A EVOLUÇÃO DOS PARA-RAIOS

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1 A EVOLUÇÃO DOS PARA-RAIOS Grazielle Carvalho de Moura 1 Junio Guedes Dias 2 Prof. Pedro Alcântara de Mattos Junior 3 RESUMO O presente artigo apresenta a evolução dos para-raios a partir de uma revisão bibliográfica que é um método que permite a inclusão de estudos de diferentes abordagens metodológicas. Optando-se por artigos e outros trabalhos científicos tais como dissertações, teses e/ou legislações e as normas brasileiras da Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) sobre Proteção de Estruturas contra Descargas Atmosféricas. O estudo apresenta como principal conclusão: a proteção contra os danos e efeitos provenientes de descargas elétricas atmosféricas fez com que diversos estudiosos desenvolvessem novos tipos de para-raios para atender as necessidades do homem. Desde 1752, com os primeiros passos de Benjamin Franklin na evolução desses aparelhos, dezenas de modelos foram testados e implantados, sempre se seguindo, mediante os resultados na proteção de sistemas elétricos e edifícios, na linha de desenvolvimento e aprimoramento dos para-raios. E os resultados dessas constantes evoluções se verificam em sistemas e aparelhos com elevada eficiência na proteção contra as descargas atmosféricas, garantindo o funcionamento constante e equilibrado de subestações de energia, sistemas de transmissão e distribuição, bem como na proteção de edificações e pessoas presentes em seus interiores. Palavras-chave: Captor. Descarga atmosférica. Edificações. Para-raios. SPDA. THE EVOLUTION OF THE LIGHTNING ROD ABSTRACT This paper presents the development of lightning arresters from a literature review which is a method that allows the inclusion of studies of different 1 Graduada em Engenharia Civil pela Faculdade Kennedy. 2 Graduado em Engenharia Civil pela Faculdade Kennedy. 3 Engenheiro Civil, Eletricista. Pós Graduado em Avaliações e Perícias. Pós-Graduado em Engenharia de Segurança do Trabalho e Mestre em engenharia mecânica. Professor em Instalações Elétricas, Rede de Telecomunicações e Sistemas de Segurança na Faculdade Kennedy.

2 methodological approaches. Opting for articles and other scientific works such as dissertations, theses and/or laws and the Brazilian Association of Technical Standards (ABNT) on Structure Protection against Atmosphere Discharges, this study presents as main conclusion: The protection against damage and effects from atmospheric electrical discharges caused many scholars to develop new types of lightning rods to meet the needs of mankind. Since 1752, with the first steps of Benjamin Franklin in the evolution of these devices, dozens of models have been tested and implemented, always following, through the results in the electrical systems and buildings protection, in line of development and improvement of the lightning rod. And the results of these constant changes can be seen in systems and devices with high elevated efficiency in protecting against lightning, ensuring constant operation and balanced power substations, transmission and distribution systems, as well as in the protection of buildings and personnel present in their interior. Keywords: Lightning arrester. Captor. Lightning. SPDA. Buildings. 1 INTRODUÇÃO Descargas atmosféricas causam sérias perturbações nas redes aéreas de transmissão e distribuição de energia elétrica, além de provocar danos materiais nas construções atingidas por elas, acrescendo-se os riscos a que as pessoas e os animais ficam submetidos. Atualmente, o Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA) pode ser utilizado em várias estruturas de concreto dentro da construção civil como em tubulão, blocos de coroamento, cintamento, pilares e lajes, pois o raio quando cai é absorvido pelo Captor de Franklin e conduzido através da Re-bar (Barra de aço galvanizada a fogo) até o solo sem causar nenhum dano. As modificações dos para raios que ocorreram ao longo dos tempos, os seus detalhes construtivos, componentes e forma de atuação sob determinada tensão e corrente, nas suas aplicações em proteção tanto de subestações de energia e transmissão como de proteção de edificações e pessoas foram o interesse da pesquisa. E a pergunta que orientou este estudo pode ser assim contextualizada: O que levou aos diversos estudiosos desenvolverem novos tipos de para-raios?

3 A evolução histórica dos equipamentos e dispositivos de proteção contra as descargas elétricas atmosféricas é um tema relevante na Engenharia Civil, visto que os para-raios são utilizados para prevenção de danos à estrutura de edifícios em concreto armado ou de estrutura metálica, das pessoas em seus interiores, bem como instalações industriais, subestações, redes de transmissão e distribuição de energia e demais estruturas passíveis de proteção contra os danos provenientes das descargas atmosféricas. De acordo com a história o primeiro escopo do que, depois de algum tempo viria a ser chamado de para-raios, foi desenvolvido em 1752, em pleno auge do Iluminismo, pelo cientista americano Benjamin Franklin. Até hoje, o captor desenvolvido pelo fruto de suas observações é amplamente utilizado, principalmente em edificações (SANTOS, 1996; ALMEIDA, 2003). Dessa forma, o presente artigo apresenta a evolução dos para-raios. 2. REFERENCIAL TEÓRICO Santos (1996) afirma que, inicialmente, Franklin provou que ocorriam descargas ou correntes elétricas na atmosfera ao nível das nuvens quando ocorriam as tempestades. Em sua época, o Iluminismo, muitas teorias e observações careciam de comprovação científica e Franklin, para provar sua teoria, soltou uma pipa durante uma forte tempestade amarrada a um longo fio, da ponta de suas varetas até a terra. Com um aparelho, o cientista comprovou que o fio amarrado à pipa no meio da tempestade atraía corrente elétrica, a qual o percorria até o aparelho montado na terra. Ao captar essa corrente, Franklin provou que os raios dentro das nuvens durante a tempestade eram, na verdade, intensas descargas elétricas. Antes de sua descoberta, raios e trovões eram fenômenos naturais cercados por misticismo. Muitos acreditavam que as tempestades de raios simbolizavam a fúria dos deuses. Santos (1996) ainda descreve que o estudo de Franklin determinou o poder das pontas em que objetos pontiagudos, como as varetas da pipa, têm grande capacidade de atrair corrente elétrica pelo fato da concentração de cargas nas pontas. Essa afirmação é à base do Captor de Franklin, composto por um mastro com hastes pontiagudas, ligado a um fio aterrado no solo. Após comprovar sua teoria, o cientista publicou sua descoberta no jornal da época, propondo inclusive que todos os imóveis públicos tivessem um para-raios

4 no seu telhado para protegê-los durante as tempestades. Na época, muitas construções eram danificadas pelas quedas dos raios, principalmente as torres das grandes catedrais, as quais tinham, justamente, seu telhado em formato pontiagudo. Anos mais tarde, após Franklin provar que os raios formados dentro das nuvens eram descargas elétricas, estudos confirmaram a natureza desses fenômenos. Durantes as tempestades, as nuvens adquirem campos elétricos devido aos atritos que ocorrem em seu interior. Tais atritos são provocados entre pequenas gotas de água de temperatura baixíssima, entre partículas de gelo e demais partículas presentes na atmosfera que se chocam gerando pequenas correntes elétricas. Esses atritos, ao se tornarem mais constantes, criam polos eletricamente carregados no interior das nuvens. Com a instabilidade elétrica no interior das nuvens ocorre uma diferença de potencial entre uma nuvem e outra e entre nuvem e terra. Existindo essa diferença de potenciais ou tensões, formam-se subitamente correntes elétricas, as descargas atmosféricas. Essas descargas ocorrem entre as nuvens, de uma nuvem para a terra e vice-versa (MARCARINI, 2012). Para Santos (1996) uma descarga atmosférica também é conhecida como frente de onda rápida e tem a característica de um pulso de corrente que gira em torno de 50us (microssegundos), sendo que o tempo inicial de amplitude zero até o pico, conhecido como tempo de crista (tf), tem a duração de 1,2us e, do instante de pico da corrente até o zero, é conhecido como tempo de calda e varia em torno de 50us. Segundo Almeida (2003) os efeitos dos raios, que são essas grandes descargas atmosféricas, são imensuráveis para os equipamentos, instalações e estruturas de modo geral, além de representar um risco à vida das pessoas que estiverem desprotegidos durante esses fenômenos. Por exemplo, pode-se citar, a estrutura de uma refinaria de petróleo. Se esta não dispuser de um eficiente sistema de para-raios, a incidência de uma descarga atmosférica pode causar um centelhamento que dará origem a uma grande explosão, colocando em risco funcionários, o meio ambiente e tudo que estiver próximo. Pode-se citar também, a incidência de raios em um edifício com várias famílias em seu interior, que provocariam danos à estrutura e colocando em risco a vidas dos moradores e pedestres no entorno da edificação. Indo mais além, a interrupção de um sistema de distribuição de energia elétrica em uma região, após a queda de um raio. Tal evento

5 pode causar danos de reparação onerosa, demorada que deixaria de alimentar, por exemplo, uma cidade inteira, meios de transporte, segurança ou até um hospital. Enfim, é mais do que evidente que a proteção de qualquer equipamento ou bem imóvel por um sistema de para-raios é demasiadamente importante. Ele evita custos, danos expressivos e proteção dos seres vivos. As companhias de telégrafo foram as primeiras a utilizarem para-raios para proteger suas linhas de transmissão de dados, ao perceberam que, durante fortes tempestades, todos os dados e informações em tráfego poderiam ser perdidos causando vários prejuízos. No entanto, as linhas de telégrafo não eram energizadas durante todo o tempo e para que a proteção fosse estendida às linhas de transmissão de energia elétrica, modificações deveriam ser efetuadas nos pararaios, principalmente em relação à utilização de centelhadores simples, sem a capacidade de interromper a corrente de arco subsequente. Para que essa corrente fosse interrompida, a tensão do sistema deveria ser cortada, ou então, uma resistência inserida no momento do arco (SILVA, 2012). Filho (2005) 4 apud Marcarini (2012) define que para-raios é um dispositivo com características não lineares dos elementos constituídos na sua fabricação. O objetivo básico é conduzir correntes provenientes de descargas atmosféricas devido às tensões induzidas nas redes e em seguida interromper as correntes subsequentes, isto é, aquelas que sucedem às correntes de descargas após a sua condução para a terra. Os para-raios dão maior confiabilidade às redes de distribuição, pois sua função é garantir a continuidade do funcionamento do sistema de energia, mesmo que sofra abalos pela inesperada ocorrência de valores de corrente e tensão superiores aos valores nominais. As finalidades básicas deste dispositivo são de impedir que o abalo gerado pelas sobretensões se propague pela linha e equipamento do sistema, permitindo a rápida dissipação das mesmas. Além disso, outros modelos mais simplificados garantem a proteção de estruturas de prédios comerciais e residenciais, além das pessoas que vivam ou transitem em seus interiores (MARCARINI, 2012). 4 FILHO, J. A. (1996). Curso Básico Sobre a Utilização do ATP, CLAUE - Comitê Latino Americano de Usuários do EMTP/ATP.

6 Assim, ao longo dos tempos, diversos para-raios foram idealizados e construídos buscando aperfeiçoar seu funcionamento em vista das necessidades de proteção e das consequências na falha do equipamento ao ser atingido por uma descarga elétrica, nos seus mais diversos usos. De acordo com dados do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe/MCTI, 2013), o Brasil é campeão mundial em incidência de raios e ocorre em seu território pelo menos uma a cada 50 mortes causadas por descargas elétricas no planeta. São cerca de 100 vítimas fatais, mais de 200 feridos por ano e prejuízos anuais da ordem de R$ 1 bilhão, sendo assim este trabalho tem por objetivo apresentar o histórico da evolução do sistema de para-raios demonstrando a importância que o mesmo tem desde tempos remotos, utilizando como base pesquisa bibliográfica sobre o assunto abordado. Os para-raios têm duas finalidades, segundo entrevista via com o engenheiro Normando Alves (TERMOTÉCNICA, 2013), que é a de proteger sistemas elétricos complexos e a de proteger a estrutura de edifícios. Esta última é denominada de SPDA (Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas). Conforme a NBR 5419/2005 (Proteção de Estruturas contra Descargas Atmosféricas), sua função é proteger a estrutura de edifícios e as pessoas em seu interior. Há ainda o para-raios com a finalidade de proteger instalações elétricas de baixa tensão (residenciais e comerciais). Trata-se de um modelo específico, denominado Clamper. A sua utilização é obrigatória em quadros de distribuição de circuitos (QDC) segundo a NBR 5410/2005 (Instalações Elétricas de Baixa Tensão). De acordo com Pallaro (2013) um dos primeiros para-raios foi patenteado por E. A. Sperry em 1887 e era baseado em centelhadores. Em seguida, em 1916, a empresa americana ESSCo, desenvolveu o para-raios do tipo expulsão. Tentando aprimorar o funcionamento sob tensões mais elevadas, o mercado conheceu o modelo eletrolítico/químico a partir de Este para-raios foi o primeiro a utilizar um metal, o hidróxido de alumínio, para reduzir a corrente elétrica que atravessava o aparelho. A partir dele, surgiram em 1920 o para-raios com funcionamento baseado no peróxido de chumbo, em 1930, o de carboneto de silício e, mais recentemente, o para-raios com pastilhas de óxido de zinco em Este último ainda teve evoluções referentes à adição de outros elementos metálicos junto ao zinco para otimizar o desempenho dos resistores dentro das pastilhas do aparelho.

7 Esses modelos citados acima foram desenvolvidos mais especificamente para proteção de centrais de transmissão de energia elétrica, de transmissão de dados, redes de distribuição e subestações. Em relação aos modelos de proteção de estruturas de edificações, estes não tiveram grandes evoluções desde o Captor de Franklin. Baseado no conceito da Gaiola de Faraday, em 1846 o físico e químico belga Louis Melsens desenvolveu o modelo de malhas de condutores que eram interligados entre si e ao Captor de Franklin. Essas malhas eram conectadas a condutores de descida nas edificações e aterrados no solo. Em 1914, também existiram tentativas de melhorar a capacidade de proteção de Franklin com a criação de captores, (PALLARO. 2013). A partir de 1887, os modelos evoluíram de forma mais acelerada, alterando características de funcionamento e peculiaridades. De acordo com Woodworth (2011) em 1887 adotava-se o modelo de para-raios de Sperry que baseado em um ou dois centelhadores, conforme mostra figura1, que eram percorridas pela corrente e uma bobina. Inicialmente foram utilizados como para- raios os centelhadores separados a ar, muito usado como dispositivo de proteção dos equipamentos de uma subestação. Quando uma sobretensão alcança o centelhador há o disparo, limitando a sobretensão nos equipamentos protegidos por aquele dispositivo. Porém, o centelhador apresentava como grande desvantagem o fato das variáveis climáticas como umidade, pressão poeira e desgaste natural do material livre ao ambiente afetarem seu ponto de operação, fazendo, com isso, variar o nível de proteção e assim diminuindo a confiabilidade do equipamento, além de que quando em operação é necessário para a eliminação do curto-circuito a atuação da proteção do sistema. Figura 1- Esquema de para-raios Fonte: (WOODWORTH, p. 3)

8 Ainda de acordo com Woodworth (2011) em meados de 1916 foi desenvolvido o modelo tipo expulsão que funcionava com dois centelhadores que possuíam diferentes espaçamentos e eram constituídos por diferentes materiais dielétricos, não existia uma distribuição uniforme de tensão entre esses e o início da disrupção era sempre determinado pelo centelhador montado na parte superior do para-raios. Com a disrupção do centelhador superior, toda a tensão passava a ser aplicada sobre o centelhador inferior, que iniciava o processo de formação do arco no seu dielétrico, constituída por um material fibroso com a propriedade básica de gerar gases que provocavam a deionização do arco, provocando, dessa maneira, a interrupção da corrente de descarga elétrica. Na Figura 2 é possível ver detalhes desse para-raios. Nesse modelo, o principal problema era o desgaste exagerado do material com a passagem de corrente, o que exigia sua troca ou reparo sempre que fosse atingido por um raio. Por isso, foi necessário desenvolver novos modelos co m vida útil de operação maior. Figura 2 - Esquema para-raios tipo expulsão Fonte: (SILVA, 2012, p. 10) Entre 1916 e 1930 era utilizado o modelo de para-raios eletrolíticoquímico, sendo este o primeiro a utilizar o recurso de um metal, o hidróxido de alumínio, como elemento de resistência para reduzir a passagem da corrente, reduzindo assim seus efeitos. Em sua montagem, foram colocados em série o centelhador, placas de alumínio e o hidróxido, configurando com resistores não lineares, conforme representado na Figura 3. Pelo fato de ser não lineares, esse elemento metálico tinha bom comportamento resistivo ao ser atravessado pela

9 corrente atmosférica, devido suas características de tensão X corrente dentro de um campo elétrico. Esse modelo de para-raios consistia de um centelhador em série a um tanque contendo uma célula composta por duas placas de alumínio invertidas, em formato de cones separados entre si por um eletrólito líquido e coberto por uma fina película de hidróxido de alumínio. À medida que a tensão aumentava, a rigidez dielétrica do ar era rompida no centelhador, perfurando a película de hidróxido de alumínio e criando um caminho de menor resistência para a corrente através do eletrólito. Quando o valor de tensão era reduzido, a película se refazia, aumentando, assim, o valor da resistência e impedindo a passagem da corrente, interrompendo assim o arco. O maior problema desse modelo era pelo fato de que constantemente o centelhador deveria ser curto-circuitado para que surgisse entre seus terminais uma tensão fase para a terra no sistema, pois caso não houvesse nenhuma atuação do pararaios, o filme formado pelo eletrólito se dissolveria gradualmente com o tempo ao não ser atravessado por corrente depois das tempestades de raios (SILVA, 2012). Figura 3 - Representação para-raios eletrolítico-químico Fonte: (SILVA, 2012, p. 12)

10 Araujo (2010) menciona que por volta do ano 1920, devido às frequentes manutenções necessárias para funcionamento dos centelhadores com células de alumínio, foi criado o para-raios de peróxido de chumbo. Este utilizava pastilhas contendo peróxido de chumbo, envoltas com isolante. Muito utilizado em sistema de proteção em Alta Tensão, toda vez que uma corrente atingia o equipamento, era direcionada pelo centelhador até o invólucro de chumbo em série. A corrente tinha sua resistência diminuída e então era canalizada para a terra pelo equipamento. Em meados de 1930 passou a ser comercializado o para-raios de carboneto de silício, esse modelo de equipamento seguiu a tendência de utilização de resistores não lineares. Para esses resitores foram utilizados vários elementos com características tensão x corrente que foram muito importantes para as evoluções seguintes dos para-raios. Por ter essa característica não linear, conforme gráfico da Figura 4, esses resistores atuavam de forma mais eficiente junto aos centelhadores, reduziram consideravelmente a corrente e seus efeitos térmicos dentro do equipamento e suportavam tensões mais elevadas (MARCARINI, 2012). Figura 4 Gráfico com curva V x I de para-raios com resistores não lineares, UFSP 2010 Fonte: (MARCARINI, 2012, p. 26) A impedância dos blocos de SiC varia em função da magnitude da corrente e da taxa de crescimento da tensão, sendo reduzida quando percorrida pela elevada corrente proveniente de um surto (descarga atmosférica). Este baixo valor de resistência elétrica percorrida pela corrente de descarga produz uma tensão (residual) cujo valor é definido pela norma. A corrente passante nos resistores, que podem ser visualizados nas Figuras 5 e 6, resulta numa potência dissipada em

11 forma de calor o que diminui a resistência elétrica da camada isolante da sílica. Depois da dissipação da energia proveniente da sobretensão, a corrente de descarga diminui e a resistividade interna do bloco aumenta devido à rápida dissipação do calor. Este fato provoca uma redução do valor da corrente subsequente, que atinge um valor que poderia ser facilmente interrompido na passagem do zero da corrente em frequência industrial (SILVA, 2012). Esse modelo ainda é utilizado no sistema elétrico brasileiro, principalmente em subestações. Figura 5 Esquema Para-raios de Carboneto de Silício (FILHO, 2010) Fonte: (BIBBO et. al., 2010, p. 16) Figura 6 Para-raios de Carboneto de Silício Fonte: (PALLARO, 2013, p. 20) Conforme mencionado por Marcarini (2012), a partir de 1968, com a ausência dos centelhadores, elementos indispensáveis na montagem dos para-raios de SiC, optou-se pela utilização dos resistores de óxido metálicos, denominados de para-raios de óxido de zinco, devido a elevada não linearidade na característica

12 tensão x corrente dos elementos de ZnO, associadas a sua estabilidade térmica e a sua elevada capacidade de absorção de energia para sobretensões temporárias e transitórias. A não utilização dos centelhadores torna os projetos de para-raios de ZnO mais simplificados, além de oferecer muitas vantagens em suas características de proteção e de operação. Para-raios de Óxido de Zinco (ZnO) vêm sendo largamente utilizados na proteção dos sistemas elétricos. Em alguns países, como por exemplo, o Japão, praticamente a totalidade dos para-raios instalados em seu sistema elétrico são do tipo ZnO. No Brasil, empresas concessionárias de energia e grandes consumidores industriais vêm utilizando cada vez mais os para-raios de ZnO sejam na substituição dos para-raios convencionais de SiC ou em novos projetos de proteção contra descargas atmosféricas. A Figura 7 mostra um corte esquemático do modelo evidenciando as pastilhas com os resistores de óxido metálico. Hoje em dia, tais resistores tem associados, ainda, outros elementos metálicos junto ao zinco, melhorando suas características sob influência de uma corrente elétrica. Figura 7 Corte Esquemático para-raios de óxido de zinco Fonte: (MARCARINI, 2012, p. 27) De acordo com Brito (2006) os para-raios de óxidos metálicos apresentaram dois tipos de invólucros: o de material de porcelana e o de polímeros. O primeiro apresentava um dispositivo de que se abria ao ser elevada a pressão interna dentro do equipamento. Dentro deles ocorre aumento de pressão sempre quando são percorridos por corrente elétrica que, pelo efeito Joule, aumenta a temperatura do ar formando gases quentes.

13 Esses gases devem ser eliminados do interior do equipamento para que não ocorra explosão. Mas os materiais de revestimento em porcelana não apresentavam boa estanqueidade, permitindo que alguma umidade entrasse, com o tempo, dentro do para-raios oxidando e danificando seus componentes. Com isso, por volta de 1980, os novos aparelhos passaram a ser construídos com invólucro de materiais poliméricos. Estes são resistentes às intempéries, variações de temperatura e isolam satisfatoriamente os componentes interno da umidade. Dois modelos foram desenvolvidos, um sem espaços vazios em seu interior e outro com espaços vazios e dispositivo, tipo diafragma, de alívio de pressão interna, conforme a Figuras 8. Figura 8 Para-raios de óxido de zinco com invólucro de materiais polímeros Fonte: (MARCARINI, 2012, p. 29) Silva (2012) cita que nos edifícios residenciais e comerciais, os para-raios tiveram uma evolução mais contida em relação aos de proteção de sistema de distribuição de energia elétrica. Esse fato se deve que o último grupo apresenta consequências maiores ao ser atingido por descargas atmosféricas, ao sofrer interrupções em larga escala de fornecimento de energia, incêndios e custos elevados de reparo dos danos. Carecia, ainda, de proteções mais eficientes e confiáveis. Já as edificações, tinham um bom nível de proteção com a utilização do Captor de Franklin com o condutor de descida aterrado. Mas nem por isso, houve novos materiais e sistemas que protegessem as edificações contra as descargas atmosféricas. O Captor de Franklin foi, por décadas, um dos para-raios mais baratos e eficientes de proteção. Inicialmente, apenas um captor, instalado no ponto mais alto e vulnerável da torre, era considerado suficiente.

14 O conceito central do funcionamento do Captor de Franklin é de que todas as pontas, pelo fato de concentrarem preferencialmente todas as cargas, podem aumentar o campo superficial local. Se o campo atingir uma dezena de quilovolts/metro, o efeito corona é desencadeado. Efeito corona é uma descarga elétrica produzida pela ionização de um fluido nas redondezas de um condutor, a qual ocorre quando o gradiente elétrico excede certo valor, mas as condições são insuficientes para causar um arco elétrico (SILVA, 2012). Tomando por base esse principio o físico húngaro J.B. Szillard teve a ideia de criar, em 1914, um para-raios ionizante com a utilização de radioatividade denominado de para-raios radioativo. Assim, realizou vários testes com um terminal de Franklin contendo um sal do elemento químico Rádio-226 (Ra-226). Szillar constatou que, quando esse dispositivo era colocado num campo elétrico, a corrente resultante era consideravelmente maior que aquela medida utilizando-se um terminal convencional de Franklin. Este acréscimo de corrente foi atribuído à ionização do ar provocada pelas partículas alfa e beta, eletricamente carregadas, provenientes do decaimento do Ra-226 e de seus descendentes radioativos. As emissões dessas partículas altamente energéticas por esses elementos conduziam, de forma mais eficiente, as descargas atmosféricas sendo, então, direcionadas para o captor e descarregadas na terra. Nos anos seguintes, outros cientistas desenvolveram essa ideia até que em 1953 Alphonse Capart construiu o primeiro captor radioativo e, três anos mais tarde, começou sua produção e comercialização em grande escala. Após 1945, o isótopo de Ra-226 foi substituído por Amerício-241, representado pelas figuras 9 e 10, por ser um material mais estável e ter menores custos. (TRANSIENTE ENGENHARIA, 2012; MARUMO, 2006). Figuras 9 Para-raios radioativo Fonte: (INSPESEG, [20--?])

15 Convém salientar que os captores radioativos haviam sido desenvolvidos a partir das ideias predominantemente teóricas de cientistas e físicos e que, na época em que foram propostas, quase não haviam métodos normatizados e tecnologias capazes de confirma-las e embasá-las (MARUMO, 2006). Porém, em 1968 o cientista alemão Müller Hillebrand constatou que os captores radioativos não eram tão eficientes como acreditava Capart e que tinham comportamento semelhante ao captor de Franklin dentro de um mesmo campo elétrico. Assim a utilização desses captores com radioisótopos tiveram sua utilização suspensa em vários países. No Brasil tais captores passaram a ter sua utilização proibida a partir de 19 de abril de 1989, através de resolução emitida pela Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN). Nessa resolução, a CNEN, entre outras fundamentações, se baseou no estudo do cientista alemão. (RODRIGUES, 2010 p.15). Veja-se: Resolução CNEN n 4, de 19 de abril de A Comissão Nacional de Energia Nuclear (CNEN), usando das atribuições que lhe confere o artigo 1, inciso I, da Lei n 6.189, de16 de dezembro de 1974, o artigo 141 do Decreto n , de 19 de fevereiro de1974, o artigo 141 do Decreto n de 19 de fevereiro de1963, e o artigo 21, inciso I e V do Decreto n , de 7 de abril de 1975, por decisão de sua Comissão Deliberativa, na 534ª Sessão, realizada em 19 de abril de 1989, Considerando que o comércio de substâncias radioativas constitui monopólio da União, instituído pelalein de27 de agosto de1962, o artigo 1 inciso II, in fine; Considerando que esse monopólio é exercido pela CNEN na qualidade de órgão superior de orientação, planejamento, supervisão e fiscalização, Considerando que compete a CNEN baixar normas gerais sobre substâncias radioativas; Considerando que a CNEN cabe, ainda, registrar as pessoas que utilizem substâncias radioativas, Bem como receber e depositar rejeitos radioativos; Considerando a proliferação do uso de substâncias radioativas em pararaios; Considerando que não está tecnicamente comprovada a maior eficácia de para-raios radioativos em relação aos convencionais e que, portanto, o "princípio da justificação" previsto na Norma CNEN-NE-3.01 "Diretrizes Básicas de Radioproteção" não está demonstrado; Considerando a necessidade de dar destino adequado ao material radioativo dos para-raios desativados,

16 Resolve: 1 - Suspender, a partir da vigência desta Resolução, a concessão de autorização para utilização de material radioativo em para-raios. 2 O material radioativo remanescente dos para-raios desativados devem ser imediatamente recolhidos a CNEN. 3 Esta Resolução entra em vigor na data de sua publicação. Marumo (2006) salienta que, apesar dos para-raios radioativos terem sido utilizados no Brasil de 1970 até 1989, ano em que foram proibidos pela CNEN, nunca foram permitidos pela norma ABNT NBR 5419/2005 Proteção de Estruturas contra Descargas Atmosféricas, ou seja, para efeitos de norma, não era considerado como proteção de edificações. Com a revisão do seu texto em 1993, a NBR 5419 salientou a proibição de utilização de captores com material radioativo em sistemas de proteção contra descargas elétricas atmosféricas (SPDA) nas edificações. Em 2005, com a revisão da ABNT NBR 5419:2005, foi elaborada uma tabela que contempla a utilização dos três modelos de para-raios em edificações em função de sua altura e do nível de proteção requerido, que pode ser observado na Tabela 1. Tabela 1 - Posicionamento de captores conforme o nível de proteção. Fonte: ABNT/NBR 5419, Essa tabela foi consequência da evolução dos para-raios. Em 1980 foi desenvolvido o para-raios com vários captores (método eletrogeométrico), este também conhecido como Método das Esferas Rolantes, trata de uma evolução da

17 utilização de apenas um captor na edificação a proteger. O método Franklin, devido as suas limitações impostas pela norma, não era muito recomendado para proteger edificações de grandes alturas ou áreas elevadas, sendo ideal apenas para edificações de pequeno porte. O método das Esferas Rolante consiste em se fazer rolar uma esfera, por toda a edificação. Esta esfera terá um raio definido em função do Nível de Proteção. Os locais onde a esfera tocar a edificação são os locais mais suscetíveis a receber as descargas atmosféricas. Resumindo, pode-se dizer que os locais onde a esfera tocar, o raio também poderá tocar, devendo estes serem protegidos por captores Franklin em cada ponto tocado pela esfera (ABNT/NBR 5419, 2005). Finalmente o para-raios tipo Gaiola de Faraday tornou-se o modelo mais utilizado em edificações de altura elevada ou em grandes extensões horizontais. Sua eficiência é superior ao mastro com Captor de Franklin e simples descidas de aterramento porque se constituiu numa malha metálica que envolve toda a estrutura da edificação. Dessa maneira, esta fica com todos os pontos de tensões equalizados, minimizando consideravelmente os efeitos da descarga elétrica. Além disso, esse sistema utiliza as massas metálicas presentes no volume a ser protegido, inclusive as armaduras do concreto, para aumentar o nível de equalização e, consequentemente, a proteção. Ele é constituído de um captor Franklin no topo, com barras galvanizadas a fogo, tipo re-bars, que constituem o subsistema de descidas. Fazem parte também os subsistemas de aterramento e os anéis de cintamento, a cada 20 metros de altura e o anel de aterramento. Outra vantagem é que os aterramentos de centrais de gás GLP, e das telecomunicações podem ser conectadas às caixas de equipontencialização do SPDA (ABNT/NBR 5419, 2005). 3 METODOLOGIA Para atender ao objetivo de apresentar a evolução dos para-raios, realizou-se uma revisão bibliográfica que é um método que permite a inclusão de estudos de diferentes abordagens do assunto, com o objetivo de definir conceitos, rever teoria, analisar evidências e questões metodológicas de um tema específico (Gil, 2002). De acordo com Marconi e Lakatos (2003): A pesquisa bibliográfica, ou de fontes secundárias, abrange toda bibliografia já tornada pública em relação ao tema de estudo, desde publicações

18 avulsas, boletins, jornais, revistas, livros, pesquisas, monografias, teses, material cartográfico etc., até meios de comunicação orais: rádio, gravações em fita magnética e audiovisuais: filmes e televisão. Sua finalidade é colocar o pesquisador em contato direto com tudo o que foi escrito, dito ou filmado sobre determinado assunto, inclusive conferencias seguidas de debates que tenham sido transcritos por alguma fonte, quer publicadas, quer gravadas (MARCONI; LAKATOS, 2003, p. 183). Inicialmente foi realizada uma busca utilizando-se apenas os seguintes descritores: Para-raios e SPDA. Tendo em vista que no processo de delimitação do objeto desse estudo houve número insuficiente de artigos que não constaram nesta primeira busca, optou-se então por outros trabalhos científicos tais como dissertações, teses e/ou legislações e normas brasileiras sobre o tema. Essa redefinição pode ampliar o número de publicações que atendiam ao objetivo do estudo. Este estudo teve um tratamento qualitativo, pois a partir de análise feita de forma detalhada, abrangente, consistente e coerente o pesquisador pode participar, compreender e interpretar toda a argumentação lógica das ideias dos autores escolhidos. CONCLUSÃO Ao responder sobre o que levou aos diversos estudiosos desenvolverem novos tipos de para-raios, a pergunta orientadora deste estudo pode se tecer a seguinte conclusão. A proteção contra os danos e efeitos provenientes de descargas elétricas atmosféricas fez com que vários estudiosos desenvolvessem diferentes tipos de para-raios para atender as necessidades do homem. Desde 1752, com os primeiros passos de Benjamin Franklin na evolução desses aparelhos, dezenas de modelos foram testados e implantados, sempre se seguindo, a partir dos resultados com a proteção de sistemas elétricos e edifícios, na linha de desenvolvimento e aprimoramento dos para-raios. E os resultados dessas constantes evoluções se verificam em sistemas e aparelhos com elevada eficiência na proteção contra as descargas atmosféricas, garantindo o funcionamento constante e equilibrado de subestações de energia, sistemas de transmissão e distribuição, bem como na proteção de edificações e pessoas presentes em seus interiores.

19 REFERÊNCIAS ALVES, Normando. Para-raios Radioativos. Termotécnica Para-raios. Belo Horizonte. Disponível em: < Acesso em: 16 nov ARAÚJO, Marcel. Ayres de. Projeto de um Sistema de Proteção Contra Descargas Atmosféricas para uma Linha de Transmissão de 69KV. São Paulo, UNIVERSIDADE FEDERAL DE SÃO PAULO, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5419: Proteção de Estruturas contra Descargas Atmosféricas. Rio de Janeiro: ABNT, p. BIBBO, Allan Marcus et al. Sistemas de distribuição em media tensão. Itapeva: UES, Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe/MCTI). Disponível em: < Acesso em: 16 nov BRITTO, Tales Marques de. Metodologia da Manutenção Centrada em Confiabilidade Aplicada a Para-Raios de Alta Tensão. Florianópolis: UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA, COMISSÃO Nacional de engenharia nuclear. Resolução CNEN n 4, de 19 de abril de Disponível em:< Acesso em: 16 nov GIL, Antônio Carlos. Como elaborar projetos de pesquisa. 4. Ed. São Paulo: Atlas, INSPESEG INSPEÇÃO DE SERVIÇOS TÉCNICOS DE ENGENHARIA. Disponível em: < Inspe%25C3%25A7%25C3%25A3o-de-Alarmes/ >. Acesso em: 16 nov INSTITUTO NACIONAL DE PESQUISAS ESPACIAIS (Inpe/MCTI). Disponível em: < Acesso em: 16 nov Camila Camilozzi Alves Costa de A. Araújo (Org.). Manual para apresentação escrita de trabalhos acadêmicos. 2. ed. Belo Horizonte: Associação Educativa do Brasil (SOEBRÁS), MARCARINI, Fabiano. Proteção contra Descargas Atmosféricas Utilizando Pararaios de Óxido de Zinco f. Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação em Engenharia Elétrica) Centro de Ciências Exatas e Tecnológicas, Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, MARCONI, Marina de Andrade; LAKATOS, Eva Maria. Técnicas de pesquisa. São Paulo: Atlas, 2003.

20 MARUMO, Julio Takehiro. Avaliação da contaminação provocada por para-raios radioativos de amerício-241 descartados em lixões f. Tese (Doutorado em Ciências de Tecnologia Nuclear) - Universidade de São Paulo, São Paulo, PALLARO ALBINO, Juliano. Proposta para Projeto de Para-raios de Distribuição em Média Tensão f. Dissertação (Mestrado em Sistemas Elétricos de Potência) Universidade Federal de Itajubá, Itajubá, RODRIGUES, Rafael Baptista.. protecção de sistemas de energia eólica contra descargas eléctricas atmosféricas. (2010). 250 f. Tese (Doutorado em Engenharia Electromecânica) - Universidade da Beira Interior, Covilhã, SANTOS, M. R. Evolução de Para-Raios em Estudos de Sobretensões. São Paulo, [20--?]. Disponível em: < Acesso em: 14 nov SILVA ANTÔNIO DA, Daiana. Análise da Penetração de Umidade em Para-raios Poliméricos de Distribuição f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica e de Computação) Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação da Universidade Estadual de Campinas, Campinas, TERMOTÉCNICA Para-raios. Belo Horizonte, [20--?]. Disponível em: < Acesso em: 16 nov TRANSIENTE ENGENHARIA. Para-raios. Disponível em: < Acesso em: 14 nov WOODWORTH, J. History of Arrester on Power Systems 1965: Present, ArresterWorks, 2011.