Apresentação instalações

Prote¸cão contra descargas atmosféricas Parte 3: Danos f´ısicos a
estruturas e perigos à vida
Talianna Neves, Airton Lucas, Paulo Victor,
Jobson Gomes, Daniel Simião, Thiago dos Santos e Henrique Vidal
Colegiado de Engenharia Elétrica
Mar¸co de 2016
Grupo III (UNIVASF) Instala¸cões Elétricas 30 de mar¸co de 2016 1 / 32

Sumário
1 Introdu¸cão
2 Princ´ıpio de Funcionamento
3 Componentes de um Sistema de Prote¸cão
4 Sistema de Capta¸cão
5 Tipos de SDPA
Método de Franklin
Método da esfera Rolante
Prote¸cão de Instala¸cões Especiais
6 Conclusão
7 Referências

Introdu¸cão
NBR 5419-3
Esta parte da NBR 5419-3 (2013) trata da prote¸cão, no interior e ao redor de uma
estrutura, contra danos f´ısicos e contra lesões a seres vivos devido às tensões de toque e
passo.
Considera-se que a principal e mais eficaz medida de prote¸cão contra danos f´ısicos é o
SPDA - sistema de prote¸cão contra descargas atmosféricas. Geralmente, o SPDA é
composto por dois sistemas de prote¸cão: sistema externo e sistema interno.

Introdu¸cão
NBR 5419-3
Qual a primeira imagem que vem a cabe¸ca?
(a) Aplica¸cão do princ´ıpio de funcionamento (b) Exemplo real de atua¸cão
Figura 1: Para-raios atuando com eficiência

Introdu¸cão
Compreendendo os raios
Os raios podem ir tanto de cima para baixo – no sentido da nuvem para a terra – quanto
de baixo para cima – no sentido da terra para a nuvem. Contudo, é mais comum eles
virem do céu.
Figura 2: Conceito do sistema preventivo de raios

Princ´ıpio de Funcionamento
As descargas elétricas das nuvens de tempestades se dirigem para o solo;
Um campo elétrico que sai do para-raios intercepta a carga e completa um circuito;
O resultado é uma grande carga de eletricidade, chamada de raio;
O para-raios dissipa esta carga ao levá-la para o solo.
Figura 3: Conceito do sistema preventivo de raios

Princ´ıpio de Funcionamento
Fun¸cões do SPDA
Neutralizar, pelo poder de atra¸cão das pontas, o crescimento do gradiente de
potencial elétrico entre o solo e as nuvens, por meio do permanente escoamento de
cargas elétricas do meio ambiente para a terra;
Oferecer à descarga elétrica que for cair em suas proximidades um caminho
preferencial, reduzindo os riscos de sua incidência sobre as estruturas;
Um para-raios corretamente instalados reduz significativamente os perigos e os riscos
de danos, pois captará os raios que iriam cair nas proximidades de sua instala¸cão.

Aplica¸cão da Norma
Onde esta norma é aplicável?
Manuten¸cão de um SPDA para estruturas sem
limita¸cão de altura;
Estabelecimento de medidas para prote¸cão contra
lesões a seres vivos causadas pelas tensões de passo e
toque provenientes das descargas atmosféricas;

Aplica¸cão da Norma
Onde esta norma NÃO é aplicável?
Nota 1
As prescri¸cões contidas nesta parte da norma, não são direcionadas a prover prote¸cão
contra falhas de sistemas elétricos e eletrônicos devido a sobretensões. Requisitos
espec´ıficos para tais casos são providos na ABNT NBR 5419-4.
Nota 2
Requisitos espec´ıficos para prote¸cão contra descargas atmosféricas em turbinas eólicas
são apresentados na IEC 61400-24 [9].

SPDA Externo e Interno
SPDA Externo
A prote¸cão contra raios diretos nas edifica¸cões consiste basicamente na instala¸cão de
condutores metálicos envolvendo a edifica¸cão, e é constitu´ıda pelos subsistemas de
capta¸cão (que recebem a descarga), subsistema de descidas (conduzem a descarga até o
solo), subsistema de aterramento (dissipam a descarga no solo) e subsistema de
equipotencializa¸cão (reduzem os riscos de centelhamento e suas consequências).
Esse sistema implica a observa¸cão de uso de materiais compat´ıveis com as fachadas das
edifica¸cões, para minimizar impactos estéticos muito marcantes.

SPDA Externo
O SPDA Externo é destinado a:
Interceptar uma descarga atmosférica para a estrutura (por meio do subsistema de
descida);
Conduzir a corrente da descarga atmosférica para a terra de forma segura (por meio
do subsistema de descida);
Dispersar a corrente da descarga atmosférica na terra (por meio do subsistema de
aterramento).

SPDA Interno
É destinado a reduzir os riscos com centelhamentos perigosos dentro do volume de
prote¸cão criado pelo SPDA externo utilizando liga¸cões equipotenciais ou distância de
seguran¸ca (isola¸cão elétrica) entre os componentes do SPDA externo e outros elementos
eletricamente condutores internos à estrutura.

Componentes de um Sistema de Prote¸cão
Elementos
1 Capta¸cão
2 Descidas
3 Anéis de cintamento
4 Aterramento
Figura 4: Alguns materiais utilizados: captor, haste e anéis de cintamento

Sistema de Capta¸cão
Introdu¸cão
A probabilidade de penetra¸cão da corrente da descarga atmosférica na estrutura é
consideravelmente limitada pela presen¸ca de subsistema de capta¸cão apropriadamente
instalados.
Subsistemas de capta¸cão podem ser compostos por qualquer combina¸cão dos seguintes
elementos:
Hastes ou pontas (incluindo mastros);
Condutores suspensos;
Condutores em malha.

Subsistema de Descida
Com o propósito de reduzir a probabilidade de danos devido à corrente da descarga
atmosférica fluindo pelo SPDA, os condutores de descida devem ser arranjados a fim de
proverem:
Diversos caminhos paralelos para a corrente elétrica;
O menor comprimento poss´ıvel do caminho da corrente elétrica;
A equipotencializa¸cão com as partes condutoras de uma estrutura deve ser feita de
acordo com os requisitos de 6.2.

Anéis de Cintamento
Os anéis de cintamento assumem duas importantes fun¸cões:
A primeira é equalizar os potenciais das descidas minimizando assim o campo
elétrico dentro da edifica¸cão;
A segunda é receber descargas laterais e distribu´ı-las pelas descidas.

Aterramento
Quando se tratar da dispersão da corrente da descarga atmosférica (comportamento em
alta frequência) para a terra, o método mais importante de minimizar qualquer
sobretensão potencialmente perigosa é estudar e aprimorar a geometria e as dimensões do
subsistema de aterramento.
Deve-se obter a menor resistência de aterramento poss´ıvel, compat´ıvel com o arranjo do
eletrodo, a topologia e a resistividade do solo no local.
Recebe as correntes elétricas das descidas e as dissipam no solo. Quanto a malha de
aterramento, o modo mais prático, consiste em colocar uma haste de aterramento tipo
”Copperweid”(alta camada = 250u) em cada descida e cabo de cobre nu #50mm2
a 50
cm de profundidade, conectado as hastes.

Aterramento
Algumas medidas a cerca do aterramento:
Não devem surgir diferen¸cas de potencial entre equipamentos ou partes de um
mesmo equipamento;
Não devem surgir no solo diferen¸cas de potencial que causem tensões de passo
perigosas às pessoas;
Não devem surgir entre as partes metálicas e o solo diferen¸cas de potencial que
causem tensões de toque ou descargas laterais às pessoas.
Para que estas condi¸cões sejam atendidas deve-se equalizar os referenciais de
potencial das diferentes entradas (for¸ca e telefone, por exemplo) de modo que não
surjam diferen¸cas de potencial perigosas aos equipamentos.

Classifica¸cão do SPDA
Quando se instala um SPDA externo, caso das edifica¸cões prontas, é necessário o
projetista ficar atento aos detalhes arquitetônicos para escolher os melhores locais para
posicionar os condutores de descida e anéis de cintamento horizontal.
Figura 5: Tabela de classifica¸cão

Sistemas de Capta¸cão de Raios
No sistema de capta¸cão de Raios, está considerado tudo o que existe sobre a edifica¸cão
que possa atrair uma descarga elétrica, e tudo aquilo que deverá ser instalado para assim
compor um sistema de capta¸cão.
De acordo com a norma, existem dois sistemas básicos de capta¸cão, que são os captores
do tipo Franklin montados com mastros e o sistema de gaiola de Faraday, que é
composto de uma malha de capta¸cão que pode ser executada com cabos de cabo nu,
cabos de alum´ınio ou fitas de alum´ınio, sobre a edifica¸cão.

Tipos de SPDA
Atualmente existem três métodos de dimensionamento:
Método Franklin;
Método Gaiola de Faraday;
Método da Esfera Rolante, Eletrogeométrico ou Esfera Fict´ıcia.

Método de Franklin
O método Franklin, devido às suas limita¸cões impostas pela Norma passa a ser cada vez
menos usado em edif´ıcios sendo ideal para edifica¸cões de pequeno porte. Segundo a
norma vigente, os para-raios do tipo Franklin são instalados para proteger o volume de
um cone, onde o captor fica no vértice e ângulo entre a geratriz e o centro do cone,
variando de acordo com o n´ıvel de prote¸cão e a altura da edifica¸cão (NBR 5419:2005).

Método Gaiola de Faraday
O método consiste:
Instalar um sistema de captores formado por condutores horizontais;
Condutores horizontais interligados em forma de malha;
Distribuir a corrente de maneira uniforme por toda a superf´ıcie;
Quanto menor for a distância entre os condutores da malha, melhor será a prote¸cão
obtida (NBR 5419-3, 2013)
Figura 6: Esquema do sistema de prote¸cão tipo gaiola de Faraday

Gaiola de Faraday
É formada por um captor, cabos de cobre no formato de uma malha, suportes
isoladores e tubos de prote¸cão para os condutores de descida até o solo;
O módulo da malha deverá constituir um anel fechado, com o comprimento não
superior ao dobro da sua largura.

Método da Esfera Rolante
O método da Esfera Rolante é o mais recente dos três acima mencionados e consiste em
fazer rolar uma esfera , por toda a edifica¸cão. Esta esfera terá um raio definido em
fun¸cão do N´ıvel de Prote¸cão, Os locais onde a esfera tocar a edifica¸cão são os locais mais
expostos a descargas. Resumindo poderemos dizer que os locais onde a esfera toca, o
raio também pode tocar , devendo estes serem protegidos por elementos metálicos
(captores Franklin ou condutores metálicos).
Figura 7: Valores máximos dos raios da esfera rolante, tamanho da malha e ângulo de prote¸cão
correspondentes a classe do SPDA

Para valores de H (m) acima dos valores finais de cada curva (classes I a IV) são
aplicáveis apenas os métodos da esfera rolante e das malhas;
H é a altura do captor acima do plano de referência da área a ser protegida;
O ângulo não será alterado para valores de H abaixo de 2m.
Figura 8: Valores máximos dos raios da esfera rolante, tamanho da malha e ângulo de prote¸cão
correspondentes a classe do SPDA

Figura 9: Posicionamento do subsistema de capta¸c˜ao utilizando o m´etodo da esfera rolante

Áreas Esportivas:
As áreas esportivas, camping, piscinas, estádios etc. devem ser protegidas. A
solu¸cão mais simples é a prote¸cão por meio de terminais em mastros de banheira, ou
torre de holofotes ou reservatórios de água.
O número de terminais depende do caso espec´ıfico (natureza, importância, área).
Figura 10: Donbass Arena - Ucrânia

Igrejas:
São muito sujeitas ás descargas atmosféricas, por causa da sua altura e das massas
metálicas (sino) existentes nas torres;
A torre do sino deve ser dotada de um captor, ao qual deve ser ligado á massa dos
sinos, carrilhões ou relógios que existam;
Se no alto existirem estátuas ou cruz, também estas devem ter um captor; se forem
metálicas, elas mesmas devem participar do sistema.
Figura 11: Bas´ılica de São Pedro - Vaticano

Conclusão
Não há uma prote¸cão 100% segura, mas sim a utiliza¸cão de dispositivos de prote¸cão que
diminuam os riscos e a probabilidade de danos aos equipamentos e instala¸cões e/ou
estruturas f´ısicas ao serem atingidas. É imprescind´ıvel a divulga¸cão e difusão dos
conhecimentos capazes de subsidiar a defini¸cão e a ado¸cão de práticas eficientes para
minimizar os efeitos destrutivos das descargas.

FIM
Obrigado!

Referências I
ASSOCIAÇ ÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Prote¸cão contra
descargas atmosféricas Parte 3: Danos f´ısicos a estruturas e perigos à vida. Rio de
Janeiro, 2013. 61 p.

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