5 aspectos mais importantes da proteção contra os efeitos das descargas atmosféricas

Análise do risco de raios

A análise do risco de raios leva em consideração vários fatores. Esse artigo esclarecerá um dos fatores – a proteção das estruturas e seus cinco aspectos mais importantes: para-raios, modelo eletromagnético, áreas de superfícies de captura, condutores de descida e, é claro, o sistema de aterramento.

1 – Sistemas de proteção (para-raios)

O objetivo deles é proteger estruturas contra descargas elétricas diretas. Ao capturar o raio e movimentar a corrente de descarga para a terra, eles evitam danos relacionados ao próprio raio e a circulação.

Os para-raios podem ser divididos em categorias e aqui citaremos 3 delas:

1.1 – Para-raios de haste simples (captores tipo Franklin)

Eles consistem em uma ou mais dicas, dependendo do tamanho da estrutura e dos condutores de descidas.

Eles são conectados diretamente ao eletrodo de aterramento da instalação (fundação) ou, dependendo do tipo de proteção e práticas de trabalho nacionais, a um eletrodo de aterramento especial (eletrodo de aterramento do condutor de raio) que é ele próprio conectado à terra da instalação.

Captor tipo Franklin

1.2 – Para-raios com dispositivo sparkover

Eles são um desenvolvimento da haste única. Eles são equipados com um dispositivo de faísca que cria um campo elétrica na ponta, ajudando a capturar os raios e melhorando sua eficácia

Vários para-raios podem ser instalados na mesma estrutura. Eles devem estar interconectados bem como seus eletrodos de aterramento.

Para edifícios com mais de 60 metros de altura, protegidos por para-raios de haste única, o sistema de proteção deve ter também um anel de metal na parte superior para evitar o risco de descargas elétricas laterais.

1.3 – Gaiola de faraday                              

A gaiola de faraday consiste em uma rede de condutores dispostos ao redor do exterior do edifício, de modo que todo seu volume seja circunscrito. As hastes coletoras (0,3 a 0,5 metros de altura) são adicionadas a essa rede em intervalos regulares nos pontos de projeção (geralmente telhados).

 

2 – O modelo eletrogeométrico

A escolha e o posicionamento dos dispositivos de captura de raios requerem um estudo específico de cada local, com o objetivo de garantir que o raio “caia” de preferência em um dos pontos predefinidos (para-raios) e não em alguma outra parte do edifício.

Existem vários métodos para fazer isso, dependendo do tipo de dispositivo de captura (para-raios) e das práticas nacionais de trabalho.

Um desses métodos é denominado de “Modelo Eletrogeométrico” (ou modelo de esfera imaginária) define o volume esférico que é, teoricamente, protegido por um condutor de raios de acordo com a intensidade da corrente de descarga do primeiro arco.

Ilustração modelo eletrogeométrico de raio D

Quanto maior essa corrente, maior a probabilidade de captura e maior a área protegida.

A ponta da seta é utilizada par representar o centro da esfera imaginária, com um raio D. Essa esfera segue o caminho aleatório da seta.

O primeiro elemento a entrar em contato com essa esfera determinará o ponto que o raio atingirá: Uma árvore, um telhado, o solo, ou um para-raio, se houver.

O raio teórico D da esfera é definido pela relação

Onde D está em metros e é definido em kA.

Níveis de proteção (IEC 62305)

O modelo deve ser adaptado de acordo com o tipo de dispositivo de proteção (para-raios de haste simples, gaiola de faraday, ou outro) e estrutura a ser protegida.

A norma IEC 62305 define os volumes de proteção de acordo com quatro níveis de proteção, com base na probabilidade de captura:

3 – Áreas de superfície

Quando o local a ser protegido consiste em vários edifícios ou se estende além do alcance de um único dispositivo de captura, um plano de proteção deve ser elaborado para a área, justapondo as diferentes áreas da superfície de captura teórica.

É sempre bem difícil obter uma cobertura total para um local composto por estruturas de diferentes alturas.

A sobreposição do plano de proteção ao layout da área possibilita a visualização de áreas que não são cobertas, mas, acima de tudo, deve auxiliar a consideração aprofundada, levando em consideração:

1- A probabilidade de raios, determinando os principais pontos de ataques (torres, chaminés, antenas, postes, mastros e etc).

2- A sensibilidade dos equipamentos alojados nos edifícios (equipamentos de comunicação e informática, CLP’s e etc).

3- O risco potencial associado ao negócio ou aos tipos de materiais armazenados.

Também deve ser lembrado que os inúmero links entre os edifícios (redes de computadores, monitoramento remoto, comunicações, alarmes e energia) podem criar interferência como resultado do efeito do campo eletromagnético do raio ou do gradiente de tensão gerado no solo. E diante dessa situação há duas maneiras que podemos utilizar para proteger esses links:

1- Blindagem ou uso de gaiolas de faraday que, além de proteger contra esses campos, manterão principalmente a equipontencialidade do link.

2- Desacoplamento galvânico, que separará eletricamente os edifícios (acopladores óticos, fibras óticas, transformadores, etc…)

O plano de proteção deve levar em consideração os prédios e estruturas a serem protegidos contra descargas elétricas diretas, mas também deve levar em conta elementos ou áreas não construídas para as quais descargas elétricas possam causar efeitos destrutivos.

 

4 – Condutores de Descida

Eles fazem a ligação entre a haste e o eletrodo de aterramento. Eles estão sujeitos a correntes intensas e devem, por tanto, ter uma seção transversal adequada (de no mínimo 50 mm² de cobre), plana, firmemente fixada e seguir o caminho mais curto possível. Eles não devem ter elevações ou ângulos agudos.

É aconselhável aumentar o número de condutores de descidas para reduzir as correntes em cada um e os efeitos térmicos, eletrodinâmicos e indutivos associados. Os condutores de descidas devem terminar em um circuito de terra equipotencial em malha.

As consequências na instalação dos efeitos causados pela circulação da corrente de raios nos condutores de descidas podem ser minimizadas por:

– Aumentar o número de condutores de descidas para dividir a corrente e limitar os efeitos causados.

-Garantir que os condutores de descida estejam interconectados com os sistemas de ligação em todos os andares do edifício.

-Criando sistemas de ligação equipotencial que incorporam todos os elementos condutores.

-Evitando colocar condutores de baixa tensão perto de áreas ou equipamentos sensíveis (computação, telecomunicações e etc.).

 

5 – Sistema de ligação à terra

Este é um elemento essencial na proteção contra raios: Todas as partes condutoras expostas, devem estar conectadas e o sistema deve ser capaz de descarregar a corrente elétrica, evitando um aumento de tensão no próprio sistema de aterramento e no solo circundante.

Embora deva ser baixo o suficiente (<10 Ω), o valor da resistência de baixa frequência do eletrodo de aterramento é menos importante que sua forma e tamanho no que diz respeito à descarga da corrente de raios de alta frequência.

Como regra geral, cada condutor de descida deve terminar em um eletrodo de aterramento, que pode consistir em condutores (pelo menos três) no layout de um pé de galinha enterrado a pelo 0,5 m de profundidade ou em hastes de terra, preferencialmente em um layout triangular.

Além disso, a IEC 62305 implica que os condutores de descida sejam interconectados ao sistema de ligação com o principal link equipotencial.

E por último é importante salientar que deve haver apenas um sistema de aterramento.

 

Fonte: EA – Engenheiros Associados

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