SPDA é um Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas
É essencial para proteger edificações, pessoas e equipamentos contra os efeitos das descargas elétricas provenientes de raios.
 
O SPDA, comumente chamado de para-raios, é composto por componentes que captam, conduzem e dispersam a energia da descarga elétrica de forma segura no solo.
 
Componentes Principais de um SPDA
Captores: Geralmente instalados nos pontos mais altos da edificação, como hastes metálicas ou malhas captoras, que têm a função de atrair os raios.
Condutores de Descida: Cabos que ligam os captores ao sistema de aterramento, conduzindo a corrente elétrica.
Sistema de Aterramento: Dispersa a energia elétrica no solo, minimizando os riscos de acidentes e danos estruturais.
Equalização de Potenciais: Garante que não haja diferenças de potencial entre os diferentes sistemas metálicos da edificação.
 
Tipos de SPDA
 
Franklin (Hastes Captoras): Utiliza hastes metálicas para captar a descarga atmosférica.
 
Franklin (Hastes Captoras): Utiliza hastes metálicas para captar a descarga atmosférica.
 
Essas hastes são baseadas no conceito desenvolvido por Benjamin Franklin, que demonstrou a capacidade de hastes metálicas de atrair e conduzir descargas elétricas.
 
Forma Física:
São hastes metálicas pontiagudas, geralmente fabricadas de cobre ou aço inoxidável galvanizado.
Têm comprimento variável, dependendo da área de proteção necessária e da altura da edificação. Podem variar de poucos metros até dezenas de metros.
Localização e Instalação:
Instaladas nos pontos mais altos de uma estrutura (torres, telhados, mastros, etc.), para maximizar sua capacidade de atração de raios.
Devem ser posicionadas de acordo com o método de “ângulo de proteção” ou “esfera rolante”, garantindo cobertura adequada à área protegida.
Conexão com o Sistema:
São ligadas aos condutores de descida, que conduzem a corrente elétrica do raio para o sistema de aterramento.
As conexões precisam ser robustas e resistir à corrosão para garantir segurança e durabilidade.
Captação da Descarga:
As hastes captoras criam um campo elétrico ao redor de sua ponta pontiaguda. Durante uma tempestade, quando o campo elétrico atmosférico se intensifica, as hastes ajudam a formar um canal de ionização que “conecta” o raio ao sistema de proteção.
Isso direciona a energia do raio para um caminho seguro, evitando que ela atinja diretamente a edificação ou equipamentos vulneráveis.
 
Gaiola de Faraday: Estrutura em forma de malha metálica envolvendo o topo da edificação.
 
A Gaiola de Faraday é um tipo de Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA) que utiliza uma malha metálica envolvendo a edificação para captar e conduzir a energia de raios de forma segura ao solo. Seu nome deriva do físico Michael Faraday, que demonstrou como uma estrutura condutora pode proteger contra descargas elétricas.
 
Características da Gaiola de Faraday no SPDA
Estrutura:
Consiste em um conjunto de condutores metálicos dispostos como uma malha ou grade ao redor do topo e das laterais da edificação.
Essa malha pode ser integrada a outros elementos da construção, como armações metálicas, telhas metálicas ou estruturas específicas para o SPDA.
Captação:
A malha funciona como uma superfície contínua que intercepta as descargas atmosféricas que poderiam atingir a edificação.
Cada ponto da malha age como um captor potencial, ampliando a área de proteção.
Conexão aos Condutores de Descida:
A malha é conectada a condutores de descida estrategicamente posicionados ao longo da estrutura, que conduzem a energia do raio de forma segura ao sistema de aterramento.
Sistema de Aterramento:
A energia captada é dispersa no solo por meio de um sistema de aterramento eficiente, que deve atender aos requisitos de resistência especificados na norma ABNT NBR 5419.
 
SPDA com Dispositivo de Ionização
 
SPDA com Dispositivo de Ionização: Usa tecnologia avançada para antecipar a captura de raios.
 
Um SPDA com Dispositivo de Ionização, também conhecido como Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas com Captores de Emissão de Corrente Ascendente, é um sistema moderno de proteção contra raios que utiliza dispositivos projetados para aumentar a eficiência na captação de descargas atmosféricas. E
sses dispositivos são conhecidos como Para-raios com Emissão de Corrente Ascendente (ESE – Early Streamer Emission).
 
Como Funciona o SPDA com Dispositivo de Ionização
 
Dispositivo de Ionização:
O sistema utiliza um captor equipado com uma tecnologia que emite íons no ar, criando uma “ponte” de condutividade entre o para-raios e a nuvem durante uma tempestade.
Esse processo ocorre no momento em que há um aumento da intensidade elétrica entre a nuvem e o solo, indicando uma possível descarga atmosférica.
Aceleração da Corrente Ascendente:
Ao emitir esses íons, o dispositivo facilita e acelera a formação de uma corrente ascendente de elétrons (líder ascendente), que é atraída pela corrente descendente do raio.
Isso faz com que o raio seja direcionado diretamente ao captor, garantindo a proteção da área ao redor.
Captação e Condução:
Após captar a descarga, a energia do raio é conduzida pelos condutores de descida do SPDA até o sistema de aterramento, onde é dissipada com segurança no solo.
Área de Proteção Maior:
Devido à emissão de íons e à antecipação na formação da corrente ascendente, o SPDA com dispositivo de ionização consegue cobrir uma área maior de proteção em comparação com sistemas tradicionais, como o método Franklin.
 
Condução Segura:
 
Após a captação, a corrente do raio é conduzida pelas hastes e pelos condutores de descida até o sistema de aterramento.
Essa condução protege a estrutura, os ocupantes e equipamentos contra danos.
 
Como é Feita a Condução Segura?
 
Captação da Descarga:
 
O captor escolhido (haste Franklin, dispositivo de ionização ou gaiola de Faraday) intercepta o raio, direcionando-o para os condutores de descida.
 
Condução pelos Condutores de Descida:
 
A corrente elétrica é conduzida dos captadores até o aterramento, seguindo caminhos projetados para evitar o contato direto com as partes internas do edifício.
 
Os condutores devem ser instalados de forma linear e sem curvas acentuadas, pois curvas podem gerar aquecimento excessivo ou faíscas devido à indução de campos eletromagnéticos.
 
Dispersão no Aterramento:
 
A energia é dissipada de maneira segura no solo, utilizando um sistema de aterramento composto por hastes metálicas, malhas ou placas de aterramento.
 
O aterramento deve atender às normas técnicas, garantindo resistência elétrica adequada (normalmente abaixo de 10 ohms, dependendo do solo).
 
Proteção Contra Efeitos Indiretos:
 
Além de conduzir a corrente principal, o sistema deve proteger contra efeitos indiretos do raio, como induções eletromagnéticas.
 
Isso é feito com: SPDA Interno: Utilização de dispositivos de proteção contra nos quadros elétricos.
 
Blindagem: Estruturas metálicas (como gaiola de Faraday) minimizam campos eletromagnéticos internos.
 
Cuidados Essenciais para uma Condução Segura
 
Dimensionamento Correto: Os condutores devem ser dimensionados para suportar a intensidade da corrente de descarga, que pode ultrapassar 200 kA em casos extremos.
 
Instalação Adequada: Condutores bem fixados e protegidos contra corrosão.
Uso de conexões seguras e permanentes, evitando mau contato.
 
Evitar Pontos de Reentrada: O sistema deve ser projetado para evitar que a corrente retorne ao interior da edificação, o que pode acontecer em caso de aterramento inadequado.
 
Manutenção Periódica: Verificação da continuidade elétrica, integridade dos condutores, conexões e estado do aterramento.
 
Dispersão no Solo: No aterramento, a energia é dispersa no solo de maneira controlada, reduzindo o risco de surtos elétricos ou danos estruturais.
 
Métodos de Proteção com Hastes Franklin:
 
Ângulo de Proteção: Define a área protegida pela haste com base em um ângulo específico (dependendo da altura da haste e do nível de proteção desejado).
 
Esfera Rolante: Considera uma esfera imaginária que “rola” pela estrutura. Pontos que não tocam a esfera são protegidos pelas hastes.
Malha de Proteção:
 
Pode ser usada em conjunto com outras hastes ou captoras para formar uma cobertura completa, especialmente em estruturas maiores.
 
Vantagens:
Simplicidade e baixo custo.
Alta eficiência em áreas com baixa densidade de raios.
Fácil instalação e manutenção.
Desvantagens:
Pode não ser a melhor solução para estruturas com grande complexidade geométrica ou em regiões com alta incidência de raios.
 
Condutores de Descida: Cabos que ligam os captores ao sistema de aterramento, conduzindo a corrente elétrica.
Sistema de Aterramento: Dispersa a energia elétrica no solo, minimizando os riscos de acidentes e danos estruturais.
Equalização de Potenciais: Garante que não haja diferenças de potencial entre os diferentes sistemas metálicos da edificação
 
Normas Técnicas
No Brasil, o SPDA deve atender à norma ABNT NBR 5419 , que fornece diretrizes detalhadas sobre o projeto, instalação, manutenção e inspeção do sistema. É fundamental respeitar essas normas para garantir a segurança e a eficiência do sistema.
 
Inspeções e Manutenção
Inspeção Visual: Deve ser feita regularmente para verificar danos ou desconexões no sistema.
Testes de Continuidade e Resistência: Medem a resistência do aterramento e verificam a integridade do sistema.
Manutenção Preventiva: Inclui a substituição de componentes desgastados e limpeza de conexões.
 
Resumido
 
Aqui estão os principais elementos de um sistema completo de SPDA:
 
1. Sistema de Captação
Responsável por captar o raio, desviando sua energia para um caminho seguro. Inclui:
Hastes Captoras (Franklin):
Hastes metálicas instaladas em pontos altos das edificações.
Garantem a captação direta do raio.
Gaiola de Faraday:
Rede de condutores horizontais interligados, geralmente dispostos no topo da edificação.
Funciona como uma malha de proteção.
Cabos de captação:
Conectam as hastes captoras à estrutura de descida.
Captores por Ionização:
Dispositivos que aumentam o campo elétrico local, atraindo o raio para si.
 
2. Sistema de Descidas
Transporta a corrente da descarga atmosférica captada até o sistema de aterramento.
Condutores de descida:
Cabos metálicos de baixa resistência elétrica, geralmente feitos de cobre ou alumínio.
Conectam a captação ao aterramento.
Devem ser dispostos de forma equidistante ao redor da edificação.
Estruturas metálicas integradas:
Elementos metálicos da construção (como pilares ou esquadrias) que podem ser usados como descidas naturais.
 
3. Sistema de Aterramento
Dissipa a corrente elétrica do raio de forma segura no solo, minimizando os riscos.
Eletrodos de aterramento:
Hastes, malhas ou placas metálicas enterradas no solo, feitas de materiais como cobre ou aço galvanizado.
Conexões equipotenciais:
Garantem que diferentes sistemas aterrados na edificação (elétricos, eletrônicos, etc.) tenham o mesmo potencial elétrico.
Malha de aterramento:
Rede de condutores enterrados que aumentam a área de dissipação.
 
4. Proteção Interna (Contra Surtos)
Minimiza os danos causados por surtos elétricos nas instalações internas.
DPS (Dispositivos de Proteção contra Surtos):
Protegem os equipamentos eletrônicos contra surtos de tensão.
Instalados em quadros elétricos e próximos a dispositivos sensíveis.
Condutores de equipotencialização:
Ligam as partes metálicas da estrutura e os sistemas elétricos ao aterramento.
Blindagem eletromagnética:
Reduz a indução de surtos em cabos internos.
 
5. Componentes Adicionais
Isoladores:
Separadores para evitar contatos indesejados entre os condutores e outras partes da estrutura.
Terminais de conexão:
Usados para unir os diferentes componentes do SPDA, como condutores e aterramento.
Mediadores de continuidade:
Dispositivos que verificam a resistência elétrica das conexões e do aterramento.
 
Mais detalhes técnicos fornecidos pela USP
 
Fontes:
 Editorial, USP, Highlight