descida e aberturas existentes na fachada (portas,
janelas,...), deverá ser de no mínimo 0,50 m.
• Não são admitidas emendas nos condutores de descida, exceto na interligação destes
com o subsistema de aterramento.
• Os condutores de descida devem ser protegidos contra danos mecânicos até, no mínimo,
2,50 m acima do nível do solo. A proteção deve ser através de eletroduto rígido de PVC ou
metálico; neste último caso, o condutor de descida deverá ser interligado às extremidades
superior e inferior do eletroduto.
• Os cabos de cobre, em seus percursos horizontais e verticais, na cobertura ou junto às
fachadas da edificação devem ser protegidos por espaçadores distribuídos regularmente,
evitando o contato desses condutores com a estrutura da edificação.
• Além dos itens já citados, durante a vistoria para obtenção do Certificado de Aprovação o
Oficial deverá atentar para os seguintes itens, conforme previsto no Laudo de Exigências e
no projeto aprovado:
- Dimensões (seção transversal, espessura, diâmetro,...) dos condutores exigidos;
- Número de hastes verticais e/ou módulo da malha dos captores horizontais, conforme o
caso;
- Número de condutores de descida;
- Anéis equipotenciais exigidos;
- Tipo de aterramento adotado (com hastes verticais, aterramento em anel,...);
- Continuidade elétrica entre as partes componentes do sistema, essencialmente, quando
forem previstos elementos naturais.
6 - CAPÍTULO XVII DO COSCIP - DOS DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO
POR PÁRA-RAIOS:
Art. 165 – O cabo de descida ou escoamento dos pára-raios deverá passar distante de
materiais de fácil combustão e de outros onde possa causar danos.
Art. 166 – Na instalação dos pára-raios será observado o estabelecimento de meio da
descarga de menor extensão e o mais vertical possível.
Art. 167 – A instalação dos pára-raios deverá obedecer ao que determinam as normas
próprias vigentes, sendo da inteira responsabilidade do instalador a obediência às mesmas.
Art. 168 – O Corpo de Bombeiros exigirá pára-raios em:
I – Edificações e estabelecimentos industriais ou comerciais com mais de 1.500m² (um mil e
quinhentos metros quadrados) de área construída;
II – Toda e qualquer edificação com mais de 30m (trinta metros) de altura;
III – Áreas destinadas a depósitos de explosivos ou inflamáveis;
IV – Outros casos, a critério do Corpo de Bombeiros, quando a periculosidade o justificar.
7 - LEGISLAÇÃO COMPLEMENTAR:
7.1 - LEI ESTADUAL Nº 1.587 DE 14/12/1989;
CAPTOR FRANKLIN COMUM
CAPTOR RADIOATIVO
7.2 - SEÇÃO I DO CAPÍTULO III DA RESOLUÇÃO SEDEC Nº 142/94;
7.3 - ARTIGOS 49, 50 e 51 DA RESOLUÇÃO SEDEC Nº 300/06.
FIM