Apostila projetistas spda

TERMOTÉCNICA IND. COM. LTDA
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APOSTILA ORIENTATIVA
PARA PROJETISTAS
SPDA
(SISTEMAS DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS
ELÉTRICAS ATMOSFÉRICAS)
Edição 4
Dezembro / 2003
Fonte: NBR-5419 / 2001 da ABNT
TERMOTÉCNICA IND. COM. LTDA Data: 20/12/03 Página: 1 / 9
Rua Zito Soares, 46 - Jardinópolis - Anel Rodoviário - CEP: 30532_260 - Belo Horizonte - MG

INTRODUÇÃO
Este trabalho tem como objetivo levar ao conhecimento de projetistas, engenheiros e outros
interessados no assunto, algumas orientações técnicas e práticas sobre a implantação de Sistemas de
Proteção Contra Descargas Atmosféricas, baseado em nossa larga experiência de instalação, fabricação ,
projeto e consultoria técnica. Foi usada uma linguagem acessível para facilitar o entendimento de leigos e
pessoas com poucos conhecimentos na área elétrica.
As orientações aqui contidas foram embasadas nas Normas Técnicas NBR5419 / 2001 .
Recomendamos que a norma seja lida, antes de se iniciar qualquer projeto.
CONSIDERAÇÕES INICIAIS
A fim de se evitar falsas expectativas sobre o sistema de proteção, gostaríamos de fazer os
seguintes esclarecimentos:
1 - A descarga elétrica atmosférica (raio) é um fenômeno da natureza absolutamente imprevisível e
aleatório, tanto em relação às suas características elétricas (intensidade de corrente, tempo de duração,
etc ), como em relação aos efeitos destruidores decorrentes de sua incidência sobre as edificações.
2 - Nada em termos práticos pode ser feito para se impedir a "queda" de uma descarga em determinada
região. Não existe "atração" a longas distâncias, sendo os sistemas prioritariamente receptores. Assim
sendo, as soluções internacionalmente aplicadas buscam tão somente minimizar os efeitos destruidores a
partir da colocação de pontos preferenciais de captação e condução segura da descarga para a terra.
3 - A implantação e manutenção de sistemas de proteção (pára-raios) é normalizada internacionalmente
pela IEC (International Eletrotecnical Comission) e em cada país por entidades próprias como a ABNT
(Brasil), NFPA (Estados Unidos) e BSI (Inglaterra).
4 - Somente os projetos elaborados com base em disposições destas normas podem assegurar uma
instalação dita eficiente e confiável. Entretanto, esta eficiência nunca atingirá os 100 % estando, mesmo
estas instalações, sujeitas a falhas de proteção. As mais comuns são a destruição de pequenos trechos do
revestimento das fachadas de edifícios ou de quinas da edificação ou ainda de trechos de telhados.
5 - Não é função do sistema de pára-raios proteger equipamentos eletro-eletrônicos (comando de
elevadores, interfones, portões eletrônicos, centrais telefônicas, subestações, etc ), pois mesmo uma
descarga captada e conduzida a terra com segurança, produz forte interferência eletromagnética, capaz de
danificar estes equipamentos. Para sua proteção, deverá ser contratado um projeto adicional, específico
para instalação de supressores de surto individuais (protetores de linha).
6 - Os sistemas implantados de acordo com a Norma , visam a proteção da estrutura das edificações
contra as descargas que a atinjam de forma direta, tendo a NBR-5419 da ABNT como norma básica.
7 - É de fundamental importância que após a instalação haja uma manutenção periódica anual a fim de se
garantir a confiabilidade do sistema. São também recomendadas vistorias preventivas após reformas que
possam alterar o sistema e toda vez que a edificação for atingida por descarga direta.
Rua Zito Soares, 46 - Jardinópolis - Anel Rodoviário - CEP: 30 532260 - Belo Horizonte - MG

HISTÓRICO
O raio é um fenômeno da natureza que desde os primórdios vem intrigando o homem, tanto pelo
medo provocado pelo barulho, quanto pelos danos causados.
Para algumas civilizações primitivas o raio era uma dádiva dos deuses, pois com ele quase sempre
vêm as chuvas e a abundância na lavoura. Para outras civilizações era considerado como um castigo e a
pessoa que morria num acidente de raio , provavelmente havia irritado os Deuses sendo o castigo
merecido. Havia também civilizações que glorificavam o defunto atingido por um raio, pois ele havia sido
escolhido entre tantos seres humanos , com direito a funeral com honras especiais.
Após tantas civilizações o homem acabou descobrindo que o raio é um fenômeno de natureza
elétrica e por isso deve ser conduzido o mais rapidamente possível para o solo, a fim de minimizar seus
efeitos destrutivos.
O primeiro cientista a perceber que se tratava de um fenômeno elétrico foi Benjamin Franklin
( 1752 ), que na época afirmou que após a colocação de uma ponta metálica em cima de uma casa, esta
atrairia os raios para si e a edificação estaria protegida contra raios, caindo estes na ponta metálica.
Após alguns anos, tomou conhecimento de edificações que tinham sido atingidas e o raio não havia
caído na ponta metálica. Assim sendo, reformulou sou teoria e afirmou que a ponta metálica seria o
caminho mais seguro para levar o raio até o solo com segurança caso a ponta seja atingida por um raio. A
partir daí começou-se a definir a região até onde esta ponta teria influência ( séc. XVlll - Gay Lussac ) e
começou-se as esboçar os primeiros cones de proteção , cuja geratriz era função de um ângulo pré
definido, resultando num cone com um raio de proteção.
Este ângulo foi reduzido com o passar dos anos e hoje é função do grau de exposição da edificação,
bem como dos riscos materiais e humanos envolvidos. Para edificações residênciais até 20 m de altura o
ângulo é de 45 graus, veja como definir o ângulo de proteção, na figura abaixo:

A FENOMENOLOGIA DO RAIO
Os raios são produzidos por nuvens do tipo “cumulu-nimbus” e se formam por um complexo
processo interno de atrito entre partículas carregadas. Á medida que o mecanismo de auto produção de
cargas elétricas vai aumentando, dá-se origem a uma onda elétrica que parte da base da nuvem em
direção ao solo buscando locais de menor potencial , ficando sujeita a variáveis atmosféricas, tais como
pressão, temperatura, etc, definindo assim uma trajetória ramificada e aleatória.
Essa primeira onda caracteriza o choque líder (chamado de condutor por passos) que define sua
posição de queda entre 20 a 100 metros do solo. A partir deste primeiro estágio o primeiro choque do raio
deixa um canal ionizado entre a nuvem e o solo que dessa forma permitirá a passagem de uma avalanche
de cargas com corrente de pico em torno de 20 KA.
Após esse segundo choque violento de cargas passando pelo ar, provoca-se o aquecimento deste
meio até 30.000 ºC, provocando a expansão do ar (trovão).
Neste processo os elétrons retirados das moléculas de ar, retornam, fazendo com que a energia
absorvida pelos mesmos na emissão, seja devolvida sob a forma de luz(relâmpago). Na maioria dos casos
este mecanismo se repete diversas vezes no mesmo raio.
ATUALIDADE
Com a nova edição da norma de pára-raios, NBR5419, datada de 2001 a eficiência dos Sistemas de
Proteção foi substancialmente aumentada, não deixando nada a desejar em relação a normas de outros
países, inclusive pelo fato desta ter tido a norma IEC como referência.
Atualmente existem três métodos de dimensionamento:
1) Método Franklin, porém com limitações em função da altura e do Nível de proteção (ver tabela);
2) Método Gaiola de Faraday;
3) Método da Esfera Rolante, Eletrogeométrico ou Esfera Fictícia.
O método Franklin, devido às suas limitações impostas pela Norma passa a ser cada vez menos
usado em edifícios sendo ideal para edificações de pequeno porte.
O método da esfera Rolante é o mais recente dos três acima mencionados e consiste em fazer rolar
uma esfera , por toda a edificação. Esta esfera terá um raio definido em função do Nível de Proteção,
Os locais onde a esfera tocar a edificação são os locais mais expostos a descargas. Resumindo
poderemos dizer que os locais onde a esfera toca, o raio também pode tocar , devendo estes serem
protegidos por elementos metálicos (captores Franklin ou condutores metálicos).
CAPTORES MILAGROSOS
Com o intuito de ganhar dinheiro às custas de pessoas leigas ou desatualizadas, alguns fabricantes
divulgam captores com ângulos majorados ( tipo 80º ou mais), dispositivos artificiais e até filosofias
patéticas para tentar ganhar o espaço deixado pelos captores radioativos, que estão com sua fabricação
proibida pela CNEN (Comissão Nacional de Energia Nuclear).
Nenhum outro método de proteção que não seja normalizado deverá ser levado a sério. As normas
da ABNT são documentos exigidos também pelo código de defesa do consumidor.

EXEMPLO DA PROTEÇÃO DA ESFERA ROLANTE EM EDIFÍCIOS ALTOS
EXEMPLO DA PROTEÇÃO EM EDIFICAÇÕES BAIXAS
Método da esfera Rolante
ELEMENTOS QUE COMPÕEM UM SISTEMA DE PROTEÇÃO
CAPTAÇÃO
Tem como função receber as descargas que incidam sobre o topo da edificação e distribuí-las pelas
descidas.
É composta por elementos metálicos, normalmente mastros ou condutores metálicos devidamente
dimensionados.
DESCIDAS
Recebem as correntes distribuídas pela captação encaminhando-as o rapidamente para o solo.
Para edificações com altura superior a 20 metros têm também a função de receber descargas laterais,
assumindo neste caso também a função de captação devendo os condutores ser corretamente
dimensionados para tal.
No nível do solo as descidas deverão ser interligadas com cabo de cobre nu 50mm2
.

ANÉIS DE CINTAMENTO
Os anéis de cintamento assumem duas importantes funções.
A primeira é equalizar os potenciais das descidas minimizando assim o campo elétrico dentro da
edificação.
A segunda é receber descargas laterais e distribuí-las pelas descidas. Neste caso também deverão
ser dimensionadas como captação.
Sua instalação deverá ser executada a cada 20 metros de altura interligando todas as descidas.
ATERRAMENTO
Recebe as correntes elétricas das descidas e as dissipam no solo.
Tem também a função de equalizar os potenciais das descidas e os potenciais no solo , devendo
haver preocupação com locais de freqüência de pessoas , minimizando as tensões de passo nestes locais.
Para um bom dimensionamento da malha de aterramento é imprescindível a execução prévia de
uma prospecção da resistividade de solo.
EQUALIZAÇÃO DE POTENCIAIS INTERNOS
Nas descidas, anéis de cintamento e aterramento foram já mencionadas as equalizações de
potenciais externos. Vamos agora abordar as equalizações de potenciais internos, ou seja a equalização
dos potenciais de todas as estruturas e massas metálicas que poderão provocar acidentes pessoais,
faíscamentos ou explosões.
No nível do solo e dos anéis de cintamento (a cada 20 metros de altura), deverão ser equalizados
os aterramentos do neutro da concessionária elétrica ,do terra da concessionária de telefonia, outros
terras de eletrônicos e de elevadores (inclusive trilhos metálicos), tubulações metálicas de incêndio e gás
( inclusive o piso da casa de gás quando houver ), tubulações metálicas de água, recalque, etc.
Para tal deverá ser definido uma posição estratégica para instalação de uma caixa de equalização
de potenciais principal ( LEP / TAP ) que deverá ser interligada à malha de aterramento. A cada 20 metros
de altura deverão ser instaladas outras caixas de equalização secundárias, conectadas às ferragens
estruturais, e interligadas através de um condutor vertical conectado à caixa de aterramento principal.
A ligação da caixa de equalização bem como as tubulações metálicas poderão ser executadas com
cabo de cobre 16mm2
antes da execução do contra-piso dos apartamentos localizados nos níveis dos
anéis de cintamento. A amarração das diferentes tubulações metálicas poderá ser executada por fita
perfurada niquelada (bimetálica) que possibilita a conexão com diferentes tipos de metais e diâmetros
variados , diminuindo também a indutância do condutor devido à sua superfície chata.

COMO ELABORAR UM PROJETO
Tentaremos resumir os passos e cuidados a serem tomados na elaboração de projetos. Daremos
inicialmente mais ênfase a prédios pois são as edificações mais complexas de dimensionamento e também
as que em geral sofrem maiores danos principalmente no tocante a descargas laterais.
Ao projetar a captação o primeiro passo consiste em distribuir condutores metálicos pela periferia
da edificação, com fechamentos de acordo com a tabela anexa distribuindo as descidas também de acordo
com a tabela anexa. Deverá ser dada preferência para as quinas da edificação.
O uso de mastros com captores Franklin em prédios altos, visam a proteção localizada de antenas e
outras estruturas existentes no topo da edificação, devendo o restante do prédio ser protegido pelos
cabos que compõem a malha da Gaiola de Faraday.
As descidas deverão ser distribuídas ao longo do perímetro do prédio, de acordo com o nível de
proteção (tab. anexa) com preferência para os cantos. Este espaçamento deverá ser médio e sempre
arredondado para cima. Um cuidado deverá ser tomado ao especificar os condutores de descida , pois
edificações com altura superior a 20 metros, estão expostas a descargas laterais, assumindo assim
também a função de captor (cobre 35mm2
ou alumínio 70mm2
) . Caso o prédio esteja com a estrutura
de concreto executada e o reboco não tenha ainda sido iniciado, os cabos ( de cobre) poderão ser fixados
por baixo do reboco, eliminando assim os efeitos estéticos indesejáveis.
Para edificações com a fachada já pronta , os cabos ( descidas e anéis de cintamento ) poderão ser
fixados diretamente sobre o acabamento. Neste caso , poderá ser usada a barra chata de alumínio
minimizando substancialmente os efeitos estéticos.
Os anéis de cintamento deverão ser executados a cada 20 metros de altura , contados a partir do
solo , até á captação , podendo também serem fixados por baixo do reboco (cobre) ou por cima do
acabamento da fachada com cabo de alumínio ou barra chata de alumínio.
Quanto á malha de aterramento, o modo mais prático e seguro, consiste em circundar a edificação
com cabo de cobre nu 50mm2
a 50 cm de profundidade, formando um anel fechado, e colocar uma haste
de aterramento tipo “Copperweld” de alta camada ( 250µm ) em cada descida, conectada ao anel através
de soldas exotérmicas .
A equalização de potenciais, como já foi mencionado, deverá ser executada no nível do solo, e no
nível dos anéis de cintamento horizontal.

INSTALAÇÃO GENÉRICA EM PRÉDIO, CONFORME NBR5419/2001

TABELA DE DIMENSIONAMENTO
Ângulo α do método Franklin em função
da altura (H) e do nível de proteção.
Nível de
Proteção
Raio da
Esfera (m)
Altura (H)
até 20m
Altura (H)
de 21 a 29m
Altura (H)
de 30 a 44m
Altura (H)
de 45 a 59m
Altura (H)
> 60m
Largura do
módulo da
malha de
captação da
Gaiola(nota 1)
Espaçamento
Médio das
Descidas
Eficiência
do SPDA.
I 20 25º A A A B 5 10 95 a 98 %
II 30 35º 25º A A B 10 15 90 a 95 %
III 45 45º 35º 25º A B 10 20 80 a 90 %
IV 60 55º 45º 35º 25º B 20 25 até 80 %
A = Aplicar somente Gaiola de Faraday ou Esfera Rolante;
B = Aplicar somente Gaiola de Faraday;
H = Altura do captor.
α = Ângulo de proteção do captor.
Nota 1 - O comprimento do módulo da malha de captação da gaiola, deverá ser no máximo igual ao dobro de sua largura de acordo
com o nível de proteção.
Nota 2 - Para a escolha do nível de proteção, h é a altura da edificação em relação ao solo. Para verificação da área protegida, h é
medido em relação ao plano horizontal a ser protegido.
TABELA DE BITOLAS DOS CONDUTORES
Nível de
Proteção Material
Captação
(mm2
)
Descida
< 20 m
(mm2
)
Descida
> 20 m
( mm2
)
Aterramento
(mm2
)
Equalizações
Alta Corrente
( mm2
)
Equalizações
Baixa corrente
( mm2
)
Espessura de Est. Metálica
usada como captação(mm)
Não perfura Perfura
I a IV
Cobre 35 16 35 50 16 6 5 0,5
Alumínio 70 25 70 -- 25 10 7 0,5
Aço 50 50 50 80 50 16 4 0,5
TABELA PARA SELEÇÃO DO NÍVEL DE PROTEÇÃO
TIPO DE EDIFICAÇÃO NÍVEL PROTEÇÃO
Edificações de explosivos, Inflamáveis, Indústrias Químicas, Nucleares, Laboratórios
bioquímicos, Fábricas de munição e fogos de artifício, Estações de telecomunicações usinas
Elétricas, Indústrias com risco de incêndio, Refinarias, etc.
I
Edifícios Comerciais, Bancos, Teatros, Museus, Locais arqueológicos, Hospitais, Prisões,
Casas de repouso, Escolas, Igrejas, Áreas esportivas.
II
Edifícios Residenciais, Indústrias, Casas residenciais, Estabelecimentos agropecuários e
Fazendas com estrutura em madeira. III
Galpões de sucata ou conteúdo desprezível, Fazendas e Estab.Agrop. com estrut. em madeira IV
OBS: No caso de edificações muito perigosas (inflamáveis, produtos tóxicos, explosivos, etc.) deverá ser
consultado um especialista para análise do grau de periculosidade , perigo para a vizinhança ,área de
inalação de gases e até onde a ignição poderá ser iniciada. A classificação da tabela acima para indústria
na nível III é genérica e deverá ser cuidadosamente observada tendo em vista existirem dentro de
grandes indústrias, edificações com diferentes finalidades. Por exemplo: o escritório deve ser nível II, o
galpão com inflamáveis deve ser ser nível I e o galpão de sucata pode ser nível IV. Uma visita ao local é
necessária para se definir o nível de cada edificação.

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