Passar o conhecimento adiante como forma de melhoria da sociedade.

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1 1. Introdução: Passar o conhecimento adiante como forma de melhoria da sociedade. Este trabalho tem como objetivo levar ao conhecimento dos interessados algumas orientações técnicas e práticas sobre Sistemas de Proteção Contra Descargas Atmosféricas. Procuramos utilizar uma linguagem acessível para facilitar o entendimento. O raio é um fenômeno natural que sempre impôs temor aos homens, tanto pelo ruído do trovão como pelos incêndios e pelas destruições que causa. Para proteção contra descargas atmosféricas existem, desde tempos remotos, as mais diversas lendas, muitas delas seguidas até a presente data. Com o avanço da tecnologia e através de estudos e registros das incidências de raios, a engenharia procura estabelecer regras e normas a fim de diminuir os riscos à vida e à propriedade, protegendo os prédios e as instalações com a implantação de páraraios. A proteção contra descargas atmosféricas além de constituir uma segurança de vidas e bens, também é exigência de códigos de obras e de companhias seguradoras. A proteção contra descargas atmosféricas deverá atender a Norma Brasileira NBR 5419, onde constam as prescrições para proteger os diversos tipos de prédios, classificando-os pelo tipo de ocupação, pelo material de construção aplicado, pelo conteúdo, pela localização e pela topografia e detalhando a maneira de instalar páraraios. As orientações são baseadas na NBR 5419/2005, porém a leitura da norma é fundamental para iniciar qualquer projeto na área. eletro.a@itelefonica.com.br

2 2. Considerações iniciais: O raio é um fenômeno da natureza que desde os primórdios vêem intrigando o homem, tanto pelo medo provocado pelo barulho, quanto pelos danos causados. A fim de se evitar falsas expectativas sobre o sistema de proteção contra descargas atmosféricas projetado, gostaríamos de fazer os seguintes esclarecimentos: A descarga elétrica atmosférica (raio) é um fenômeno da natureza absolutamente imprevisível aleatório, tanto em relação às suas características elétricas (intensidade de corrente, tempo de duração, etc.), como em relação aos efeitos destruidores decorrentes de sua incidência sobre as edificações. Nada em termos práticos pode ser feito para se impedir a "queda" de uma descarga em determinada região. Não existe "atração" alongas distâncias, sendo os sistemas prioritariamente receptores. Assim sendo, as soluções internacionalmente aplicadas buscam tão somente minimizar os efeitos destruidores a partir da colocação de pontos preferenciais de captação e condução segura da descarga para a terra. A implantação e manutenção de sistemas de proteção (pára-raios) são normalizadas internacionalmente pela IEC (International Eletrotecnical Comission) e em cada país por entidades próprias como a ABNT (Brasil), NFPA (Estados Unidos) e BSI (Inglaterra). Somente os projetos elaborados com base em disposições destas normas podem assegurar uma instalação dita eficiente e confiável. Entretanto, esta eficiência nunca atingirá os 100% estando, mesmo estas instalações, sujeitas à falhas de proteção. As mais comuns são a destruição de pequenos trechos do revestimento das fachadas ou de quinas da edificação. O sistema hora dimensionado NÃO visa à proteção dos sistemas elétricos, eletrônicos e de telecomunicações, pois mesmo uma descarga captada e conduzida à terra com segurança, produz forte interferência eletromagnética, capaz de danificar estes equipamentos. Para sua proteção, é imprescindível a contratação de um projeto adicional, específico para instalação de supressores de surto individuais (protetores de linha), e equalização dos condutores do sistema elétrico nas edificações. É de fundamental importância que após a instalação haja uma inspeção periódica a fim de se garantir a confiabilidade do sistema. Esta inspeção visa a assegurar que: O SPDA está conforme o projeto; a. Todos os componentes do SPDA estão em bom estado, as conexões e fixações estão firmes e livres de corrosão; b. O valor da resistência de aterramento seja compatível com o arranjo e com as dimensões do subsistema de aterramento, e com a resistividade do solo; c. Todas as construções acrescentadas à estrutura posteriormente à instalação original estão integradas no volume a proteger, mediante ligação ao SPDA ou ampliação deste. eletro.a@itelefonica.com.br

3 3. Histórico: Para algumas civilizações antigas o raio era uma dádiva dos deuses, pois ele conseguia-se o fogo, na idade da pedra, e depois quase sempre anunciava as chuvas necessárias à agricultura. Para outras civilizações era um castigo, pessoa que era atingida por um raio, havia irritado os deuses... Pessoas atingidas por raio em meio a tantas outras eram glorificadas, pois havia sido o escolhido e seu funeral cercado de honras e glórias. O homem acabou descobrindo que o raio é corrente elétrica e por isso pode ser conduzida o mais rápido ao solo, diminuindo seus efeitos destrutivos. Benjamim Franklin, em 1752, afirmou que após a colocação de uma ponta metálica em cima de uma casa atraia o raio para si e a edificação estaria protegida contra raios. Após alguns anos tomou-se conhecimento de edificações que tinham sido atingidas e o raio não havia caído na ponta metálica. Franklin reformulou a sua teoria e afirmou que a ponta metálica era o caminho mais seguro para levar o raio até o solo. E passaram a estudar a área que a ponta teria influencia, no século XVII, Gay Lussac, começou a esboçar os cones de proteção em função do ângulo da geratriz. Inicialmente considerava-se ângulo igual a 60 (tg = 1,73), em cada metro vertical da altura, o raio de proteção seria 1,73m. Com o passar do tempo, novos ângulos foram definidos, em função da exposição da edificação e riscos materiais e humanos envolvidos. Conforme a evolução da humanidade edificações e estruturas mais as foram sendo construídas e verificou-se a incidência de raios dentro da zona de proteção. Começaram os estudos para o modelo eletrogeométrico ou esfera rolante. 4. O raio O fenômeno da natureza, de origem elétrica, produzida pela nuvem do tipo cumulunimbus e se forma por processo interno, com várias teorias, não é intuito descrever aqui. À medida que a auto-produção de cargas elétricas vai aumentando e variáveis atmosféricas (pressão, temperatura, umidade, etc.) torna-se favoráveis, surge uma onda elétrica. Originada no local de maior potencial para o de menor potencial. Podendo ser raios entre nuvens e nuvem com o solo, A primeira onda, denominada líder, que define sua posição de queda entre 20 a 100 metros do solo. Este líder deixa um caminho ionizado que permite a passagem de uma avalanche de cargas com corrente de pico em torno de A. Os elétrons retidos das moléculas de ar, retornam, fazendo com que a energia absorvida pelos mesmos na emissão, sejam devolvida sob a forma de luz (RELAMPAGO). Após esse segundo choque violento de cargas passando, provocam o aquecimento do ar ( C), provocando a expansão brusca causando ondas sonoras (TROVÃO). Na maioria dos casos esse fenômeno se repete diversas vezes no mesmo raio. eletro.a@itelefonica.com.br

4 5. Atualidade: Em 1993 a NBR5419 foi modificada mais substancialmente e a eficiência dos sistemas de Proteção foi aumentada não deixando nada a desejar em relação à Norma de outros paises. Depois em 2001, ocorreu uma revisão em alguns conceitos e a ultima versão em 2005, incluindo-se mais claramente o conceito de proteção estrutural. Atualmente existem basicamente três modelos de dimensionamento: 1- Franklin: limitado à altura e do nível de proteção. 2- Método Gaiola de Faraday ou Malha. 3- Método da esfera rolante ou Eletrogeométrico: é o mais recente, consiste em fazer uma esfera fictícia de Raio determinado pelo nível de proteção, rolar por toda a edificação. Os locais onde ela tocar a edificação, o raio também pode tocar, devendo estes ser protegidos por elementos metálicos interligados a malha de aterramento. 4- Captores Milagrosos: conforme o código de defesa do consumidor, somente é aceito conceito dentro de normas técnicas vigentes. Oferta de captores milagrosos tem o intuito unicamente de ganhar dinheiro e devem ser desconsiderados. 5- Pára-raios Radioativos: seu comercio, fabricação e utilização estão proibidos, conforme resolução Nº 04 de 19/04/1989 da Comissão Nacional de Energia Nuclear CNEN. A NORMA REGULAMENTADORA Nº 10 - SEGURANÇA EM INSTALAÇÕES E SERVIÇOS EM ELETRICIDADE, diz: Esta NR se aplica às fases de geração, transmissão, distribuição e consumo, incluindo as etapas de projeto, construção, montagem, operação, manutenção das instalações elétricas e quaisquer trabalhos realizados nas suas proximidades, observando-se as normas técnicas oficiais estabelecidas pelos órgãos competentes e, na ausência ou omissão destas, as normas internacionais cabíveis MEDIDAS DE CONTROLE Em todas as intervenções em instalações elétricas devem ser adotadas medidas preventivas de controle do risco elétrico e de outros riscos adicionais, mediante técnicas de análise de risco, de forma a garantir a segurança e a saúde no trabalho. Afirma no item que os projetos de SPDA devem seguir as normas técnicas oficiais e o órgão competente no Brasil é a ABNT, portanto, oficializa a NBR5419. Como medida preventiva de controle de risco, trabalhos expostos, em altura, etc. devem somente ser realizados sob a ótica de prevenção contra descargas atmosféricas. No menor sinal de raio, estes trabalhadores devem se proteger. eletro.a@itelefonica.com.br

5 Outro item da NR-10 relacionado: Os estabelecimentos com carga instalada superior a 75 kw devem constituir e manter o Prontuário de Instalações Elétricas, contendo, além do disposto no subitem , no mínimo: b) documentação das inspeções e medições do sistema de proteção contra descargas atmosféricas e aterramentos elétricos; As documentações exigidas na NBR5419 devem estar à disposição no PIE Prontuário das Instalações Elétricas são elas: a) relatório de verificação de necessidade do SPDA e de seleção do respectivo nível de proteção. A não necessidade de instalação do SPDA deverá ser documentada através dos cálculos constantes no anexo B; b) desenhos em escala mostrando as dimensões, os materiais e as posições de todos os componentes do SPDA, inclusive eletrodos de aterramento; c) os dados sobre a natureza e a resistividade do solo; constando obrigatoriamente detalhes relativos às estratificações do solo, ou seja, o número de camadas, a espessura e o valor da resistividade de cada uma, se for aplicado 6.1-c). d) um registro de valores medidos de resistência de aterramento a ser atualizado nas inspeções periódicas ou quaisquer modificações ou reparos SPDA. Também relacionamos: RESPONSABILIDADES As responsabilidades quanto ao cumprimento desta NR são solidárias aos contratantes e contratados envolvidos É de responsabilidade dos contratantes manter os trabalhadores informados sobre os riscos a que estão expostos, instruindo-os quanto aos procedimentos e medidas de controle contra os riscos elétricos a serem adotados. Os trabalhadores envolvidos a instalação elétrica devem ser informados sobre os riscos: NÃO PERMANECER NO PÁTIO DURANTE UMA TEMPESTADE; NÃO FICAR PROXIMO A CERCAS E REDE ELÉTRICA; USO APARELHO TELEFONICO; SERVIÇOS EM ANTENAS, TORRES, PONTOS ELEVADOS; EXISTENCIA OU NÃO DO SPDA ETC eletro.a@itelefonica.com.br

6 6. Elementos que compõe o SPDA: Subsistema captor (ou simplesmente captor): Parte do SPDA externo destinada a interceptar as descargas atmosféricas e distribuí-las pelas descidas. È composto de elementos metálicos devidamente dimensionados. Aço galvanizado a fogo. Subsistema de descida: Parte do SPDA externo destinada a conduzir a corrente de descarga atmosférica desde o subsistema captor até o subsistema de aterramento. Este elemento pode também estar embutido na estrutura. Anéis de Cintamento: Acima dos 20 metros de altura tem a segunda função de receber descargas laterais e equalizar a os potenciais minimizando os efeitos do campo elétrico dentro das edificações. Subsistema de aterramento: Parte do SPDA externo destinada a conduzir e a dispersar a corrente de descarga atmosférica na terra. Este elemento pode também estar embutido na estrutura. Também tem a função de equalizar os potenciais das descidas e os potenciais do solo. Deve se ter a preocupação com locais de freqüência de pessoas, em virtude de tensões de passo. Componentes: Componente natural de um SPDA: Componente da estrutura que desempenha uma função de proteção contra descargas atmosféricas, mas não é instalado especificamente para este fim. Condutor de aterramento: Condutor que interliga um eletrodo de aterramento a um elemento condutor não enterrado, que pode ser uma descida de pára-raios, o LEP/TAP ou qualquer estrutura metálica. Condutor de ligação eqüipotencial: Condutor de proteção que assegura uma ligação eqüipotencial. Conexão de medição: Conexão instalada de modo a facilitar os ensaios e medições elétricas dos componentes de um SPDA. Descarga atmosférica: Descarga elétrica de origem atmosférica entre uma nuvem e a terra ou entre nuvens, consistindo em um ou mais impulsos de vários quiloampères. Dispositivo de proteção contra surtos - DPS: Dispositivo que é destinado a limitar sobretensões transitórias. Eletrodo de aterramento de fundação: Eletrodo de aterramento embutido nas fundações da estrutura. Eletrodo de aterramento em anel: Eletrodo de aterramento formando um anel fechado em vo da estrutura. Eletrodo de aterramento: Elemento ou conjunto de elementos do subsistema de aterramento que assegura o contato elétrico como solo e dispersa a corrente de descarga atmosférica na terra. Ligação eqüipotencial (LEP ou TAP): Barra condutora onde se interligam ao SPDA as instalações metálicas, as massas e os sistemas elétricos de potência e de sinal. Ligação eqüipotencial: Ligação entre o SPDA e as instalações metálicas, destinada a reduzir as diferenças de potencial causadas pela corrente de descarga atmosférica. eletro.a@itelefonica.com.br

7 7. Equalização de Potenciais: As descidas, anéis de cintamento e anéis de aterramento constituem a eqüipotencialização externa. A eqüipotencialização de todas as estruturas e massas metálicas que poderão provocar acidentes pessoais, faiscamento ou explosão abordaremos abaixo: A cada nível, devem ser interligados ao aterramento do SPDA os aterramentos elétricos, telefônicos, de eletrônicos, de elevadores, tubulações de incêndio, gás, água, etc. Devendo ser utilizada uma caixa de equalização onde são reunidos estes condutores. 8. Projeto de SPDA: 1- Definir o nível de proteção a ser adotado; 2- Verificar a possibilidade do uso de elementos naturais; 3- Acrescentar ao subsistema de captação, condutores metálicos pela periferia da edificação e em malhas distribuídas de acordo com a tabela anexa. 4- Uso de mastros altos com captores Franklin visando à proteção localizada de antenas e outras estruturas existentes no topo da edificação. 5- Distribuir as descidas uma em cada vértice da edificação e distancias máximas conforme tabela. Proteger os condutores contra danos mecânicos até altura de 2,20m. 6- Anéis de cintamento a cada 20 metros a partir do solo interligando-se as descidas; 7- Equalizar todos os elementos metálicos que estão próximos 0,5m destes componentes. 8- Executar um anel de aterramento com cabo de cobre nu, enterrado a 0,5m de profundidade. Em cada descida deve ser instalada uma haste cobreada de a camada ligada ao anel de aterramento e a descida, por solda exotérmica. Este é o mais prático sistema de aterramento. 9- Executar a equalização de potenciais como mencionado anteriormente, ao nível do solo a ao nível de cada cintamento. NOTAS: 1. Todas as estruturas metálicas (chaminés, guarda-corpo, escadas, etc.) devem ser equipotencializadas interligando ao sistema de captação. 2. Deve ser utilizadas caixas de medição para o desacoplamento do sistema de aterramento para medição. 3. As conexões enterradas devem ser feitas por soldas ou compressão. Conexões mecânicas devem estar em caixas do tipo solo protegido por massa de calafetar. 4. Todas as tubulações metálicas que atravessam o anel de aterramento devem ser interligadas a este. Tubulações com proteção superficial catódica por corrente imposta deve ser equipotencializados através de dps. 5. Somente deve ser utilizado componentes em aço com proteção galvanizada a fogo, proteção eletrolítica é proibida. 6. As hastes cobreadas devem ter uma espessura de 254micron. eletro.a@itelefonica.com.br

8 9. Anexos: TABELA DE DIMENSIONAMENTO: Ângulo de proteção (α) - método Franklin, em função da altura do captor (h) (ver Nota 1) e do nível de proteção. Nível de proteção h m R m 0-20 m 21 m - 30 m 31 m -45 m 46 m - 60 m > 60 m módulo da malha (ver Nota 2) m I ) 1) 1) 2) 5 X 10 II ) 1) 2) 10 X 20 III ) 2) 10 X 20 IV ) 20 X 40 R = raio da esfera rolante. 1)Aplicam-se somente os métodos eletrogeométrico, malha ou da gaiola de Faraday. 2)Aplica-se somente o método da gaiola de Faraday. NOTAS 1 Para escolha do nível de proteção, a altura é em relação ao solo e, para verificação da área protegida, é em relação ao plano horizontal a ser protegido. 2 O módulo da malha deverá constituir um anel fechado, com o comprimento não superior ao dobro da sua largura. DISTANCIA ENTRE DESCIDAS: Nível de proteção Espaçamento médio m I 10 II 15 III 20 IV 25 TABELA DE BITOLA DOS CONDUTORES: Material Captor e anéis intermediários mm² Descidas (para estruturas de altura até20m) mm² Descidas (para estruturas de altura superior a 20 m) mm² Eletrodo de aterramento mm² Cobre Alumínio Aço galvanizado a quente ou embutido em concreto eletro.a@itelefonica.com.br

9 TABELA DE CLASSIFICAÇÃO DE ESTRUTURAS: Classificação da estrutura Tipo da estrutura Efeitos das descargas atmosféricas Nível de proteção Estruturas comuns1) Residências Perfuração da isolação de instalações elétricas, incêndio, e danos materiais Danos normalmente limitados a objetos no ponto de impacto ou no caminho do raio III ou IV 2) Fazendas, estabelecimentos agropecuários Risco direto de incêndio e tensões de passo Perigosas. Risco indireto devido à interrupção de energia e risco de vida para animais devido à perda de controles eletrônicos, ventilação, suprimento de alimentação e outros Teatros, escolas, lojas de departamentos, áreas esportivas e igrejas Danos às instalações elétricas (por exemplo iluminação) e possibilidade de pânico Falha do sistema de alarme contra incêndio, causando atraso no socorro II Bancos, companhias de seguro, companhias comerciais, e outros Como acima, além de efeitos indiretos com a perda de comunicações, falhas dos computadores e perda de dados II Hospitais, casa de repouso e prisões Como para escolas, além de efeitos pessoas em tratamento intensivo e imobilizadas indiretos para dificuldade de resgate de pessoas II Indústrias variando de danos pequenos a prejuízos inaceitáveis e perda de produção III Museus, locais arqueológicos Perda de patrimônio cultural insubstituível II Estruturas com risco confinado Estações de telecomunicação usinas elétricas Indústrias Interrupção inaceitável de serviços públicos por breve ou longo período de tempo Risco indireto para as imediações devido a incêndios, e outros com risco de incêndio I Estruturas com risco para os arredores Refinarias, postos de combustível, fábricas de fogos, fábricas de munição Risco de incêndio e explosão para instalação e as seus arredores I Estruturas com risco para o meio ambiente Indústrias químicas, usinas nucleares, laboratórios bioquímicos Risco de incêndio e falhas de operação, com conseqüências perigosas para o local e para o meio ambiente I Outras informações técnicas poderão ser fornecidas com nosso departamento técnico, através do eletroa@itelefonica.com.br ou (16) Cordialmente, Eng Glauber Maurin glaubermaurin@bol.com.br eletro.a@itelefonica.com.br