Este documento é uma apostila sobre sistemas de proteção contra descargas atmosféricas com 80 páginas. A apostila aborda conceitos básicos sobre eletricidade atmosférica e relâmpagos, a necessidade de proteção contra raios, métodos de proteção, componentes de sistemas de proteção contra raios e proteção específica para diferentes estruturas.

1. Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas: Apostila
Moisés Roberto Lanner Carvalho
Instituto Militar de Engenharia
2004
80 Páginas

2. PROTEÇÃO CONTRA
DESCARGAS
ATMOSFÉRICAS
ABACUS Informática e Engenharia
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3. Moisés Roberto Lanner Carvalho
Engenheiro Eletricista
Mestre em Engenharia Elétrica pelo IME
Professor do Departamento de Engenharia Elétrica do IME
Professor da Universidade Estácio de Sá
e-mail: mrlc@ime.eb.br
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4. SUMÁRIO
1. CONCEITOS BÁSICOS 4
Eletricidade Atmosférica 4
Tempestades 4
Relâmpagos 6
Valores Típicos dos Raios 12
2. NECESSIDADE DE PROTEÇÃO 13
Generalidades 13
Avaliação dos Riscos 13
Fatores de Ponderação 17
3. MÉTODOS DE PROTEÇÃO 18
Método de Franklin 23
Método de Faraday 27
Método Eletrogeométrico 30
4. AS DESCIDAS DO SPDA 35
Conexões Exotérmicas 36
Bitola dos Cabos de Descida 37
Número de Descidas 38
Superfícies Equipotenciais 39
Proximidade do SPDA de Outras Estruturas 41
Mudança de Direção do Cabo de Descida 45
5. ATERRAMENTO PARA UM SPDA 46
Sistemas de Aterramento para Condições Normais 47
Sistemas de Aterramento para Condições Particulares 48
Instalação de Eletrodos de Aterramento 48
Eletrodos de Aterramento Naturais 49
6. EQUIPAMENTOS PARA UM SPDA 49
Captores 50
Isoladores 50
Mastros, Postes e Torres 52
Acessórios Diversos 56
7. SISTEMAS DE PROTEÇÃO ESPECÍFICOS 57
Supressores de Surto 57
Proteção de Estruturas Metálicas 59
Proteção de Estruturas de Concreto 61
Proteção de Áreas Classificadas 63
Proteção de Propriedades Rurais 66
Proteção de Áreas Externas 69
Proteção Pessoal 72
8. PROJETOS 75
9. BIBLIOGRAFIA 79
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5. 1. CONCEITOS BÁSICOS
ELETRICIDADE ATMOSFÉRICA
Foi somente após a descoberta da eletricidade no início do século 18, que a natureza elétrica da
atmosfera da Terra começou a ser desvendada. Em 1708, William Wall, ao ver uma faísca sair de um
pedaço de âmbar carregado eletricamente, observou que ela era parecida com um relâmpago. Na
metade do século, após a descoberta das primeiras propriedades elétricas da matéria, tornou-se
evidente que os relâmpagos deveriam ser uma forma de eletricidade, associada de alguma maneira
com as tempestades.
Benjamin Franklin foi o primeiro a projetar um experimento para tentar provar a natureza elétrica
do relâmpago. Em julho de 1750, Franklin propôs que a eletricidade poderia ser drenada de uma
nuvem por um mastro metálico. Se o mastro fosse isolado do solo, e um observador aproxima-se do
mesmo um fio aterrado, uma faísca saltaria do mastro para o fio quando uma nuvem eletrificada
estivesse perto. Se isto ocorresse, estaria provado que as nuvens são eletricamente carregadas e,
conseqüentemente, que os relâmpagos também são um fenômeno elétrico. Em maio de 1752, Thomas-
François D’Alibard demonstrou que a sugestão de Franklin estava certa e que os relâmpagos, portanto,
eram um fenômeno elétrico. Em junho de 1752, Franklin realizou outro experimento com o mesmo
propósito, seu famoso experimento com uma pipa. Ao invés de utilizar um mastro metálico, ele usou
uma pipa, desde que ela poderia alcançar maiores altitudes e poderia ser usada em qualquer lugar.
Novamente, faíscas saltaram de uma chave colocada na extremidade do fio preso a pipa em direção a
sua mão.
TEMPESTADES
Tempestades são caracterizadas por relâmpagos e trovões. Elas são produzidas por uma ou
mais nuvens cumulonimbus (Cb), também conhecidas como nuvens de tempestade. Uma típica
nuvem de tempestade tem um diâmetro de 10-20 km, alcança altitudes de 10-20 km, dura em média
30-90 minutos e move-se com uma velocidade de 40-50 km/h. Normalmente elas podem ser
identificadas por seu largo e brilhante topo esbranquiçado, que se projeta na direção dos ventos
formando uma saliência denominada anvil. Cerca de 2000 tempestades estão sempre ocorrendo, o que
significa que 16 milhões ocorrem anualmente em nosso planeta. A freqüência de tempestades em um
dado local depende de vários fatores, entre eles a topografia, a latitude, a proximidade de massas de
água e a continentalidade. Uma pequena percentagem das tempestades que ocorrem todo ano é
considerada tempestades severas, isto é, produzem ao menos uma das seguintes características:
granizo com diâmetro igual ou maior que 2 cm, ventos de ao menos 90 km/h ou tornados. Um tornado
é uma coluna de ar girando violentamente que se estende da base da nuvem até o solo. Tempestades
severas também costumam produzir ventos de alta intensidade conhecidos como rajadas e
microrajadas, que são rajadas de curta duração e que afetam regiões menores que 4 km de extensão.
Nuvens de tempestade são formadas sempre que existir bastante movimento vertical, instabilidade
vertical e umidade, de modo a produzir uma nuvem que alcance altitudes com temperaturas abaixo do
nível de congelamento. Estas condições são mais freqüentemente encontradas no verão e durante à
tarde e início da noite, mas podem ser encontradas em todas as estações e em todas as horas do dia. O
movimento vertical pode ser causado por um gradiente no perfil de temperatura ou por processos de
levantamento, tais como as brisas ao longo das costas, frentes frias ou quentes, áreas de baixa pressão
com convergência horizontal de ventos e montanhas. No primeiro caso, o ar mais quente (mais leve)
próximo à superfície da terra tende a deslocar-se para cima trocando de posição com o ar mais frio
(mais pesado) nos níveis mais altos, que tende a deslocar-se para baixo. Tempestades formadas por
4

6. este processo são geralmente chamadas tempestades associadas a massas de ar. Elas tendem a ser
menos severas do que os outros tipos de tempestades, embora sejam ainda capazes de produzir rajadas.
No processo de levantamento, o ar próximo à superfície da terra é empurrado para cima por outra
massa de ar ou ao se chocar com uma montanha. Algumas vezes mais de um processo de levantamento
pode ocorrer simultaneamente.
Nuvem cúmulos. Primeira etapa no
processo de geração de uma nuvem
de tempestade com uma única
célula.
Nuvem de tempestade com uma única
célula no estágio de desenvolvimento.
Quando o ar sobe na atmosfera o suficiente para atingir seu ponto de saturação, a umidade
condensa formando partículas de água, e posteriormente, partículas de água super-resfriada (isto é,
partículas de água em temperaturas abaixo do ponto de congelamento) e partículas de gelo, formando a
nuvem de tempestade. Quando o vapor de água muda de fase para líquido ou gelo, calor latente é
liberado auxiliando no desenvolvimento da nuvem. Estas partículas colidem e combinam-se entre si,
formando as gotas de chuva, neve e granizo. Quando as partículas tornam-se pesadas, o movimento de
queda supera as correntes de ar ascendentes e a precipitação ocorre.
Em setembro de 1752, Benjamin Franklin realizou um experimento para examinar a natureza
elétrica das tempestades. Ele colocou uma haste metálica em cima da sua casa, conectada a um longo
fio aterrado. Ele cortou o fio e separou suas extremidades por cerca de 15 cm colocando um sino preso
a cada uma delas. Uma esfera metálica isolada foi suspensa entre os sinos, movendo-se entre eles e
batendo neles quando uma nuvem de tempestade passava próximo. Comparando a carga no fio com
uma carga conhecida, Franklin determinou que a base da nuvem de tempestade era carregada
negativamente. A estrutura básica de uma nuvem de tempestade, entretanto, só foi proposta no
começo do século 20. Ela pode ser descrita como um dipolo elétrico positivo, composto por uma
região carregada positivamente acima de uma região carregada negativamente.
Não se conhece exatamente como as nuvens de tempestade tornam-se carregadas. A teoria mais
aceita para explicar a produção de cargas requerida para eletrificar uma nuvem de tempestade assume
que as partículas carregadas são produzidas por colisões de diferentes partículas de gelo no interior da
nuvem. Os detalhes do processo de colisão não são muito bem conhecidos mas, em termos gerais, dois
tipos de processos tem sido considerados: processos indutivos e não-indutivos. O processo indutivo
considera que o campo elétrico tem um papel preponderante sobre a formação das cargas, enquanto
que o processo não-indutivo considera que outros parâmetros são preponderantes, tais como
5

7. temperatura, potencial de contato, tamanho das partículas ou conteúdo de água. É provável que mais
de um parâmetro sejam relevantes e, também, que diferentes parâmetros devam ser considerados em
diferentes casos. Após as partículas carregadas serem formadas, elas são separadas pelo efeito de
correntes de ar ascendentes e descendentes e pela ação gravitacional.
RELÂMPAGOS
Um relâmpago é uma corrente elétrica muito intensa que ocorre na atmosfera com típica
duração de meio segundo e típica trajetória com comprimento de 5-10 quilômetros. Ele é conseqüência
do rápido movimento de elétrons de um lugar para outro. Os elétrons movem-se tão rápido que eles
fazem o ar ao seu redor iluminar-se, resultando em um clarão, e aquecer-se, resultando em um som
(trovão). Um relâmpago é tipicamente associado a nuvens cumulonimbus ou de tempestade, embora
possa ocorrer em associação com vulcões ativos, tempestades de neve ou, mesmo, tempestades de
poeira. Dentro das tempestades, diferentes partículas de gelo tornam-se carregadas através de colisões.
Acredita-se que as partículas pequenas tendem a adquirir carga positiva, enquanto que as maiores
adquirem predominantemente cargas negativas. Estas partículas tendem, então, a se separar sobre a
influência de correntes de ar ascendentes e descendentes e da gravidade, de tal modo que a parte
superior da nuvem adquira uma carga líquida positiva e a parte inferior uma carga líquida negativa. A
separação de carga produz então um enorme campo elétrico tanto dentro da nuvem como entre a
nuvem e o solo. Quando este campo, eventualmente, quebra a resistência elétrica do ar, um relâmpago
tem início. Em termos gerais, existem dois tipos de relâmpagos: relâmpagos na nuvem e relâmpagos
no solo. Relâmpagos na nuvem originam-se dentro das nuvens cumulonimbus, normalmente na região
onde gotículas de água transformam-se em gelo, e propagam-se dentro da nuvem (relâmpagos
intranuvem) ou fora da nuvem, rumo a outra nuvem (relâmpagos nuvem-nuvem) ou numa direção
qualquer no ar (descargas para o ar). Relâmpagos no solo, por sua vez, podem originar-se na mesma
ou em outras regiões dentro da nuvem cumulonimbus (relâmpagos nuvem-solo) ou no solo, abaixo ou
perto da tempestade (relâmpagos solo-nuvem). Mais de 99 % dos relâmpagos no solo são relâmpagos
nuvem-solo. Relâmpagos solo-nuvem são relativamente raros e, geralmente, ocorrem do topo de
montanhas ou estruturas altas, ou ainda podem ser gerados por foguetes lançados em direção as
tempestades. Relâmpagos no solo podem também ser classificados em termos do sinal da carga do
líder, negativa ou positiva, que inicia a descarga. Cerca de 90% dos relâmpagos nuvem-solo que
ocorrem em nosso planeta são negativos. Esta percentagem, entretanto, pode mudar substancialmente
em determinadas tempestades. Cerca de 70 % do total de relâmpagos são relâmpagos na nuvem.
Embora eles sejam a maioria dos relâmpagos, eles são menos conhecidos que os relâmpagos no solo,
em parte porque eles são menos perigosos, em parte porque eles são escondidos pela nuvem. Uma
forma rara de relâmpagos, não incluída nas categorias acima, são os relâmpagos de bola. Um
relâmpago de bola é o nome dado a uma esfera luminosa que geralmente ocorre perto das
tempestades, mas não necessariamente simultaneamente a um relâmpago normal. Elas são, em geral,
vermelhas, amarelas, azuis, laranjas ou brancas, tem um diâmetro de 10 a 40 centímetros, aparecem
próximo ao solo ou na atmosfera, e mantêm um brilho relativamente constante durante sua vida. Elas
podem mover-se rápida ou lentamente, ou ficar paradas, podem ser silenciosas ou produzir estalos,
duram de segundos a minutos (média de 4 segundos) e desaparecem lenta ou subitamente em silêncio
ou produzindo um ruído. Embora elas tenham sido observadas por mais de um século, não são bem
conhecidas e permanecem um mistério.
Um relâmpago pode ser constituído por uma ou várias descargas, chamadas descargas de
retorno. No primeiro caso, ele é chamado de relâmpago simples e, no segundo, de relâmpago
múltiplo. Cada descarga de retorno dura algumas centenas de microssegundos e, em relâmpagos
múltiplos, o intervalo de tempo entre descargas de retorno consecutivas é tipicamente 40
milissegundos. Quando o intervalo de separação entre as descargas de retorno é próximo de 100
milissegundos, o relâmpago é visto piscar no céu, porque o olho humano consegue identifica-las
individualmente. As figuras a seguir ilustram os vários processos contidos em um relâmpago nuvem-
6

8. solo negativo (com indicação dos típicos intervalos de tempo), acompanhadas por uma detalhada
descrição destes processos. Outros tipos de relâmpagos no solo têm etapas similares, com pequenas
diferenças, principalmente no que se refere ao processo inicial. Relâmpagos na nuvem, entretanto,
apresentam um desenvolvimento diferente e que ainda não é muito bem conhecido. Quase nada se sabe
sobre o desenvolvimento de relâmpagos raros, como relâmpagos de bola ou relâmpagos relacionados a
vulcões, tempestades de neve ou poeira.
Um relâmpago nuvem-solo negativo inicia-se através da quebra de rigidez do ar dentro da
nuvem cumulonimbus. Ela é causada por um intenso campo elétrico de cerca de 100-400 kV/m entre
duas regiões de cargas opostas, em geral, na parte inferior da nuvem, valor este que excede o campo
local para a quebra de rigidez. Os elétrons na região de cargas negativas são tão fortemente atraídos
pelas cargas positivas que começam a se mover através do ar rumo a estas cargas criando um canal
condutor. O processo de quebra de rigidez tem uma duração média de 100 milissegundos e é,
normalmente, localizado perto da região de cargas negativas da nuvem. Este processo estabelece as
condições para que as cargas negativas sejam levadas rumo ao solo pelo líder escalonado.
Após a quebra de rigidez
dentro da nuvem de
tempestade, um líder
escalonado de carga
negativa invisível propaga-
se a partir da nuvem
(tempo = 0).
Uma descarga visível sai
do solo para cima (tempo
= 20 milissegundos).
O líder escalonado e a
descarga para cima se
encontram; uma descarga
de retorno inicia (tempo =
20,1 milissegundos).
Sobre a influência do campo elétrico estabelecido entre a nuvem e o solo, as cargas negativas
(elétrons) então se movem em etapas de dezenas de metros de comprimento chamadas etapas do líder.
Cada etapa tem uma duração típica de 1 microsegundo, com uma pausa entre elas de 50
microssegundos. Após alguns milissegundos, o líder escalonado surge da base da nuvem, movendo-se
em direção ao solo. Ao longo do movimento, algumas cargas seguem novos caminhos devido a
influência de cargas na atmosfera ao redor do canal, formando as ramificações. As cargas no canal
movem-se rumo ao solo em etapas com uma velocidade média de cerca de 100 km/s e produzindo uma
fraca luminosidade em uma região com um diâmetro entre 1 e 10 m ao longo do qual a carga é
depositada. A maioria da luminosidade é produzida durante as etapas de 1 microsegundo, praticamente
não havendo luminosidade durante as pausas. A medida que as cargas do líder propagam-se ao longo
do canal rumo ao solo, variações de campo elétrico e magnético são também produzidas. Ao todo, um
líder escalonado transporta 10 ou mais coulombs de carga e alcança um ponto perto do solo em
dezenas de milissegundos, dependendo da tortuosidade de seu caminho. A corrente média do líder
escalonado é cerca de 1 kA e é transportada em um núcleo central do canal com alguns centímetros de
diâmetro.
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9. Quando o canal do líder escalonado aproxima-se do solo, a carga elétrica contida no canal produz
um campo elétrico intenso entre a extremidade do líder e o solo, correspondente a um potencial
elétrico de cerca de 100 milhões de volts. Este campo causa a quebra de rigidez do ar próximo ao solo
fazendo com que uma ou mais descargas positivas ascendentes, denominadas líderes ou descargas
conectantes, saiam do solo, em geral, dos objetos mais altos. A distância entre o objeto a ser atingido e
a extremidade do líder no instante em que o líder conectante sai do solo é chamada distância de
atração. A distância de atração tende a aumentar com o aumento do pico de corrente da descarga de
retorno. O ponto de junção entre o líder escalonado e o líder conectante é normalmente considerado
estar no meio da distância de atração. Quando um dos líderes conectantes encontra o líder negativo
descendente, em geral entre 10 a 100 metros do solo, o canal do relâmpago é formado. Então, as
cargas armazenadas no canal começam a mover-se em direção ao solo e uma onda propaga-se como
um clarão visível para cima ao longo do canal com uma velocidade de cerca de 100.000 km/s, um
terço da velocidade da luz, iluminando o canal e todas as outras ramificações. A velocidade da onda
diminui com a altura. Esta descarga é denominada de descarga de retorno, dura algumas poucas
centenas de microssegundos e produz a maioria da luz que vemos. A luz da descarga de retorno
origina-se de emissões contínuas e discretas de átomos, moléculas e ions após serem excitados e
ionizados pela onda e move-se para cima devido ao fato de que os primeiros elétrons a mover-se para
baixo em direção ao solo são aqueles mais próximos ao solo. A medida que elétrons mais acima no
canal movem-se, as partes superiores do canal tornam-se visíveis. Devido ao movimento para cima da
luz ao longo do canal ocorrer muito rápido para poder ser visto, o canal como um todo parece
iluminar-se ao mesmo tempo. Os ramos do canal que não se conectam ao solo, normalmente, não são
tão brilhantes quanto aquela parte do canal abaixo do ponto de junção com a ramificação. Isto é devido
ao fato de que menos elétrons passam através deles do que através do canal. A luz da descarga de
retorno é geralmente branca. Entretanto, da mesma maneira que o pôr do sol pode ter várias cores,
relâmpagos distantes podem também apresentar outras cores, tais como amarelo, roxo, laranja ou
mesmo verde, dependendo das propriedades da atmosfera entre o relâmpago e o observador. As cargas
depositadas no canal, bem como aquelas ao redor e no topo do canal, movem-se para baixo ao longo
do centro do canal em uma região com uns poucos centímetros de diâmetro, produzindo no solo um
pico de corrente médio de cerca de 30-40 kA, com variações desde poucos até centenas de kA.
Medidas de corrente em torres equipadas tem registrado valores máximos de 400 kA. Em geral, a
corrente atinge seu pico em alguns microssegundos, e decai a metade desde valor em cerca de 50
microssegundos. A carga negativa média transferida ao solo é de cerca de 10 coulombs, com valores
máximos em torno de 200 coulombs. No processo, campos elétricos e magnéticos com variações
temporais desde nanossegundos até milissegundos são produzidos. Estes campos são genericamente
chamados de sferics. A forma de onda dos sferics é similar a forma de onda da corrente, com um pico
quase no mesmo instante do pico de corrente e um segundo pico invertido associado com o campo
refletido na base da ionosfera. Em distâncias maiores que 10 km do relâmpago, o pico dos campos
tende a diminuir inversamente com a distância, na ausência de efeitos de propagação significativos.
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10. A luz intensa da descarga
de retorno move-se para
cima, iluminando o canal
do relâmpago (tempo =
20,2 milissegundos).
Um líder contínuo
propaga-se a partir da
nuvem através do canal
(tempo = 60
milissegundos).
Uma segunda descarga de
retorno visível (descarga de
retorno subseqüente)
move-se para cima
(tempo= 62
milissegundos). Outras
seqüências de
líder/descarga de retorno
subseqüente podem
ocorrer.
Para distâncias maiores que cerca de 50-100 km, o pico dos campos é significativamente
atenuado devido à propagação sobre a superfície não perfeitamente condutora da terra. No instante do
pico dos campos, a média da potência eletromagnética total irradiada é cerca de dez vezes maior do
que aquela no espectro ótico. Em geral, o pico dos campos produzido por relâmpagos nas nuvens é
menos intenso do que aquele produzido por relâmpagos no solo. No domínio de freqüência, os campos
tem uma máxima intensidade ao redor de 5-10 kHz para relâmpagos no solo e ao redor de 100-200
kHz para relâmpagos nas nuvens. A descarga de retorno também aquece violentamente o ar ao seu
redor. O ar atinge temperaturas máximas de cerca de 20.000 a 30.000 graus Celsius em cerca de 10
microssegundos, correspondendo a densidades de elétrons de 1020
elétrons por metro cúbico. Quando o
ar é aquecido, ele se expande, e esta expansão gera, em uma distância de poucas centenas de metros,
uma onda de choque supersônica e, em distâncias maiores, uma onda sonora intensa que se afasta do
canal em todas as direções. Estas ondas são os trovões que ouvimos. Trovões produzidos por
relâmpagos no solo tem, tipicamente, um máximo de intensidade em torno de 50-100 Hz, enquanto
que aqueles produzidos por relâmpagos nas nuvens tem um máximo em torno de 20-30 Hz. Próximo
do relâmpago, o som será um intenso estalo e pode causar danos ao ouvido humano. Distante do
relâmpago, o som será um estrondo relativamente fraco. A duração do trovão é uma medida da
diferença entre as distâncias do ponto mais próximo e do ponto mais distante do canal ao observador.
Durações típicas são 5-20 segundos. A maioria dos trovões tem estrondos e estalos porque o canal é
torto, fazendo com que ondas de som cheguem ao observador em diferentes instantes e de diferentes
direções. Estalos também podem ser produzidos por ramificações. Quanto maior o número de
ramificações, maior é o número de estalos no trovão. Se o relâmpago ocorrer a uma distância ao redor
de 100 metros do observador ou menos, ele escutará um intenso estalo semelhante ao estalo de um
chicote (algumas vezes precedido por um estalido, semelhante a um estalido de dedos) o qual é
associado a onda de choque que precede a onda sonora. Trovões produzidos por relâmpagos no solo
em geral podem ser escutados até distâncias de 20 km. Trovões produzidos por relâmpagos nas nuvens
são similares aqueles produzidos por relâmpagos no solo porém, em geral, são mais fracos. Durante
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11. períodos de fortes chuvas e ventos, esta distância será menor enquanto que, em noites calmas, trovões
podem ser escutados a distâncias maiores. Parte da energia acústica do trovão esta concentrada em
freqüências abaixo daquelas que o ouvido humano pode escutar, em geral umas poucas dezenas de Hz.
Esta parte é chamada trovão infrasônico e acredita-se estar associada com mudanças na energia
eletrostática dentro da nuvem após a ocorrência de um relâmpago. O trovão pode ser usado para
calcular qual a distância de um relâmpago. Quando você enxergar o clarão, comece a contar os
segundos até escutar o trovão. Divida o número de segundos por três (3) e você terá a distância
aproximada do relâmpago em quilômetros. O erro médio associado com este método é de 20 %. Em
parte, a origem deste erro é devida ao fato de que a maioria dos relâmpagos tem longas ramificações.
Assim, um relâmpago a três quilômetros de distância pode produzir um trovão após três segundos,
indicando que uma ramificação está somente a um quilômetro de distância. Se você enxergar o clarão
e não escutar o trovão, o relâmpago provavelmente esta a mais de 20 quilômetros de você.
Relâmpagos no solo podem também ser iniciados por lideres positivos descendentes, isto é,
líderes positivamente carregados. Na realidade, líderes positivos descendentes correspondem a
movimentos ascendentes de cargas negativas (elétrons). A descarga de retorno resultante efetivamente
transporta cargas positivas da nuvem para o solo. Neste caso, o relâmpago é chamado de relâmpago
positivo. Em geral, não existem descargas de retorno subseqüente em relâmpagos positivos, isto é, eles
são relâmpagos simples. O pico de corrente médio das descargas de retorno de relâmpagos positivos,
bem como a carga média depositada no solo, entretanto, são normalmente maiores do que os
correspondentes valores para descargas de retorno de relâmpagos negativos, de modo que eles
geralmente causam maiores danos do que os relâmpagos negativos. Uma grande parte dos incêndios
em florestas e danos às linhas de energia elétrica causados por relâmpagos são devidos a relâmpagos
positivos.
Acredita-se que os relâmpagos tem um largo efeito sobre o meio ambiente. Eles provavelmente
estavam presentes durante o surgimento da vida na Terra, e podem mesmo ter participado na geração
das moléculas as quais deram origem a vida. Relâmpagos provocam incêndios participando, com isto,
na composição de equilíbrio das árvores e plantas. Relâmpagos modificam as características da
atmosfera ao redor das regiões onde ocorrem. Eles quebram as moléculas do ar, as quais ao se
recombinarem produzem novos elementos. Estes novos elementos mudam o equilíbrio químico da
atmosfera, afetando a concentração de importantes elementos com o ozônio, bem como se misturam
com a chuva e se precipitam como fertilizantes naturais.
Durante as duas últimas décadas, relâmpagos nuvem-solo tem sido detectados e mapeados em
tempo real em largas regiões por vários sistema de detecção de relâmpagos. Alguns países, como os
Estados Unidos, o Japão e o Canadá, estão inteiramente cobertos por tais sistemas. Sobre os Estados
Unidos, uma média de 20-30 milhões de relâmpagos nuvem-solo tem sido detectados todo ano, desde
1989, ano em que tais sistemas começaram a cobrir integralmente todo o país. Outros países como o
Brasil, estão parcialmente cobertos. Estimativas aproximadas indicam que cerca de 100 milhões de
relâmpagos nuvem-solo ocorrem no Brasil todo ano. Relâmpagos tem sido gerados por pequenos
foguetes conectados a longos fios de cobre lançados na direção das tempestades. Quando o foguete é
lançado, o fio preso a ele é desenrolado criando um caminho condutor por onde o relâmpago, depois
de iniciado, se propaga. Esta técnica tem permitido a medida de campos elétricos e magnéticos bem
próximos ao canal do relâmpago. Relâmpagos têm sido detectados também do espaço, durante as duas
últimas décadas, através de sensores óticos a bordo de satélites e naves espaciais. Os satélites não
conseguem distinguir entre relâmpagos no solo e nas nuvens. Eles tem mostrado que cerca de 50-100
relâmpagos ocorrem a cada segundo em nosso planeta, a maior parte na região tropical (cerca de 70
%). Finalmente, naves espaciais tem mostrado que a Terra não é o único planeta onde relâmpagos
ocorrem. Relâmpagos tem também sido detectados em Vênus, Júpiter e Saturno e, provavelmente,
ocorrem em Urano e Netuno.
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12. VALORES TÍPICOS DOS RAIOS
A gama de variações dos valores dos raios é uma questão preocupante, tendo em vista que os
diversos componentes dos SPDA’s são dimensionados com base nestes dados. Normalmente não se
trabalha com valores exatos,mas sim com faixas variação possíveis ou com valores típicos, conforme
apresentado na tabela a seguir:
Corrente 2 a 400 kA
Corrente de 70% dos raios Até 40 kA
Tempo de crista 1,2µs
Tempo de meia cauda 50µs
( )
dt
tdi 5,5kA
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13. 2. NECESSIDADE DE PROTEÇÃO
GENERALIDADES
Estruturas especiais com riscos inerentes de explosão, tais como aquelas contendo gases ou
líquidos inflamáveis, requerem geralmente o mais alto nível de proteção contra descargas atmosféricas.
Prescrições complementares para este tipo de estrutura serão estudadas posteriormente.
Para os demais tipos de estruturas, deve ser inicialmente determinado se um SPDA é, ou não,
exigido. Em muitos casos, a necessidade de proteção é evidente, por exemplo:
Em locais com grande afluência de público;
Em locais que prestam serviços públicos essenciais;
Em áreas com alta densidade de descargas atmosféricas;
Em estruturas isoladas, ou com altura superior a 25m;
Em estruturas de valor histórico ou cultural.
Mesmo que um SPDA não seja obrigatório, alguns fatores não podem ser avaliados e podem
sobrepujar todas as demais considerações. Por exemplo, o fato de que não deve haver qualquer risco de
vida evitável, ou de que os ocupantes de uma estrutura devem se sentir sempre seguros, pode
determinar a necessidade de um SPDA, mesmo nos casos em que a proteção seria normalmente
dispensável.
Para determinar a necessidade de um SPDA, recomenda-se uma avaliação que considere o risco
de exposição (isto é, o risco da estrutura ser atingida pelo raio), e ainda os seguintes fatores:
O tipo de ocupação da estrutura;
A natureza de sua construção;
O valor de seu conteúdo;
A localização da estrutura;
A altura da estrutura.
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14. AVALIAÇÃO DOS RISCOS
A probabilidade de uma estrutura ser atingida por um raio em um ano é o produto da densidade de
descargas atmosféricas para a terra pela área de exposição equivalente da estrutura.
A densidade de descargas atmosféricas para a terra (Ng) é o número de raios para a terra por km2
por ano. O valor de Ng para uma dada região pode ser estimado pela equação:
Ng=0,04.Td
1,25
[raios/km2
/ano]
onde Td é o número de dias de trovoada por ano, obtido de mapas isoceráunicos como mostrado
na figura a seguir:
Mapa Isoceráunico
Define-se índice ceráunico como o número de dias de trovoadas que ocorrem por ano em uma
determinada localidade. Este valor é determinado através de medições realizadas em todas as regiões
do país e pode ser obtido consultando-se a literatura especializada ou solicitando este serviço ao
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE.
Ex.: índice ceráunico para a cidade do Rio de Janeiro = 24 dias de trovoadas/ano.
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15. A área de exposição equivalente (Ae) é a área do plano da estrutura prolongada em todas as
direções, de modo a levar em conta a sua altura. Os limites da área de exposição equivalente estão
afastados do perímetro da estrutura por uma distância correspondente à altura da estrutura no ponto
considerado. Assim para uma estrutura retangular simples, de comprimento L, largura W e altura H, a
área de exposição equivalente tem um comprimento L+2H e uma largura W+2H, com quatro cantos
arredondados formados por segmentos de círculo de raio H, em metros. Então conforme a figura a
seguir:
Ae=LW+2LH+2WH+πh2
[m2
]
Para estruturas mais complexas, obtém-se a área de captação pela superposição das áreas de
captação correspondentes às partes de maior altura da edificação, conforme mostrado no exemplo a
seguir:
14

16. A freqüência média anual previsível (N) de descargas atmosféricas sobre uma estrutura é dada
por:
N=Ng.Ae.10-6
[raios/ano]
Depois de determinado o valor de N, que é o número provável de raios que anualmente atingem
uma estrutura, o passo seguinte é a aplicação dos fatores de ponderação indicados nas tabelas
apresentadas a seguir. Multiplica-se o valor de N pelos fatores pertinentes e compara-se o resultado
com a freqüência admissível de danos, conforme o seguinte critério:
Se N≥10-3
, a estrutura requer um SPDA;
Se 10-3
> N>10-5
, a conveniência de um SPDA deve ser decidida por acordo entre
projetista e usuário;
Se N≤10-5
, a estrutura dispensa um SPDA.
15

17. FATORES DE PONDERAÇÃO
TIPO DE OCUPAÇÃO FATOR A
Casas e outras estruturas de porte equivalente 0,3
Casas e outras estruturas de porte equivalente
com antena externa
0,7
Fábricas, oficinas e laboratórios 1,0
Escritórios, hotéis e apartamentos 1,2
Locais de afluência de público: igrejas, pavilhões
teatros, museus, exposições, estádios, etc.
1,3
Escolas, hospitais, creches 1,7
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO FATOR B
Metal revestido, cobertura não metálica 0,2
Concreto armado, cobertura não metálica 0,4
Metal ou concreto armado, cobertura metálica 0,8
Alvenaria ou concreto simples com qualquer
cobertura exceto metal e palha
1,0
Madeira ou revestida de madeira com qualquer
cobertura exceto metal e palha
1,4
Alvenaria, madeira ou concreto simples com
cobertura metálica
1,7
Qualquer estrutura com cobertura de palha 2,0
CONTEÚDO FATOR C
Comum, sem valor 0,3
Sensível a danos (instalações de alto valor ou
materiais vulneráveis a incêndios)
0,8
Subestações, gás, rádio, TV, telefônica 1,0
Indústrias estratégicas, museus, monumentos,
valores especiais
1,3
Escolas, hospitais e creches 1,7
LOCALIZAÇÃO FATOR D
Rodeado por árvores ou estruturas
de mesma altura ou mais altas
0,4
Área contendo poucas estruturas ou
árvores de altura similar
1,0
Isolada 2,0
TOPOGRAFIA FATOR E
Planície 0,3
Elevações moderadas, colina 1,0
Montanha de 300 a 900m 1,3
Montanha acima de 900m 1,7
16

18. 3. MÉTODOS DE PROTEÇÃO
Uma vez tomada a decisão de instalar um SPDA, certamente não será possível garantir 100% de
eficiência a este sistema. A NBR 5419/93 faz corresponder 4 níveis de proteção conforme a eficiência
global teórica esperada. São eles:
NÍVEL DE
PROTEÇÃO
EFICIÊNCIA
DO SPDA
I 98%
II 95%
III 90%
IV 80%
A NBR 5419/93 não estabelece um critério preciso para classificar as diversas estruturas dentro
de cada nível de proteção, entretanto fornece exemplos desta classificação:
17

19. TABELA PARA SELEÇÃO DO NÍVEL DE PROTEÇÃO
NÍVEL DE PROTEÇÃO I
CLASSIFICAÇÃO
DA ESTRUTURA
TIPO DE EDIFICAÇÃO
Estruturas com risco
confinado
Estações de telecomunicações usinas elétricas, indústrias com
risco de incêndio.
EFEITOS DAS
DESCARGAS
ATMOSFÉRICAS
Interrupção inaceitável de serviços públicos, risco indireto para as
imediações devido a incêndios e outros.
CLASSIFICAÇÃO
DA ESTRUTURA
TIPO DE EDIFICAÇÃO
Estruturas com risco
para os arredores
Fábricas de munição e fogos de artifício, refinarias, postos de
combustível.
EFEITOS DAS
DESCARGAS
ATMOSFÉRICAS
Risco de incêndio e explosão para a instalação e seus arredores.
CLASSIFICAÇÃO
DA ESTRUTURA
TIPO DE EDIFICAÇÃO
Estruturas com risco
para o meio ambiente
Indústrias químicas, nucleares, laboratórios bioquímicos.
EFEITOS DAS
DESCARGAS
ATMOSFÉRICAS
Risco de incêndio e falhas de operação, com conseqüências
perigosas para o local e para o meio ambiente.
18

20. NÍVEL DE PROTEÇÃO II
CLASSIFICAÇÃO
DA ESTRUTURA
TIPO DE EDIFICAÇÃO
Estruturas comuns Teatros, escolas, lojas de departamentos, áreas esportivas e igrejas.
EFEITOS DAS
DESCARGAS
ATMOSFÉRICAS
Danos às instalações elétricas e possibilidade de pânico. Falha do
sistema de alarme contra incêndio, causando atraso no socorro.
CLASSIFICAÇÃO
DA ESTRUTURA
TIPO DE EDIFICAÇÃO
Estruturas comuns Bancos, companhias de seguros, companhias comerciais, e outros.
EFEITOS DAS
DESCARGAS
ATMOSFÉRICAS
Danos às instalações elétricas e possibilidade de pânico. Falha do
sistema de alarme contra incêndio, causando atraso no socorro,
perda de comunicações, falha dos computadores perda de dados.
CLASSIFICAÇÃO
DA ESTRUTURA
TIPO DE EDIFICAÇÃO
Estruturas comuns Hospitais, casas de repouso e prisões.
EFEITOS DAS
DESCARGAS
ATMOSFÉRICAS
Como para escolas, além de efeitos indiretos para pessoas em
tratamento intensivo, e dificuldade de resgate de pessoas
imobilizadas
CLASSIFICAÇÃO
DA ESTRUTURA
TIPO DE EDIFICAÇÃO
Estruturas comuns Museus e locais arqueológicos.
EFEITOS DAS
DESCARGAS
ATMOSFÉRICAS
Perda de patrimônio cultural insubstituível.
19

21. NÍVEL DE PROTEÇÃO III
CLASSIFICAÇÃO
DA ESTRUTURA
TIPO DE EDIFICAÇÃO
Estruturas comuns Residências.
EFEITOS DAS
DESCARGAS
ATMOSFÉRICAS
Perfuração da isolação da instalação elétrica, incêndio e danos ma-
teriais. Danos normalmente limitados a objetos no ponto de
impacto ou no caminho do raio.
CLASSIFICAÇÃO
DA ESTRUTURA
TIPO DE EDIFICAÇÃO
Estruturas comuns Indústrias.
EFEITOS DAS
DESCARGAS
ATMOSFÉRICAS
Efeitos indiretos, conforme o conteúdo das estruturas, variando de
danos pequenos a prejuízos inaceitáveis, e perda de produção.
CLASSIFICAÇÃO
DA ESTRUTURA
TIPO DE EDIFICAÇÃO
Estruturas comuns Fazendas e estabelecimentos agropecuários com estruturas de
madeira.
EFEITOS DAS
DESCARGAS
ATMOSFÉRICAS
Risco indireto de incêndio e tensões de passo perigosas. Risco
indireto devido à interrupção de energia, e risco de vida para
animais devido a perda de controles eletrônicos, ventilação,
temperatura, suprimento de alimentos, etc.
NÍVEL DE PROTEÇÃO III
CLASSIFICAÇÃO
DA ESTRUTURA
TIPO DE EDIFICAÇÃO
Estruturas comuns Fazendas e estabelecimentos agropecuários com estruturas de
alvenaria.
EFEITOS DAS
DESCARGAS
ATMOSFÉRICAS
Risco indireto de incêndio e tensões de passo perigosas. Risco
indireto devido à interrupção de energia, e risco de vida para
animais devido a perda de controles eletrônicos, ventilação,
temperatura, suprimento de alimentos, etc.
OBS.: No caso de edificações muito perigosas (inflamáveis, produtos tóxicos, explosivos, etc.) deve
ser consultado um especialista para análise do grau de periculosidade, perigo para a vizinhança,
determinar a área de inalação de gases e até onde a ignição poderá ser iniciada, etc.
Um sistema de proteção contra descargas atmosféricas tem como objetivo blindar uma
estrutura, seus ocupantes e seus conteúdos, dos efeitos térmicos, mecânicos e elétricos associados com
os relâmpagos. O sistema atua de modo que a descarga atmosférica possa entrar ou sair do solo sem
passar através das partes condutoras da estrutura ou através de seus ocupantes danificando-os ou
causando acidentes. Um sistema de proteção contra relâmpagos não impede que o relâmpago atinja a
estrutura; ele promove um meio para controlar e impedir danos através da criação de um caminho de
20

22. baixa resistência elétrica para a corrente elétrica fluir para o solo. A idéia de proteger prédios e outras
estruturas dos efeitos diretos dos relâmpagos através do uso de condutores foi pela primeira vez
sugerida cerca de dois séculos atrás por Benjamin Franklin.
Os principais componentes de um sistema de proteção contra relâmpagos são:
Captores – Conhecidos como pára-raios, eles são hastes condutoras rígidas montadas em uma
base com o objetivo de capturar o raio. Eles devem ser instaladas nos pontos mais altos da
estrutura. Algumas vezes, estas hastes são interligadas através de condutores horizontais.
Condutores de Descida – Cabos que conectam os captores aos terminais de aterramento.
Terminais de Aterramento – Condutores que servem para conectar os condutores de descida
ao solo. Eles são tipicamente condutores de cobre ou revestidos com cobre enterrados no solo.
O nível de aterramento é bastante dependente das características do solo.
Condutores de Ligação Equipotencial – São condutores que visam igualar o potencial entra
os diferentes condutores de modo a impedir descargas laterais. Descargas laterais, também
conhecidas como correntes de sobretensão, são causadas por diferenças de potencial entre a
corrente percorrendo o condutor e objetos próximos. Elas são o resultado da resistência finita
dos condutores a passagem de corrente elétrica e a indução magnética.
A zona de proteção de um sistema de proteção contra relâmpagos formado por um terminal
aéreo é a região adjacente, a qual é substancialmente imune a incidência direta de relâmpagos.
Os diversos métodos de implementar uma proteção contra descargas atmosféricas diferenciam-se
basicamente, pela forma de captar os raios, ou seja, é a aplicação do captor que definirá o método de
proteção.
No mundo inteiro existem vários métodos para se captar as descargas atmosféricas. No Brasil, os
métodos mais conhecidos, que são aqueles recomendados pela ABNT na norma NBR 5419/93, são os
seguintes:
Método de Franklin;
Método de Faraday;
Método Eletrogeométrico.
21

23. MÉTODO DE FRANKLIN
Este método considera a zona de proteção representada por um cone ao redor do terminal aéreo
tendo um raio no solo função do ângulo de proteção (α).
α
Este ângulo depende do nível de proteção desejado e da altura da estrutura, conforme pode ser
observado na tabela a seguir:
NÍVEL DE
PROTEÇÃO
h<20
(m)
20<h<30
(m)
30<h<45
(m)
45<h<60
(m)
I 25o
* * *
II 35o
25o
* *
III 45o
35o
25o
*
IV 55o
45o
35o
25o
Estruturas cujo nível de proteção desejado e a correspondente altura, estejam assinalados por um
asterisco (*), não devem ser protegidas pelo método de Franklin. Isto se deve ao fato de que muitas
estruturas altas, protegidas por este método, recebiam descargas laterais.
Os ângulos de proteção e as correspondentes alturas máximas, para o nível de proteção IV, são
mostrados, de forma esquemática, na figura a seguir:
22

24. A seguir pode-se observar alguns exemplos de aplicação deste método.
Captor único sobre estrutura.
23

25. Dois captores protegendo a estrutura sobrepondo suas zonas de proteção.
Estrutura protegida por cabo pára-raios, isto é, um cabo que realiza a função de captor.
Um condutor horizontal tem a mesma eficiência que uma haste da mesma altura que se desloca ao
longo do condutor. Na figura seguinte pode-se observar mais um exemplo deste tipo de proteção e
como determinar a zona de proteção.
24

26. Na prática, o condutor esticado adquire a forma de uma catenária, dificultando a obtenção da zona
espacial de proteção. Este fato deve ser levado em conta na execução do projeto de um SPDA.
25

27. No Método de Franklin podem ser usados como captores hastes metálicas de diversas alturas ou
cabos estendidos horizontalmente. Quando se utiliza hastes, esta normalmente apresentam uma
terminação vulgarmente denominada de pára-raios Franklin.
Pára-raios Franklin
MÉTODO DE FARADAY
Este método tem como princípio básico a utilização de condutores horizontais em forma de
anel para realizar a captura dos raios. Estes condutores em anel, formam uma malha ou gaiola, advindo
dai o nome Gaiola de Faraday.
A Gaiola de Faraday é o método mais utilizado na Europa, além de se consistir numa proteção
muito eficiente.
O princípio básico é que a “gaiola” é formada por várias quadrículas de condutores, ou sejam,
anéis, que evitarão a penetração do raio no interior da estrutura. Faraday demonstrou que quando as
correntes uniformemente distribuídas passam pela “gaiola”, o campo magnético no interior da mesma
é nulo. Quando as correntes não são uniformes o campo no seu interior não é nulo, mas muito
pequeno. O raio ao cair na estrutura, não produz uma dissipação uniforme. Por este motivo ocorrem
induções internas devido à variação do campo magnético existente no interior da gaiola.
A proteção devido à Gaiola de Faraday se dá porque as correntes induzidas nas quadrículas
criam campos magnéticos de oposição, levando o raio para as bordas da malha, obrigando-o a fluir
para o cabo de descida.
Quanto mais malhada for a “gaiola”, melhor a blindagem e portanto, melhor a proteção.
26

28. As dimensões das quadrículas da Gaiola de Faraday foram determinadas empiricamente, e são
função do nível de proteção desejado.
NÍVEL DE
PROTEÇÃO
MÓDULO DA
MALHA
(m)
I 5x10
II 10x15
III 10x15
IV 20x30
A seguir são apresentados alguns exemplos de estruturas protegidas com este método.
Recomenda-se que locais de antenas de TV, de rádio, antenas parabólicas, ou letreiros luminosos,
sejam protegidos pelo método de Franklin.
27

29. Gaiola de Faraday
Proteção de estrutura com 20 metros de altura e nível de proteção III.
28

30. Uma vez definida as características da malha captora da Gaiola de Faraday, deve-se definir a
forma de sua instalação:
Malha suspensa a 20 cm da cobertura;
Malha apoiada sobre a cobertura;
Malha embutida na laje da cobertura.
Para diminuir a possibilidade dos condutores da malha captora serem danificados nos pontos de
impacto, recomenda-se a instalação de pequeno captores verticais, denominados de terminais aéreos,
com altura variando entre 30 e 50cm, separados ente si por uma distância variando de 5 a 8m ao longo
dos condutores da malha.
Terminal Aéreo de Fabricação TERMOTÉCNICA
MÉTODO ELETROGEOMÉTRICO
Neste caso, aplica-se a teoria conhecida como “teoria das esferas rolantes” ou “teoria das
esferas fictícias”. Esta teoria é baseada no conceito de distância de atração, que é definida como a
maior distância em que o raio será atraído pelo captor ou pela terra. Esta distância, que define o raio da
esfera rolante, depende da corrente do raio.
29

31. Distância de Atração
O método da esfera Rolante é o mais moderno, e consiste em fazer rolar uma esfera, por toda a
edificação .
A zona de proteção calculada por esta teoria é em geral menor que aquela obtida pela "teoria do
cone de proteção" (Método de Franklin).
30

32. Esta esfera terá um raio definido em função do Nível de Proteção.
NÍVEL DE
PROTEÇÃO
RAIO DA ESFERA
(m)
I 20
II 30
III 45
IV 60
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 ser
protegidos.
31

33. 32

34. 33

35. Método Eletrogeométrico - proteção de estruturas baixas
34

36. 4. AS DESCIDAS DO SPDA
Recebem as correntes distribuídas pela captação encaminhando-as o mais 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.
A condução das correntes até o solo deverá ser realizada de modo a não causar danos na estrutura
protegida, manter os potenciais em um nível baixo e não produzir faiscamentos laterais com as
estruturas metálicas próximas.
O cabo de descida deve ser preferencialmente contínuo. Caso isto não seja possível, devem ser
utilizadas soldas exotérmicas para realizar as conexões.
CONEXÕES EXOTÉRMICAS
As conexões exotérmicas utilizam o processo de aluminotermia. Através do uso de um pó
exotérmico fundido em um molde de grafite. Após uma reação química, o pó transforma-se em uma
liga de cobre formando a conexão da forma desejada para a soldagem de cobre com cobre, e cobre com
outros metais.
Conexão Exotérmica
O pó exotérmico é constituído de uma mistura de óxido de cobre e alumínio, acondicionado em
cartuchos de plástico. Cada cartucho contém o metal de ignição no fundo do tubo, com o metal de
solda preenchendo o tubo até o topo.
A forma final da conexão é fornecida pelo molde de grafite que, apesar de ser reutilizável, é
específico para cada tipo de conexão.
35

37. Conexões Exotérmicas
Conexões Exotérmicas
36

38. BITOLA DOS CABOS DE DESCIDA
Como o raio produz aquecimento nos cabos de descida, os limites térmicos do cabo devem ser
garantidos pelo dimensionamento adequado da sua bitola. A NBR 5419/93 prescreve o seguinte
dimensionamento para estes cabos, em função do material utilizado:
MATERIAL BITOLA
Cobre 16 mm2
Alumínio 25 mm2
Aço 50 mm2
Em termos de efeito térmico, estas bitolas estão superdimensionadas, entretanto garantem a
resistência dos condutores aos efeitos mecânicos.
NÚMERO DE DESCIDAS
Quando a corrente do raio flui pelos cabos de descida, é gerado ao seu redor um campo magnético
variável que induz tensão nos materiais condutores vizinhos.
Para atenuar as correntes induzidas nos materiais condutores vizinhos e reduzir o risco de
centelhamentos e o aparecimento de tensões perigosas, deve-se distribuir, o mais uniformemente
possível, os cabos de descida. A distribuição reduz o efeito térmico e também proporciona uma
redução nos campos magnéticos induzidos no interior da estrutura minimizando assim, as
interferências nos equipamentos eletrônicos sensíveis (EES).
A NBR 5419/93 recomenda os seguintes espaçamentos médios entre os diversos condutores de
descida, em função do nível de proteção desejado:
37

39. NÍVEL DE
PROTEÇÃO
ESPAÇAMENTO
MÉDIO
(m)
I 10
II 15
III 20
IV 25
Desta forma, verifica-se que o número de descidas é resultante da divisão do perímetro da
estrutura pelo espaçamento indicado na norma. Recomenda-se que se utilize, pelo menos, duas
descidas sempre que possível.
SUPERFÍCIES EQUIPOTENCIAIS
Devido às diferenças de potenciais que aparecem ao longo do cabo de descida e às tensões
induzidas nos condutores adjacentes, podem surgir, no interior da estrutura, danos materiais
(perfuração devido ao centelhamento) e pessoais (choque elétrico). Além disso, os cabos de descida
nem sempre formam uma distribuição uniforme e simétrica, bem como as correntes que os percorrem
também não são idênticas, desta forma, a descarga pode gerar potenciais distintos em uma mesma
altura da estrutura. Portanto, é conveniente interligar todos os cabos de descida por um condutor
horizontal próximo ou junto ao solo e a cada 20m de altura.
38

40. Mais precisamente, a ligação equipotencial de ser efetuada:
No subsolo, ou próximo ao nível do solo. Os condutores de ligação
equipotencial devem ser conectados a uma barra de ligação equipotencial,
construída e instalada de modo a permitir fácil acesso para inspeção. Essa
barra de ligação equipotencial deve estar conectada ao sistema de
aterramento. Em grandes estruturas podem ser instaladas mais de uma barra
de ligação equipotencial, desde que elas sejam interligadas.
Acima do nível do solo. Em intervalos de 20m, para estruturas com mais de
20m de altura. As barras de ligação equipotencial devem ser conectadas ao
anel horizontal que interliga os condutores de descida.
A equalização de potencial constitui a medida mais eficaz para reduzir os riscos de incêndio,
explosão e choques elétricos dentro da estrutura protegida. Esta equalização é obtida mediante
39

41. condutores de ligação equipotencial ou supressores de surto interligando, dentro do volume a proteger,
o SPDA aos seguintes pontos:
Armação metálica da estrutura;
Instalações metálicas;
Massas;
Sistemas elétricos;
Sistemas eletrônicos;
Sistemas de telecomunicações.
Caso uma ligação equipotencial deva suportar uma parte substancial da descarga
atmosférica, as seções mínimas deverão estar de acordo com a tabela a seguir:
MATERIAL BITOLA
Cobre 16 mm2
Alumínio 25 mm2
Aço 50 mm2
Caso uma ligação equipotencial deva suportar apenas uma porção insignificante da descarga
atmosférica, as seções mínimas deverão estar de acordo com a tabela a seguir:
MATERIAL BITOLA
Cobre 6 mm2
Alumínio 10 mm2
Aço 16 mm2
40

42. Ligação Equipotencial
PROXIMIDADE DO SPDA DE OUTRAS ESTRUTURAS
Nos materiais condutores vizinhos aos cabos de descida e distanciados da superfície de
equalização, o campo magnético gerado pela passagem da corrente do raio nos condutores de
descida, pode induzir tensões que provocam centelhamento pelo ar ou pelo interior das paredes da
estrutura. Este centelhamento, além de perigoso para o ser humano, pode também provocar
incêndios.
41

43. Para evitar centelhamentos perigosos quando uma ligação equipotencial não pode ser
efetuada, a distância de separação entre os condutores do SPDA e as instalações metálicas, massas
e condutores dos sistemas elétrico, eletrônico e de telecomunicação deve ser aumentada em relação
a distância de segurança “d”:
ds ≥
l
k
k
kd
m
c
i=
Onde:
ki = depende do nível de proteção escolhido (Tabela 1 a seguir)
km = depende do material de separação (Tabela 2 a seguir).
kc = depende da configuração dimensional (Figuras 1, 2 e 3 a seguir).
l = é o comprimento do condutor de descida, em metros, compreendido entre o ponto
em que se consideram a proximidade e o ponto mais próximo da ligação
equipotencial.
42

44. NÍVEL DE
PROTEÇÃO
ki
I 0,1
II 0,075
III e IV 0,05
Tabela 1: Valores do coeficiente ki
MATERIAL km
Ar 1
Sólido 0,5
Tabela 2: Valores do coeficiente ki
Figura 1
43

45. Figura 2
Figura 3
Em caso de estruturas com nível de proteção IV, costuma-se adotar a distância mínima de 0,5m
entre o cabo de descida e as janelas ou portas metálicas.
MUDANÇA DE DIREÇÃO DO CABO DE DESCIDA
Os condutores de descida devem seguir o menor percurso possível, buscando-se sempre caminhos
retos e verticais, de modo a evitar o acoplamento mútuo no próprio cabo.
Se características arquitetônicas da estrutura não permitirem um trajeto adequado do cabo de
descida, trajetos com curvas fechadas só serão permitidos se a distância “d” satisfizer as mesmas
condições verificadas para a proximidade do SPDA de outras estruturas, ou seja:
44

46. ds ≥
l
k
k
kd
m
c
i=
onde:
s = distância de separação;
ki = depende do nível de proteção escolhido;
km = 0,5;
kc = depende da configuração dimensional (em geral, kc =1);
l = comprimento do condutor (ver Figura a seguir);
Cada condutor de descida (com exceção das descidas naturais) deve ser provido de uma
conexão de medição, instalada próximo ao ponto de ligação ao eletrodo de aterramento. A conexão
deve ser desmontável por meio de ferramenta, para efeito de medições elétricas, mas deve permanecer
normalmente fechada.
45

47. 5. ATERRAMENTO PARA UM SPDA
Para assegurar a dispersão da corrente de descarga atmosférica na terra sem causar sobretensões
perigosas, o arranjo e as dimensões do sistema de aterramento são mais importantes que o próprio
valor da resistência de aterramento. Entretanto, recomenda-se uma resistência da ordem de 10Ω, como
forma de reduzir os gradientes de potencial no solo e a probabilidade de centelhamento perigoso.
Do ponto de vista da proteção contra descargas atmosféricas, um sistema de aterramento único e
integrado à estrutura constitui a melhor solução e assegura uma proteção completa (isto é, proteção
contra descargas atmosféricas, proteção das instalações elétricas de baixa tensão, dos sistemas
eletrônicos a de telecomunicação).
Sistemas de aterramento distintos devem ser interligados através de uma ligação eqüipotencial.
Os seguintes tipos de eletrodo de aterramento podem ser utilizados:
a) condutores em anel;
b) hastes verticais ou inclinadas;
c) condutores horizontais radiais;
d) armações de aço das fundações.
Eletrodos em forma de placas ou pequenas grades devem ser evitados, por razões de corrosão.
É preferível instalar vários eletrodos adequadamente distribuídos, a um eletrodo mais longo.
Eletrodos de aterramento, profundos são adequados para solos em que a resistividade diminua com
a profundidade, e onde as camadas de baixa resistividade. ocorram a profundidades maiores do que
aquelas em que normalmente são cravadas as hastes de aterramento.
46

48. SISTEMAS DE ATERRAMENTO PARA CONDIÇÕES NORMAIS
Para condições normais, aplicam-se dois arranjos de eletrodos de aterramento:
Arranjo A:
Este arranjo é composto de eletrodos radiais ou verticais, sendo indicado para solos de baixa
resistividade e pequenas estruturas. Cada condutor de descida deve ser conectado, no mínimo, a um
eletrodo distinto, radial ou vertical (ou inclinado). Devem ser instalados, no mínimo, dois eletrodos. O
comprimento mínimo de cada eletrodo deve ser igual a:
a) I1 - Para eletrodos horizontais radiais:
b) 0,5 I1 - Para eletrodos verticais (ou inclinados).
sendo I1 o comprimento mínimo dos eletrodos radiais, obtido da equação:
58,903,01 −= ρI
ρ é a resistividade do solo em Ω.m.
Notas:
a) Quando se utilizar uma combinação destes dois tipos de eletrodo, deve-se considerar o
comprimento total.
b) Em solos de baixa resistividade, os comprimentos mínimos calculados podem ser
desconsiderados, desde que se obtenha uma resistência de aterramento inferior a 10Ω.
c) Estes tipos de eletrodos de aterramento requerem cuidados quanto às tensões de passo e de
contato, caso o local apresente risco para pessoas ou animais. As tensões de passo podem ser
reduzidas aumentando-se a profundidade dos eletrodos horizontais, ou a profundidade do topo dos
eletrodos verticais; as tensões de contato podem ser minimizadas mediante equalização de potencial.
Arranjo B:
Este arranjo é composto de eletrodos em anel ou embutidos nas fundações da estrutura. O raio
médio geométrico r da área envolvida pelo eletrodo não deve ser inferior ao valor de I1 (conforme
calculado anteriormente).
Quando o valor exigido para I1, for maior que o valor calculado de r, devem ser acrescentados
eletrodos cujos comprimentos são dados por:
a) Para eletrodos horizontais: rIIh −= 1
b) Para eletrodos verticais:
2
1 rI
Iv
−
=
47

49. ATERRAMENTO PARA CONDIÇÕES PARTICULARES
Em estruturas não providas de SPDA externo, deve ser instalado, para aterramento do SPDA
interno, no mínimo, um eletrodo horizontal de comprimento I1, ou um eletrodo vertical (ou inclinado)
de comprimento 0,5.I1.
A ligação equipotencial principal deve estar aterrada nesse mesmo eletrodo.
INSTALAÇÃO DE ELETRODOS DO ATERRAMENTO
Com exceção dos eletrodos de aterramento naturais, os eletrodos de aterramento devem ser
instalados externamente no volume a proteger, a uma distância de l m das fundações da estrutura.
Eletrodos de aterramento formados de condutores em anel, ou condutores horizontais radiais,
devem ser instalados a uma profundidade, mínima de 0,5m. Nos eletrodos radiais, o ângulo entre dois
condutores adjacentes não deve ser inferior a 60o
.
Hastes de aterramento verticais (ou inclinadas) instaladas em paralelo devem ser uniformemente
distribuídas no perímetro da estrutura, espaçadas entre si por uma distancia não-inferior à sua
profundidade de cravação no solo.
A profundidade e o tipo dos eletrodos de aterramento devem ser escolhidos de forma a minimizar
os efeitos da corrosão, do ressecamento e congelamento do solo, e assim estabilizar a resistência de
aterramento equivalente. Até 1m de profundidade, hastes de aterramento verticais são ineficazes em
caso de congelamento do solo. Em solos de rocha viva, aplica-se somente o arranjo de aterramento B.
ELETRODOS DE ATERRAMENTO NATURAIS
As armações de aço embutidas nas fundações das estruturas, apresentando as características
adequadas indicadas na NBR 5419, podem ser utilizadas como eletrodo de aterramento, nas seguintes
condições:
a) as armações de aço das estacas, dos blocos de fundação e das vigas baldrames devem ser
firmemente amarradas com arame torcido em cerca de 50% de seus cruzamentos. As barras horizontais
devem ser soldadas, ou sobrepostas por, no mínimo 20 vezes seu diâmetro e firmemente amarradas
com arame torcido;
b) em alternativa, pode ser acrescentada às armações da fundação para servir como eletrodo
uma barra de aço de construção, com diâmetro mínimo de 10mm, ou uma fita de aço de 25mm x 4mm
disposta com a largura na posição vertical, formando um anel em todo o perímetro da estrutura. A
camada de concreto que envolve estes eletrodos deve ter uma espessura mínima de 5cm;
c) as armações de aço das fundações devem ser interligadas com as armações de aço dos pilares
da estrutura, utilizados como condutores de descida naturais, de modo a assegurar a continuidade
elétrica;
d) o eletrodo de aterramento natural assim constituído deve ser conectado à ligação
equipotencial principal através de uma barra de aço com diâmetro mínimo de 10mm, ou uma fita de
aço de 25mm x 4mm, soldada às armações de aço das fundações;
e) os eletrodos de aterramento de fundação devem ser instalados de modo a permitir inspeção
durante a construção.
48

50. 6. EQUIPAMENTOS PARA UM SPDA
Os materiais utilizados devem suportar, sem danificação, os efeitos térmicos eletromecânicos das
correntes de descarga atmosférica, bem como os esforços acidentais previsíveis.
Os materiais e suas dimensões devem ser escolhidos em função dos riscos de corrosão da
estrutura a proteger e do SPDA.
As dimensões mínimas dos materiais do SPDA, indicados nesta apostila, podem ser aumentados
em função de exigências mecânicas ou de corrosão.
Os riscos de corrosão provocada pelo meio ambiente, ou pela junção de metais diferentes, devem
ser cuidadosamente considerados no projeto do SPDA.
CAPTORES
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51. ISOLADORES
50

52. MASTROS, POSTES E TORRES
51

53. 52

54. 53

55. 54

56. ACESSÓRIOS DIVERSOS
55

57. 7. SISTEMAS DE PROTEÇÃO ESPECÍFICOS
SUPRESSORES DE SURTO
Um sistema de proteção contra relâmpagos pode também incluir componentes para prevenir
danos causados por efeitos indiretos dos relâmpagos, tais como supressores de surtos. A atividade de
relâmpagos próximos a um local, incluindo relâmpagos dentro das nuvens e entre nuvens, pode causar
surtos de tensão, conhecidos como sobretensões ou transientes, que podem afetar linhas de tensão,
cabos telefônicos ou de dados, e instrumentação em geral. Os surtos de tensão são aumentos
momentâneos na tensão normal de um sistema, causados pêlos efeitos eletromagnéticos associados aos
relâmpagos. Os supressores de surtos podem ser adicionados a um sistema de proteção contra
relâmpagos para proteger os equipamentos eletrônicos contra sobretensões. Existem diversos tipos de
supressores, entre eles centelhadores à ar, centelhadores à gás, varistores e diodos zener. Em várias
aplicações é necessário o uso combinado de mais de um tipo de supressor, formando um circuito de
proteção.
Os supressores de surto devem ser instalados o mais próximo possível dos equipamentos
protegidos. Se o módulo protetor estiver a mais de 100m do equipamento protegido, é necessária a
instalação de um segundo módulo protetor próximo aos terminais de entrada/saída do equipamento
eletrônico. De qualquer forma, os protetores devem ser devidamente aterrados para que possam
desempenhar com eficiência as suas funções protetoras.
A figura a seguir ilustra a aplicação dos supressores de surto.
56

58. SUPRESSORES DE SURTO PARA CIRCUITOS DE ENERGIA
São encontrados módulos supressores de surto para circuitos monofásicos, bifásicos e
trifásicos. Devem ser observadas as seguintes recomendações:
Os módulos protetores devem ser instalados nas proximidades dos equipamentos
eletrônicos, em paralelo com seu circuito de alimentação, sempre após o disjuntor de
proteção de sobrecorrente.
Se houver falha do módulo protetor, ou quando este atingir seu tempo de vida útil, pode
ocorrer um curto-circuito monopolar à terra cujo sistema deverá ser interrompido pela ação
do disjuntor de proteção de sobrecorrente. A vida útil dos módulos protetores depende do
fabricante, do tipo e do tipo e intensidade dos surtos que o atingem.
Selecionar os módulos protetores em função do valor máximo da energia transitória
dissipada com onda 8x20µs, ou ainda, em função do nível de proteção desejado, selecionar
um protetor que suporte um elevado valor de corrente para uma onda 8x20µs quando for
desejada uma proteção duradoura e mais eficaz.
A figura a seguir apresenta o protetor contra surtos VCL da CLAMPER:
Suas principais características são as seguintes:
Grande capacidade energética. Suporta correntes de surto de até 40.000A em elevados
valores de sobretensão transitória;
Tempo de atuação da ordem de nanossegundos (bilionésimos de segundo), compatível
com os mais modernos equipamentos eletrônicos;
Facilmente instalável no quadro de distribuição de energia (junto aos disjuntores) nas
residências, escritórios e indústrias, oferecendo proteção para os aparelhos conectados
aos circuitos oriundos daquele quadro;
Possui dispositivo de proteção interna contra eventuais acidentes na rede elétrica, atuando
tanto por sobrecorrentes quanto por sobretemperatura;
Indicador de operação através de sinalização luminosa local bicolor;
Pode atuar centenas ou milhares de vezes sem necessidade de ser substituído ou religado.
57

59. As sobretensões transitórias e instantâneas de elevada amplitude são conduzidas através da
rede de alimentação para as instalações elétricas industriais e domésticas. A supressão destas
sobretensões evita a sua propagação na rede elétrica interna e conseqüentemente evita os
eventuais danos que podem ser causados aos equipamentos eletro-eletrônicos conectados a ela.
Conforme prevê a ABNT NBR 5410/97 esta supressão deve ser proporcionada por dispositivos
apropriados de proteção contra sobretensões. O supressor de surto é um protetor contra
sobretensões transitórias, para instalação em quadros de distribuição de energia elétrica de
residências, escritórios e áreas industriais. Integra um elemento supressor de alta capacidade de
dreno de corrente (Varistor de Óxido Metálico de até 80 KA @ 8x20 microsegundo) e um
dispositivo térmico de segurança que desconecta o elemento supressor da rede se,
eventualmente, o protetor foi submetido a distúrbios acima de sua capacidade ou acidentes na
rede elétrica.
O supressor de surto VCL da CLAMPER pode ser utilizado em circuitos monofásicos, bifásicos e
trifásicos, conforme diagrama esquemático abaixo:
É facilmente instalado nos quadros de distribuição e oferece proteção para todos os
equipamentos eletro-eletrônicos conectados aos circuitos oriundos deste quadro. Sua concepção
mecânica permite montá-lo com fixação rápida sobre trilho padronizado de 35mm ou em garras.
58

60. Exemplo de quadro de distribuição trifásico (Sistema TN-S)
Dimensões:
Dados Técnicos:
Tipos
Valores Máximos
(TA = 85ºC)
Características
(TA = 25ºC)
Clamping
VCL
VRMS
(V)
VDC
i Max.
8 x 20 µs
WMax.
2 ms
Vv
1mA
∆Vv
1mA V i
C tip
1KHz
175V 8KA 175 225 V 8000 A 98 J 270 V +/- 10% 455 100A 1000pF
275V 8KA 275 350 V 8000 A 151 J 430 V +/- 10% 710 100A 630pF
440V 8KA 440 585 V 8000 A 185 J 715 V +/- 10% 1180 100A 400pF
175V 40KA 175 225 V 40000 A 325 J 270 V +/- 10% 455 300A 4300pF
275V 40KA 275 350 V 40000 A 550 J 430 V +/- 10% 710 300A 2700pF
440V 40KA 440 585 V 40000 A 950 J 715 V +/- 10% 1180 300A 1700pF
Modelos com capacidade de dreno de corrente de 16.000 ou 80.000 Ampères sob consulta.
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61. SUPRESSORES DE SURTO PARA LINHAS TELEFÔNICAS
Como as linhas telefônicas são, muitas vezes, o meio de comunicação de dados em informática,
é necessário bloquear a penetração de transitórios através delas. Isto pode ser feito utilizando um
módulo protetor em série com o equipamento protegido, instalado em suas proximidades. Devem ser
observadas as seguintes recomendações:
Selecionar o módulo protetor em função da classe de tensão que pode variar entre 25 e
150V em corrente contínua;
Observar que, logo após a atuação, o módulo protetor regenera as condições normais da
linha telefônica;
Um só módulo protetor pode proteger várias linhas telefônicas, de acordo com o modelo
adotado;
Da mesma forma que a proteção de linhas elétricas, selecionar os módulos protetores em
função do valor máximo da energia transitória dissipada com onda 8x20µs, ou ainda, em
função do nível de proteção desejado, selecionar um protetor que suporte um elevado valor
de corrente para uma onda 8x20µs quando for desejada uma proteção duradoura e mais
eficaz.
SUPRESSORES DE SURTO DIVERSOS
Outros tipos de protetores também estão disponíveis no mercado. Alguns tipos são relacionados
a seguir:
Proteção contra surtos transitórios elétricos para equipamentos eletro-eletrônicos
conectados à cabos coaxiais;
Proteção contra surtos transitórios elétricos para equipamentos eletro-eletrônicos
conectados à LAN Ethernet;
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62. Proteção contra surtos transitórios elétricos para equipamentos eletro-eletrônicos
conectados à linhas de sinais de controle e alimentação;
Proteção contra surtos transitórios elétricos para equipamentos eletro-eletrônicos
conectados à linhas telefônicas discadas (LD);
Proteção contra surtos transitórios elétricos para equipamentos eletro-eletrônicos
conectados à linhas privativas de comunicação de dados (LPCD), interfaces RS-422 e RS-
485;
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63. Proteção contra surtos transitórios elétricos para transmissores montados no campo
conectados à linhas de sinais de controle e supervisão;
Proteção contra surtos transitórios elétricos para equipamentos eletro-eletrônicos
conectados à linhas de dados de interface RS-232-C;
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64. PROTEÇÃO DE ESTRUTURAS METÁLICAS
Para o caso de edificações com algum tipo de estrutura metálica – sejam colunas, estruturas do
telhado ou as próprias telhas, tem-se um pequeno paradoxo: devido à sua natureza, são grandes
atratoras de raios e, portanto, potencialmente mais perigosas; entretanto, dispensam a adição de
componentes, e, desde que devidamente aterradas, são as mais seguras possíveis.
Por estrutura metálica, definimos não apenas elementos estruturais propriamente ditos, mas
também quaisquer elementos metálicos de porte suficiente e em posições tais que possam que possam
interagir com a queda do raio e/ou sua condução à terra.
Assim, podemos ter:
telhas metálicas
estruturas metálicas de suporte das telhas (sejam estas metálicas ou não)
colunas metálicas
elementos diversos: rufos metálicos, escada tipo marinheiro, tubulações expostas, etc.
Pode-se então definir os seguintes casos, conforme a ocorrência de cada elemento metálico:
Caso Telhas
Metálicas
Estruturas
Metálicas
Colunas
Metálicas
I sim não não
II não sim não
III não não sim
IV sim sim não
V não sim sim
VI sim sim sim
Obs: não é comum encontrar-se telhas e colunas metálicas sem estrutura metálica.
Captação dos raios
Nos casos I e IV, se as telhas tiverem espessura igual ou maior que 2mm (para o aço, e 4 mm
para o alumínio), o telhado é considerado autoprotegido e não há necessidade de nenhuma providência
extra para captar os raios.
Já para as telhas que tiverem espessura menor que o indicado acima, poderão haver perfurações
pelos raios de maior intensidade, mas as correntes serão conduzidos sem problemas. O único risco é a
formação de goteiras, o que, na maioria das vezes, é aceitável.
63

65. No caso de edifícios com conteúdos perigosos, deve-se levar em conta - e, conforme o caso,
evitar - o fato do telhado ficar energizado, podendo ocasionar centelhas.
Já nos casos II, V e VI, a estrutura metálica de sustentação costuma estar toda interligada,
formando, assim, uma gaiola de Faraday natural no prédio.
Cuidados com as telhas não metálicas: as telhas não metálicas estão fora do volume de
proteção, o que significa que poderão ser atingidas pelos raios; o risco é a quebra das telhas e queda de
alguns cacos dentro da estrutura. A norma VDE considera esse risco muito baixo, porque a maioria dos
raios cairá nas peças metálicas de fixação das telhas. Se for desejado reduzir ainda mais o risco, pode-
se instalar hastes verticais de 30 a 50cm, ligadas à estrutura e distanciadas de 5 a 8m; exagerando os
cuidados, poderia ser instalada uma malha de condutores (10 x 15 a 10 x 20m) ligada à estrutura. Se as
telhas não forem suficientemente fortes para suportar o deslocamento de ar no instante do impacto do
raio, podem ser colocadas hastes captoras com altura e espaçamento calculados de acordo com o nível
de proteção elegido.
Para o caso III, não existe captação natural, o que exige a instalação de captores verticais
(Eletrogeométrico) ou horizontais (gaiola de Faraday).
Descidas
Para os casos III, V e VI, as colunas metálicas devem ser utilizadas como descidas naturais,
aterradas na base e ligadas, no alto, com a estrutura metálica ou telhas metálicas ou, ainda, com os
captores (no caso de teto não metálico).
Nos casos I, II e IV, no entanto, é necessária a instalação de descidas convencionais.
Há uma preocupação popular infundada contra a utilização de colunas metálicas como
descidas, devido ao perigo das tensões de toque. É claro que estas existirão, mas deve-se notar que e o
raio descerá pela coluna metálica, querendo-se ou não.
O tubo de PVC, geralmente instalado na base de descidas por cabos, NÃO é bom isolante,
tendo como funções unicamente a proteção mecânica do cabo e um acabamento estético;
Assim, o lógico é utilizar as colunas como descidas, proceder ao aterramento das mesmas, de
preferência com um anel de contorno e, se necessário, tomar as providências para prevenir tensões de
toque, mantendo as pessoas afastadas através de avisos.
Aterramento
Nos casos I, II e IV, executar o aterramento conforme já descrito; nos demais, todas as colunas
devem ser interligadas ao anel de terra, exceto quando o espaçamento entre elas for bastante pequeno.
Convém salientar novamente a conveniência da utilização (criteriosa) das armações das
fundações de concreto normalmente utilizadas para colunas metálicas.
64

66. PROTEÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO
Como uma extensão natural do uso da estrutura metálica para captação, condução e dispersão
da corrente dos raios no solo, técnica muito utilizada nos Estados Unidos, surgiu a idéia de se utilizar a
ferragem do concreto armado com a mesma finalidade. Para o raio, é como se o concreto não fizesse
muita diferença, ou seja, o raio "enxerga" toda a ferragem da armadura do concreto de um prédio como
se fosse uma estrutura metálica.
Concreto Armado
Quando cai um raio sobre um prédio, as correntes que vão passar pelo primeiro condutor
atingido - captor ou descida (esta no caso de descarga lateral em prédios altos) - serão da ordem de
dezenas ou centenas de kA, com duração total da ordem de ms e com freqüências elevadas, com
componentes de dezenas de kHz até alguns MHz, podendo-se pensar nos seguintes efeitos:
aquecimento das barras
arcos elétricos nas junções das barras
efeito pelicular
Esses efeitos preocupam os engenheiros civis, pois qualquer um deles, mesmo ocorrendo
individualmente, poderia prejudicar a resistência do conjunto concreto-aço, que depende da aderência
de um elemento ao outro.
Aquecimento das Barras
No caso das correntes do raio, o aquecimento é muito baixo em relação ao suportável pelo
concreto armado. Se a ferragem for utilizada também para escoar correntes de curto circuito poder-se-
ia ter, realmente, algum risco, pois o tempo passaria a ser bem maior e, com uma corrente de 10 ou 20
kA passando por 1 a 5 segundos, a elevação da temperatura pode provocar o destacamento da barra em
relação ao concreto.
Arcos nas Junções
Os arcos elétricos nas junções das barras constituem o maior risco quando se utilizam as
ferragens para condução da corrente do raio, principalmente nas descidas e, em especial, nos cantos
das edificações. De fato, a maior incidência dos raios é mesmo nos cantos dos prédios, e a divisão das
correntes é tal que, pela descida correspondente, desce cerca de 50% da corrente, o que corresponde a
valores de 50 a 125 kA para os diversos níveis de proteção (usa-se, para efeito de cálculo, 250 kA para
o nível I, 150 kA para o nível II e 100 kA para os níveis III e IV, segundo a IEC).
Na prática convencional, ao longo das colunas de concreto armado, as barras são amarradas
entre si pelos estribos através de arame recozido, sem a preocupação de obtenção de bom contato
elétrico e, nas emendas das barras, não há nem necessidade dessa amarração. Para obtenção da
resistência mecânica desejada da coluna de concreto é até conveniente que o cimento entre em contato
65

67. com toda a secção do aço, ou seja, se a amarração for feita ela não precisa ser firme; a finalidade é
apenas manter a ferragem no local durante a fundição do concreto.
Quando a corrente do raio passar de uma barra a outra com um mal contato entre elas, surgirá
um arco elétrico, que provocará a rápida evaporação da água contida no concreto e sua conseqüente
explosão, com possíveis riscos para a integridade da coluna. Deve-se providenciar, pois, uma boa
amarração através dos estribos, para se ter uma divisão da corrente entre as barras verticais das colunas
e, também, uma amarração firme entre as barras verticais ao longo da coluna, com resistência elétrica
inferiores a 10 ohms, para que não hajam arcos elétricos. Ao longo da coluna teremos vários percursos
em paralelo, pois as barras de cada coluna são interligadas pelos estribos a cada 10 a 15 cm e as
exigências de continuidade em geral são satisfeitas. Dadas às dificuldades de um empreiteiro eletricista
supervisionar o serviço de funcionários do empreiteiro das obras civis, é preciso treinar o pessoal ou
usar barras adicionais dedicadas. De qualquer maneira, será necessário prover pontos de verificação da
continuidade para que o pessoal encarregado da fiscalização possa verificá-la ao longo das colunas e
entre estas e as lajes.
Efeito Pelicular
Como as correntes dos raios são de alta freqüência, com tendência, pois, a passar pela periferia
do condutor, é de se pensar na possibilidade da barra de aço se soltar do concreto, diminuindo a
resistência mecânica deste. Foram realizadas experiências com barras de ferro embutidas em blocos de
concreto e submetidas à passagem de correntes de impulso. Os resultados mostraram que esse efeito
não é de causar preocupações para a integridade das vigas e colunas de concreto armado.
As Recomendações das Normas
Com exceção da norma francesa, a grande maioria das normas permite a utilização das
ferragens do concreto, exigindo apenas que haja continuidade elétrica, mas sem definir o limite
superior da resistência elétrica, considerando que a amarração “normal”, “usual”, “comum”, “habitual”
é suficiente. Consideram essas normas que, embora a resistência individual de cada conexão possa ser
alta, serão muitas as conexões, e a corrente se dividirá de tal maneira que a possibilidade de dano
como aqueles detectados em laboratório é muito pequena.
A Execução Segura
Dada a dificuldade do empreiteiro da obra civil em garantir a continuidade elétrica das
conexões, por não ter pessoal acostumado a se preocupar com isso, e aos possíveis problemas de
interferência de um empreiteiro eletricista verificando o serviço que está sob responsabilidade de outro
empreiteiro, a melhor solução poderá ser a utilização de uma ferragem especial dedicada para o
sistema de proteção.
A ferragem dedicada será constituída por barras soldadas, unidas por conectores de aperto ou
por buchas especiais, colocadas em todas as colunas e interligadas por outras barras colocadas nas
vigas e nas lajes. Teremos assim, em cada piso de um edifício, uma "malha de terra" que uniformizará
os potenciais de cada andar e à qual será ligada a barra de equalização principal dos potenciais (ou
LEP) do andar. À LEP serão ligados os condutores PE ou PEN previstos pela NBR-5410 e os
terminais terra dos protetores ligados aos condutores fase da instalação, quando forem necessários. Se
a largura, no caso e edifícios industriais ou comerciais, for grande (> 40m), e se houver possibilidade
de instalação de aparelhagem eletrônica sensível - um CPD, por exemplo - é conveniente a colocação
de barras horizontais formando malhas de 10x10 a 10x15m. Dessa forma, poderão ser instaladas varias
LEPs para um aterramento em malha. Se já se souber a área a ser ocupada pelo CPD, por exemplo,
nessa parte a malha deverá ser mais fechada, usando-se telas soldadas tipo TELCON com malha 10x20
cm, por exemplo.
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68. Os captores para esses casos poderão ser tanto de hastes (modelo de Franklin ou
Eletrogeométrico) como cabos em malha (Faraday), e deverão ser ligados aos componentes do sistema
adicional de modo a não causarem dano futuro ao concreto pela entrada de umidade ou corrosão.
PROTEÇÃO DE ÁREAS CLASSIFICADAS
As áreas classificadas são aquelas em que há vapores, gases, pós ou fibras em concentrações,
temperaturas e, às vezes, umidade tais que uma faísca com uma energia superior a um dado valor pode
causar incêndios ou explosões.
Para que haja inflamação de uma mistura gás/ar ou vapor/ar é preciso que ocorram,
simultaneamente, as seguintes condições:
a concentração da mistura esteja na proporção correta para haver inflamação. Se a
concentração for maior ou menor não haverá, pois, risco de incêndio ou explosão. Assim é
que em postos de gasolina, que são sempre construídos em esquinas, embora haja vapor de
combustível constantemente, há também uma ventilação permanente, que reduz a
concentração a valores abaixo do mínimo para haver inflamação. É por esse motivo que
raramente se houve falar em incêndio ou explosão em um posto de gasolina. Por outro lado,
em um reservatório em que um gás é mantido sob pressão elevada não há risco de explosão,
mesmo que haja faiscamentos dentro do reservatório ou elevação de temperatura em um
ponto da parede.
haja faíscas com energia suficiente para iniciar a inflamação da mistura ou elevação da
temperatura acima de um dado valor. No caso dos raios, o canal do raio apresenta, no seu
núcleo, temperaturas da ordem de milhares de graus Celsius, de modo que, se o canal
atravessar uma área em que a concentração está na faixa de inflamação, haverá incêndio ou
explosão. O raio, no ponto de impacto sobre uma chapa metálica, causará elevação da
temperatura que se propagará ao longo da espessura da chapa, podendo chegar, no outro
lado a valores suficientemente altos para causar a inflamação de uma mistura que tenha a
concentração adequada e que esteja em contato com a chapa. Essa é a razão das Normas
exigirem uma espessura mínima para a chapa com a qual são fabricados os tanques de
combustível, por exemplo.
No caso dos pós e fibras isolantes, é também importante a umidade relativa do ar: em uma
atmosfera seca, facilmente as fibras de algodão, por exemplo, se inflamam, havendo vários exemplos
de incêndios em armazéns ou fábricas que usam algodão em fibra.
As áreas de risco de explosão ou de inflamação são denominadas pelas normas internacionais e
brasileiras de áreas classificadas. A classificação das áreas em zonas é feita de acordo com a
probabilidade de existência das condições favoráveis para inflamação ou explosão.
A norma brasileira define as seguintes zonas:
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69. • Zona 0 - gases e vapores continuamente em condições de inflamação
• Zona I - gases e vapores periodicamente em condições de inflamação
• Zona II - gases e vapores esporadicamente (em casos de acidentes ou falhas de
manutenção) em condições de inflamação.
• Zona 10 - pós e fibras continuamente em condições de inflamação.
• Zona 11 - pós e fibras em condições de inflamação por períodos curtos.
Na Zona 0, não podem ser usados equipamentos elétricos, salvo circuitos de sinalização ou
controle com sensores especiais com “proteção intrínseca”, a qual garante que, em caso de defeito, os
possíveis faiscamentos terão energia insuficiente para causar inflamação da mistura que pode estar em
contato com o sensor. Nas outra zonas, os equipamentos elétricos deverão ter proteção adequada
confirmada por ensaio de certificação.
Cuidados Fundamentais
Quando há uma descarga atmosférica, são gerados campos eletromagnéticos intensos, que
podem gerar faiscamentos entre peças metálicas a potenciais diferentes. Além disso, como vimos, em
tomo dos condutores de descida aparece o efeito corona, com faiscamentos que podem gerar explosões
ou incêndios.
Para reduzir as possibilidades de incêndios e explosões, indicamos, a seguir, as prescrições
básicas a serem seguidas (Zonas I e II):
evitar que o canal do raio atravesse uma zona em que haja gases ou vapores em
condições de inflamação.
o condutor de descida não deve atravessar uma área classificada em condições de
inflamação.
evitar a presença de peças metálicas a potenciais flutuantes nas proximidades de outras
peças aterradas que possam produzir falseamentos dentro de áreas classificadas.
evitar laços abertos formados por peças metálicas ou por condutores de circuitos que
possam produzir falseamentos na distância livre que esteja em área classificada.
considerar que alguns componentes de circuitos, como varistores, podem se aquecer
tanto que a resina se inflama, ou mesmo explodem.
Medidas a serem Adotadas na Proteção Externa
Para proteção externa de edifícios ou estruturas com área classificada, a melhor solução é a
proteção separada ou isolada, em que os captores e as descidas ficam cerca de 3m afastados do teto e
das laterais da edificação. Assim mesmo, deve ser feita a equalização dos potenciais dentro das
estruturas, e devem ser interligados os terras da estrutura e do sistema de proteção externa.
Se não for possível fazer a proteção externa separada ou isolada, o edifício deve ser protegido
pelo método da gaiola de Faraday, inclusive nas fachadas (malhas de 5x5 m), e devem ser tomados
cuidados especiais como:
As descidas não devem atravessar áreas classificadas como zonas I, II, 10 ou 11.
Evitar que tubulações formem laços abertos em zonas I, II , 10 ou 11.
Eliminar potenciais flutuantes e equalizar todos os potenciais.
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70. Colocar componentes que possam se inflamar em envoltórios especiais para áreas
classificadas.
Instalar condutores em paralelo com todas as juntas de estruturas metálicas
("jampear") que possam conduzir a corrente do raio, se não houver continuidade
elétrica.
Medidas a serem Tomadas na Proteção Interna
Confinação de todos os componentes que possam se inflamar ou explodir, por excesso de
energia dissipada;
Os protetores devem ser colocados em caixa à prova de explosão ou em outra proteção prevista
nas normas de áreas classificadas;
Verificação das proximidades das tubulações metálicas em relação às estruturas metálicas. Se
houver risco de faiscamentos, providenciar o aumento da distância ou a sua eliminação, curto-
circuitando.
Observações:
1. As recomendações acima partem do princípio de que o encarregado do projeto de proteção
contra descargas atmosféricas recebe uma planta da instalação já com a classificação das áreas
feita por especialista.
2. Antes de se fazer a proteção de um estrutura com área classificada é necessário verificar se ela não
é autoprotegida, para não colocar uma proteção desnecessária. Chamamos de autoprotegida uma
estrutura que é capaz de suportar o impacto de um raio, conduzir as correntes resultantes e dissipá-las
no solo pelo sistema natural de aterramento ou por aterramento especial.
PROTEÇÃO DE PROPRIEDADES RURAIS
À medida que as propriedades rurais vão se modernizando, tomam-se mais sensíveis às
descargas atmosféricas e, em muitas delas, as conseqüências podem ser até mais danosas do que em
prédios industriais. De fato, até a poucos anos atrás, só se pensava na possibilidade de uma estrutura
rural, toda de madeira, ser destruída por incêndio provocado por um raio direto. Hoje, devemos pensar
nos microcomputadores, microprocessadores, nos comandos automatizados de alimentação que estão
sujeitos a riscos de danos maiores devido à maior exposição dos edifícios e das linhas de distribuição
aos efeitos diretos e indiretos das descargas atmosféricas. Se a morte de algumas cabeças de gado
quando há queda de raio no pasto já preocupava os fazendeiros, é fácil de imaginar os riscos a que
estão expostas as cabeças de gado confinado quando a densidade passa de uma cabeça por hectare a
2000 cabeças por hectare.
69

71. Os criadores de frangos para corte, por exemplo, também podem sofrer prejuízos enormes com
a parada da alimentação automática ou do sistema de ventilação. Um acidente na Áustria causou a
morte de 14.000 frangos em crescimento, asfixiados pela parada dos ventiladores em decorrência de
sobretensão devida a uma queda de raio nas proximidades.
O Gado Solto
A tensão de passo para o gado solto dificilmente pode ser reduzida a ponto de salvar o gado.
Como o gado costuma se agrupar em torno das árvores deixadas no pasto para sombreamento,
podemos proteger essas árvores com captores e descidas para reduzir o risco de descargas laterais e
fazer um aterramento com potenciais distribuídos.
Além dessa alternativa, a mais segura é recolher o gado para locais abrigados e, neles, reduzir a
tensão de passo pela colocação de uma tela tipo Telcon (de malhas soldadas) no piso, a uma
profundidade de 60cm ou mais.
O Gado Confinado
Neste caso, o risco é bem maior pela quantidade de cabeças de gado em uma área pequena e a
solução a ser adotada é, novamente, a uniformização dos potenciais no solo. Isto pode ser conseguido
pela colocação, a uma profundidade de 60cm ou mais, de uma tela de malhas soldadas e resistente à
corrosão (pode ser de aço galvanizado, ou de cobre). A profundidade será escolhida por razões
mecânicas: deve suportar, sem se romper, o peso das máquinas agrícolas que passarão pelo terreno,
para remoção do estrume. A essa malha deverão ser ligadas todas as peças metálicas existentes no
local, como os alimentadores de ração ou de água, além das cercas metálicas. Se o custo dessa malha
em toda a área for considerado elevado, pelo menos os alimentadores e todas as peças metálicas
deveriam ser aterradas e em suas proximidades (a 2m ou 2,5m) ser colocada a tela indicada acima.
Com isto estaríamos equalizando os potenciais entre a cabeça e as patas (eliminando a tensão de toque
na cabeça) e a tensão de passo (entre as patas dianteiras e traseiras). Se também isso ainda for
considerado muito caro só restará ao criador fazer um seguro e/ou rezar...
Já para as áreas externas, usadas para regime de semiconfinamento, pode-se instalar postes
metálicos aterrados (ou captores nas árvores), espaçados de modo a proteger um plano de uns 2m
acima do solo. Esta proteção evitará que o gado seja atingido diretamente pelos raios; para completá-
la, os aterramentos dos postes deverão ser como os indicados anteriormente para as árvores. Caso
contrário, estaremos evitando que o gado morra carbonizado mas não evitaremos uma morte por
fibrilação. É verdade que, neste ultimo caso, teremos carne para churrasco por uni bom período de
tempo...
Aterramento das Cercas
O arame das cercas fica carregado de eletricidade estática quando, sobre a área, paira uma
nuvem tempestuosa; para descarregá-la, é suficiente aterrá-la de trechos em trechos (a cada 50m). Este
aterramento não precisa ser muito "caprichado": não se trata de escoar a corrente do raio, mas de
descarregar a eletricidade estática e, para isto, basta interligar os arames da cerca e ligar o arame de
interligação a uma haste (cano de água galvanizado, cantoneira também de aço galvanizado, etc.) de
comprimento 0,5m a 1m. A cada dois ou três aterramentos, é conveniente seccionar a cerca (para
reduzir a eletricidade acumulada), seja por isoladores especiais encontrados na praça, seja por um
pedaço de madeira de 30 a 50 cm, nas extremidades dos quais serão fixados os arames de interligação
e aterramento de cada trecho. A outra alternativa é seccionar a cerca, interrompendo-a por dois
mourões afastados de 30 a 50cm e aterrando cada trecho no mourão correspondente.
Deve-se verificar periodicamente (2 a 3 anos) o estado das hastes, pois pode haver corrosão e o
arame de aterramento ficar solto.
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72. Galpões e Prédios
As construções parcialmente metálicas e de concreto armado, destinadas a armazenamento de
produtos não inflamáveis, poderão ser protegidas de acordo com o nível de proteção IV, o que equivale
a usar o modelo eletrogeométrico com raio de atração de 60m. As construções de madeira deverão ser
protegidas com o nível III - raio de atração de 45 m. Neste último caso, relembramos que deve ser
mantida uma distância de, aproximadamente, 10cm entre os condutores de descida e as peças de
madeira e que os captores devem ter mais de 2m de altura. A separação descidas/madeira pode ser feita
com peças metálicas, que suportarão os condutores. Se não houver acesso constante de pessoas no
interior das construções, o aterramento pode ser feito em cada descida - se a resistividade do solo for
baixa (até 500 ohm.m) e em anel - se for alta. Se houver acesso constante de pessoas, ou se for uma
construção que sirva de abrigo durante chuvas, deverá ser usado, necessariamente, o aterramento em
anel. Se a largura for maior que 10 m, deve ser instalada uma malha interna de 10x10 m, ligada ao anel
externo a cada 10m; se a largura for menor que 10m, basta instalar condutores transversais a cada 10m
do anel.
Nos estábulos, cocheiras, etc., deverá ser instalada uma tela Telcon de malha 10x20cm no piso,
a 60cm de profundidade ou embutida no piso de cimento, pois os quadrúpedes estão muito mais
sujeitos a acidentes pela tensão de passo, como visto anteriormente. Todas as peças metálicas internas
deverão ser ligadas à malha de terra no ponto mais próximo, para evitar a passagem de corrente da
cabeça para as patas, passando pelo coração.
Os Aterramentos
Uma prática usual nas fazendas é usar como eletrodo de terra um radiador velho de caminhão
ou trator, enterrado a 2 ou 3m de profundidade. Encarrega-se alguém de despejar um balde de água por
uma manilha, periodicamente. A água, saindo pelos furos (que o radiador velho certamente possui)
manterá o terreno úmido e com baixa resistência.
Este tipo de aterramento é usado quando se tem um ou dois pontos de terra (uma casa, um
paiol). Fora disso, o aterramento deverá ser o normal: hastes ou condutores horizontais.
Proteção Interna
Como as linhas de baixa tensão são, em geral, longas e em campo aberto, as tensões induzidas
são maiores que nas linhas urbanas. Para redução das sobretensões induzidas, devem ser colocados
pára-raios de linha nas entradas das construções e a cada 150m ao longo da linha.
Se houver comandos eletrônicos (microprocessadores, computadores), deverão ser usados
protetores de segunda linha (varistores) próximos aos equipamentos. Os varistores deverão ser de 10
kA ou mais nas entradas, se não forem usados pára-raios, e de 5 kA ou mais se forem instalados pára-
raios nas entradas.
Dada a importância de ventiladores e motores para a continuidade de operação, estes também
deverão ser protegidos com varistores de 5 kA ou mais.
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73. PROTEÇÃO DE ÁREAS EXTERNAS
Áreas Abertas
As áreas abertas, em muitos casos, podem ser facilmente protegidas enquanto que, em outros,
haverá um custo muito elevado. Quando o custo é grande, ou há limitações arquitetônicas ou
ambientais, as normas de alguns países recomendam a colocação de cartazes com as instruções sobre
os procedimentos a serem adotados em caso de trovoadas.
Pátios de Estacionamento
Estes locais devem ser protegidos porque as pessoas vão para os veículos (ou saem) mesmo
quando está chovendo. Isto ocorre principalmente nos shopping centers, nos supermercados e lojas de
departamentos. Como estes locais têm, normalmente, um sistema de iluminação com postes metálicos
altos, bastará aterrá-los e verificar com a esfera fictícia de 30m de raio (Nível II) se as pessoas estarão
protegidas. É importante ressaltar que a verificação é feita nas maiores distâncias entre os postes: se
eles formam retângulos, a verificação deve ser feita na diagonal; se a distribuição for irregular a
verificação deve ser feita a cada dois ou três postes. Para maior segurança, consideram-se as pessoas
com 2m de altura e deixamos ainda uma "folga" de 2m, o que corresponde a adotar uma distância entre
os postes tal que a esfera fictícia fique a 4m do solo.
Outras alternativas, mudando a altura dos postes (ou colocando captores sobre eles), podem ser
encontradas por cálculo manual ou computadorizado; a mudança da distância entre os postes só pode
ser feita após verificação dos cálculos de iluminação. Se os postes forem metálicos, bastará aterrar a
sua base, não sendo necessária a colocação de uma descida; se forem de concreto, o mais econômico
será utilizar a sua ferragem, especificando uma continuidade elétrica das ferragens ao fabricante. Se os
postes já estiverem comprados ou instalados, será conveniente a colocação de descidas externas, para
evitar danos por descargas laterais ou por arcos nas conexões sem continuidade elétrica. Se houver
necessidade de uma descida interna, deve-se fazer ligação entre ela e a ferragem no topo e no pé do
poste, para evitar descargas entre elas.
O condutor de descida é imprescindível em postes de madeira; neste caso ele pode ser fixado
diretamente ao poste ou a uma pequena distância para evitar a queima da madeira pelo condutor
aquecido ou pelo corona (normalmente a madeira não se inflama, ficando somente um pouco
chamuscada).
Parques Públicos
Nestes parques, temos acesso de centenas e mesmo milhares de pessoas nos fins de semana e,
principalmente no verão, podemos ter a ocorrência de tempestades de curta duração, mas que
acontecem repentinamente. Assim, podemos ter duas possibilidades de proteção:
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construir alguns abrigos protegidos, colocar avisos orientando as pessoas sobre as atitudes a
serem adotadas no caso das tempestades e instalar um sistema de alarme (sirenes e ou alto-
falantes).

74. proteger as áreas de práticas esportivas (campos de futebol, quadras, etc.); proteger as árvores
principais onde as pessoas possam se abrigar, não esquecendo da uniformização do
aterramento.
Os abrigos serão protegidos como uma estrutura do Nível II e, de preferência, com proteção
separada ou isolada (isto pode ser feito por postes ou torres de iluminação ou dedicadas à proteção).
As quadras de práticas esportivas serão protegidas também com postes ou torres de iluminação. No
caso de campos de futebol, como as larguras são grandes (mais de 40m), será necessário introduzir a
proteção por cabos horizontais suspensos.
As arquibancadas deverão ser protegidas com as regras do Nível II (possibilidade de pânico).
Quando forem usadas coberturas metálicas, bastará aterrá-las; quando forem de concreto, o melhor
será usar a ferragem do concreto se houver um planejamento anterior; quando não houver cobertura,
será necessária uma proteção com hastes verticais ou condutores horizontais, dimensionada pelo
modelo eletrogeométrico com raio de atração de 30m. As hastes verticais podem ser (se houverem) as
torres de iluminação, combinadas para não perturbar a visão do campo por parte dos assistentes. Como
as torcidas não são muito grandes nesses campos, a arquibancada é pequena e não fica difícil localizar
os captores.
Áreas de Camping
Nestas áreas, o perigo maior são as barracas que, normalmente, são colocadas embaixo das árvores
para abrigo contra o sol e chuva diretos.
Senão for possível prover algumas árvores de captores e descidas, deverão ser dadas algumas
instruções para reduzir o risco:
Instalar a barraca perpendicularmente às radiais saindo das árvores, assim, seus ocupantes
ficam sobre as linhas equipotenciais e não estarão sujeitos a potenciais de passo (ou de
tronco e pernas, se estiverem deitados);
É melhor se instalar em grandes grupos de árvores do que em árvores isoladas, pois estas
são "alvo" mais fácil para os raios;
Se a barraca for instalada em áreas abertas colocar uma proteção individual para ela;
Nunca se abrigar da chuva, ficando em pé próximo de uma árvore, principalmente se ela for
isolada. Se não houver outro abrigo mais seguro, procurar abaixar-se ficando a uma
distância de 1,5m ou mais do tronco da árvore.
Se estiver em campo aberto e começar uma trovoada, procurar abrigo em casas ou árvores (como
indicado acima) ou, em último caso, abaixar-se com os pés juntos e mãos sobre os joelhos.
Praias
Nas praias, a melhor recomendação é retirar o pessoal de dentro d'água pois, em caso de queda de
raio no mar, as quedas de tensão que surgem na água são suficientes para provocar parada cardíaca nas
pessoas que estiverem nadando. Os salva-vidas devem ser instruídos para, na aproximação de uma
tempestade, tomar providências para que as pessoas retornem para casa ou procurem abrigo nas
proximidades (automóveis, ônibus, postos de salvamento, bares, etc.)
A maior dificuldade é retirar as pessoas de dentro d'água, pois "já que estão molhadas é melhor
ficar na água de uma vez". A colocação de cartazes no local e a distribuição de folhetos nos postos de
salvamento e nas estradas pode ser uma atitude preventiva das autoridades municipais. Reconhecemos
que não é fácil convencer as pessoas, porque "nunca ouvi falar de alguém ter morrido por raio na
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75. praia" ou "hoje é o meu único dia para aproveitar" ou "hoje é o último dia de minhas férias" (pode ser
o último da vida)...
Pescarias
Nas pescarias, seja em barco ou à beira de rios, lagos ou mar, a primeira providência é retirar a
vara de dentro d'água. Se estiver num barco, colocar a vara dentro do barco e no sentido do
comprimento, abaixar-se e esperar a tempestade passar. Se estiver fora da água, proceder como
indicado acima para áreas abertas.
Encontra-se na literatura e nos jornais várias referências a morte de pescadores, seja por raio direto
sobre o barco, seja por corrente conduzida pela linha e vara (que passa diretamente pelo tronco).
PROTEÇÃO PESSOAL
Relâmpagos podem ser perigosos. Quando relâmpagos estão caindo próximo, você esta sujeito
a ser atingido diretamente por eles. A chance de uma pessoa ser atingida por um relâmpago é algo em
torno de 1 para 1 milhão. Entretanto, a maioria das mortes e ferimentos não são devido a incidência
direta e sim a efeitos indiretos associados a incidências próximas ou efeitos secundários dos
relâmpagos. Os efeitos indiretos incluem tensões induzidas, sobretensões, tensões de toque e de
passo. Tensões induzidas são produzidas em pontos no solo próximos ao local da queda do relâmpago
quando o líder escalonado aproxima-se do solo. A tensão induzida sobre uma pessoa pode causar a
ocorrência de uma descarga para cima a partir da cabeça da pessoa, o que pode algumas vezes resultar
em sua morte. Sobretensões são causadas pôr diferenças de tensão entre o objeto percorrido pela
corrente da descarga e objetos próximos, resultando em descargas laterais. Tais descargas laterais são
comum de ocorrer a partir de arvores próximas ou de uma pessoa que é atingida diretamente por uma
descarga. Tensões de toque e de passo referem-se a diferenças de tensões induzidas por descargas
próximas ao longo da direção vertical e ao longo do solo ou de superfícies horizontais,
respectivamente. Estas tensões estão normalmente presentes entre diferentes pontos de um condutor ou
pontos de diferentes condutores na vizinhança do local de queda de uma descarga. Os efeitos
secundários estão normalmente associados com incêndios ou queda de linhas de energia induzidos por
descargas.
A corrente do relâmpago pode causar sérias queimaduras e outros danos ao coração, pulmões,
sistema nervoso central e outras partes do corpo, através de aquecimento e uma variedade de reações
eletroquímicas. A extensão dos danos depende sobre a intensidade da corrente, as partes do corpo
afetadas, as condições físicas da vítima, e as condições específicas do incidente. Cerca de 20 a 30 %
das vítimas de relâmpagos morrem, a maioria delas por parada cardíaca e respiratória, e cerca de 70 %
dos sobreviventes sofrem por um longo tempo de sérias seqüelas psicológicas e orgânicas. As seqüelas
mais comuns são diminuição ou perda de memória, diminuição da capacidade de concentração e
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76. distúrbios do sono. No Brasil é estimado que cerca de 100 pessoas morrem por ano atingidas por
relâmpagos.
De modo a evitar os acidentes descritos acima, as regras de proteção pessoal listadas abaixo
devem ser seguidas.
Se possível, não saia para a rua ou não permaneça na rua durante tempestades, a não ser que seja
absolutamente necessário. Nestes casos, procure abrigo nos seguintes lugares:
• carros não conversíveis, ônibus ou outros veículos metálicos não conversíveis;
• em moradias ou prédios que possuem proteção contra relâmpagos;
• em abrigos subterrâneos, tais como metros ou túneis;
• em grandes construções com estruturas metálicas;
• em barcos ou navios metálicos fechados;
• em desfiladeiros ou vales.
Se estiver dentro de casa, evite:
• usar telefone, a não ser que seja sem fio;
• ficar próximo de tomadas e canos, janelas e portas metálicas;
• tocar em qualquer equipamento elétrico ligado a rede elétrica.
Se estiver na rua, evite:
• segurar objetos metálicos longos, tais como varas de pesca, tripés e tacos de golfe;
• empinar pipas e aeromodelos com fio;
• andar à cavalo;
• nadar;
• ficar em grupos.
Se possível, evite os seguintes lugares que possam oferecer pouca ou nenhuma proteção contra
relâmpagos:
• pequenas construções não protegidas, tais como celeiros, tendas ou barracos;
• veículos sem capota, tais como tratores, motocicletas ou bicicletas;
• estacionar próximo a árvores ou linhas de energia elétrica.
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77. Se possível, evite também certos locais que são extremamente perigosos durante uma tempestade,
tais como:
• topos de morros ou cordilheiras;
• topos de prédios;
• áreas abertas, campos de futebol ou golfe;
• estacionamentos abertos e quadras de tênis;
• proximidade de cercas de arame, varais metálicos, linhas aéreas e trilhos;
• proximidade de árvores isoladas;
• estruturas altas, tais como torres, linhas telefônicas e linhas de energia elétrica.
Se você estiver em um local sem um abrigo próximo e sentir seus pêlos arrepiados ou sua pele
coçar, indicando que um relâmpago esta prestes a cair, ajoelhe-se e curve-se para frente, colocando
suas mãos nos joelhos e sua cabeça entre eles. Não deite-se no chão.
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78. 8. 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 como que foi estudado, distribuindo as descidas também da
mesma forma. Deverá ser dada preferência para as quinas da edificação.
O uso de mastros com captores Franklin em prédios altos, visam à proteção localizada de antenas e
outras estruturas existentes no topo da edificação devendo o 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 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. Caso o prédio esteja com a estrutura de concreto executada e o reboco não tenha
ainda sido iniciado, os cabos (cobre) poderão ser fixados por baixo do reboco, eliminando assim os
danos estéticos.
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 danos estéticos.
Os anéis de cintamento deverão ser executados a cada 20 metros de altura, contados a partir do
solo, até á captação, podendo também ser 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, consiste em colocar uma haste de
aterramento tipo “Copperweld” (alta camada = 250µ) em cada descida e cabo de cobre nu de 50mm2
a
50cm de profundidade, conectado ás hastes 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.
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79. Tabela de Dimensionamento
Ângulo do Captor
Franklin
Nivel de
Proteção
RAIO
ESFERA
(m)
até
20m
α
h de
21
a
29m
α
h de
30
a
44m
α
H de
45
a
59m
α
h>60
α
Eficiência
do S.P.D.A.
Malha da
Gaiola
(m)
Espaçamento
das Descidas
(m)
I 20 25º A A A B 95 a 98% 5x10 10
II 30 35º 25º A A B 90 a 95% 10x15 15
III 45 45º 35º 25º A B 80 a 90% 10x15 20
IV 60 55º 45º 35º 25º B até 80% 20x30 25
A=Aplicar somente Gaiola de Faraday ou Esfera Rolante
B=Aplicar somente Gaiola de Faraday
h=Altura do captor
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80. α=Ângulo de proteção (Franklin)
Tabela das Bitolas dos Condutores (mm2
)
Espessura de Estrutura
Metálica a usar com
captação (mm)Material
Captação
Descidas
Aterramento
Equalizações
AltaCorrente
Equalizações
Baixacorrente
Não perfura Perfura
Cobre 35 16 * 50 16 6 5 0,5
Alumínio 70 25 * -- 25 10 7 0,5
Aço 50 50 * 80 50 16 4 0,5
* Para edificações acima de 20 metros, dimensionar a bitola das descidas e anéis de cintamento, igual á
bitola de captação devido á presença de descargas laterais .
Obs: As bitolas acima se referem á seção transversal dos condutores em mm2
.
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81. 9. BIBLIOGRAFIA
http://www.lightning.dge.inpe.br
http://www.termotecnica.com.br
http://www.cadweld.com
http://www.clamper.com.br
KINDERMAN, Geraldo; DESCARGAS ATMOSFÉRICAS; Sagra–DC Luzatto Editores;
Porto Alegre, 1992.
LEITE, Duílio Moreira & LEITE, Carlos Moreira; PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS
ATMOSFÉRICAS; Officina de Mydia Editores Ltda., São Paulo, 1994.
FILHO, João Mamede; PROTEÇÃO DE EQUIPAMENTOS ELETRÔNICOS SENSÍVEIS;
Editora Érica Ltda., São Paulo, 1997.
Associação Brasileira de Normas Técnicas, ABNT - PROTEÇÃO DE ESTRUTURAS
CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS, NBR5419/1993.
Catálogo EXOSOLDA Indústria e Comércio LTDA.
Catálogo ERICO do Brasil.
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