Prevenção de Descarga Atmosférica

Sistema de Proteção Contra Descargas Atmosféricas Convencional (ABNT - NBR - 5419) é um sistema destinado a proteger uma estrutura contra os efeitos das descargas atmosféricas. É composto de um sistema externo de proteção (consiste em captores, condutores de descida e sistema de aterramento) e de um sistema interno de proteção (composto de um conjunto de dispositivos que reduzem os efeitos elétricos e magnéticos da corrente de descarga atmosférica dentro do volume a proteger).

O Sistema Preventivo de Raios é o único sistema verdadeiramente preventivo contra descargas atmosféricas (raios). É aplicável a qualquer tipo de edificação em qualquer lugar do mundo. O SPR® está protegendo torres de 520 metros de altura há mais de 22 anos de história sem ocorrência de raios em centenas de aplicações.

Cuidados durante uma tempestade:

Sistema Preventivo de Raios

Qual é o perigo?

A cada ano, raios causam milhões de dólares em danos às edificações protegidas e desprotegidas. O poder destrutivo do raio é tão grande que mesmo estruturas com sistemas convencionais de proteção contra raios sofrem danos extensos.

Eliminadores de Surtos e Transientes podem proteger equipamentos em uma edificação dos efeitos de uma descarga de raio fora da área da edificação. Contudo, descargas no edifício podem ser tratadas separadamente e preferivelmente com alguns métodos que positivamente as excluam do edifício.

Qual é a solução?

O patenteado Sistema Preventivo de Raios (LEC Dissipation Array Systems®) previne quedas de raios em toda a área protegida e nos próprios dispositivos. Eles previnem raios pela redução contínua do potencial, (diferença de voltagem) entre a terra e a nuvem carregada, para um potencial bem abaixo do potencial da descarga.

Isto nos traz muitas RELATOS:
 

• Simples: O projeto vai muito além, confiável, e garante 100% de eficiência.
• Passivo: Sem consumo de energia; ativa-se pela energia da própria tempestade.
• Universal: Sistemas Dissipativos de Cargas podem ser usados para proteger quaisquer tipos de edificações, torres, linhas de transmissão de força, ou grandes e complexas áreas. Os conceitos básicos do sistema são adaptados especificamente para cada edificação individual.
   
• Preventivo: Elimina completamente as quedas de raios e energias relacionadas das áreas protegidas. Evita problemas inerentes aos sistemas convencionais, os quais atraem a energia para si e tentam negociar com elas.
   
• Efetivamente Garantido: O sistema é completamente efetivo na prevenção de quaisquer descargas de raios, ou a Ideal Engenharia irá substituir o sistema -sem custo adicional para o cliente- para que desta forma sejam eliminados os raios sob quaisquer condições.
   

Compreendendo os raios

Nuvens de tempestade (do tipo cumulus-nimbus) são corpos eletricamente carregados suspensos na atmosfera. O ar serve de isolador, separando a carga elétrica da nuvem da terra, ou de outras nuvens. Durante uma tempestade, essas cargas continuarão a se criar, e irão induzir uma carga similar e de potencial oposto na terra. A carga induzida na terra será na superfície bem abaixo da nuvem, e será a grosso modo, do mesmo tamanho e forma da nuvem (sombra elétrica), e um forte campo elétrico será estabelecido entre a nuvem e o solo.

Se existirem estruturas elevadas ou árvores entre a terra e a nuvem, elas irão igualmente tornar-se carregadas. Com menor volume de ar entre esses pontos altos e as nuvens, existe uma grande possibilidade de um raio atingir essas estruturas elevadas. Veja Figura 1 (18K).

Perigos de Exposição

O risco de uma descarga de raio para uma edificação depende de vários fatores, incluindo sua localização, tamanho e forma. Um índice da taxa de exposição ao raio de um lugar é seu número Ceráunico: quanto mais alto, maior o potencial de atividade. Nos Estados Unidos o número Ceráunico varia entre 1 e 100. Em algumas áreas tropicais do mundo (como o Brasil), ele pode ser tão alto quanto 260.

A característica da estrutura - sua altura, forma, tamanho e orientação - influencia o risco. Estruturas mais altas tendem a receber descargas de áreas ao redor, e tendem a atrair descargas adicionais. Em áreas montanhosas mesmo estruturas baixas irão atrair raios.

A forma e a área da estrutura também influenciam a exposição ao raio; quanto maior a área, maior o risco. Por exemplo, quanto mais extensa a linha de transmissão de energia elétrica, mais descargas pode-se esperar. Por exemplo, um trecho de 75 Km da linha de transmissão no centro da Flórida pode esperar cerca de 1500 descargas por ano.

Ponto de Descarga:
O Conceito de Dissipação de Cargas

Um ponto agudo em um forte campo eletrostático irá liberar elétrons pela ionização das moléculas de ar adjacente, se o potencial do ponto aumenta 10,000 volts acima do que está à sua volta. Este princípio é demonstrado pelo que os cientistas chamam de dissipação natural: a ionização produzida por árvores, capim, torres, cercas e outras estruturas podem dissipar acima de 95% do total de energia gerada por uma tempestade, sem a formação do raio.

A LEC, uma empresa Norte Americana, desenvolveu o sistema Preventivo de Raios - SPR® sobre a premissa de que a dissipação natural pudesse ser ampliada suficientemente para eliminar todos os raios de uma determinada área de interesse. O SDC emprega o princípio do ponto de descarga providenciando milhares de pontos produzindo íons simultaneamente sobre uma grande área, prevenindo assim, a formação do líder ascendente (streamer), o precursor do raio.

Componentes do Sistema

O Sistema Dissipativo de Cargas tem três elementos básicos: o Dissipador (ou ionizador), o Coletor de Correntes do Solo (CCS), e o cabo de serviço. Veja Figura 2(16K).

O dissipador é feito de fios de aço inoxidável como mostra a figura em Figura 3(25K). Cada Dissipador tem milhares de pontos, ou ionizadores, todos trabalhando em unísono para reduzir em iguais proporções de energia da tempestade. Esses ionizadores são tão eficientes que sob intensa tempestade o Dissipador pode brilhar pelo volume de íons luminosos sendo produzidos. Mas não haverá descarga (raio).

O Coletor de Correntes do Solo (CCS) consiste de um cabo enterrado a aproximadamente 25 centímetros e conectado às hastes de terra de cerca de um metro de comprimento, espaçadas em intervalos de 10 metros. A área interna forma uma ilha eletricamente isolada que separa a área protegida do que está à sua volta. O CCS é conectado à superfície da estrutura e às conexões de aterramento de utilização pública. Isso assegura uma integração de referência de terra para todos os sistemas na área protegida.

O cabo de serviço proporciona um caminho direto, de baixa resistência do CCS ao ionizador, integrando a edificação protegida e seus pontos de terra. Em contraste aos sistemas convencionais, esses cabos carregam correntes baixas (0,5 ampères ou menos) e são selecionados mais por integridade estrutural que por capacidade de condução de corrente.

O sistema funciona como segue: Quando uma nuvem carregada move-se para a área, aumenta o potencial de dissipação até os íons começarem a se formar. Esses são forçados para fora pelo campo eletrostático e pelo vento. Enquanto isso, a carga induzida na superfície da terra é coletada pelo CCS, o qual providencia um caminho para as cargas pelo cabo de serviço até o dissipador. O fluxo de corrente começa quando a nuvem motiva o dissipador e continua a aumentar conforme a tempestade se aproxima ou cresce. A corrente de íons continua até que a tempestade diminua ou passe.

Os Sistemas Preventivo de Raios especialmente projetados para cada aplicação, a contar pelas diferenças de tamanho, altura, padrões de tempestade, altitude, e número Ceráunico. Existem algumas configurações básicas que são usadas freqüentemente.

• O Sistema Hemisférico tem a forma semelhante a um guarda-chuvas e seu grau de dissipação é médio. O diâmetro pode variar de 1,6 metros a 6,0 metros. Esse Dissipador pode ser usado para proteger torres de até 520 metros de altura, ou em combinação com torres ou estruturas elevadas para proteger edificações como silos, edifícios, subestações, instalações de radar, e plataformas lançadoras de mísseis.
• O Dissipador Trapezoidal é preso diretamente à torre, o mais próximo do topo possível. Essa configuração tem a vantagem de muito pouca estática ou carga de vento, e não necessita ser o elemento mais alto na torre. O Dissipador Trapezoidal pode ser usado para proteger torres muito altas, aquelas consideradas vulneráveis a descargas laterais, ou aquelas cujos componentes devem ficar acima do dissipador. Exemplos incluem edificações de transmissão de TV e rádio FM.
• O Dissipador Cônico é suportado pelo centro por um poste ou torre, e cada fio dissipativo é levado para baixo separadamente para o terra. O ângulo cônico pode ser variado consideravelmente entre diferentes instalações para adaptar-se a diferentes requisitos.
• O Dissipador de Cobertura é usado para proteger qualquer tipo de estrutura que tenha uma área coberta. O dissipador é fixado sobre a mesma tal que a dissipação média seja paralela e gradual formando linhas de igual potencial como as formadas na superfície do prédio.

Aplicações

O Sistema Preventivo de Raios é a melhor solução de longo prazo para quaisquer problemas diretos com descargas de raios. Centenas de Sistemas Preventivos foram instalados até hoje em aplicações de torres de comunicações a silos de fazendas, de linhas de força elétrica a prédios públicos.

Prova de Desempenho

Enquanto existem laboratórios de testes que podem medir a efetividade do ponto de descarga do Sistema Preventivo de Raios, nenhum duplicou adequadamente o fenômeno do raio. O melhor teste é o atual desempenho de campo. Mais de 17 anos passados, a confiabilidade de nosso sistema é superior a 99,6% de eficiência e aumentando a cada ano. Nós ficaremos honrados em enviar referências e detalhados informes técnicos solicitados.

Tipos de Pára-raios

     O Brasil é um dos países que mais recebem raios (cerca de 100 milhões, a cada ano), com a característica de carregarem cargas elétricas positivas, mais duradouros e com maior intensidade de corrente elétrica, ao contrário do usual.

     Segundo a norma NBR 5419, da ABNT, os pára-raios devem ser instalados nos pontos mais altos do telhado, recebendo a descarga elétrica, conduzindo-a à terra (normalmente através de cabos de cobre, protegidos por tubo de PVC) e dissipando sua energia. Para cada cabo, recomenda-se o uso de duas hastes de aterramento.

Existe porem dias formas de incidência de raios:

Raio direto

Direta: quando o raio atinge uma  edificação e causa danos tanto na construção quanto nos equipamentos.

Raio indireto

Indireta: quando o raio cai nas proximidades de uma edificação e sua sobrecarga danifica equipamentos através da rede elétrica.  

     Os sistemas de proteção mais utilizados no país são o Franklin e a Gaiola de Faraday, embora existam os tipos dissipativo (raramente encontrado por aqui) e o radioativo, proibido devido à radioatividade emitida. Suas principais características são:

     Franklin - composto por um captor, montado sobre um mastro metálico, que é ligado a cabos de descida, também metálicos, que conduzem a eletricidade ao solo por meio do aterramento. A área protegida é gerada por um ângulo de 45º formado a partir da ponta do captor até a base do telhado. A cada 20 metros de perímetro da cobertura, é preciso colocar um cabo de descida. Para áreas mais extensas ou casas com torres de caixa d'água, às vezes é necessário usar mais de um captor para que toda a construção esteja protegida. Obedecendo a essa angulação, a chance de que o raio corra através do pára-raios é de 90%.
 

     Gaiola de Faraday - instalado nas extremidades do telhado, consiste em uma malha de fios metálicos com pequenas hastes (com cerca de 50cm de altura), conectadas a cada 8 metros, que recebem as descargas elétricas. Essa malha, que deve ter módulos de, no máximo, 10 x 15m, é conectada aos cabos de descida, que estão ligados às hastes de aterramento. Também é possível usar as ferragens das colunas da construção como descida, o que requer a indicação pelo engenheiro, durante a elaboração do projeto estrutural, do uso de alguns ferros a mais, com bitola apropriada, que serão ligados à malha da Gaiola. O aterramento acontece automaticamente, já que as ferragens estão amarradas no baldrame de fundação.

     Dissipativo - o sistema se baseia na não-formação de raios, ou seja, emprega dispositivos metálicos dissipadores, que têm a função de dispersar a corrente elétrica vinda do solo, impedindo que ela se encontre com a faísca formada nas nuvens, choque esse que dá origem ao raio. Mais caro que os outros sistemas, seu uso se restringe a grandes construções, como indústrias e torres de antenas de TV e de rádio.


 

     Radioativos

A fabricação de pára-raios radioativos no Brasil foi autorizada de 1970 até1989 porque a literatura técnica da época indicava que os captores radioativos tinham uma eficiência maior que os convencionais. Porém, em 1989, a Comissão Nacional de Energia Nuclear, CNEN, através da Resolução No. 4/89, suspendeu a autorização para a fabricação e instalação deste tipo de captor, baseada em estudos feitos no Brasil e no exterior que demonstraram que o desempenho dos pára-raios radioativos não era superior ao dos convencionais na proteção dos edifícios, não se justificando, assim, o uso de fontes radioativas.

Contudo, a decisão da CNEN só teve efeito sobre a fabricação e a instalação de dispositivos novos. A decisão sobre a substituição dos pára-raios que já estavam instalados dependia das autoridades municipais que têm poder para regulamentar as normas de edificação em cada cidade. Na cidade de São Paulo, por exemplo, a Prefeitura, através do Decreto Municipal No.33.132 da Secretaria de Habitação, determinou que todos os pára-raios radioativos fossem substituídos e que os sistemas de proteção contra as descargas atmosféricas fossem adequados à norma NBR-5419 da Associação Brasileira de Normas Técnicas. Quando substituído, um pára-raios radioativo passa a ser rejeito radioativo e deve ser recolhido à CNEN. Quem deve providenciar a substituição é o proprietário da edificação e esta substituição pode ser feita por qualquer pessoa, mas é preferível que seja feita por um profissional experiente porque em geral os pára-raios estão em locais de difícil acesso e há riscos de queda. Além disso para que o prédio fique adequadamente protegido contra raios é necessário verificar se o aterramento da instalação está adequado e se o número de captores é suficiente para o tamanho e altura do prédio. O ideal é contratar uma empresa especializada em instalações elétricas.

Os cuidados que devem ser tomados em relação à radiação e à contaminação estão descritos no "Manual de Instruções" fornecido pelo IPEN aos interessados. É muito importante que a pessoa leia com cuidado todas as instruções de manuseio dos pára-raios antes de realizar a substituição porque além das medidas de proteção que devem ser tomadas, o manual dá instruções sobre como fazer a embalagem, o transporte e a entrega do material à CNEN.

É possível distingüir os pára-raios radioativos dos convencionais porque a maioria dos radioativos tem formato de discos superpostos, enquanto que os convencionais tem forma de pontas. As fontes radioativas têm a forma de fitas metálicas fixadas nos discos e têm poucos centímetros de comprimento por 1 a 2 cm de largura. O material radioativo destas fontes é, em quase 100% dos casos, o radioisótopo Amerício-241. Este material emite radiação alfa que tem alcance no ar de apenas poucos centímetros e radiação gama de baixa energia apresentando, por isso, um risco pequeno de irradiação. Contudo há risco de contaminação por contacto com a fonte sendo necessário seguir estritamente as instruções fornecidas pelo IPEN

 Os pára-raios protegem exclusivamente a construção. Para a segurança de equipamentos eletroeletrônicos, são necessários os supressores de surto de tensão, evitando que as descargas elétricas vindas pelos cabos de força e de telefone atinjam e queimem os equipamentos. É possível ter um para cada aparelho, porém, o mais importante é instalar um supressor mais potente no quadro de entrada de força da casa e outro na entrada de telefone. De qualquer forma, isso exigirá o trabalho de empresa especializada, a quem caberá dimensionar a carga necessária e instalar os aparelhos.