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.
SPDA – Elaborando Um Projeto De
Sistema de Proteção Contra Descargas Atmosféricas
á ouviu falar sobre projetos de Sistema de Proteção contra
Descargas Atmosféricas, o famoso SPDA?
Para elaborar um SPDA, além de observar nas normas técnicas
como a ABNT 5419 (referente a proteção de estruturas), ABNT 5410 (referente a
instalação de baixa tensão) e, também, as prescrições da norma NR-10.
Em um projeto de SPDA, também necessitamos interagir com os
responsáveis pelos projetos estruturais e arquitetônicos, afim de sempre buscar
a melhor solução técnica que atenda também os padrões estéticos.
Elaborando um projeto de SPDA
Ao finalizar essas soluções, aconselha-se fazer uma análise crítica,
em que será verificada, principalmente, se a solução apresentada é exequível,
se permitirá facilidade nas inspeções e manutenções do sistema, se atende a
necessidade do cliente e se o detalhamento é suficiente para não permitir
dúvidas na hora da execução.
Para a elaboração do projeto do Sistema contra descargas
atmosférica, deve escolher qual tipo melhor se adéqua a edificação em questão.
Os tipos mais comuns são o tipo Franklin e, principalmente, o tipo Gaiola de
Faraday.
Projeto de SPDA Tipo Franklin
O método de proteção por para-raios tipo Franklin, consiste
na utilização de um ou mais mastros com captores de modo que todo volume da
edificação a ser protegido fique dentro de uma zona espacial de proteção do
sistema, no interior do cone de proteção criado pelo para-raios.
SPDA Tipo Franklin
O exemplo mostra uma vista lateral de uma edificação de
quatro pavimentos. Em que o ângulo do cone de proteção é de 45º.
O cone de proteção está protegendo todo volume, incluindo
todas as partes da edificação, como também dos equipamentos instalados sobre
ela.
O cone de proteção criado pelo para-raios Franklin deve
envolver a estrutura também nas demais vistas, garantindo que toda ela esteja
protegida.
Sistema de para-raio
PROJETO DE SPDA TIPO GAIOLA DE FARADAY
O projeto de SPDA tipo Gaiola de Faraday se baseia na planta
de cobertura da edificação. Neste local será demonstrado a disposição dos fios
nos subsistemas como:
Subsistemas de captação com captores horizontais;
Subsistemas de captação com captores verticais;
Subsistemas de decidas;
Subsistema de aterramento com eletrodos horizontais e
verticais.
Parte de projeto elaborado de um SPDA
Parte de projeto elaborado pela empresa Führen Projetos para
uma planta baixa de um seminário.
Algumas edificações se fazem necessário utilizar o sistema
tipo Franklin com captação vertical juntamente ao tipo Gaiola de Faraday para
garantir a proteção lateral da edificação, se sobressaindo em relação a última.
Após esses detalhes, deve-se identificar a localização da
caixa de equalização de potenciais. É nesta caixa que é feita interação entre
sistemas que necessitam de aterramento. São interligados os subsistemas
elétricos, de telecomunicações, de gás e qualquer outro sistema que necessite
de um terra de referência.
aterramento do para-raio
Após esses dados estarem de acordo com todas as necessidades
e normas vigentes, é necessário fazer os detalhamentos da forma construtiva.
Detalhamento da
Instalação da Malha de Aterramento do SPDA
Ou, ainda, anel principal, que seriam os eletrodos
horizontais.
malha de aterramento
Decidas
Ou ainda eletrodo de terra, que são os eletrodos verticais,
juntamente a forma de conexão entre os eletrodos horizontais e verticais.
Em casos de descidas embutidas, também deverá ser
representada no aterramento. Descidas como estas são advindas de questões
estéticas.
Detalhamento da Caixa de Inspeção Tipo Solo
Detalhe do sistema de liberação do anel de aterramento para
medição das decidas do aterramento
Fixação do Captor Horizontal
Fixação dos cabos dos captores horizontais sobre a
cobertura.
Travamento do Captor para Mudança de Direção
As formas da mudança de direção e curvaturas.
TRAVAMENTO DO CAPTOR
Conexão em “X” dos Captores
A fixação nas telhas e o cruzamento das malhas em “x”.
Terminais Aéreos
Captores Verticais
CAPTORES VERTICAIS
Notas Construtivas
Local onde deverá apresentar as premissas necessárias,
resguardando de informações que não foram prestadas ao projetista juntamente a
recomendações sobre a dúvida se há, por exemplo, uma estação de gás.
Independente do projeto que você fará, seja ele simples ou
não, procure não deixar dúvidas sobre a execução. Para isso, o detalhamento é
fundamental.
Além do projeto de desenhos, também é grande valia o
fornecimento do memorial descritivo, da relação de fornecimentos, planilha
orçamentária e da lista de documentos.
Tudo isso deve ser avaliado e assinado por uma pessoa
habilitada demonstrando que o projeto, cálculos, materiais e detalhes que ali
estão fornecidos são de informações válidas.
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