Orientações básicas sobre instalação de para-raios

Orientações básicas sobre instalação de para-raios
Direcionada para Instaladores Habilitados

Estas instruções detalhadas a seguir, são um resumo das diretrizes da norma em vigor, a NBR 5419/2015 da ABNT, composta pelas Partes 1 (Princípios Gerais), 2 ( Gerenciamento de Risco), 3 (Danos Físicos à Estruturas e Perigos à Vida) e 4 (Sistemas Elétricos e Eletrônicos Internos na Estrutura), norma esta que define conceitualmente as instalações de sistemas de para-raios, e que deve obrigatoriamente ser seguida pelos projetistas e instaladores, pois na eventualidade de algum acidente proveniente de uma negligencia na instalação ou nos materiais utilizados, o responsável responderá civil e criminalmente pelo acidente e suas consequências, e as indenizações decorrentes.

Estaremos dividindo este manual orientativo de dimensionamento e instalação de para-raios em cinco tópicos básicos, sendo o primeiro sobre o sistema de captação, ou seja, tudo aquilo que será montado sobre a edificação e suas estruturas destinadas a receber a descarga elétrica do raio.

O segundo tópico destina-se ao sistema de descidas, ou seja, tudo aquilo que for utilizado para conduzir as correntes elétricas dos raios até as malhas de aterramento.

O terceiro tópico destina-se ao sistema de aterramento, ou seja, o que deve ser aproveitado da edificação e instalado, visando proporcionar a dissipação das correntes elétricas no solo, sem causar danos.

O quarto tópico, será destinado às estruturas metálicas que devem ser interligadas aos sistemas de para-raios, como forma de promover uma equalização de potenciais.

E por fim o quinto e último, relativo à especificação e instalação dos DPS's (Dispositivo de Proteção Contra Surtos), cuja sua seleção e aplicabilidade é descrita na NBR 5419/2015-Parte 4.

Sistema de Captação

No sistema de captação, está considerado tudo o que existe sobre a edificação que possa atrair uma descarga elétrica, e tudo aquilo que deverá ser instalado para assim compor um sistema de captação.

De acordo com a norma, existem dois sistemas básicos de captação, que são os captores do tipo Franklin montados com mastros e o sistema de gaiola de Faraday, que é composto de uma malha de captação que pode ser executada com cabos de cobre nu, cabos de alumínio nu ou fitas de alumínio, sobre a edificação. Outros materiais condutores também podem ser utilizados, desde que seja seguido o dimensionamento mínimo constante da Tabela 6 da NBR 5419/2015-Parte 3.

A escolha por um sistema ou outro, depende das características construtivas da edificação, e principalmente da sua estrutura de cobertura, pois os captores Franklin são instalados com mastros, normalmente com seis metros de altura, e utilizado em locais onde a fixação destes mastros seja segura e confiável, e geralmente em edificações não muito altas, e onde o ângulo de proteção que o captor Franklin apresenta, possa cobrir toda a edificação com poucas unidades, evitando- se assim um “paliteiro”, como comumente é chamado pelos instaladores, ou seja, uma quantidade muito grande de mastros. Nesta situação, a opção por um sistema de gaiola de “Faraday” talvez seja mais viável e mais econômica.

O sistema de captação do tipo Franklin, de acordo com a Tabela 2 da norma, apresenta um ângulo de proteção na faixa de 25º a 80º, em função da altura e Classe de Proteção.

Como exemplo, um mastro com seis metros de altura, instalado sobre um prédio de dez metros de altura, para um sistema de proteção de Classe III, apresentará um ângulo de proteção de 69º, o que equivale a um raio de proteção de treze metros em relação ao plano de fixação do mastro. Caso esse raio de proteção não cubra totalmente a cobertura da edificação, outros captores adicionais devem ser instalados.

Quando se utiliza mais de um captor Franklin ou terminais aéreos em geral, todos eles obrigatoriamente devem estar interligados entre si por um meio condutor, tais como cabos de cobre nu de seção transversal de 35 mm², fitas de alumínio de 7/8” x 1/8” de espessura, ou pelas próprias estruturas metálicas da cobertura, se for o caso. Quanto a fixação destes condutores, as distâncias máximas entre suportes definidas pela norma são de 1,0 m na horizontal e 1,5 m na vertical.

Caso existam estruturas metálicas sobre a edificação, como antenas de tv, tubulações, placas metálicas, sistema de captação solar ou outras estruturas, estas também obrigatoriamen- te devem ser interligadas ao sistema de captação mais próximo, com condutores equivalentes aos utilizados no sistema de captação. Usando-se cabos para esta finalidade, deverão ser utilizados conectores do tipo “split-bolt” em latão, ou terminais de compressão fabricados em cobre estanhado para as devidas conexões.

Para o sistema de captação do tipo “gaiola” de Faraday, hoje muito utilizado, não se aplica um ângulo de proteção, pois seu conceito é diferente, e a proteção se dá pela malha de proteção que será formada sobre a edificação.

Basicamente este sistema é utilizado em áreas maiores e de preferência em coberturas planas, como por exemplo, grandes galpões com cobertura em telhas pré-moldadas ou telhas de fibrocimento.

Sua constituição básica se dá, primeiro por um anel de cabo de cobre nu de 35 mm², ou outro condutor dimensionado conforme a Tabela 6 da norma, que obrigatoriamente deve percorrer todo o perímetro da edificação.

A segunda preocupação deve ser com telhados que tenham linhas de cumeeira mais elevadas que o restante do telhado, pois neste caso necessariamente uma linha condutora deverá também percorrer toda a extensão desta linha de cumeeira.

Feito isto, para o restante da área da cobertura, deverá ser calculada uma modulação de acordo com a Tabela 2 da norma, com os valores de 5x5 m (Classe I), 10x10 m (Classe II), 15x15 m (Classe III) e 20x20 m (Classe IV).

O dimensionamento destes condutores, também deverá seguir as especificações constantes da Tabela 6 da NBR 5419/2015-Parte 3 da ABNT.

A título de exemplo, imaginemos um galpão de 20 x 40 metros com telhado de duas águas, e com uma cumeeira central no sentido do comprimento.

Neste caso, o primeiro passo é passar um cabo em toda a volta, fechando o perímetro, e uma linha no sentido da cumeeira, ficando, portanto cada lado do galpão, com um retângulo de 10 x 40 metros. Adotando-se que trata-se de uma edificação com Classe de Proteção II, a norma exige uma modulação de 10 x 10 metros, teremos então que atravessar três linha de cabo de uma lateral até a outra, dividindo-se o galpão no sentido do comprimento, ao meio, ficando agora, 8 módulos de 10 x 10 metros.

Os cabos ou fitas utilizados na “gaiola” de Faraday devem possuir seção transversal mínima conforme a Tabela 6 da norma já referenciada, e com suportes de fixação adequados a cada metro.

Para completar o sistema de “gaiola” de Faraday, recomenda-se que no condutor que circunda o perímetro, e no condutor que percorre a linha de cumeeira, sejam instalados terminais aéreos de altura de 600 mm e que estes sejam interligados aos condutores, com distanciamento entre terminais em torno de seis metros.

Vale lembrar que edificações que possuam áreas classificadas, devido a existência de materiais inflamáveis ou com grande risco de incêndio, como industrias químicas, a norma é mais rigorosa, e deve ser consultada em detalhes, pois alguns itens deste descritivo sofrem alterações.

Exemplos Básicos de Instalação

Sistema de Descida

Independente da opção escolhida para o sistema de captação (tipo Franklin, “gaiola” de Faraday, captação natural), a quantidade de descidas deve ser calculada de acordo com a Classe de Proteção definida para a edificação. Conforme a Tabela 4 da norma, devem ser adotadas as seguintes distâncias: Classes I e II - 10 m, Classe III – 15 m e Classe IV – 20 m. Em uma primeira análise, para residências, prédios residenciais e comerciais, e indústrias em geral, adotamos uma Classe de Proteção III, e para indústrias químicas que contenham inflamáveis, locais de grande afluência de público, ou que contenham instalações de grande importância quanto as consequências de uma possível interrupção em sua operação, tais como escolas, “shoppings”, hospitais, etc., adotamos Classes de Proteção I ou II, conforme análise.

O cálculo do número de descidas é feito da seguinte forma: Imaginemos um galpão com dimensões de 20 x 40 metros, que determina um perímetro de cobertura 120 metros (soma de 40+40+20+20). Dimensionando um SPDA para Classe III, o sistema deverá possuir um total de oito condutores de descida.

Já se esta edificação fosse uma escola ou hospital, por exemplo, com este mesmo perímetro de 120 metros, o sistema de para-raios deveria ser projetado para uma Classe de Proteção II, e portanto possuir um total de doze condutores de descida.

Cada descida deve ser executada sempre que possível, obedecendo o distanciamento do cálculo do perímetro, porém se houver interferências e não for possível obedecer ao espaçamento, a quantidade deve ser mantida, sendo que nestes casos os distanciamentos entre elas serão maiores ou menores. Como condutores, poderão ser utilizados cabos ou fitas, porem os materiais deverão atender a especificação e dimensionamento constantes na Tabela 6 da norma, com intervalo de fixação não superior a 1,5 metros.

Para proteção contra danos mecânicos, recomenda-se a utilização de tubo de proteção em PVC até 3 metros acima do solo, para evitar acidentes e danos ao condutor de descida. Estes tubos podem ser de diâmetro 1.½", 1.¼" ou até de 1", com a instalação de uma caixa de inspeção fabricada em polipropileno, com conector em latão, onde deve ocorrer a interligação do condutor de descida com o condutor da malha de aterramento, que deverá ser de cabo de cobre nu de seção transversal mínima de 50 mm2. A outra finalidade desta caixa, é disponibilizar um ponto de acesso para a medição do valor da resistência da malha de aterramento.

Quando a opção for pela utilização de descidas naturais, através das ferragens estruturais das colunas da edificação, é obrigatório que uma avaliação de continuidade seja feita, conforme descrito no anexo F da norma NBR 5419/2015-Parte 3, com a utilização de um microhmímetro. Somente poderão ser consideradas descidas válidas nestas condições, as que apresentarem um valor máximo de resistência de 1 Ohm.

Sistema de Aterramento

Dimensionados o sistema de captação e os condutores de descida, precisamos agora definir as malhas de aterramento, pois é por meio desta que as correntes elétricas da descarga atmosférica se dissiparão no solo.

Conforme a norma vigente, quando possível devemos sempre utilizar as armaduras das fundações para esta finalidade, ou então condutores horizontais (cabos) e verticais (hastes).

Na impossibilidade de uso das armaduras, o arranjo a ser utilizado consiste em um condutor em forma de anel, externo à estrutura, interligando todas as descidas, visando uma equalização de potenciais.

Para esta interligação, sempre que possível devemos utilizar o baldrame da edificação, principalmente quando o piso do local já encontra-se acabado, ou então, eletrodos horizontais, enterrado no mínimo a 0,5 metro de profundidade e distanciado em torno de 1 metro ao redor das paredes externas.

Obrigatoriamente, pelo menos 80% do trecho de interligação deverá ser feito pelo piso (em contato com o solo). Eletrodos adicionais, quando necessários, devem ser conectados ao eletrodo em anel o mais próximo possível dos condutores de descida.

O comprimento mínimo exigido para os eletrodos de aterramento (L1), dependerá da Classe de Proteção adotada e da resistividade do solo do local.

Para sistemas com Classe de Proteção III e IV, independente da resistividade do solo, o comprimento mínimo exigido é 5 m, e para os sistemas com Classe de Proteção I e II, o comprimento total deve ser conforme o gráfico da figura 3 da NBR 5419/2015 – Parte 3.

Vale ressaltar que o raio médio (re) da área abrangida pelos eletrodos de aterramento não pode ser inferior ao valor L1 (re “L1).

Definido este conceito, os materiais empregados nas malhas de aterramento, deverão atender as especificações constantes da Tabela 7 da norma, ressaltando que os cabos de cobre nu utilizados em malhas de aterramento devem possuir seção transversal mínima de 50 mm2 (condutores horizontais).

Como condutores verticais, o material mais comum utilizado são as hastes tipo copperweld (hastes de aço com cobertura eletrolítica de cobre), sendo o diâmetro mínimo exigido 5/8”. O comprimento mais comum utilizado nas instalações segue o padrão do mercado (2,4 ou 3,0 m).

Quanto ao arranjo, podemos instalar as hastes de forma prolongada (acoplamento vertical entre elas através uma luva cônica de latão), ou distribuídas linearmente, sendo a distância entre as mesmas nunca inferior ao seu comprimento.

Para a interligação entre o cabos e as hastes, podem ser utilizados conectores tipo olhal ou grampo “U”, ou então conexões exotérmicas (soldagem).

Quando a opção é pela utilização de conectores para a ligação entre o cabo e as hastes, é necessária a instalação de uma caixa de inspeção circular de 8”, 10” ou 12” no piso, em torno da haste, para avaliação desta conexão ao longo do tempo. Já se utilizarmos conexões prensadas ou soldadas, o uso da caixa de inspeção no piso é opcional.

A opção pela utilização de hastes dispostas em linha ou acopladas verticalmente dependerá do piso do local e da dificuldade de rompimento e recomposição do mesmo.

Existem também solos altamente resistivos em sua camada superficial, e nestes casos hastes acopladas verticalmente conseguem atingir camadas do solo com menor resistividade.

Com relação ao valor da resistência de aterramento, a norma revisada não define mais um parâmetro. O mais importante é minimizar qualquer sobretensão potencialmente perigosa.

Deve-se obter a menor resistência de aterramento possível, compatível com o arranjo do eletrodo, a topologia e a resistividade do solo do local.

Medidas preventivas devem ser tomadas na instalação da malha de aterramento, para minimizar os riscos de termos tensões superficiais perigosas (tensão de toque e de passo) nos locais próximos as descidas do sistema de para-raios, conforme descrito na seção 8 da NBR 5419/2015 - Parte 3, principalmente em sistemas que possuam uma quantidade de descidas inferior a dez.

Entre estas medidas destacamos: o aumento da resistividade da camada superficial do solo, através do uso de piso cimentado ou asfáltico (espessura mínima 5 cm), uso de brita (espessura mínima 20 cm), isolação do trecho do condutor de descida próximo ao solo, ou ainda a execução de eletrodo de aterramento articulado complementar.

Parte integrante de um sistema de para- raios dimensionado adequadamente é o BEP (Barramento de Equipotencialização Principal), que deverá ser interligado com a malha de aterramento do SPDA , e que deverá ficar com pontos disponíveis para conexão de outros diversos aterramentos, como BEL's (Barramento de Equipotencialização Local), aterramento dos sistemas elétricos e de potência, telefonia, informática e outros sistemas ou equipamentos em geral, incluindo o aterramento dos DPS's existentes, conforme determina a NBR 5419/2015. Este barramento deverá ser fabricado em cobre ou latão.

Estruturas Metálicas

Toda estrutura metálica que estiver próxima do sistema de para-raios (captação, descidas ou malhas de aterramento) deve ser interligada ao sistema de proteção. A metodologia de cálculo da distância de segurança (S) que exige uma interligação, é definida no item 6.3 da NBR 5419/2015 – Parte 3. Como valor aproximado, considerando-se a situação mais crítica (Classe de Proteção I e uma única descida e equalização mais próxima de 30 m), podemos considerar a distância de 2,4 m. Já para sistemas com três ou mais descidas nestas mesmas condições, teremos uma distância de segurança de 1,0 metro.

As edificações construídas totalmente em estruturas metálicas, desde que avaliada a sua utilização, e a espessura do telhado, não necessitam de sistema de captação, pois a própria estrutura já é um captor natural, e se ainda esta estrutura se prolongar até o solo, desde que garantidas a continuidade elétrica entre suas partes, estas poderão simplesmente ser aterradas, utilizando-se da mesma metodologia de cálculo com base no perímetro da cobertura, para dimensionarmos a quantidade de pontos de conexão com a malha de aterramento.

No caso de termos estrutura metálica somente na cobertura, e as paredes serem de alvenaria, neste caso será necessário efetuar as descidas, partindo da estrutura metálica até os aterramentos.

Uso de DPS´s

Toda a análise feita até agora, preocupou- se com o dimensionamento e instalação do SPDA para a proteção das edificações e das pessoas contra os efeitos diretos das descargas elétricas atmosféricas. A equalização de potenciais obtida através da interligação das inúmeras estruturas metálicas e malhas de aterramento dos diversos sistemas existentes na edificação (potência, dados, telefonia, dados, alarme de incêndio, CFTV, entre outros), reduzirá os gradientes de potenciais na instalação, mas apenas com a implantação de Dispositivos de Proteção Contra Surtos (DPS's), em pontos estratégicos da instalação, teremos uma proteção adequada para os equipamentos elétricos e eletrônicos, contra os surtos de origem eletromagnética, decorrentes da queda do raios.

O quarto caderno da norma de para-raios (NBR 5419/2015 - Parte 4), é dedicado a conceituação, dimensionamento e instalação dos DPS's. O DPS tem a função de “filtrar” as induções eletromagnéticas, quando a tensão na rede de alimentação ultrapassa um determinado valor, porém, pelas próprias características funcionais destes dispositivos, esta barreira para a eliminação do surto não é 100% eficaz, e somente uma proteção coordenada, oferece um nível de proteção bastante eficiente. De um modo simplificado, definimos os DPS's dimensionados para a instalação no quadro de entrada geral da energia elétrica como de Classe 1 (1º estágio de proteção), os DPS's dimensionados para os quadros internos de distribuição como de Classe 2 (2º estágio de proteção), e os DPS's instalados nos circuitos terminais, ou junto as tomadas que alimentam os equipamentos como de Classe 3 (3º estágio de proteção).

Portanto caros projetistas e instaladores, tenham em mente que para obtermos um nível completo de proteção, mesmo sem ser absoluto, temos que primeiro avaliar as características construtivas da edificação para o dimensiona- mento correto do SPDA contra descargas atmosféricas diretas na estrutura, e promover o máximo possível uma equalização de potenciais entre as diversas estruturas metálicas da edificação, tais como partes metálicas da cobertura, tubulações metálicas e ferragens estruturais, integrar todos os aterramentos em um ponto comum (BEP / BEL – Barramentos de Equipotencialização Principal e Local), conforme conceitos definidos na NBR 5419/2015 - Partes 1, 2 e 3, e na sequência, dimensionarmos os DPS's (Dispositivos de Proteção Contra Surtos), nas Classes 1, 2 e 3 de acordo com o nível de proteção que se deseja (NBR 5419/2015 – Parte 4).

APLICAÇÃO DAS CLASSES DE PROTEÇÃO

Comentário Geral

Depois de implantado o SPDA necessita de inspeções periódicas, conforme descrito no item 7 da NBR 5419/2015 – Parte 3.

Estas inspeções deverão avaliar se o SPDA está dimensionado de acordo com a norma, se todos os componentes do SPDA estão em boas condições de conservação e instalação, e que a edificação não sofreu modificações que impliquem em alteração ou complementação do sistema implantado originalmente.

Quanto a periodicidade das inspeções, devemos ter uma inspeção visual semestral, para detectar pontos de deterioração no sistema, uma inspeção detalhada anual para edificações contendo munição, explosivos, edificações ou estruturas contendo instalações pertencentes a fornecedores de serviços considerados essen- ciais, ou em locais expostos à corrosão atmosférica severa, e três anos para as demais estruturas.

A RAYCON DO BRASIL, como fabricante de materiais específicos para sistemas de para- raios, possui toda a linha de captores, mastros, terminais aéreos, cabos de cobre, fitas de alumínio, suportes, elementos de fixação, hastes de aterramento e caixas de inspeção, entre outros, para atender todas as especificações da norma NBR 5419/2015. Para a especificação ou aquisição correta destes materiais, temos disponível em nosso site, nosso catálogo geral de peças.

Possuímos também nossa unidade de serviços, através da D'Royal Electric, para realizar avaliações, projetar e implantar sistemas de para- raios para todos os tipos de edificações.

Lembramos ao amigo instalador, que nosso departamento técnico está à disposição para ajudar a dirimir duvidas e a orientá-lo nos acessórios corretos a serem utilizados. Não hesitem em entrar em contato conosco.

Nossos produtos podem ser encontrados nos melhores distribuidores de materiais elétricos do Brasil, mas lembre-se exija a qualidade RAYCON.

IMPORTANTE: Amigo instalador lembre- se, antes de qualquer coisa, primeiro da sua SEGURANÇA, só trabalhe em altura se estiver totalmente seguro e com todos os equipamentos obrigatórios em ordem e revisados. Todo o trabalho em altura deve seguir a NR-35, que é a Norma Regulamentadora do Ministério do Trabalho e Emprego para Trabalhos em Altura.