Montagem de para raio

Este método baseia-se na proposta feita por Benjamin Franklin, o mesmo considera o volume de proteção representada por um cone em volta do mastro tendo um raio no solo em função do ângulo de proteção α.

Fonte: ABNT 5419-3:2015

O ângulo de proteção α, é determinado pela relação entre a classe do SPDA e o plano de referência do elemento captor.

É conhecido também pelo método eltrogeómetrico, sendo o método mais moderno que um projetista pode contar, tem como base medições dos parâmetros dos raios, registros fotográficos, ensaios em alta tensão, técnicas de simulação e modelagem matemática.

Segundo a NBR 5419-3: 2015, o volume de proteção ocorre se nenhum ponto da estrutura a ser protegida entrar em contato com uma esfera fictícia rolando ao redor e no topo da estrutura em todas as direções possíveis. O raio, r, dessa esfera depende da classe do SPDA

Cada ponto em que a esfera rolante tocar será um ponto possível de impacto das descargas atmosféricas. Para alturas inferiores a 60 m de altura as descargas adjacentes a estrutura são desprezíveis.

Para estruturas com alturas superiores a 60 m devem ser levado em consideração às descargas adjacentes, pois aumentam consideravelmente a probabilidade de ocorrerem, por este motivo deve ser considerado a instalação de captores nas laterais da estrutura, cerca de 20% do topo em relação a altura.

Este método tem como base a teoria de Faraday, o princípio básico deste sistema, é formar vários quadrículos de condutores (anéis), que evitam a penetração do raio na estrutura. Faraday demonstrou que quando correntes uniformemente distribuídas passam pela gaiola, o campo magnético no interior da mesma é nulo, porem quando as correntes não são uniformes o campo magnético possui um valor muito pequeno

A descarga atmosférica ao atingir a estrutura não produz uma dissipação uniforme, então se conclui que ocorrem induções internas na estrutura, devido à variação do campo magnético no interior da mesma.

Quanto menor for o espaçamento dos condutores da malha melhor será a proteção.

O SPDA estrutural consiste na amarração intencional das armaduras (ferragens), de pilares, vigas e lajes antes do concretamento. Esta amarração esta ligada aos captores e todo o sistema fica solidamente aterrado, de forma a garantir que toda a descarga atmosférica se dissipe a solo protegendo assim a estrutura. Este sistema tem como finalidade garantir a dispersão da corrente da descarga atmosférica minimizando o risco de centelhamentos perigosos, e melhorando a estética da estrutura.

Para garantir essa segurança é imprescindível garantir a continuidade elétrica de todo o sistema, segundo o anexo F da NBR 5419-3:2015 se efetua ao menos duas verificações de continuidade elétrica das armaduras de concreto armado.

A primeira verificação é feita em todos os pilares que são utilizados como descidas e nos trechos de vigas e baldrames que fazem parte do anel e aterramento ao nível do solo. Os valores obtidos por instrumentos adequados devem ser inferior a 1 nestes trechos.

A outra verificação é feita após a conclusão da instalação do SPDA, a medição então é feita da parte mais alta do subsistema de captação até o aterramento, preferencialmente no BEP (Barramento de Equipotêncialização principal). O valor obtido deve ser igual ou inferior a 2. Os ensaios deverão ser acompanhados de certificado de conformidade e ART junto ao CREA.

As funções do SPDA externo são basicamente interceptar uma descarga atmosférica para a estrutura (com um subsistema de captação), conduzir a corrente da descarga atmosférica seguramente para a terra (com subsistema de descida) e dispersar esta corrente na terra (com um subsistema de aterramento). Basicamente são dois tipos: o SPDA isolado e o SPDA não isolado.

SPDA Isolado - Este tipo de instalação é fisicamente isolada da estrutura a ser protegida, quando esta possui riscos de explosões e fogo a partir do ponto de impacto da descarga atmosférica na estrutura. Esta configuração é utilizada com objetivo de reduzir centelhamento, explosões e fogo.

SPDA - Não Isolado - Sistema não isolado fisicamente, instalado em cima da própria estrutura que se quer proteger, sendo este o é mais utilizado.

Tem a função de receber os raios, reduzindo a probabilidade das estruturas serem atingida diretamente por eles, os captores devem ser instalados nos pontos mais altos da estrutura. Devem ter capacidade térmica e mecânica suficiente para suportar o calor gerado no ponto de impacto.

Agentes atmosféricos também devem ser levados em conta em relação ao seu dimensionamento, pois esses podem causar a corrosão do captor.Os captores são classificados como:

a) Captores naturais: São considerados aqueles que fazem parte integral da estrutura a ser protegida, tais como, coberturas por telhas metálicas, tanques metálicos, postes ou mastros.

b) Captores não naturais: elementos condutores expostos, instalados sob a cobertura e nas laterais da edificação, afim de estabelecer contato diretamente com as descargas atmosféricas, tais como: captores tipo Franklin, materiais condutores em forma de malha, etc.

Tem a função de conduzir a corrente da descarga atmosférica recebida pelos elementos captores até o aterramento, reduzindo descargas laterais e campos eletromagnéticos que oferecem perigo no interior da estrutura.

Devem suportar o aquecimento gerado pela passagem da corrente elétrica no momento da descarga e possuir boa resistência mecânica. Agentes atmosféricos também devem ser levados em conta no seu dimensionamento, pois esses podem causar a corrosão.

Para edificação que possuir mais de 20 m de altura deverá ser instalados anéis de cintamento, que são interligações horizontais com os condutores de descida, em intervalos de acordo com a classe do SPDA.

O subsistema de descida pode ser classificado em:

a) Descidas naturais:

São considerados aqueles que fazem parte integral da estrutura a ser protegida, tais como, vergalhões de ferro dos pilares, armaduras de aço interligadas, etc. Estes devem apresentar boa condutividade, interligados ao subsistema de aterramento, aos anéis de cintamento, dentro das condições estabelecidas pela norma NBR 5419:2015.

b) Descidas não naturais:

São elementos condutores expostos, a fim de estabelecer conduzir a corrente elétrica das descargas recebidas pelos elementos captores para o subsistema de aterramento, os materiais mais utilizados para esta função são: cabos de cobre nu e fita chata de alumino, as secções mínimas são dadas citadas na tabela a seguir, estes devem possuir proteção mecânica contra toques.

É utilizada para dispersar no solo a corrente da descarga atmosférica, esta recebida dos condutores de descida, reduzindo ao mínimo as tensões de toque e de passo. Deve suportar o aquecimento produzido pela passagem da corrente e a corrosão devido a agentes agressivos encontrados nos diferentes tipos de solos.

Os subsistemas de aterramento podem ser classificados como:

a) Aterramento natural: São considerados aqueles que fazem parte integral da estrutura a ser protegida, tais como: as armaduras de aço interconectadas nas fundações de concreto, ou outras estruturas metálicas subterrâneas disponíveis, desde que sua continuidade elétrica seja garantida.

b) Aterramento não natural: Elementos condutores enterrados que dispersam as correntes elétricas no solo. O eletrodo de aterramento em anel, com profundidade de no mínimo 0,5 m, afastado em 1 m de distância, em relação às paredes externas. Podem ser usadas hastes em alta camada em conjunto com o eletrodo de aterramento em anel, melhorando a dispersão da corrente a terra.

A equipotencialização tem a função de colocar todas as massas e elementos condutores ao mesmo potencial entre si em relação a terra, ou seja, é a conexão das massas (partes metálicas que podem conduzir corrente elétrica, tais como: carcaça dos motores e quadros elétricos, equipamentos eletroeletrônicos, etc.), através de um elemento condutor (cabos), no barramento de equipotencialização principal (BEP), este que será interligado ao eletrodo de aterramento do subsistema de aterramento.

O avanço tecnológico permitiu a implementação de uma proteção eficaz contra os efeitos de sobre tenção por descargas atmosféricas, que são os DPS - Dispositivo de Proteção contra Surtos.

Os DPS são equipamentos utilizados para proteção contra as sobretensões transitórias que circulam através da rede elétrica e da rede de telecomunicações, sendo provocadas pelas descargas atmosféricas ou por manobras de circuitos (disjuntores, chaves seccionadoras, etc.) que causam danos as instalações, como a queima de equipamentos eletrônicos.

Sua utilização complementa a proteção interna de um SPDA e sua instalação é obrigatória segundo ABNT NBR 5410: 2004

Os DPS são divididos em três tipos, segundo o grau de proteção, o local de sua aplicação e sua capacidade de condução de corrente, de acordo com a NBR 5410: 2005.

Classe I

São os DPS destinado à proteção contra sobretensões provocadas por descargas atmosféricas diretas sobre a edificação ou em suas proximidades, com alta capacidade de exposição aos surtos, com capacidade mínima de 12,5 kA de corrente de impulso (I_imp) conforme a Norma ABNT 5410: 2004 item 6.3.5.2.4 – “d”.

O DPS classe I é ensaiados com a corrente de impulso ·· (forma de onda de corrente típica de 10/350 μs).

Classe II

São os DPS destinado à proteção contra sobretensões de origem atmosféricas transmitidas pela linha externa de alimentação, ou seja descargas indiretas, assim também contra sobretensões de manobra, com capacidade mínima de exposição aos surtos, de 5 kA de corrente nominal (I_in), Todavia, In não deve ser inferior a 20 kA (8/20 μs) em redes trifásicas, ou a 10 kA (8/20 μs) em redes monofásicas conforme a Norma ABNT 5410 / 2004, item 6.3.5.2.4 – “d”;

O DPS classe II é ensaiados com a corrente induzida I_in(forma de onda de corrente típica de 80/20 μs).

Classe III

São os DPS destinado à proteção dos equipamentos eletrônicos, sendo uma proteção fina, de ajuste, proporcionando uma menor tensão residual, com isso uma proteção efetiva para os equipamentos eletrônicos.

O DPS classe III é ensaiado com a forma de onda combinada de corrente típica de (8/20 μs).

A eficiência de qualquer SPDA depende da sua instalação, é essencial a verificação do estado dos elementos de captação, componentes e fixações estejam em boas condições, sem corrosão e atendendo as respectivas normas. Com isso é necessário realizar periodicamente a inspeção do sistema de proteção contra descargas atmosféricas.

As inspeções devem seguir as ordens seguintes:

a) Projeto executivo e "as built": Acompanhamento da implementação do SPDA na edificação, executando testes de contiuidade elétrica e analise da documentação técnica, verificando se esta de acordo com o recomendado pela NBR 5419:2015;

b) Alteração construtiva da edificação: Ampliação ou redução da edificação, tendo a necessidade de adequação do SPDA;

c) Reparos ou alteração dos componentes do SPDA: Quando atingidos por uma descarga atmosférica;

d) Inspeção visual: Verificação sobre a deterioração e corrosão dos captores, condutores de descida, conexões e eletrodo de aterramento, condição das equipotencializações, etc.;

e) Laudo do SPDA: periodicamente realizado por profissional habilitado, sendo: Anualmente para estrutura com risco de explosão, expostos a corrosão atmosféricas severas e as concessionárias de serviços essenciais (energia, água, etc.). Para as demais estruturas a cada 3 anos.

Manutenção do SPDA

As inspeções visuais e laudos do SPDA deverão ser entregues ao responsável pela manutenção da edificação constando os serviços de manutenção prioritários para eficácia do sistema, podendo variar desde "imediato" a "manutenção preventiva".