Descargas Atmosféricas e Raios

De acordo com a Norma vigente NBR 5419/93 da ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas, descargas atmosféricas são descargas elétricas de origem atmosférica entre uma nuvem e a terra, consistindo de um ou mais impulsos de vários quiloamperes.

Nos estudos realizados sobre este fenômeno natural, constatou-se que o raio é um dos impulsos elétricos da descarga atmosférica, que ocorre com a sobrecarga dos potenciais elétricos existentes na nuvem.

As nuvens são corpos eletricamente carregados suspensos na atmosfera, tendo o ar como isolador, separando a carga elétrica da nuvem, da carga elétrica da terra. Durante uma tempestade, essas cargas continuarão a se criar formando um forte campo elétrico entre a nuvem e o solo, forçando o excesso de potencial a descarregar-se, a fim de dissipar esses corpos eletricamente formados.

A carga elétrica da nuvem é oposta à carga elétrica do solo. Quando os pólos negativos encontram os positivos para eliminação, ocorre um faiscamento que são os impulsos elétricos, ou raios.

No Brasil, o índice de descargas atmosféricas é imenso, com voltagem extremamente altas em função de seu clima tropical. A menor amperagem aqui registrada é muitas vezes superior quando comparada à menor amperagem registrada em outros países com grande incidência de descargas atmosféricas.

Seus Danos

Qualquer "corpo" que estiver entre a nuvem e o solo no momento da descarga atmosférica, corre o risco de ser atingido.

O raio nada mais é do que uma super corrente elétrica com milhares de KVA's, sendo seu poder destrutivo potencialmente nocivo à prédios e edificações em geral.

Os prejuízos resultantes de tal descarga se intensificam quando a edificação atingida não possui nenhum SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS (SPDA), ou quando o Sistema existente encontra-se em desacordo com o que preceitua a Norma NBR 5419/93.

Além de ocasionar danos à estrutura física de uma edificação, comprometendo sua estabilidade, as descargas atmosféricas podem danificar equipamentos de rede de telefonia interrompendo os meios de comunicação, equipamentos da rede elétrica com possibilidades de incêndio e falha nos sistemas de alarme e iluminação, computadores, máquinas industriais e até perda de vidas.

Portanto, é imprescindível que prédios, galpões e estruturas em geral possuam um sistema protetor contra descargas elétricas atmosféricas.

Sistemas de Proteção contra Descargas Elétricas Atmosféricas (SPDA / Pára-Raios )

Pára-raios é um sistema convencional, destinado a proteger estruturas contra os efeitos das descargas atmosféricas. Seu funcionamento consiste em oferecer um trajeto eficiente às correntes de descargas, conduzindo-o ao seu objetivo final, que é a sua dispersão no solo, evitando o seu contato com o a edificação e seus possíveis prejuízos.

Custo - benefício

As edificações são de modo diversificadas, que qualquer método de avaliação generalizado poderá conduzir a resultados negativos, incompatíveis com a aplicação. Uma análise crítica capacitada é essencial para um bom dimensionamento do Sistema.

O tipo e o posicionamento do SPDA devem ser estudados cuidadosamente no estágio de projeto da edificação, a fim de tirar-se o máximo proveito dos elementos condutores da própria estrutura . Cabe salientar, aqui, que a especificação sugere a elaboração do sistema utilizando suas estruturas antes de sua construção.

O acesso à terra e a utilização adequada das armações metálicas das fundações como eletrodo de aterramento podem não ser possíveis após o início dos trabalhos de construção. A natureza e a resistividade do solo devem também ser consideradas no estágio inicial do projeto.

Em edificações já construídas, o dimensionamento do Sistema de Proteção deve ser elaborado com o objetivo de uma perfeita relação custo – benefício. Pára-raios super dimensionados, além de aumentar custos desnecessários, não garantem uma maior eficiência.

Outro exemplo a ser considerado são edificações que aparentemente não necessitam de SPDA. Uma edificação com estrutura de sustentação metálica e cobertura (telhado) não metálica pode apresentar baixo risco; no entanto, o acréscimo de um captor e um sistema de aterramento aumentam substancialmente a proteção e a relação custo - benefício pode justificar a instalação de um Sistema.

Implantação de SPDA

Para a implantação de SPDA em estruturas comuns, ou seja, com exceção àquelas com riscos inerentes de explosão, inicialmente deve ser determinado se o Sistema é ou não exigido. Em muitos casos, a necessidade de proteção é evidente, como os exemplos abaixo:

em locais de grande afluência de público; em locais que prestam serviços públicos essenciais; em áreas com alta densidade de descarga atmosférica; em estruturas isoladas, ou com altura superior a 25 metros; em estruturas com valor histórico ou cultural.

O fato de que não deve haver qualquer risco de vida evitável, ou de que os ocupantes de uma estrutura devem se sentir sempre seguros, também podem determinar a exigência de um SPDA,

mesmos nos casos em que a proteção seria normalmente dispensável. Nestes casos, recomenda-se uma avaliação que considere o risco de exposição e ainda os seguintes fatores:

o tipo de ocupação da estrutura; a natureza de sua construção; o valor de seu conteúdo, ou os efeitos indiretos; a localização da estrutura; a altura da estrutura.

Obs.: Deve-se atentar, também, as exigências dos órgãos competentes quanto a implantação do SPDA.

Adequação de SPDA

A adequação ocorre quando a edificação já possui um sistema de proteção, porém, este, não atende à Legislação em vigor.

Podem ser sistemas cujo dimensionamento não protegem toda a edificação, tendo seu sistema de captação não abrangente e o seu número de descidas e aterramentos insuficientes para um bom escoamento das descargas, ou sistemas que possuam captores radioativos, proibidos no mercado nacional.

Também enquadra-se em adequação reparos em sistemas danificados, quer por ação do tempo, ou ação do próprio homem, como por exemplo adicionar, retirar ou substituir componentes que alterem a eficiência de seu funcionamento.

Pára-Raios Radioativos

Os pára-raios radioativos, devem ser removidos, sendo estes desativados, embalados adequadamente e encaminhados ao Setor de Rejeitos Atômicos (C.N.E.N.), como lixo radioativo.

Obs.: Estes serviços só podem ser executados por mão-de-obra devidamente especializada.

Vistoria e Medição Ôhmica

A vistoria geral dos componentes devem ser efetuadas periodicamente, assegurando a eficiência do Sistema implantado, e as medição devem ser executadas com equipamentos apropriados, de alta precisão.

Raio direto e raio indireto

Um raio pode causar danos a equipamentos eletro-eletrônicos de 3 maneiras

Direta: quando o raio atinge uma edificação e causa danos tanto na construção quanto nos equipamentos. A proteção nesse caso é feita através de pára-raios, tipo Franklin e/ou gaiola de Faraday.

Indireta: quando o raio cai nos proximidades de uma edificação e sua sobrecarga danifica equipamentos através de rede elétrica. A proteção contra esse problema é através de aterramento elétrico com protetores de surtos.

Interferência Eletromagnética

Quando um raio cai em um edifício vizinho e gera potentes ondas eletromagnéticas capazes de induzir tensões perigosas para qualquer equipamento eletrônico. A solução são protetores de surtos específicos para cada aparelho.

Importante

Estabilizadores, filtros de linha e no-breaks só funcionam corretamente quando possuem o pino terra devidamente instalado.

Todo o equipamento eletro-eletrônico importado foi projetado para funcionar em conjunto com o pino terra devidamente instalado.

Equalização significa ligar todos os aterramentos elétricos entre si, inclusive pára-raios, formando um corpo elétrico único.

Para proteger os equipamentos eletro-eletrônicos é necessário liga-los em um bom aterramento com menos de 10 Ohms e equalizado com todas as ferragens da edificação.

Mesmo com um aterramento perfeito de 01 Ohms, por exemplo, mas não equalizado , o aparelho eletroeletrônico continua correndo riscos de queima.

É mais importante a equalização eletro-estática que uma baixa resistência de aterramento.

As seguradoras não são obrigadas a cobrir perdas por raios se sua obra ou instalação estiver fora das normas técnicas brasileiras (ABNT).

Ministério do Trabalho exige a colocação de pára-raios e aterramentos para proteção dos funcionários na empresa

Os danos causados por raios estão sempre nas exceções das garantias de equipamentos eletro-eletrônicos.

Por mais bem projetado que seja o sistema de pára-raios ele só irá proteger a edificação

Um raio ocorre em vários lugares ao mesmo tempo.

99% dos pára-raios não protegem a edificação vizinha.

Um raio pode acorrer mais de uma vez em um mesmo local.

Geralmente se o raio ocorrer a 02 quilômetros de distância da sua edificação irá queimar alguns aparelhos eletroeletrônicos, se você não tiver bons aterramentos equalizados.

Aterramento no Brasil é simplesmente aterrador"

Em certos casos, a segurança seria maior sem os pára-raios incorretamente instalados

Embora o Brasil seja detentor de tecnologia de ponta em termos de proteção contra descargas atmosféricas, no cotidiano os sistemas de aterramento utilizados nos prédios e nas casas – quando existem – deixam muito a desejar. Em certos casos, as pessoas estariam mais seguras se eles não estivessem instalados.

Uma norma básica do aterramento elétrico é a IEC 200 dos Estados Unidos, segundo a qual todos os aterramentos têm de estar interligados fisicamente, em toda a estrutura física de uma cidade. Os cabos elétricos naquele país possuem três pólos: fase, neutro e terra. Cada prédio novo que é construído deve interligar seu fio terra com os dos demais. Isso cria uma “gaiola de Faraday”, uma espécie de malha ou rede subterrânea que evita a diferença de potencial no solo.

É que se dois prédios vizinhos possuem aterramentos diferentes e não interligados, e um registra 5 ohms enquanto o outro tem 20 ohms, por exemplo, quando a descarga elétrica bate no solo, retorna pelo fio-terra do prédio onde há menor resistência elétrica, com todas as conseqüências como se o raio tivesse caído nesse outro prédio.

No Brasil, o especialista Ariosvaldo Tomaz de Lima já encontrou numa instalação estatal (situada no Paraná) 68 pontos de aterramento numa área de apenas 1.200 metros quadrados, cada qual com nível de resistência elétrica diferente. Num caso como esse, os funcionários estariam mais seguros se não houvesse qualquer tipo de aterramento. E não se trata de um caso isolado, essa costuma ser a regra entre as instalações feitas no Brasil.

Aberrações – Se um raio atinge um circuito microprocessado, fatalmente o circuito “queimará”, deixando de funcionar. Aliás, nem é preciso tanto: se uma pessoa andar um pouco sobre um carpete e em seguida pegar num desses circuitos, é quanto basta para destruí-lo, só com o efeito da eletricidade estática, que chega a vários volts (o mesmo de quando você passa uma caneta esferográfica sobre um tecido de lã: em seguida, a caneta começa a atrair partículas de papel ou os pelos do braço, devido à eletricidade gerada pelo atrito com a lã – ou do sapato no carpete). Em Santos mesmo, Ariosvaldo enfrentou o caso de um elevador de prédio residencial que costumava parar após tempestades com raios: desligou provisoriamente o fio-terra do elevador, mesmo perdendo a garantia de fábrica, pois as centelhas elétricas estavam subindo pelo fio-terra e queimando o circuito microprocessado que controla o elevador.

Devido ao seu trabalho anterior com proteção a instalações telefônicas – que também passaram a ser microprocessadas -, o especialista procurou soluções para o problema dos raios, e hoje detém uma coleção de aparelhos apresentados como protetores anti-raio que chegavam a representar um crime contra o consumidor, pelos riscos a que este era exposto. Por exemplo, um desses aparelhos, parecido em tamanho e formato com um pequeno transformador para eletrodoméstico, tinha um fio-terra que deveria ser ligado a um parafuso ou prego espetado na parede. Durante uma tempestade, se um raio caísse chegasse a esse aparelho pela fiação elétrica, quem encostasse nas paredes próximas ou andasse descalço pelo aposento correria sério risco de vida.

Estabilizadores de tensão e principalmente filtros de linha elétrica comuns também não apresentam qualquer proteção contra descargas elétricas, lembra ainda o especialista, citando que os organismos de proteção ao consumidor estão preparando campanha para alerta ao público sobre divulgações enganosas nesse sentido. Aliás, a tendência é que esses equipamentos saiam do mercado em breve, pois os no-breaks estão ampliando sua participação no mercado e apresentando preços cada vez menores, e além de estabilizarem a corrente elétrica permitem proteção contra sub e sobretensão.

Início errado – Ariosvaldo explica que apesar de possuir tecnologia avançada no setor, o Brasil teve um início errado, pois a rede elétrica não tem o terceiro pólo e cada edificação tem – quando tem – um sistema de aterramento diferente. E, no caso de Santos, o solo geralmente não é preparado devidamente para o aterramento, o que complica ainda mais o problema.

Ainda se salvam os postos de gasolina, que seguem uma norma técnica específica para as instalações dos depósitos de gasolina: eles devem ficar enterrados no solo e vedados contra a entrada de oxigênio, o que evita a explosão do combustível: a descarga elétrica passa pelo tambor e se dissipa no solo. Além disso, a estrutura de cobertura deve ser metálica, para que a descarga elétrica seja conduzida para o solo. Existe apenas um raro momento de perigo: quando o frentista está abastecendo um veículo, em meio à tempestade, e alguma bolha de oxigênio possa passar pela mangueira para o tanque subterrâneo de combustível. Neste caso, um raio poderia provocar uma explosão do posto, como aconteceu nos Estados Unidos, em que uma centelha de um raio caído nas vizinhanças do posto atingiu a bomba de gasolina, causando a explosão.

Por isso, embora pareça uma providência radical, o certo seria os postos de combustível interromperem a venda de combustível aos motoristas durante o clímax da tempestades com maior incidência de raios, e uma distribuidora de combustível inclusive passava essa recomendação, em cursos para os frentistas dos postos.

Já em certas garagens de ônibus, o perigo pode ser grande. Por exemplo, num caso encontrado na capital paulista, a empresa tinha um pára-raios comum no alto de uma caixa d’água, e bombas de combustível nas proximidades, de tal forma que havia grande probabilidade de o raio, ao atingir o pára-raios, emitir centelhas em direção às bombas de combustível.

Aeronaves – Nos aviões, existia uma situação parecida: depois de um acidente aéreo ocorrido cerca de 20 anos atrás, os tanques de combustível da aeronave são instalados de forma a “flutuar” sobre “coxinhos” de borracha, de forma a não ter contato algum com a carcaça da aeronave.

Os aviões são costumeiramente atingidos pelos raios, porém como estão imersos no ambiente ionizado, o raio passa pela carcaça metálica (que forma também uma “gaiola de Faraday”) e continua a descida em direção ao solo, sem afetar os instrumentos de bordo. No caso do acidente citado, o tanque de combustível tinha um minúsculo orifício, e devido ao contato com a carcaça do avião, antes de ser adotado o sistema de isolamento, isso permitiu que a descarga elétrica provocasse a explosão do combustível... e do avião.

Instalação de sistemas de proteção às descargas atmosféricas em embarcações de pequeno porte.

1. Objetivo:

É comum encontrarmos muitas dúvidas e grande interesse sobre os dispositivos de proteção contra descargas atmosféricas (raios) para embarcações de pequeno porte. A escassa bibliografia sobre o assunto motivou a elaboração do presente trabalho.O objetivo deste trabalho é orientar sobre a instalação de sistemas de pára-raios em embarcações de pequeno porte.

2.Introdução:

Uma embarcação navegando representa um ponto de condução proeminente sobre uma superfície plana, estando, portanto, mais exposta a ser atingida por um raio que o resto do meio que a circunda (ver figura 1).Apesar disso, a probabilidade de ser efetivamente atingida por um raio é muito baixa, já que o mar possui um baixo índice ceráunico.

Figura 1 - Distribuição de cargas entre uma embarcação e suas imediações.

Pára-raios

Um sistema de pára-raios é um elemento constituído por três partes:

Pára-raios propriamente dito (captor)

Cabo ou elemento condutor

Terra Física (no caso das embarcações, um elemento que assegure contato elétrico com a água na qual flutua a embarcação).

Figuras 2,3 e 4 - Extremidades (captores) de pára-raios em instalações terrestres.

Cone de proteção

Figura 5 - Cone de proteção de um pára-raios

Corretamente instalado, um sistema de proteção contra descargas atmosféricas pode apresentar um ângulo de proteção de aproximadamente 45 graus, dependendo do tipo de elemento a ser instalado.

Placa de escoamento da descarga e aterramento:

A placa de contato direto com a água será de cobre, de mais de 0,2 m2 de área, e de uma espessura de 4 mm, no mínimo, fixada em uma posição que a mantenha em contato permanente com a água, sob quaisquer condições de navegação.

Posição da placa de descarga Conectando componentes metálicos a uma mesma massa

Figura 6: Detalhe da placa de escoamento da descarga e aterramento de diferentes componentes metálicos da embarcação

Os corpos metálicos interiores (motor, tanques de água e gasolina, mecanismos metálicos do leme, etc. ) serão conectados à placa de contato com a água (principalmente o motor, para que a corrente da descarga não passe pelos mancais) ou ao condutor de descida principal. (ver figura 6).

Precauções.

Todo elemento pelo qual circula uma corrente elétrica cria um campo magnético ao redor de si. Por isso, devemos prestar atenção na localização do instrumental elétrico, eletrônico e de navegação.

Devemos evitar o uso de combinação de metais que produza reações galvânicas ou eletrolíticas, que aceleram a corrosão em presença de umidade ou em imersão direta. Se for impraticável empregar a combinação ideal, podemos reduzir os efeitos da corrosão com revestimentos adequados ou conectores especiais.

Recomendações

1)Use somente cobre condutor, do tipo eletrolítico, para uso em eletricidade.

2) Use somente materiais de primeira qualidade e altamente resistentes à corrosão, para que sua manutenção seja mínima. As braçadeiras, grampos, etc., devem ser de bronze ou cobre.

3)As conexões não devem ser soldadas. É melhor usar as conexões parafusadas com arruelas dentadas de contato, tudo isso bem fixado.

4)Os cabos são estendidos retos, sem se enroscarem nos estais.

Detalhe construtivo _ corte transversal.

Figura 7: corte transversal do casco

Detalhe superior Detalhe inferior

Figura 8 _ Detalhe da figura anterior: Detalhe superior: na base do mastro (metálico), e detalhe inferior: conectado entre a linha de descida principal e a quilha.

Classificação das embarcações (conforme o material do casco).

A .Casco de aço:

Possuem proteção intrínseca. Os barcos com casco de aço em contato elétrico com mastros metálicos ou outras partes metálicas da superestrutura não precisam de proteção adicional contra raios. Os possíveis pontos de descontinuidade (estais, brandais e ovéns metálicos com macacos esticadores, etc.) levarão pontes metálicas parafusadas.

B .Casco e mastros de madeira:

Este tipo de embarcação não possui, por si mesma, nenhuma proteção. Por isso devemos verificar o cumprimento dos itens 8 e 9 acima.O condutor poderá ser esticado em linha reta nos estais e através do interior do casco — sem ficar rodeado, em nenhum momento, por elementos ferromagnéticos — até o elemento de contato ou placa de contato com a água.

C .Casco de madeira com mastros metálicos:

Neste caso, devemos adequar a instalação ao sistema de proteção. Verificaremos o cumprimento dos itens 8 e 9 acima, principalmente o indicado para o condutor de descida e para a placa de escoamento da descarga.Se o mastro tiver uma seção suficiente (mais de 100 mm2), servirá de condutor principal, e poderemos prescindir do pára-raios, desde que o mastro esteja conectado eletricamente ao resto do sistema de proteção. O condutor de descida será fixado firmemente ao mastro, no ponto onde os estais encapelam neste último, ou acima deste ponto.

D Casco de aço e mastros de madeira:

Como no inciso anterior, devemos adequar a instalação ao sistema de proteção, instalando o pára-raios e o condutor de descida, o qual deverá estar conectado ao casco de maneira segura.Será omitida a placa de contato com a água, e devemos observar os itens 8 e 9 acima.e. Embarcações mistas (2):

Manutenção

Se estiver corretamente projetado e montado, e supondo-se que esteja completo e sem defeitos, um sistema de proteção não requer nenhuma operação.Há, entretanto, algumas atividades vinculadas ao mesmo, que serão devidamente consideradas para garantir ou completar sua efetividade: consertos do casco, substituição do mastro, etc. Nestes casos, será feita uma revisão da instalação elétrica abordada neste trabalho, e, de preferência, por pessoal especializado.

Considerações especiais: Antenas.

Podemos usar as antenas dos equipamentos de rádio como pára-raios, se elas tiverem suficiente capacidade (o que não é comum no tipo de embarcação aqui tratado).Uma antena de rádio pode atuar como elemento protetor, se tiver uma condutividade adequada e se estiver equipada — como também o aparelho específico (rádio) — com descarregadores, espinterômetros, ou outro meio qualquer para fazer a ligação à "terra" (aterramento) durante as tempestades elétricas.

A . Antena com capacidade para suportar o raio:

Os descarregadores terão uma tensão de alimentação definida — proporcional à tensão de serviço do aparelho protegido, para este não sofrer danos — que restabelecerá automaticamente seu isolamento, depois que o raio passar. A seção mínima de antena, admitida, é de 10 mm2 de cobre ou equivalente. O sistema deverá ser revisado após uma descarga. (Isto é geralmente aplicado a navios de grande porte).

B . Antena sem capacidade para suportar o raio:

Devemos instalar um pára-raios, ou outro elemento que cumpra esta função, em uma posição mais elevada que a antena, para ela ficar protegida, e de acordo com as prescrições indicadas acima.

Evidentemente, se já possuímos um sistema de proteção contra descargas atmosféricas, a instalação da antena deverá ser realizada abaixo do pára-raios, e a uma distância prudente, para evitar que ela funcione como elemento captor.

Proteção das Pessoas

Caso seja necessário enfrentar este tipo de fenômenos, o mais aconselhável é permanecer no interior da embarcação durante o tempo que durar a tempestade, limitando ao mínimo indispensável a exposição da tripulação à intempérie.

Durante estas exposições, se forem imprescindíveis, devemos evitar a permanência nas imediações de onde está instalado o sistema.