O QUE É SPDA, PARA-RAIOS

COMO SE FORMAM AS DESCARGAS ATMOSFÉRICAS ?
A formação de uma descarga atmosférica acontece quando temos nuvens intensamente carregadas (tempestades). A nuvem, carregada negativamente em sua parte inferior, forma uma descarga piloto em direção à terra. Em contrapartida, um caminho ionizado a partir da terra em direção à nuvem vai-se formando até encontrar a descarga piloto. Neste momento forma-se um caminho completo, que dá origem à primeira descarga (líder) possibilitando então a corrente de retorno (terra para a nuvem), de maior intensidade. Há casos, quando as nuvens estão intensamente carregadas, de os raios se repetirem pelo mesmo caminho (raios múltiplos), com diversas descargas simultâneas.

QUAL A AMPLITUDE DOS RAIOS ?
A corrente de uma descarga atmosférica é da ordem de 15.000A, podendo chegar a 200.000A. O tempo de duração total de um raio é de aproximadamente 200 micro-segundos, porém a frente de onda ocorre em apenas 1,2 micro-segundos.

ÍNDICE CERÁUNICO
A quantidade de raios em uma determinada região é dada pelo seu Índice Ceráunico, que determina o número de dias de tempestade por ano em uma região. Em Santa Catarina e Paraná este índice está entre 40 a 60 dias de tempestade por ano.

Veja a tabela do Índice Ceráunico de algumas cidades:

Curitiba-PR 53                Londrina-PR 84
Rio de Janeiro-RJ 24               São Paulo-SP 38
Porto Alegre-RS 20              Florianópolis-SC 54
Joinville-SC 76               Xanxerê-SC 88
Passo Fundo-RS 74               Tubarão-SC 68
Blumenau-SC 70    

A título de exemplo, este mesmo índice para a Europa seria entre 5 a 30, e justamente lá os sistemas de proteção às descargas são bastante rigorosos.

DANOS DAS DESCARGAS ATMOSFÉRICAS
Um dos principais danos das descargas atmosféricas está relacionado à ação dos raios em seres vivos (seres humanos, animais, vegetação). A descarga direta mata instantaneamente, porém é bastante rara. A descarga indireta, mais freqüente, acontece nas imediações e pode provocar seqüelas e até mesmo a morte. A descarga indireta dá origem a enormes sobretensões que afetam os seres e as estruturas nas imediações da descarga. Atualmente, com a sofisticação e proliferação dos equipamentos eletrônicos, as descargas têm sido uma preocupação constante. Geralmente as descargas provocam sobretensões que afetam ou mesmo inutilizam os equipamentos. Em regiões onde o Índice Ceráunico é alto isto se verifica com freqüência em sistemas de computação, transmissão de dados, equipamentos cirúrgicos, telefônicos, etc. Indústrias que trabalham com materiais combustíveis ou explosivos são as que devem ter o melhor tipo de proteção, pois estão mais sujeitas aos danos provocados pelas descargas. Edifícios residenciais, comerciais, públicos, de convenções, hospitais, hotéis e outros semelhantes, localizados em regiões abertas e com alto Índice Ceráunico, devem contar com sistema de proteção eficiente, tanto com relação às pessoas quanto à sua estrutura.

SISTEMAS DE PROTEÇÃO AS DESCARGAS ATMOSFÉRICAS
Os sistemas mais comuns utilizados atualmente são os captores radioativos (fora de norma), captores verticais (franklin) e captores em malha (gaiola de faraday), ou uma combinação deles. Devido à natureza das descargas, no entanto, dificilmente a proteção poderá ser 100% segura, mas pode se aproximar disto, como vemos abaixo.

O CAPTOR RADIOATIVO É PROIBIDO
O captor radioativo, muito utilizado há algum tempo atrás, hoje está sendo retirado do mercado e proibido o seu uso pelo CNEN (Conselho Nacional de Energia Nuclear). Testes feitos com este tipo de captor indicaram que seu raio de atuação não é maior que o do captor franklin. Ou seja, a maioria das instalações que utiliza o captor radioativo com um grande raio de ação, na verdade está quase que totalmente desprotegida, pois estão errados os dados fornecidos pelos fabricantes. Além disto há o problema do material radioativo utilizado em sua fabricação, que tem durabilidade muito maior do que o restante dos materiais empregados no captor, e mesmo do que a estrutura que supostamente protege. O indicado é substituir este tipo de captor por um sistema mais eficiente e menos perigoso, e o mais rápido possível. O captor franklin protege um cone formado a partir de sua ponta, com um ângulo que varia conforme sua altura em relação à terra. Este ângulo varia de 45 a 25 graus, porém estruturas com mais de 20 metros de altura, necessitam de proteção lateral, pois o captor não á capaz de proteger as descargas atmosféricas laterais (inclinadas). Captores em forma de malha (gaiolas de faraday) são os mais eficientes, pois formam uma malha de condutores em torno de toda a edificação, protegendo quase que totalmente seu interior. Desta forma o campo magnético no interior é nulo, não havendo a indução de tensões que poderiam afetar os seres e equipamentos.

COMO FAZER UMA PROTEÇÃO EFICIENTE PARA AS EDIFICAÇÕES
Cada caso de proteção às descargas atmosféricas deve ser analisado com exclusividade. Nesta análise deve-se considerar o tipo de estrutura, a sua área construída, o material usado na estrutura, as estruturas das vizinhanças, a geografia do local e seu Índice Ceráunico, tipo de ocupação e conteúdo da estrutura. A partir destas condições pode-se realizar um bom projeto e uma boa instalação de proteção. A melhor opção para proteção é integrar o sistema aos próprios elementos da edificação, chamados de componentes naturais de proteção, tais como estruturas metálicas, detalhes metálicos da arquitetura, armações do concreto, fundações, etc. Para isto é necessário o conhecimento correto para uso destes elementos e sua forma de integração ao sistema protetor. Obviamente os custos do sistema de proteção caem consideravelmente, além do ganho qualitativo.

QUANDO SE TEM UM PÁRA-RAIOS NA EDIFICAÇÃO, OS EQUIPAMENTOS ELETRÔNICOS ESTÃO PROTEGIDOS ?
A proteção da edificação tem apenas a finalidade de captar e escoar a corrente da descarga para a terra caso ela ocorra sobre o seu volume. Os seres humanos no interior da edificação estão protegidos, porém os equipamentos muito sensíveis não estão. O grande campo magnético associado à descarga pode afetar estes equipamentos, assim como as descargas nas redondezas e as correntes circulantes na terra, caso o aterramento não seja adequado e as linhas de energia e de comunicação não estejam protegidas contra surtos.

COMO PROTEGER OS EQUIPAMENTOS ?
Os equipamentos sensíveis no interior da edificação devem ter um sistema de proteção dedicado, que esteja associado às suas características de suportabilidade. Para isto todas as possibilidades de acoplamento devem ser levantadas, e em cima disto deve ser feito um trabalho de proteção que envolva desde blindagens até filtros protetores de baixa tensão. Um grande problema para os equipamentos não é apenas a “queda” de um raio sobre a edificação em que está alojado. As descargas nas imediações podem induzir elevados surtos nas linhas de energia de alta e baixa tensão, assim como em linhas telefônicas (troncos e ramais) e linhas de comunicação de dados. Estes surtos podem alcançar os equipamentos, os quais podem sofrer desde paralisações temporárias até a queima total.

OS EQUIPAMENTOS “QUEIMAM” SOMENTE QUANDO HÁ TEMPESTADES ?
Sem dúvida os transientes originados devido às descargas atmosféricas são os que mais tem afetado os equipamentos, mas uma série de outras causas têm originado problemas, e muitas vezes o usuário nem chega a se dar conta de que a causa esteja tão próxima. Como exemplo destas causas podemos citar: proximidade dos equipamentos sensíveis de cabos alimentadores de potência; proximidade às subestações; chaves contatoras na mesma linha de alimentação ou em linhas próximas; fontes de rádio-frequência (walk-talk); cabeamento de lógica junto a cabeamento de energia;

QUANDO UM ATERRAMENTO É DE QUALIDADE ?
Um dos grandes problemas nos sistemas de proteção é referente ao aterramento. Em geral as recomendações vão no sentido de se ter uma baixa resistência, o que não quer dizer necessariamente que o aterramento seja bom. As malhas de aterramento têm a função de escoar correntes de falta quando ocorre um curto-circuito, ou a de escoar as correntes de surtos – descargas atmosféricas. Para os dois casos as condições são diferentes, porém, por questões de engenharia, devemos associar as malhas da melhor maneira possível conforme as condições do local. Um aterramento para correntes de surto é de qualidade quando possibilita o escoamento num grande plano, de forma a diminuir as tensões de passo, bem como diminuir até eliminar a circulação de correntes por outros meios, tais como blindagens ou cabos.

AS MALHAS DE ATERRAMENTO DEVEM SER SEPARADAS ?
Do ponto de vista ideal, as malhas para diferentes sistemas deveriam ser totalmente independentes, porém isto é impossível na realidade da engenharia, pois os diferentes sistemas (elétrico, telefônico, dados, vídeo, carcaças) compartilham o mesmo espaço físico e sempre as malhas de aterramento, mesmo que independentes, são suficientemente próximas para gerarem diversos acoplamentos. Com estas considerações, as normas específicas (ABNT / IEC) recomendam a utilização de uma única malha e a criação de uma ligação equipotencial – LEP – para aterramento dos diversos sistemas.

CONFUSÕES E MITOS A DERRUBAR
É comum dizer que um pára-raios muito bom “puxa” os raios. Ora, o fenômeno das descargas é de grandes proporções, ocorre num espaço de vários quilômetros, e não será um conjunto de cabos e captores sempre o preferido para a descida. Na ocorrência de uma descarga, a estrutura que tiver uma boa proteção não sofrerá, enquanto que outra, desprotegida, terá que suportar sobre seu próprio corpo a captação, descida e descarregamento para a terra, com conseqüências imprevisíveis. O pára-raios tipo franklin, desenvolvido por Benjamim Franklin há décadas é utilizado até hoje e considerado adequado. No entanto, devido às proporções das descargas, as pontas do franklin não têm nenhuma serventia especial, apenas é mais “bonito” do que uma ponta só, e mais caro. Quando se vê grandes edifícios, arquitetura ousada, ótimo acabamento, sempre há o “defeito” das descidas do pára-raios com um cabo passando por diversos isoladores. Para quê os isoladores ? A norma é clara: apenas quando a estrutura de suporte é de material combustível (madeira, por exemplo). Mas quase todos os edifícios são de alvenaria ! Além do mais a distância de 10 ou 20 cm dos isoladores não faz muita diferença, em termos de proteção, para uma corrente de mais de 15.000 amperes.

CRENÇAS POPULARES
Um raio não cai duas vezes no mesmo lugar.
- Isto não é verdade, pois é provado que um raio pode cair várias vezes no mesmo lugar.

O Pára-Raios do meu vizinho, protege a minha casa?
- O sistema de proteção contra descargas atmosféricas instalado no prédio do seu vizinho, foi projetado para proteger a edificação do seu vizinho, portando a sua está desprotegida.

O Pára-Raios atrai os raios para minha edificação?
- Errado, o sistema de proteção contra descarga atmosférica serve para conduzir a energia gerada por um raio à terra, por um caminho seguro.

O Pára-Raios protege meus equipamentos eletrônicos?
- Não, ele não protege os equipamentos eletrônicos. Os equipamentos eletrônicos devem ser protegidos por aterramento e outros dispositivos que tenham esta função.

Devo separar o Pára-Raios dos outros aterramentos?
- Não, todos os sistemas de aterramentos, seja de telefonia, de equipamentos eletrônicos, informática, SPDA, tubulações, etc., devem possuir uma ligação equipotencial.

DICAS PARA REALIZAÇÃO DE UM BOM PROJETO
• Os condutores de descidas e anéis intermediários podem ser fixados diretamente na fachada das edificações ou por baixo do reboco.
• Os condutores de descida devem ser distribuídos ao longo do perímetro da edificação, de acordo com o nível de proteção, com preferência para as quinas principais.
• Em edificações acima de 20m de altura, os condutores das descidas e dos anéis intermediários horizontais deverão ter a mesma bitola dos condutores de captação, devido à presença de descargas laterais.
• Para minimizar os danos estéticos nas fachadas e no nível dos terraços, podem ser usados condutores chatos de cobre.
• A malha de aterramento deverá ser com cabo de cobre nu #50mm² a 0,5m de profundidade no solo, interligando todas as descidas.
• Os eletrodos de aterramento tipo “Copperweld” deverão ser de alta camada (254 microns) não sendo permitidos os eletrodos de SPDA baixa camada. .
• As conexões enterradas deverão ser preferencialmente com solda exotérmica, porém se forem usados conectores de aperto, deverá ser instalada uma caixa de inspeção de solo para proteção e manutenção do conector.
• Todas as ferragens deverão ser galvanizadas a fogo, sendo portanto proibida a galvanização eletrolítica.
• As equalizações de potenciais deverão ser no mínimo executadas no nível do solo e a cada 20m de altura, onde deverão ser interligadas todas as malhas de aterramento, bem como todas as prumadas metálicas da edificação e a própria estrutura da edificação.
• As tubulações de gás com proteção catódica não poderão ser vinculadas diretamente. Neste caso deverá ser instalado um DPS tipo centelhador.
Recomenda-se que todos os furos realizados na instalação do SPDA sejam bem vedados para evitar infiltrações no futuro. Recomenda-se o uso de porcas, arruelas e parafusos em aço inox e buchas de nylon para aumentar a vida útil do SPDA.

MÉTODOS DE PROTEÇÃO:
Existem alguns meios de elaborar uma adequada proteção contra descargas atmosféricas. Dentre as mais usuais encontramos:

1) MÉTODO FRANKLIN - a teoria de proteção consiste na rotação da tangente de um triângulo em torno de um eixo (geratriz), cujo ângulo de abertura é determinado por uma tabela específica, variando em função do nível de proteção da edificação e da altura da edificação.

  1 – Captor tipo Franklin
2 – Mastro galvanizado
3 – Suportes isoladores para mastros
4 – Base de fixação e contraventagem
5 – Condutor de descida (cabo de cobre nu)
6 – Suportes isoladores para condutor de descida
7 – Tubo de proteção
8 – Malha de aterramento

 

2) MÉTODO DA GAIOLA DE FARADAY - consiste no lançamento de cabos horizontais sobre a cobertura da edificação, modulados de acordo com o nível de proteção. Este sistema funciona como uma blindagem eletrostática, tentando evitar que o raio consiga perfurar a blindagem e atinja a edificação e também reduzindo os campos elétricos dentro dela.
1 – Captor tipo terminal aéreo
2 – Cabo de cobre nú
3 – Suportes isoladores
4 – Tubo de proteção
5 – Malha de aterramento
6 – Conector de medição
 

OBS: Outras estruturas metálicas da edificação a ser protegida contra descargas atmosféricas podem ser utilizadas como captores naturais ou condutores de descida tais como: coberturas, pilares, treliças, calhas, tubos, etc.

IMPORTANTE: A fabricação e comercialização dos captores radioativos está proibida desde 1989 pela Resolução 04/89 da CNEN (Comissão Nacional de Energia Nuclear) publicada em 09/05/1989, devido os fabricantes não terem conseguido comprovar a sua eficiência com o uso de material radioativo. Este tipo de captor deve ser substituído, e após isso a instalação deverá ser adaptada à Norma 5419/93 da ABNT parta que ofereça um mínimo de segurança, de modo a minimizar a exposição aos riscos provenientes de uma descarga atmosférica.

O QUE FAZER?
Para proteção de estruturas e equipamentos contra descargas e transientes, que geram prejuízos de grande monta, deve-se procurar um projeto de engenharia elétrica adequado, que gera gastos de pequeno custo e grande valor.

NOVAS TECNOLOGIAS
A DATALINK desenvolve projetos especiais de SPDA, controle de interferências, surtos e transientes utilizando os próprios componentes das instalações como estruturas metálicas das paredes, pisos e telhados para compor um sistema integrado de proteção.
Se há uma nova edificação a ser construída não deixe de nos consultar, sempre teremos uma solução de infra-estrutura e de engenharia para casar com o seu projeto de arquitetura.