Proteção contra Descargas Atmosféricas

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Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas: Apostila 
Moisés Roberto Lanner Carvalho 
Instituto Militar de Engenharia 
2004 
80 Páginas 
 
 
PROTEÇÃO CONTRA 
DESCARGAS 
ATMOSFÉRICAS 
 
 
 
 
 
 
 
ABACUS Informática e Engenharia 
 
 
 
 
 1
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Moisés Roberto Lanner Carvalho 
Engenheiro Eletricista 
Mestre em Engenharia Elétrica pelo IME 
Professor do Departamento de Engenharia Elétrica do IME 
Professor da Universidade Estácio de Sá 
 
 
e-mail: mrlc@ime.eb.br 
 
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mailto:mrlc@ime.eb.br
SUMÁRIO 
 
1. CONCEITOS BÁSICOS 4 
 Eletricidade Atmosférica 4 
 Tempestades 4 
 Relâmpagos 6 
 Valores Típicos dos Raios 12 
2. NECESSIDADE DE PROTEÇÃO 13 
 Generalidades 13 
 Avaliação dos Riscos 13 
 Fatores de Ponderação 17 
3. MÉTODOS DE PROTEÇÃO 18 
 Método de Franklin 23 
 Método de Faraday 27 
 Método Eletrogeométrico 30 
4. AS DESCIDAS DO SPDA 35 
 Conexões Exotérmicas 36 
 Bitola dos Cabos de Descida 37 
 Número de Descidas 38 
 Superfícies Equipotenciais 39 
 Proximidade do SPDA de Outras Estruturas 41 
 Mudança de Direção do Cabo de Descida 45 
5. ATERRAMENTO PARA UM SPDA 46 
 Sistemas de Aterramento para Condições Normais 47 
 Sistemas de Aterramento para Condições Particulares 48 
 Instalação de Eletrodos de Aterramento 48 
 Eletrodos de Aterramento Naturais 49 
6. EQUIPAMENTOS PARA UM SPDA 49 
 Captores 50 
 Isoladores 50 
 Mastros, Postes e Torres 52 
 Acessórios Diversos 56 
7. SISTEMAS DE PROTEÇÃO ESPECÍFICOS 57 
 Supressores de Surto 57 
 Proteção de Estruturas Metálicas 59 
 Proteção de Estruturas de Concreto 61 
 Proteção de Áreas Classificadas 63 
 Proteção de Propriedades Rurais 66 
 Proteção de Áreas Externas 69 
 Proteção Pessoal 72 
8. PROJETOS 75 
9. BIBLIOGRAFIA 79 
 
 3
1. CONCEITOS BÁSICOS 
 
ELETRICIDADE ATMOSFÉRICA 
 Foi somente após a descoberta da eletricidade no início do século 18, que a natureza elétrica da 
atmosfera da Terra começou a ser desvendada. Em 1708, William Wall, ao ver uma faísca sair de um 
pedaço de âmbar carregado eletricamente, observou que ela era parecida com um relâmpago. Na 
metade do século, após a descoberta das primeiras propriedades elétricas da matéria, tornou-se 
evidente que os relâmpagos deveriam ser uma forma de eletricidade, associada de alguma maneira 
com as tempestades. 
 Benjamin Franklin foi o primeiro a projetar um experimento para tentar provar a natureza elétrica 
do relâmpago. Em julho de 1750, Franklin propôs que a eletricidade poderia ser drenada de uma 
nuvem por um mastro metálico. Se o mastro fosse isolado do solo, e um observador aproxima-se do 
mesmo um fio aterrado, uma faísca saltaria do mastro para o fio quando uma nuvem eletrificada 
estivesse perto. Se isto ocorresse, estaria provado que as nuvens são eletricamente carregadas e, 
conseqüentemente, que os relâmpagos também são um fenômeno elétrico. Em maio de 1752, Thomas-
François D’Alibard demonstrou que a sugestão de Franklin estava certa e que os relâmpagos, portanto, 
eram um fenômeno elétrico. Em junho de 1752, Franklin realizou outro experimento com o mesmo 
propósito, seu famoso experimento com uma pipa. Ao invés de utilizar um mastro metálico, ele usou 
uma pipa, desde que ela poderia alcançar maiores altitudes e poderia ser usada em qualquer lugar. 
Novamente, faíscas saltaram de uma chave colocada na extremidade do fio preso a pipa em direção a 
sua mão. 
 
TEMPESTADES 
Tempestades são caracterizadas por relâmpagos e trovões. Elas são produzidas por uma ou 
mais nuvens cumulonimbus (Cb), também conhecidas como nuvens de tempestade. Uma típica 
nuvem de tempestade tem um diâmetro de 10-20 km, alcança altitudes de 10-20 km, dura em média 
30-90 minutos e move-se com uma velocidade de 40-50 km/h. Normalmente elas podem ser 
identificadas por seu largo e brilhante topo esbranquiçado, que se projeta na direção dos ventos 
formando uma saliência denominada anvil. Cerca de 2000 tempestades estão sempre ocorrendo, o que 
significa que 16 milhões ocorrem anualmente em nosso planeta. A freqüência de tempestades em um 
dado local depende de vários fatores, entre eles a topografia, a latitude, a proximidade de massas de 
água e a continentalidade. Uma pequena percentagem das tempestades que ocorrem todo ano é 
considerada tempestades severas, isto é, produzem ao menos uma das seguintes características: 
granizo com diâmetro igual ou maior que 2 cm, ventos de ao menos 90 km/h ou tornados. Um tornado 
é uma coluna de ar girando violentamente que se estende da base da nuvem até o solo. Tempestades 
severas também costumam produzir ventos de alta intensidade conhecidos como rajadas e 
microrajadas, que são rajadas de curta duração e que afetam regiões menores que 4 km de extensão. 
 Nuvens de tempestade são formadas sempre que existir bastante movimento vertical, instabilidade 
vertical e umidade, de modo a produzir uma nuvem que alcance altitudes com temperaturas abaixo do 
nível de congelamento. Estas condições são mais freqüentemente encontradas no verão e durante à 
tarde e início da noite, mas podem ser encontradas em todas as estações e em todas as horas do dia. O 
movimento vertical pode ser causado por um gradiente no perfil de temperatura ou por processos de 
levantamento, tais como as brisas ao longo das costas, frentes frias ou quentes, áreas de baixa pressão 
com convergência horizontal de ventos e montanhas. No primeiro caso, o ar mais quente (mais leve) 
próximo à superfície da terra tende a deslocar-se para cima trocando de posição com o ar mais frio 
(mais pesado) nos níveis mais altos, que tende a deslocar-se para baixo. Tempestades formadas por 
 4
este processo são geralmente chamadas tempestades associadas a massas de ar. Elas tendem a ser 
menos severas do que os outros tipos de tempestades, embora sejam ainda capazes de produzir rajadas. 
No processo de levantamento, o ar próximo à superfície da terra é empurrado para cima por outra 
massa de ar ou ao se chocar com uma montanha. Algumas vezes mais de um processo de levantamento 
pode ocorrer simultaneamente. 
 
 
 
Nuvem cúmulos. Primeira etapa no 
processo de geração de uma nuvem 
de tempestade com uma única 
célula. 
 
Nuvem de tempestade com uma única 
célula no estágio de desenvolvimento. 
 
 Quando o ar sobe na atmosfera o suficiente para atingir seu ponto de saturação, a umidade 
condensa formando partículas de água, e posteriormente, partículas de água super-resfriada (isto é, 
partículas de água em temperaturas abaixo do ponto de congelamento) e partículas de gelo, formando a 
nuvem de tempestade. Quando o vapor de água muda de fase para líquido ou gelo, calor latente é 
liberado auxiliando no desenvolvimento da nuvem. Estas partículas colidem e combinam-se entre si, 
formando as gotas de chuva, neve e granizo. Quando as partículas tornam-se pesadas, o movimento de 
queda supera as correntes de ar ascendentes e a precipitação ocorre. 
 Em setembro de 1752, Benjamin Franklin realizou um experimento para examinar a natureza 
elétrica das tempestades. Ele colocou uma haste metálica em cima da sua casa, conectada a um longo 
fio aterrado. Ele cortou o fio e separou suas extremidades por cerca de 15 cm colocando um sino preso 
a cada uma delas. Uma esfera metálica isolada foi suspensa entre os sinos, movendo-se entre eles e 
batendo neles quando uma nuvem de tempestade passava próximo. Comparando a carga no fio com 
uma carga conhecida, Franklin determinou que a base da nuvem de tempestade era carregada 
negativamente. A estrutura básica de uma nuvem de tempestade, entretanto, só foi proposta no 
começo do século 20. Ela pode ser descrita como um dipolo elétrico positivo, composto por uma 
região carregada positivamente acima de uma região carregada negativamente. 
 Não se conhece exatamente como as nuvens de tempestade tornam-se carregadas. A teoria mais 
aceita para explicar a produção de cargas requerida para eletrificar uma nuvem de tempestade assume 
que aspartículas carregadas são produzidas por colisões de diferentes partículas de gelo no interior da 
nuvem. Os detalhes do processo de colisão não são muito bem conhecidos mas, em termos gerais, dois 
tipos de processos tem sido considerados: processos indutivos e não-indutivos. O processo indutivo 
considera que o campo elétrico tem um papel preponderante sobre a formação das cargas, enquanto 
que o processo não-indutivo considera que outros parâmetros são preponderantes, tais como 
 5
temperatura, potencial de contato, tamanho das partículas ou conteúdo de água. É provável que mais 
de um parâmetro sejam relevantes e, também, que diferentes parâmetros devam ser considerados em 
diferentes casos. Após as partículas carregadas serem formadas, elas são separadas pelo efeito de 
correntes de ar ascendentes e descendentes e pela ação gravitacional. 
 
RELÂMPAGOS 
Um relâmpago é uma corrente elétrica muito intensa que ocorre na atmosfera com típica 
duração de meio segundo e típica trajetória com comprimento de 5-10 quilômetros. Ele é conseqüência 
do rápido movimento de elétrons de um lugar para outro. Os elétrons movem-se tão rápido que eles 
fazem o ar ao seu redor iluminar-se, resultando em um clarão, e aquecer-se, resultando em um som 
(trovão). Um relâmpago é tipicamente associado a nuvens cumulonimbus ou de tempestade, embora 
possa ocorrer em associação com vulcões ativos, tempestades de neve ou, mesmo, tempestades de 
poeira. Dentro das tempestades, diferentes partículas de gelo tornam-se carregadas através de colisões. 
Acredita-se que as partículas pequenas tendem a adquirir carga positiva, enquanto que as maiores 
adquirem predominantemente cargas negativas. Estas partículas tendem, então, a se separar sobre a 
influência de correntes de ar ascendentes e descendentes e da gravidade, de tal modo que a parte 
superior da nuvem adquira uma carga líquida positiva e a parte inferior uma carga líquida negativa. A 
separação de carga produz então um enorme campo elétrico tanto dentro da nuvem como entre a 
nuvem e o solo. Quando este campo, eventualmente, quebra a resistência elétrica do ar, um relâmpago 
tem início. Em termos gerais, existem dois tipos de relâmpagos: relâmpagos na nuvem e relâmpagos 
no solo. Relâmpagos na nuvem originam-se dentro das nuvens cumulonimbus, normalmente na região 
onde gotículas de água transformam-se em gelo, e propagam-se dentro da nuvem (relâmpagos 
intranuvem) ou fora da nuvem, rumo a outra nuvem (relâmpagos nuvem-nuvem) ou numa direção 
qualquer no ar (descargas para o ar). Relâmpagos no solo, por sua vez, podem originar-se na mesma 
ou em outras regiões dentro da nuvem cumulonimbus (relâmpagos nuvem-solo) ou no solo, abaixo ou 
perto da tempestade (relâmpagos solo-nuvem). Mais de 99 % dos relâmpagos no solo são relâmpagos 
nuvem-solo. Relâmpagos solo-nuvem são relativamente raros e, geralmente, ocorrem do topo de 
montanhas ou estruturas altas, ou ainda podem ser gerados por foguetes lançados em direção as 
tempestades. Relâmpagos no solo podem também ser classificados em termos do sinal da carga do 
líder, negativa ou positiva, que inicia a descarga. Cerca de 90% dos relâmpagos nuvem-solo que 
ocorrem em nosso planeta são negativos. Esta percentagem, entretanto, pode mudar substancialmente 
em determinadas tempestades. Cerca de 70 % do total de relâmpagos são relâmpagos na nuvem. 
Embora eles sejam a maioria dos relâmpagos, eles são menos conhecidos que os relâmpagos no solo, 
em parte porque eles são menos perigosos, em parte porque eles são escondidos pela nuvem. Uma 
forma rara de relâmpagos, não incluída nas categorias acima, são os relâmpagos de bola. Um 
relâmpago de bola é o nome dado a uma esfera luminosa que geralmente ocorre perto das 
tempestades, mas não necessariamente simultaneamente a um relâmpago normal. Elas são, em geral, 
vermelhas, amarelas, azuis, laranjas ou brancas, tem um diâmetro de 10 a 40 centímetros, aparecem 
próximo ao solo ou na atmosfera, e mantêm um brilho relativamente constante durante sua vida. Elas 
podem mover-se rápida ou lentamente, ou ficar paradas, podem ser silenciosas ou produzir estalos, 
duram de segundos a minutos (média de 4 segundos) e desaparecem lenta ou subitamente em silêncio 
ou produzindo um ruído. Embora elas tenham sido observadas por mais de um século, não são bem 
conhecidas e permanecem um mistério. 
 Um relâmpago pode ser constituído por uma ou várias descargas, chamadas descargas de 
retorno. No primeiro caso, ele é chamado de relâmpago simples e, no segundo, de relâmpago 
múltiplo. Cada descarga de retorno dura algumas centenas de microssegundos e, em relâmpagos 
múltiplos, o intervalo de tempo entre descargas de retorno consecutivas é tipicamente 40 
milissegundos. Quando o intervalo de separação entre as descargas de retorno é próximo de 100 
milissegundos, o relâmpago é visto piscar no céu, porque o olho humano consegue identifica-las 
individualmente. As figuras a seguir ilustram os vários processos contidos em um relâmpago nuvem-
 6
solo negativo (com indicação dos típicos intervalos de tempo), acompanhadas por uma detalhada 
descrição destes processos. Outros tipos de relâmpagos no solo têm etapas similares, com pequenas 
diferenças, principalmente no que se refere ao processo inicial. Relâmpagos na nuvem, entretanto, 
apresentam um desenvolvimento diferente e que ainda não é muito bem conhecido. Quase nada se sabe 
sobre o desenvolvimento de relâmpagos raros, como relâmpagos de bola ou relâmpagos relacionados a 
vulcões, tempestades de neve ou poeira. 
 Um relâmpago nuvem-solo negativo inicia-se através da quebra de rigidez do ar dentro da 
nuvem cumulonimbus. Ela é causada por um intenso campo elétrico de cerca de 100-400 kV/m entre 
duas regiões de cargas opostas, em geral, na parte inferior da nuvem, valor este que excede o campo 
local para a quebra de rigidez. Os elétrons na região de cargas negativas são tão fortemente atraídos 
pelas cargas positivas que começam a se mover através do ar rumo a estas cargas criando um canal 
condutor. O processo de quebra de rigidez tem uma duração média de 100 milissegundos e é, 
normalmente, localizado perto da região de cargas negativas da nuvem. Este processo estabelece as 
condições para que as cargas negativas sejam levadas rumo ao solo pelo líder escalonado. 
 
Após a quebra de rigidez 
dentro da nuvem de 
tempestade, um líder 
escalonado de carga 
negativa invisível propaga-
se a partir da nuvem 
(tempo = 0). 
 
Uma descarga visível sai 
do solo para cima (tempo 
= 20 milissegundos). 
 
O líder escalonado e a 
descarga para cima se 
encontram; uma descarga 
de retorno inicia (tempo = 
20,1 milissegundos). 
 Sobre a influência do campo elétrico estabelecido entre a nuvem e o solo, as cargas negativas 
(elétrons) então se movem em etapas de dezenas de metros de comprimento chamadas etapas do líder. 
Cada etapa tem uma duração típica de 1 microsegundo, com uma pausa entre elas de 50 
microssegundos. Após alguns milissegundos, o líder escalonado surge da base da nuvem, movendo-se 
em direção ao solo. Ao longo do movimento, algumas cargas seguem novos caminhos devido a 
influência de cargas na atmosfera ao redor do canal, formando as ramificações. As cargas no canal 
movem-se rumo ao solo em etapas com uma velocidade média de cerca de 100 km/s e produzindo uma 
fraca luminosidade em uma região com um diâmetro entre 1 e 10 m ao longo do qual a carga é 
depositada. A maioria da luminosidade é produzida durante as etapas de 1 microsegundo, praticamente 
não havendo luminosidade durante as pausas. A medida que as cargas do líder propagam-se ao longo 
do canal rumo ao solo, variações de campo elétrico e magnético são também produzidas. Ao todo, um 
líder escalonado transporta 10 ou mais coulombs de carga e alcança um ponto perto do solo em 
dezenas de milissegundos, dependendo da tortuosidade de seu caminho. A corrente média do líder 
escalonado é cerca de 1 kA e é transportada em um núcleo central do canal comalguns centímetros de 
diâmetro. 
 7
 Quando o canal do líder escalonado aproxima-se do solo, a carga elétrica contida no canal produz 
um campo elétrico intenso entre a extremidade do líder e o solo, correspondente a um potencial 
elétrico de cerca de 100 milhões de volts. Este campo causa a quebra de rigidez do ar próximo ao solo 
fazendo com que uma ou mais descargas positivas ascendentes, denominadas líderes ou descargas 
conectantes, saiam do solo, em geral, dos objetos mais altos. A distância entre o objeto a ser atingido e 
a extremidade do líder no instante em que o líder conectante sai do solo é chamada distância de 
atração. A distância de atração tende a aumentar com o aumento do pico de corrente da descarga de 
retorno. O ponto de junção entre o líder escalonado e o líder conectante é normalmente considerado 
estar no meio da distância de atração. Quando um dos líderes conectantes encontra o líder negativo 
descendente, em geral entre 10 a 100 metros do solo, o canal do relâmpago é formado. Então, as 
cargas armazenadas no canal começam a mover-se em direção ao solo e uma onda propaga-se como 
um clarão visível para cima ao longo do canal com uma velocidade de cerca de 100.000 km/s, um 
terço da velocidade da luz, iluminando o canal e todas as outras ramificações. A velocidade da onda 
diminui com a altura. Esta descarga é denominada de descarga de retorno, dura algumas poucas 
centenas de microssegundos e produz a maioria da luz que vemos. A luz da descarga de retorno 
origina-se de emissões contínuas e discretas de átomos, moléculas e ions após serem excitados e 
ionizados pela onda e move-se para cima devido ao fato de que os primeiros elétrons a mover-se para 
baixo em direção ao solo são aqueles mais próximos ao solo. A medida que elétrons mais acima no 
canal movem-se, as partes superiores do canal tornam-se visíveis. Devido ao movimento para cima da 
luz ao longo do canal ocorrer muito rápido para poder ser visto, o canal como um todo parece 
iluminar-se ao mesmo tempo. Os ramos do canal que não se conectam ao solo, normalmente, não são 
tão brilhantes quanto aquela parte do canal abaixo do ponto de junção com a ramificação. Isto é devido 
ao fato de que menos elétrons passam através deles do que através do canal. A luz da descarga de 
retorno é geralmente branca. Entretanto, da mesma maneira que o pôr do sol pode ter várias cores, 
relâmpagos distantes podem também apresentar outras cores, tais como amarelo, roxo, laranja ou 
mesmo verde, dependendo das propriedades da atmosfera entre o relâmpago e o observador. As cargas 
depositadas no canal, bem como aquelas ao redor e no topo do canal, movem-se para baixo ao longo 
do centro do canal em uma região com uns poucos centímetros de diâmetro, produzindo no solo um 
pico de corrente médio de cerca de 30-40 kA, com variações desde poucos até centenas de kA. 
Medidas de corrente em torres equipadas tem registrado valores máximos de 400 kA. Em geral, a 
corrente atinge seu pico em alguns microssegundos, e decai a metade desde valor em cerca de 50 
microssegundos. A carga negativa média transferida ao solo é de cerca de 10 coulombs, com valores 
máximos em torno de 200 coulombs. No processo, campos elétricos e magnéticos com variações 
temporais desde nanossegundos até milissegundos são produzidos. Estes campos são genericamente 
chamados de sferics. A forma de onda dos sferics é similar a forma de onda da corrente, com um pico 
quase no mesmo instante do pico de corrente e um segundo pico invertido associado com o campo 
refletido na base da ionosfera. Em distâncias maiores que 10 km do relâmpago, o pico dos campos 
tende a diminuir inversamente com a distância, na ausência de efeitos de propagação significativos. 
 
 
 8
 
A luz intensa da descarga 
de retorno move-se para 
cima, iluminando o canal 
do relâmpago (tempo = 
20,2 milissegundos). 
 
Um líder contínuo 
propaga-se a partir da 
nuvem através do canal 
(tempo = 60 
milissegundos). 
 
Uma segunda descarga de 
retorno visível (descarga de 
retorno subseqüente) 
move-se para cima 
(tempo= 62 
milissegundos). Outras 
seqüências de 
líder/descarga de retorno 
subseqüente podem 
ocorrer. 
 
 Para distâncias maiores que cerca de 50-100 km, o pico dos campos é significativamente 
atenuado devido à propagação sobre a superfície não perfeitamente condutora da terra. No instante do 
pico dos campos, a média da potência eletromagnética total irradiada é cerca de dez vezes maior do 
que aquela no espectro ótico. Em geral, o pico dos campos produzido por relâmpagos nas nuvens é 
menos intenso do que aquele produzido por relâmpagos no solo. No domínio de freqüência, os campos 
tem uma máxima intensidade ao redor de 5-10 kHz para relâmpagos no solo e ao redor de 100-200 
kHz para relâmpagos nas nuvens. A descarga de retorno também aquece violentamente o ar ao seu 
redor. O ar atinge temperaturas máximas de cerca de 20.000 a 30.000 graus Celsius em cerca de 10 
microssegundos, correspondendo a densidades de elétrons de 1020 elétrons por metro cúbico. Quando o 
ar é aquecido, ele se expande, e esta expansão gera, em uma distância de poucas centenas de metros, 
uma onda de choque supersônica e, em distâncias maiores, uma onda sonora intensa que se afasta do 
canal em todas as direções. Estas ondas são os trovões que ouvimos. Trovões produzidos por 
relâmpagos no solo tem, tipicamente, um máximo de intensidade em torno de 50-100 Hz, enquanto 
que aqueles produzidos por relâmpagos nas nuvens tem um máximo em torno de 20-30 Hz. Próximo 
do relâmpago, o som será um intenso estalo e pode causar danos ao ouvido humano. Distante do 
relâmpago, o som será um estrondo relativamente fraco. A duração do trovão é uma medida da 
diferença entre as distâncias do ponto mais próximo e do ponto mais distante do canal ao observador. 
Durações típicas são 5-20 segundos. A maioria dos trovões tem estrondos e estalos porque o canal é 
torto, fazendo com que ondas de som cheguem ao observador em diferentes instantes e de diferentes 
direções. Estalos também podem ser produzidos por ramificações. Quanto maior o número de 
ramificações, maior é o número de estalos no trovão. Se o relâmpago ocorrer a uma distância ao redor 
de 100 metros do observador ou menos, ele escutará um intenso estalo semelhante ao estalo de um 
chicote (algumas vezes precedido por um estalido, semelhante a um estalido de dedos) o qual é 
associado a onda de choque que precede a onda sonora. Trovões produzidos por relâmpagos no solo 
em geral podem ser escutados até distâncias de 20 km. Trovões produzidos por relâmpagos nas nuvens 
são similares aqueles produzidos por relâmpagos no solo porém, em geral, são mais fracos. Durante 
 9
períodos de fortes chuvas e ventos, esta distância será menor enquanto que, em noites calmas, trovões 
podem ser escutados a distâncias maiores. Parte da energia acústica do trovão esta concentrada em 
freqüências abaixo daquelas que o ouvido humano pode escutar, em geral umas poucas dezenas de Hz. 
Esta parte é chamada trovão infrasônico e acredita-se estar associada com mudanças na energia 
eletrostática dentro da nuvem após a ocorrência de um relâmpago. O trovão pode ser usado para 
calcular qual a distância de um relâmpago. Quando você enxergar o clarão, comece a contar os 
segundos até escutar o trovão. Divida o número de segundos por três (3) e você terá a distância 
aproximada do relâmpago em quilômetros. O erro médio associado com este método é de 20 %. Em 
parte, a origem deste erro é devida ao fato de que a maioria dos relâmpagos tem longas ramificações. 
Assim, um relâmpago a três quilômetros de distância pode produzir um trovão após três segundos, 
indicando que uma ramificação está somente a um quilômetro de distância. Se você enxergar o clarão 
e não escutar o trovão, o relâmpago provavelmente esta a mais de 20 quilômetros de você. 
Relâmpagos no solo podem também ser iniciados por lideres positivos descendentes, isto é, 
líderes positivamente carregados. Na realidade,líderes positivos descendentes correspondem a 
movimentos ascendentes de cargas negativas (elétrons). A descarga de retorno resultante efetivamente 
transporta cargas positivas da nuvem para o solo. Neste caso, o relâmpago é chamado de relâmpago 
positivo. Em geral, não existem descargas de retorno subseqüente em relâmpagos positivos, isto é, eles 
são relâmpagos simples. O pico de corrente médio das descargas de retorno de relâmpagos positivos, 
bem como a carga média depositada no solo, entretanto, são normalmente maiores do que os 
correspondentes valores para descargas de retorno de relâmpagos negativos, de modo que eles 
geralmente causam maiores danos do que os relâmpagos negativos. Uma grande parte dos incêndios 
em florestas e danos às linhas de energia elétrica causados por relâmpagos são devidos a relâmpagos 
positivos. 
 Acredita-se que os relâmpagos tem um largo efeito sobre o meio ambiente. Eles provavelmente 
estavam presentes durante o surgimento da vida na Terra, e podem mesmo ter participado na geração 
das moléculas as quais deram origem a vida. Relâmpagos provocam incêndios participando, com isto, 
na composição de equilíbrio das árvores e plantas. Relâmpagos modificam as características da 
atmosfera ao redor das regiões onde ocorrem. Eles quebram as moléculas do ar, as quais ao se 
recombinarem produzem novos elementos. Estes novos elementos mudam o equilíbrio químico da 
atmosfera, afetando a concentração de importantes elementos com o ozônio, bem como se misturam 
com a chuva e se precipitam como fertilizantes naturais. 
 Durante as duas últimas décadas, relâmpagos nuvem-solo tem sido detectados e mapeados em 
tempo real em largas regiões por vários sistema de detecção de relâmpagos. Alguns países, como os 
Estados Unidos, o Japão e o Canadá, estão inteiramente cobertos por tais sistemas. Sobre os Estados 
Unidos, uma média de 20-30 milhões de relâmpagos nuvem-solo tem sido detectados todo ano, desde 
1989, ano em que tais sistemas começaram a cobrir integralmente todo o país. Outros países como o 
Brasil, estão parcialmente cobertos. Estimativas aproximadas indicam que cerca de 100 milhões de 
relâmpagos nuvem-solo ocorrem no Brasil todo ano. Relâmpagos tem sido gerados por pequenos 
foguetes conectados a longos fios de cobre lançados na direção das tempestades. Quando o foguete é 
lançado, o fio preso a ele é desenrolado criando um caminho condutor por onde o relâmpago, depois 
de iniciado, se propaga. Esta técnica tem permitido a medida de campos elétricos e magnéticos bem 
próximos ao canal do relâmpago. Relâmpagos têm sido detectados também do espaço, durante as duas 
últimas décadas, através de sensores óticos a bordo de satélites e naves espaciais. Os satélites não 
conseguem distinguir entre relâmpagos no solo e nas nuvens. Eles tem mostrado que cerca de 50-100 
relâmpagos ocorrem a cada segundo em nosso planeta, a maior parte na região tropical (cerca de 70 
%). Finalmente, naves espaciais tem mostrado que a Terra não é o único planeta onde relâmpagos 
ocorrem. Relâmpagos tem também sido detectados em Vênus, Júpiter e Saturno e, provavelmente, 
ocorrem em Urano e Netuno. 
 
 10
VALORES TÍPICOS DOS RAIOS 
 A gama de variações dos valores dos raios é uma questão preocupante, tendo em vista que os 
diversos componentes dos SPDA’s são dimensionados com base nestes dados. Normalmente não se 
trabalha com valores exatos,mas sim com faixas variação possíveis ou com valores típicos, conforme 
apresentado na tabela a seguir: 
 
Corrente 2 a 400 kA
Corrente de 70% dos raios Até 40 kA
Tempo de crista 1,2µs 
Tempo de meia cauda 50µs 
( )
dt
tdi 5,5kA 
 
 
 
 11
 
2. NECESSIDADE DE PROTEÇÃO 
 
GENERALIDADES 
 Estruturas especiais com riscos inerentes de explosão, tais como aquelas contendo gases ou 
líquidos inflamáveis, requerem geralmente o mais alto nível de proteção contra descargas atmosféricas. 
Prescrições complementares para este tipo de estrutura serão estudadas posteriormente. 
 
Para os demais tipos de estruturas, deve ser inicialmente determinado se um SPDA é, ou não, 
exigido. Em muitos casos, a necessidade de proteção é evidente, por exemplo: 
 Em locais com grande afluência de público; 
 Em locais que prestam serviços públicos essenciais; 
 Em áreas com alta densidade de descargas atmosféricas; 
 Em estruturas isoladas, ou com altura superior a 25m; 
 Em estruturas de valor histórico ou cultural. 
 
Mesmo que um SPDA não seja obrigatório, alguns fatores não podem ser avaliados e podem 
sobrepujar todas as demais considerações. Por exemplo, 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, pode 
determinar a necessidade de um SPDA, mesmo nos casos em que a proteção seria normalmente 
dispensável. 
Para determinar a necessidade de um SPDA, recomenda-se uma avaliação que considere o risco 
de exposição (isto é, o risco da estrutura ser atingida pelo raio), e ainda os seguintes fatores: 
 O tipo de ocupação da estrutura; 
 A natureza de sua construção; 
 O valor de seu conteúdo; 
 A localização da estrutura; 
 A altura da estrutura. 
 
 12
 AVALIAÇÃO DOS RISCOS 
 A probabilidade de uma estrutura ser atingida por um raio em um ano é o produto da densidade de 
descargas atmosféricas para a terra pela área de exposição equivalente da estrutura. 
 A densidade de descargas atmosféricas para a terra (Ng) é o número de raios para a terra por km2 
por ano. O valor de Ng para uma dada região pode ser estimado pela equação: 
Ng=0,04.Td1,25 [raios/km2/ano] 
 onde Td é o número de dias de trovoada por ano, obtido de mapas isoceráunicos como mostrado 
na figura a seguir: 
Mapa Isoceráunico 
 
 Define-se índice ceráunico como o número de dias de trovoadas que ocorrem por ano em uma 
determinada localidade. Este valor é determinado através de medições realizadas em todas as regiões 
do país e pode ser obtido consultando-se a literatura especializada ou solicitando este serviço ao 
Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais – INPE. 
 Ex.: índice ceráunico para a cidade do Rio de Janeiro = 24 dias de trovoadas/ano. 
 13
 A área de exposição equivalente (Ae) é a área do plano da estrutura prolongada em todas as 
direções, de modo a levar em conta a sua altura. Os limites da área de exposição equivalente estão 
afastados do perímetro da estrutura por uma distância correspondente à altura da estrutura no ponto 
considerado. Assim para uma estrutura retangular simples, de comprimento L, largura W e altura H, a 
área de exposição equivalente tem um comprimento L+2H e uma largura W+2H, com quatro cantos 
arredondados formados por segmentos de círculo de raio H, em metros. Então conforme a figura a 
seguir: 
Ae=LW+2LH+2WH+πh2 [m2] 
 
 Para estruturas mais complexas, obtém-se a área de captação pela superposição das áreas de 
captação correspondentes às partes de maior altura da edificação, conforme mostrado no exemplo a 
seguir: 
14 
 
 
 A freqüência média anual previsível (N) de descargas atmosféricas sobre uma estrutura é dada 
por: 
N=Ng.Ae.10-6 [raios/ano] 
 Depois de determinado o valor de N, que é o número provável de raios que anualmente atingem 
uma estrutura, o passo seguinte é a aplicação dos fatores de ponderação indicados nas tabelas 
apresentadas a seguir. Multiplica-se o valor de N pelos fatores pertinentes e compara-se o resultado 
com a freqüência admissível de danos, conforme o seguinte critério: 
 Se N≥10-3, a estrutura requer um SPDA; 
 Se 10-3> N>10-5, a conveniência de um SPDA deve ser decidida por acordo entre 
projetista e usuário; 
 Se N≤10-5, a estrutura dispensa um SPDA. 
 
 15
FATORES DE PONDERAÇÃO 
TIPO DE OCUPAÇÃO FATOR A 
Casas e outras estruturas de porte equivalente 0,3 
Casas e outras estruturas de porte equivalente 
com antena externa 
0,7 
Fábricas, oficinas e laboratórios 1,0 
Escritórios, hotéis e apartamentos 1,2 
Locais de afluência de público: igrejas, pavilhões 
teatros,museus, exposições, estádios, etc. 
1,3 
Escolas, hospitais, creches 1,7 
 
MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO FATOR B 
Metal revestido, cobertura não metálica 0,2 
Concreto armado, cobertura não metálica 0,4 
Metal ou concreto armado, cobertura metálica 0,8 
Alvenaria ou concreto simples com qualquer 
cobertura exceto metal e palha 
1,0 
Madeira ou revestida de madeira com qualquer 
cobertura exceto metal e palha 
1,4 
Alvenaria, madeira ou concreto simples com 
cobertura metálica 
1,7 
Qualquer estrutura com cobertura de palha 2,0 
 
CONTEÚDO FATOR C 
Comum, sem valor 0,3 
Sensível a danos (instalações de alto valor ou 
materiais vulneráveis a incêndios) 
0,8 
Subestações, gás, rádio, TV, telefônica 1,0 
Indústrias estratégicas, museus, monumentos, 
valores especiais 
1,3 
Escolas, hospitais e creches 1,7 
 
LOCALIZAÇÃO FATOR D 
Rodeado por árvores ou estruturas 
de mesma altura ou mais altas 
0,4 
Área contendo poucas estruturas ou 
árvores de altura similar 
1,0 
Isolada 2,0 
 
TOPOGRAFIA FATOR E 
Planície 0,3 
Elevações moderadas, colina 1,0 
Montanha de 300 a 900m 1,3 
Montanha acima de 900m 1,7 
 
 16
 
3. MÉTODOS DE PROTEÇÃO 
 
 Uma vez tomada a decisão de instalar um SPDA, certamente não será possível garantir 100% de 
eficiência a este sistema. A NBR 5419/93 faz corresponder 4 níveis de proteção conforme a eficiência 
global teórica esperada. São eles: 
 
NÍVEL DE 
PROTEÇÃO 
EFICIÊNCIA 
DO SPDA 
I 98% 
II 95% 
III 90% 
IV 80% 
 
 A NBR 5419/93 não estabelece um critério preciso para classificar as diversas estruturas dentro 
de cada nível de proteção, entretanto fornece exemplos desta classificação: 
 
 17
TABELA PARA SELEÇÃO DO NÍVEL DE PROTEÇÃO 
 
NÍVEL DE PROTEÇÃO I 
 
CLASSIFICAÇÃO 
DA ESTRUTURA 
TIPO DE EDIFICAÇÃO 
Estruturas com risco 
confinado 
Estações de telecomunicações usinas elétricas, indústrias com 
risco de incêndio. 
EFEITOS DAS 
DESCARGAS 
ATMOSFÉRICAS 
Interrupção inaceitável de serviços públicos, risco indireto para as 
imediações devido a incêndios e outros. 
 
CLASSIFICAÇÃO 
DA ESTRUTURA 
TIPO DE EDIFICAÇÃO 
Estruturas com risco 
para os arredores 
Fábricas de munição e fogos de artifício, refinarias, postos de 
combustível. 
EFEITOS DAS 
DESCARGAS 
ATMOSFÉRICAS 
Risco de incêndio e explosão para a instalação e seus arredores. 
 
 
CLASSIFICAÇÃO 
DA ESTRUTURA 
TIPO DE EDIFICAÇÃO 
Estruturas com risco 
para o meio ambiente 
Indústrias químicas, nucleares, laboratórios bioquímicos. 
EFEITOS DAS 
DESCARGAS 
ATMOSFÉRICAS 
Risco de incêndio e falhas de operação, com conseqüências 
perigosas para o local e para o meio ambiente. 
 
 
 18
 
NÍVEL DE PROTEÇÃO II 
 
CLASSIFICAÇÃO 
DA ESTRUTURA 
TIPO DE EDIFICAÇÃO 
Estruturas comuns Teatros, escolas, lojas de departamentos, áreas esportivas e igrejas. 
EFEITOS DAS 
DESCARGAS 
ATMOSFÉRICAS 
Danos às instalações elétricas e possibilidade de pânico. Falha do 
sistema de alarme contra incêndio, causando atraso no socorro. 
 
CLASSIFICAÇÃO 
DA ESTRUTURA 
TIPO DE EDIFICAÇÃO 
Estruturas comuns Bancos, companhias de seguros, companhias comerciais, e outros. 
EFEITOS DAS 
DESCARGAS 
ATMOSFÉRICAS 
Danos às instalações elétricas e possibilidade de pânico. Falha do 
sistema de alarme contra incêndio, causando atraso no socorro, 
perda de comunicações, falha dos computadores perda de dados. 
 
CLASSIFICAÇÃO 
DA ESTRUTURA 
TIPO DE EDIFICAÇÃO 
Estruturas comuns Hospitais, casas de repouso e prisões. 
EFEITOS DAS 
DESCARGAS 
ATMOSFÉRICAS 
Como para escolas, além de efeitos indiretos para pessoas em 
tratamento intensivo, e dificuldade de resgate de pessoas 
imobilizadas 
 
CLASSIFICAÇÃO 
DA ESTRUTURA 
TIPO DE EDIFICAÇÃO 
Estruturas comuns Museus e locais arqueológicos. 
EFEITOS DAS 
DESCARGAS 
ATMOSFÉRICAS 
Perda de patrimônio cultural insubstituível. 
 
 19
 
NÍVEL DE PROTEÇÃO III 
 
CLASSIFICAÇÃO 
DA ESTRUTURA 
TIPO DE EDIFICAÇÃO 
Estruturas comuns Residências. 
EFEITOS DAS 
DESCARGAS 
ATMOSFÉRICAS 
Perfuração da isolação da instalação elétrica, incêndio e danos ma-
teriais. Danos normalmente limitados a objetos no ponto de 
impacto ou no caminho do raio. 
 
CLASSIFICAÇÃO 
DA ESTRUTURA 
TIPO DE EDIFICAÇÃO 
Estruturas comuns Indústrias. 
EFEITOS DAS 
DESCARGAS 
ATMOSFÉRICAS 
Efeitos indiretos, conforme o conteúdo das estruturas, variando de 
danos pequenos a prejuízos inaceitáveis, e perda de produção. 
 
CLASSIFICAÇÃO 
DA ESTRUTURA 
TIPO DE EDIFICAÇÃO 
Estruturas comuns Fazendas e estabelecimentos agropecuários com estruturas de 
madeira. 
EFEITOS DAS 
DESCARGAS 
ATMOSFÉRICAS 
Risco indireto de incêndio e tensões de passo perigosas. Risco 
indireto devido à interrupção de energia, e risco de vida para 
animais devido a perda de controles eletrônicos, ventilação, 
temperatura, suprimento de alimentos, etc. 
 
 
 
NÍVEL DE PROTEÇÃO III 
CLASSIFICAÇÃO 
DA ESTRUTURA 
TIPO DE EDIFICAÇÃO 
Estruturas comuns Fazendas e estabelecimentos agropecuários com estruturas de 
alvenaria. 
EFEITOS DAS 
DESCARGAS 
ATMOSFÉRICAS 
Risco indireto de incêndio e tensões de passo perigosas. Risco 
indireto devido à interrupção de energia, e risco de vida para 
animais devido a perda de controles eletrônicos, ventilação, 
temperatura, suprimento de alimentos, etc. 
 
 
OBS.: No caso de edificações muito perigosas (inflamáveis, produtos tóxicos, explosivos, etc.) deve 
ser consultado um especialista para análise do grau de periculosidade, perigo para a vizinhança, 
determinar a área de inalação de gases e até onde a ignição poderá ser iniciada, etc. 
 
 Um sistema de proteção contra descargas atmosféricas tem como objetivo blindar uma 
estrutura, seus ocupantes e seus conteúdos, dos efeitos térmicos, mecânicos e elétricos associados com 
os relâmpagos. O sistema atua de modo que a descarga atmosférica possa entrar ou sair do solo sem 
passar através das partes condutoras da estrutura ou através de seus ocupantes danificando-os ou 
causando acidentes. Um sistema de proteção contra relâmpagos não impede que o relâmpago atinja a 
estrutura; ele promove um meio para controlar e impedir danos através da criação de um caminho de 
 20
baixa resistência elétrica para a corrente elétrica fluir para o solo. A idéia de proteger prédios e outras 
estruturas dos efeitos diretos dos relâmpagos através do uso de condutores foi pela primeira vez 
sugerida cerca de dois séculos atrás por Benjamin Franklin. 
 Os principais componentes de um sistema de proteção contra relâmpagos são: 
 Captores – Conhecidos como pára-raios, eles são hastes condutoras rígidas montadas em uma 
base com o objetivo de capturar o raio. Eles devem ser instaladas nos pontos mais altos da 
estrutura. Algumas vezes, estas hastes são interligadas através de condutores horizontais. 
 Condutores de Descida – Cabos que conectam os captores aos terminais de aterramento. 
 Terminais de Aterramento – Condutores que servem para conectar os condutores de descida 
ao solo. Eles são tipicamente condutores de cobre ou revestidos com cobre enterrados no solo. 
O nível de aterramento é bastante dependente das características do solo. 
 Condutores de Ligação Equipotencial – São condutores que visam igualar o potencial entra 
os diferentes condutores de modo a impedir descargas laterais. Descargas laterais, também 
conhecidas como correntes de sobretensão, são causadas por diferenças de potencial entre a 
corrente percorrendo o condutor e objetos próximos. Elas são o resultado da resistência finita 
dos condutores a passagem de corrente elétrica e a indução magnética. 
 
 A zona de proteção de um sistema de proteção contra relâmpagos formado por um terminal 
aéreo é a região adjacente, a qual é substancialmente imune a incidência direta de relâmpagos. 
 Os diversos métodos de implementar uma proteção contra descargas atmosféricas diferenciam-se 
basicamente, pela forma de captar os raios, ou seja, é a aplicação do captor que definirá o método de 
proteção. 
 No mundo inteiro existem váriosmétodos para se captar as descargas atmosféricas. No Brasil, os 
métodos mais conhecidos, que são aqueles recomendados pela ABNT na norma NBR 5419/93, são os 
seguintes: 
 Método de Franklin; 
 Método de Faraday; 
 Método Eletrogeométrico. 
 
 21
MÉTODO DE FRANKLIN 
 Este método considera a zona de proteção representada por um cone ao redor do terminal aéreo 
tendo um raio no solo função do ângulo de proteção (α). 
 
α
 
 
 Este ângulo depende do nível de proteção desejado e da altura da estrutura, conforme pode ser 
observado na tabela a seguir: 
 
NÍVEL DE 
PROTEÇÃO 
h<20 
(m) 
20<h<30 
(m) 
30<h<45 
(m) 
45<h<60 
(m) 
I 25o * * * 
II 35o 25o * * 
III 45o 35o 25o * 
IV 55o 45o 35o 25o 
 
 Estruturas cujo nível de proteção desejado e a correspondente altura, estejam assinalados por um 
asterisco (*), não devem ser protegidas pelo método de Franklin. Isto se deve ao fato de que muitas 
estruturas altas, protegidas por este método, recebiam descargas laterais. 
 Os ângulos de proteção e as correspondentes alturas máximas, para o nível de proteção IV, são 
mostrados, de forma esquemática, na figura a seguir: 
 
 22
 
 
 A seguir pode-se observar alguns exemplos de aplicação deste método. 
 
 
Captor único sobre estrutura. 
 
 
 23
 
Dois captores protegendo a estrutura sobrepondo suas zonas de proteção. 
 
 
Estrutura protegida por cabo pára-raios, isto é, um cabo que realiza a função de captor. 
 
 Um condutor horizontal tem a mesma eficiência que uma haste da mesma altura que se desloca ao 
longo do condutor. Na figura seguinte pode-se observar mais um exemplo deste tipo de proteção e 
como determinar a zona de proteção. 
 
 
 
 24
 
 Na prática, o condutor esticado adquire a forma de uma catenária, dificultando a obtenção da zona 
espacial de proteção. Este fato deve ser levado em conta na execução do projeto de um SPDA. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 25
 No Método de Franklin podem ser usados como captores hastes metálicas de diversas alturas ou 
cabos estendidos horizontalmente. Quando se utiliza hastes, esta normalmente apresentam uma 
terminação vulgarmente denominada de pára-raios Franklin. 
Pára-raios Franklin 
 
 
MÉTODO DE FARADAY 
 Este método tem como princípio básico a utilização de condutores horizontais em forma de 
anel para realizar a captura dos raios. Estes condutores em anel, formam uma malha ou gaiola, advindo 
dai o nome Gaiola de Faraday. 
 A Gaiola de Faraday é o método mais utilizado na Europa, além de se consistir numa proteção 
muito eficiente. 
 O princípio básico é que a “gaiola” é formada por várias quadrículas de condutores, ou sejam, 
anéis, que evitarão a penetração do raio no interior da estrutura. Faraday demonstrou que quando as 
correntes uniformemente distribuídas passam pela “gaiola”, o campo magnético no interior da mesma 
é nulo. Quando as correntes não são uniformes o campo no seu interior não é nulo, mas muito 
pequeno. O raio ao cair na estrutura, não produz uma dissipação uniforme. Por este motivo ocorrem 
induções internas devido à variação do campo magnético existente no interior da gaiola. 
 A proteção devido à Gaiola de Faraday se dá porque as correntes induzidas nas quadrículas 
criam campos magnéticos de oposição, levando o raio para as bordas da malha, obrigando-o a fluir 
para o cabo de descida. 
 Quanto mais malhada for a “gaiola”, melhor a blindagem e portanto, melhor a proteção. 
 26
 
 As dimensões das quadrículas da Gaiola de Faraday foram determinadas empiricamente, e são 
função do nível de proteção desejado. 
 
NÍVEL DE 
PROTEÇÃO 
MÓDULO DA 
MALHA 
(m) 
I 5x10 
II 10x15 
III 10x15 
IV 20x30 
 
 A seguir são apresentados alguns exemplos de estruturas protegidas com este método. 
Recomenda-se que locais de antenas de TV, de rádio, antenas parabólicas, ou letreiros luminosos, 
sejam protegidos pelo método de Franklin. 
 
 
 
 
 
 27
 
Gaiola de Faraday 
Proteção de estrutura com 20 metros de altura e nível de proteção III. 
 
 28
 Uma vez definida as características da malha captora da Gaiola de Faraday, deve-se definir a 
forma de sua instalação: 
 Malha suspensa a 20 cm da cobertura; 
 Malha apoiada sobre a cobertura; 
 Malha embutida na laje da cobertura. 
 Para diminuir a possibilidade dos condutores da malha captora serem danificados nos pontos de 
impacto, recomenda-se a instalação de pequeno captores verticais, denominados de terminais aéreos, 
com altura variando entre 30 e 50cm, separados ente si por uma distância variando de 5 a 8m ao longo 
dos condutores da malha. 
 
 
Terminal Aéreo de Fabricação TERMOTÉCNICA 
 
 
MÉTODO ELETROGEOMÉTRICO 
 Neste caso, aplica-se a teoria conhecida como “teoria das esferas rolantes” ou “teoria das 
esferas fictícias”. Esta teoria é baseada no conceito de distância de atração, que é definida como a 
maior distância em que o raio será atraído pelo captor ou pela terra. Esta distância, que define o raio da 
esfera rolante, depende da corrente do raio. 
 29
 
Distância de Atração 
 
 O método da esfera Rolante é o mais moderno, e consiste em fazer rolar uma esfera, por toda a 
edificação . 
 
 
 A zona de proteção calculada por esta teoria é em geral menor que aquela obtida pela "teoria do 
cone de proteção" (Método de Franklin). 
 30
 
 
 Esta esfera terá um raio definido em função do Nível de Proteção. 
 
NÍVEL DE 
PROTEÇÃO 
RAIO DA ESFERA 
(m) 
I 20 
II 30 
III 45 
IV 60 
 
 Os locais onde a esfera tocar a edificação são os locais mais expostos a descargas. Resumindo 
poderemos dizer que os locais onde a esfera toca, o raio também pode tocar, devendo estes ser 
protegidos. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 31
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 32
 
 
 
 
 
 
 
 
 33
 
 
 
 
Método Eletrogeométrico - proteção de estruturas baixas 
 
 
 
 34
 
4. AS DESCIDAS DO SPDA 
 
Recebem as correntes distribuídas pela captação encaminhando-as o mais rapidamente para o solo. 
Para edificações com altura superior a 20 metros têm também a função de receber descargas laterais, 
assumindo neste caso também a função de captação devendo os condutores ser corretamente 
dimensionados para tal. 
A condução das correntes até o solo deverá ser realizada de modo a não causar danos na estrutura 
protegida, manter os potenciais em um nível baixo e não produzir faiscamentos laterais com as 
estruturas metálicas próximas. 
O cabo de descida deve ser preferencialmente contínuo. Caso isto não seja possível, devem ser 
utilizadas soldas exotérmicas para realizar as conexões. 
 
CONEXÕES EXOTÉRMICAS 
As conexões exotérmicas utilizam o processo de aluminotermia. Através do uso de um pó 
exotérmico fundido em um molde de grafite. Após uma reação química, o pó transforma-se em uma 
liga de cobre formando a conexão da forma desejada para a soldagem de cobre com cobre, e cobre com 
outros metais. 
 
Conexão Exotérmica 
 
O pó exotérmico é constituído de uma mistura de óxido de cobre e alumínio, acondicionado em 
cartuchos de plástico. Cada cartucho contém o metal de ignição no fundo do tubo, com o metal de 
solda preenchendo o tubo até o topo. 
A forma final da conexão é fornecida pelo molde de grafite que, apesar de ser reutilizável, é 
específico para cada tipo de conexão. 
 
 35
 
 
Conexões Exotérmicas 
 
 
 
 
 
Conexões Exotérmicas 
 
 
 36
BITOLA DOS CABOS DE DESCIDA 
Como o raio produz aquecimento nos cabos de descida, os limites térmicos do cabo devem ser 
garantidos pelo dimensionamento adequado da sua bitola. A NBR 5419/93 prescreve o seguinte 
dimensionamento para estes cabos, em função do material utilizado: 
 
MATERIAL BITOLA 
Cobre 16 mm2 
Alumínio 25 mm2 
Aço 50 mm2 
 
 Em termos de efeito térmico, estas bitolas estão superdimensionadas, entretanto garantem a 
resistência dos condutores aos efeitos mecânicos. 
 
NÚMERO DE DESCIDAS 
Quando a corrente do raio flui pelos cabos de descida, é gerado ao seu redor um campo magnéticovariável que induz tensão nos materiais condutores vizinhos. 
 
 
 
Para atenuar as correntes induzidas nos materiais condutores vizinhos e reduzir o risco de 
centelhamentos e o aparecimento de tensões perigosas, deve-se distribuir, o mais uniformemente 
possível, os cabos de descida. A distribuição reduz o efeito térmico e também proporciona uma 
redução nos campos magnéticos induzidos no interior da estrutura minimizando assim, as 
interferências nos equipamentos eletrônicos sensíveis (EES). 
A NBR 5419/93 recomenda os seguintes espaçamentos médios entre os diversos condutores de 
descida, em função do nível de proteção desejado: 
 
 37
NÍVEL DE 
PROTEÇÃO 
ESPAÇAMENTO 
MÉDIO 
(m) 
I 10 
II 15 
III 20 
IV 25 
 
 Desta forma, verifica-se que o número de descidas é resultante da divisão do perímetro da 
estrutura pelo espaçamento indicado na norma. Recomenda-se que se utilize, pelo menos, duas 
descidas sempre que possível. 
 
SUPERFÍCIES EQUIPOTENCIAIS 
Devido às diferenças de potenciais que aparecem ao longo do cabo de descida e às tensões 
induzidas nos condutores adjacentes, podem surgir, no interior da estrutura, danos materiais 
(perfuração devido ao centelhamento) e pessoais (choque elétrico). Além disso, os cabos de descida 
nem sempre formam uma distribuição uniforme e simétrica, bem como as correntes que os percorrem 
também não são idênticas, desta forma, a descarga pode gerar potenciais distintos em uma mesma 
altura da estrutura. Portanto, é conveniente interligar todos os cabos de descida por um condutor 
horizontal próximo ou junto ao solo e a cada 20m de altura. 
 
 38
 
 Mais precisamente, a ligação equipotencial de ser efetuada: 
 No subsolo, ou próximo ao nível do solo. Os condutores de ligação 
equipotencial devem ser conectados a uma barra de ligação equipotencial, 
construída e instalada de modo a permitir fácil acesso para inspeção. Essa 
barra de ligação equipotencial deve estar conectada ao sistema de 
aterramento. Em grandes estruturas podem ser instaladas mais de uma barra 
de ligação equipotencial, desde que elas sejam interligadas. 
 Acima do nível do solo. Em intervalos de 20m, para estruturas com mais de 
20m de altura. As barras de ligação equipotencial devem ser conectadas ao 
anel horizontal que interliga os condutores de descida. 
A equalização de potencial constitui a medida mais eficaz para reduzir os riscos de incêndio, 
explosão e choques elétricos dentro da estrutura protegida. Esta equalização é obtida mediante 
 39
condutores de ligação equipotencial ou supressores de surto interligando, dentro do volume a proteger, 
o SPDA aos seguintes pontos: 
 Armação metálica da estrutura; 
 Instalações metálicas; 
 Massas; 
 Sistemas elétricos; 
 Sistemas eletrônicos; 
 Sistemas de telecomunicações. 
Caso uma ligação equipotencial deva suportar uma parte substancial da descarga 
atmosférica, as seções mínimas deverão estar de acordo com a tabela a seguir: 
 
MATERIAL BITOLA 
Cobre 16 mm2 
Alumínio 25 mm2 
Aço 50 mm2 
 
Caso uma ligação equipotencial deva suportar apenas uma porção insignificante da descarga 
atmosférica, as seções mínimas deverão estar de acordo com a tabela a seguir: 
 
MATERIAL BITOLA 
Cobre 6 mm2 
Alumínio 10 mm2 
Aço 16 mm2 
 
 40
 
Ligação Equipotencial 
 
 
PROXIMIDADE DO SPDA DE OUTRAS ESTRUTURAS 
Nos materiais condutores vizinhos aos cabos de descida e distanciados da superfície de 
equalização, o campo magnético gerado pela passagem da corrente do raio nos condutores de 
descida, pode induzir tensões que provocam centelhamento pelo ar ou pelo interior das paredes da 
estrutura. Este centelhamento, além de perigoso para o ser humano, pode também provocar 
incêndios. 
 
 41
 
Para evitar centelhamentos perigosos quando uma ligação equipotencial não pode ser 
efetuada, a distância de separação entre os condutores do SPDA e as instalações metálicas, massas 
e condutores dos sistemas elétrico, eletrônico e de telecomunicação deve ser aumentada em relação 
a distância de segurança “d”: 
ds ≥ 
l
k
k
kd
m
c
i= 
 Onde: 
 ki = depende do nível de proteção escolhido (Tabela 1 a seguir) 
 km = depende do material de separação (Tabela 2 a seguir). 
 kc = depende da configuração dimensional (Figuras 1, 2 e 3 a seguir). 
l = é o comprimento do condutor de descida, em metros, compreendido entre o ponto 
em que se consideram a proximidade e o ponto mais próximo da ligação 
equipotencial. 
 42
 
NÍVEL DE 
PROTEÇÃO ki 
I 0,1 
II 0,075 
III e IV 0,05 
Tabela 1: Valores do coeficiente ki 
 
MATERIAL km 
Ar 1 
Sólido 0,5 
Tabela 2: Valores do coeficiente ki 
 
 
Figura 1 
 
 43
Figura 2 
 
Figura 3 
 
 
 Em caso de estruturas com nível de proteção IV, costuma-se adotar a distância mínima de 0,5m 
entre o cabo de descida e as janelas ou portas metálicas. 
 
MUDANÇA DE DIREÇÃO DO CABO DE DESCIDA 
Os condutores de descida devem seguir o menor percurso possível, buscando-se sempre caminhos 
retos e verticais, de modo a evitar o acoplamento mútuo no próprio cabo. 
Se características arquitetônicas da estrutura não permitirem um trajeto adequado do cabo de 
descida, trajetos com curvas fechadas só serão permitidos se a distância “d” satisfizer as mesmas 
condições verificadas para a proximidade do SPDA de outras estruturas, ou seja: 
 44
ds ≥ 
l
k
k
kd
m
c
i= 
 onde: 
 s = distância de separação; 
ki = depende do nível de proteção escolhido; 
 km = 0,5; 
 kc = depende da configuração dimensional (em geral, kc =1); 
l = comprimento do condutor (ver Figura a seguir); 
 
 
 Cada condutor de descida (com exceção das descidas naturais) deve ser provido de uma 
conexão de medição, instalada próximo ao ponto de ligação ao eletrodo de aterramento. A conexão 
deve ser desmontável por meio de ferramenta, para efeito de medições elétricas, mas deve permanecer 
normalmente fechada. 
 
 
 45
 
5. ATERRAMENTO PARA UM SPDA 
 
 
 
Para assegurar a dispersão da corrente de descarga atmosférica na terra sem causar sobretensões 
perigosas, o arranjo e as dimensões do sistema de aterramento são mais importantes que o próprio 
valor da resistência de aterramento. Entretanto, recomenda-se uma resistência da ordem de 10Ω, como 
forma de reduzir os gradientes de potencial no solo e a probabilidade de centelhamento perigoso. 
Do ponto de vista da proteção contra descargas atmosféricas, um sistema de aterramento único e 
integrado à estrutura constitui a melhor solução e assegura uma proteção completa (isto é, proteção 
contra descargas atmosféricas, proteção das instalações elétricas de baixa tensão, dos sistemas 
eletrônicos a de telecomunicação). 
Sistemas de aterramento distintos devem ser interligados através de uma ligação eqüipotencial. 
Os seguintes tipos de eletrodo de aterramento podem ser utilizados: 
a) condutores em anel; 
b) hastes verticais ou inclinadas; 
c) condutores horizontais radiais; 
d) armações de aço das fundações. 
 
Eletrodos em forma de placas ou pequenas grades devem ser evitados, por razões de corrosão. 
É preferível instalar vários eletrodos adequadamente distribuídos, a um eletrodo mais longo. 
Eletrodos de aterramento, profundos são adequados para solos em que a resistividade diminua com 
a profundidade, e onde as camadas de baixa resistividade. ocorram a profundidades maiores do que 
aquelas em que normalmente são cravadas as hastes de aterramento. 
 
 46
SISTEMAS DE ATERRAMENTO PARA CONDIÇÕES NORMAIS 
Para condições normais, aplicam-se dois arranjos de eletrodos de aterramento: 
Arranjo A: 
Este arranjo é composto de eletrodos radiais ou verticais, sendo indicado para solos de baixa 
resistividade e pequenas estruturas. Cada condutor de descida deve ser conectado, no mínimo, a um 
eletrodo distinto, radial ou vertical (ou inclinado). Devem ser instalados, no mínimo, dois eletrodos. O 
comprimento mínimo de cada eletrodo deve ser igual a: 
a) I1 - Para eletrodos horizontais radiais: 
b) 0,5 I1 - Para eletrodosverticais (ou inclinados). 
 
sendo I1 o comprimento mínimo dos eletrodos radiais, obtido da equação: 
58,903,01 −= ρI 
ρ é a resistividade do solo em Ω.m. 
 
Notas: 
 a) Quando se utilizar uma combinação destes dois tipos de eletrodo, deve-se considerar o 
comprimento total. 
b) Em solos de baixa resistividade, os comprimentos mínimos calculados podem ser 
desconsiderados, desde que se obtenha uma resistência de aterramento inferior a 10Ω. 
c) Estes tipos de eletrodos de aterramento requerem cuidados quanto às tensões de passo e de 
contato, caso o local apresente risco para pessoas ou animais. As tensões de passo podem ser 
reduzidas aumentando-se a profundidade dos eletrodos horizontais, ou a profundidade do topo dos 
eletrodos verticais; as tensões de contato podem ser minimizadas mediante equalização de potencial. 
 
Arranjo B: 
Este arranjo é composto de eletrodos em anel ou embutidos nas fundações da estrutura. O raio 
médio geométrico r da área envolvida pelo eletrodo não deve ser inferior ao valor de I1 (conforme 
calculado anteriormente). 
Quando o valor exigido para I1, for maior que o valor calculado de r, devem ser acrescentados 
eletrodos cujos comprimentos são dados por: 
a) Para eletrodos horizontais: rII h −= 1 
b) Para eletrodos verticais: 
2
1 rII v
−
= 
 
 47
 
ATERRAMENTO PARA CONDIÇÕES PARTICULARES 
Em estruturas não providas de SPDA externo, deve ser instalado, para aterramento do SPDA 
interno, no mínimo, um eletrodo horizontal de comprimento I1, ou um eletrodo vertical (ou inclinado) 
de comprimento 0,5.I1. 
A ligação equipotencial principal deve estar aterrada nesse mesmo eletrodo. 
 
INSTALAÇÃO DE ELETRODOS DO ATERRAMENTO 
Com exceção dos eletrodos de aterramento naturais, os eletrodos de aterramento devem ser 
instalados externamente no volume a proteger, a uma distância de l m das fundações da estrutura. 
Eletrodos de aterramento formados de condutores em anel, ou condutores horizontais radiais, 
devem ser instalados a uma profundidade, mínima de 0,5m. Nos eletrodos radiais, o ângulo entre dois 
condutores adjacentes não deve ser inferior a 60o. 
Hastes de aterramento verticais (ou inclinadas) instaladas em paralelo devem ser uniformemente 
distribuídas no perímetro da estrutura, espaçadas entre si por uma distancia não-inferior à sua 
profundidade de cravação no solo. 
A profundidade e o tipo dos eletrodos de aterramento devem ser escolhidos de forma a minimizar 
os efeitos da corrosão, do ressecamento e congelamento do solo, e assim estabilizar a resistência de 
aterramento equivalente. Até 1m de profundidade, hastes de aterramento verticais são ineficazes em 
caso de congelamento do solo. Em solos de rocha viva, aplica-se somente o arranjo de aterramento B. 
 
ELETRODOS DE ATERRAMENTO NATURAIS 
As armações de aço embutidas nas fundações das estruturas, apresentando as características 
adequadas indicadas na NBR 5419, podem ser utilizadas como eletrodo de aterramento, nas seguintes 
condições: 
a) as armações de aço das estacas, dos blocos de fundação e das vigas baldrames devem ser 
firmemente amarradas com arame torcido em cerca de 50% de seus cruzamentos. As barras horizontais 
devem ser soldadas, ou sobrepostas por, no mínimo 20 vezes seu diâmetro e firmemente amarradas 
com arame torcido; 
b) em alternativa, pode ser acrescentada às armações da fundação para servir como eletrodo 
uma barra de aço de construção, com diâmetro mínimo de 10mm, ou uma fita de aço de 25mm x 4mm 
disposta com a largura na posição vertical, formando um anel em todo o perímetro da estrutura. A 
camada de concreto que envolve estes eletrodos deve ter uma espessura mínima de 5cm; 
c) as armações de aço das fundações devem ser interligadas com as armações de aço dos pilares 
da estrutura, utilizados como condutores de descida naturais, de modo a assegurar a continuidade 
elétrica; 
d) o eletrodo de aterramento natural assim constituído deve ser conectado à ligação 
equipotencial principal através de uma barra de aço com diâmetro mínimo de 10mm, ou uma fita de 
aço de 25mm x 4mm, soldada às armações de aço das fundações; 
e) os eletrodos de aterramento de fundação devem ser instalados de modo a permitir inspeção 
durante a construção. 
 48
6. EQUIPAMENTOS PARA UM SPDA 
 
 Os materiais utilizados devem suportar, sem danificação, os efeitos térmicos eletromecânicos das 
correntes de descarga atmosférica, bem como os esforços acidentais previsíveis. 
 
 Os materiais e suas dimensões devem ser escolhidos em função dos riscos de corrosão da 
estrutura a proteger e do SPDA. 
 
 As dimensões mínimas dos materiais do SPDA, indicados nesta apostila, podem ser aumentados 
em função de exigências mecânicas ou de corrosão. 
 
 Os riscos de corrosão provocada pelo meio ambiente, ou pela junção de metais diferentes, devem 
ser cuidadosamente considerados no projeto do SPDA. 
 
CAPTORES 
 
 
 49
ISOLADORES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 50
 
 
 
MASTROS, POSTES E TORRES 
 
 
 51
 
 
 
 
 
 
 
 
 52
 
 
 
 
 
 
 53
 
 
 
 
 
 
 
 54
 
ACESSÓRIOS DIVERSOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 55
 
7. SISTEMAS DE PROTEÇÃO ESPECÍFICOS 
 
SUPRESSORES DE SURTO 
 Um sistema de proteção contra relâmpagos pode também incluir componentes para prevenir 
danos causados por efeitos indiretos dos relâmpagos, tais como supressores de surtos. A atividade de 
relâmpagos próximos a um local, incluindo relâmpagos dentro das nuvens e entre nuvens, pode causar 
surtos de tensão, conhecidos como sobretensões ou transientes, que podem afetar linhas de tensão, 
cabos telefônicos ou de dados, e instrumentação em geral. Os surtos de tensão são aumentos 
momentâneos na tensão normal de um sistema, causados pêlos efeitos eletromagnéticos associados aos 
relâmpagos. Os supressores de surtos podem ser adicionados a um sistema de proteção contra 
relâmpagos para proteger os equipamentos eletrônicos contra sobretensões. Existem diversos tipos de 
supressores, entre eles centelhadores à ar, centelhadores à gás, varistores e diodos zener. Em várias 
aplicações é necessário o uso combinado de mais de um tipo de supressor, formando um circuito de 
proteção. 
Os supressores de surto devem ser instalados o mais próximo possível dos equipamentos 
protegidos. Se o módulo protetor estiver a mais de 100m do equipamento protegido, é necessária a 
instalação de um segundo módulo protetor próximo aos terminais de entrada/saída do equipamento 
eletrônico. De qualquer forma, os protetores devem ser devidamente aterrados para que possam 
desempenhar com eficiência as suas funções protetoras. 
 A figura a seguir ilustra a aplicação dos supressores de surto. 
 
 
 56
SUPRESSORES DE SURTO PARA CIRCUITOS DE ENERGIA 
 São encontrados módulos supressores de surto para circuitos monofásicos, bifásicos e 
trifásicos. Devem ser observadas as seguintes recomendações: 
 Os módulos protetores devem ser instalados nas proximidades dos equipamentos 
eletrônicos, em paralelo com seu circuito de alimentação, sempre após o disjuntor de 
proteção de sobrecorrente. 
 Se houver falha do módulo protetor, ou quando este atingir seu tempo de vida útil, pode 
ocorrer um curto-circuito monopolar à terra cujo sistema deverá ser interrompido pela ação 
do disjuntor de proteção de sobrecorrente. A vida útil dos módulos protetores depende do 
fabricante, do tipo e do tipo e intensidade dos surtos que o atingem. 
 Selecionar os módulos protetores em função do valor máximo da energia transitória 
dissipada com onda 8x20µs, ou ainda, em função do nível de proteção desejado, selecionar 
um protetor que suporte um elevado valor de corrente para uma onda 8x20µs quando for 
desejada uma proteção duradoura e mais eficaz. 
 
 A figura a seguir apresenta o protetor contra surtos VCL da CLAMPER: 
 
 Suas principais características são as seguintes: 
 Grande capacidade energética. Suporta correntes de surto de até 40.000A em elevados 
valoresde sobretensão transitória; 
 Tempo de atuação da ordem de nanossegundos (bilionésimos de segundo), compatível 
com os mais modernos equipamentos eletrônicos; 
 Facilmente instalável no quadro de distribuição de energia (junto aos disjuntores) nas 
residências, escritórios e indústrias, oferecendo proteção para os aparelhos conectados 
aos circuitos oriundos daquele quadro; 
 Possui dispositivo de proteção interna contra eventuais acidentes na rede elétrica, atuando 
tanto por sobrecorrentes quanto por sobretemperatura; 
 Indicador de operação através de sinalização luminosa local bicolor; 
 Pode atuar centenas ou milhares de vezes sem necessidade de ser substituído ou religado. 
 57
As sobretensões transitórias e instantâneas de elevada amplitude são conduzidas através da 
rede de alimentação para as instalações elétricas industriais e domésticas. A supressão destas 
sobretensões evita a sua propagação na rede elétrica interna e conseqüentemente evita os 
eventuais danos que podem ser causados aos equipamentos eletro-eletrônicos conectados a ela. 
Conforme prevê a ABNT NBR 5410/97 esta supressão deve ser proporcionada por dispositivos 
apropriados de proteção contra sobretensões. O supressor de surto é um protetor contra 
sobretensões transitórias, para instalação em quadros de distribuição de energia elétrica de 
residências, escritórios e áreas industriais. Integra um elemento supressor de alta capacidade de 
dreno de corrente (Varistor de Óxido Metálico de até 80 KA @ 8x20 microsegundo) e um 
dispositivo térmico de segurança que desconecta o elemento supressor da rede se, 
eventualmente, o protetor foi submetido a distúrbios acima de sua capacidade ou acidentes na 
rede elétrica. 
O supressor de surto VCL da CLAMPER pode ser utilizado em circuitos monofásicos, bifásicos e 
trifásicos, conforme diagrama esquemático abaixo: 
 
É facilmente instalado nos quadros de distribuição e oferece proteção para todos os 
equipamentos eletro-eletrônicos conectados aos circuitos oriundos deste quadro. Sua concepção 
mecânica permite montá-lo com fixação rápida sobre trilho padronizado de 35mm ou em garras. 
 
 
 
 58
 
Exemplo de quadro de distribuição trifásico (Sistema TN-S) 
 
Dimensões: 
 
Dados Técnicos: 
Tipos Valores Máximos 
(TA = 85ºC) 
Características 
(TA = 25ºC) 
 
Clamping 
VCL VRMS 
(V) VDC 
i Max. 
8 x 20 µs 
WMax. 
2 ms 
Vv 
1mA ∆Vv 1mA V i 
C tip 
1KHz 
175V 8KA 175 225 V 8000 A 98 J 270 V +/- 10% 455 100A 1000pF
275V 8KA 275 350 V 8000 A 151 J 430 V +/- 10% 710 100A 630pF 
440V 8KA 440 585 V 8000 A 185 J 715 V +/- 10% 1180 100A 400pF 
175V 40KA 175 225 V 40000 A 325 J 270 V +/- 10% 455 300A 4300pF
275V 40KA 275 350 V 40000 A 550 J 430 V +/- 10% 710 300A 2700pF
440V 40KA 440 585 V 40000 A 950 J 715 V +/- 10% 1180 300A 1700pF
Modelos com capacidade de dreno de corrente de 16.000 ou 80.000 Ampères sob consulta. 
 
 
 59
SUPRESSORES DE SURTO PARA LINHAS TELEFÔNICAS 
 Como as linhas telefônicas são, muitas vezes, o meio de comunicação de dados em informática, 
é necessário bloquear a penetração de transitórios através delas. Isto pode ser feito utilizando um 
módulo protetor em série com o equipamento protegido, instalado em suas proximidades. Devem ser 
observadas as seguintes recomendações: 
 Selecionar o módulo protetor em função da classe de tensão que pode variar entre 25 e 
150V em corrente contínua; 
 Observar que, logo após a atuação, o módulo protetor regenera as condições normais da 
linha telefônica; 
 Um só módulo protetor pode proteger várias linhas telefônicas, de acordo com o modelo 
adotado; 
 Da mesma forma que a proteção de linhas elétricas, selecionar os módulos protetores em 
função do valor máximo da energia transitória dissipada com onda 8x20µs, ou ainda, em 
função do nível de proteção desejado, selecionar um protetor que suporte um elevado valor 
de corrente para uma onda 8x20µs quando for desejada uma proteção duradoura e mais 
eficaz. 
 
SUPRESSORES DE SURTO DIVERSOS 
 Outros tipos de protetores também estão disponíveis no mercado. Alguns tipos são relacionados 
a seguir: 
 Proteção contra surtos transitórios elétricos para equipamentos eletro-eletrônicos 
conectados à cabos coaxiais; 
 
 
 Proteção contra surtos transitórios elétricos para equipamentos eletro-eletrônicos 
conectados à LAN Ethernet; 
 60
 
 
 
 Proteção contra surtos transitórios elétricos para equipamentos eletro-eletrônicos 
conectados à linhas de sinais de controle e alimentação; 
 
 
 Proteção contra surtos transitórios elétricos para equipamentos eletro-eletrônicos 
conectados à linhas telefônicas discadas (LD); 
 Proteção contra surtos transitórios elétricos para equipamentos eletro-eletrônicos 
conectados à linhas privativas de comunicação de dados (LPCD), interfaces RS-422 e RS-
485; 
 61
 
 
 Proteção contra surtos transitórios elétricos para transmissores montados no campo 
conectados à linhas de sinais de controle e supervisão; 
 
 
 
 Proteção contra surtos transitórios elétricos para equipamentos eletro-eletrônicos 
conectados à linhas de dados de interface RS-232-C; 
 
 
 
 62
PROTEÇÃO DE ESTRUTURAS METÁLICAS 
 
 
 
 Para o caso de edificações com algum tipo de estrutura metálica – sejam colunas, estruturas do 
telhado ou as próprias telhas, tem-se um pequeno paradoxo: devido à sua natureza, são grandes 
atratoras de raios e, portanto, potencialmente mais perigosas; entretanto, dispensam a adição de 
componentes, e, desde que devidamente aterradas, são as mais seguras possíveis. 
 Por estrutura metálica, definimos não apenas elementos estruturais propriamente ditos, mas 
também quaisquer elementos metálicos de porte suficiente e em posições tais que possam que possam 
interagir com a queda do raio e/ou sua condução à terra. 
 Assim, podemos ter: 
 telhas metálicas 
 estruturas metálicas de suporte das telhas (sejam estas metálicas ou não) 
 colunas metálicas 
 elementos diversos: rufos metálicos, escada tipo marinheiro, tubulações expostas, etc. 
Pode-se então definir os seguintes casos, conforme a ocorrência de cada elemento metálico: 
Caso Telhas 
Metálicas 
Estruturas 
Metálicas 
Colunas 
Metálicas 
I sim não não 
II não sim não 
III não não sim 
IV sim sim não 
V não sim sim 
VI sim sim sim 
 
Obs: não é comum encontrar-se telhas e colunas metálicas sem estrutura metálica. 
Captação dos raios 
Nos casos I e IV, se as telhas tiverem espessura igual ou maior que 2mm (para o aço, e 4 mm 
para o alumínio), o telhado é considerado autoprotegido e não há necessidade de nenhuma providência 
extra para captar os raios. 
Já para as telhas que tiverem espessura menor que o indicado acima, poderão haver perfurações 
pelos raios de maior intensidade, mas as correntes serão conduzidos sem problemas. O único risco é a 
formação de goteiras, o que, na maioria das vezes, é aceitável. 
 63
No caso de edifícios com conteúdos perigosos, deve-se levar em conta - e, conforme o caso, 
evitar - o fato do telhado ficar energizado, podendo ocasionar centelhas. 
Já nos casos II, V e VI, a estrutura metálica de sustentação costuma estar toda interligada, 
formando, assim, uma gaiola de Faraday natural no prédio. 
Cuidados com as telhas não metálicas: as telhas não metálicas estão fora do volume de 
proteção, o que significa que poderão ser atingidas pelos raios; o risco é a quebra das telhas e queda de 
alguns cacos dentro da estrutura. A norma VDE considera esse risco muito baixo, porque a maioria dos 
raios cairá nas peças metálicas de fixação das telhas. Se for desejado reduzir ainda mais o risco, pode-
se instalar hastes verticais de 30 a 50cm, ligadas à estrutura e distanciadas de 5 a 8m; exagerando os 
cuidados, poderia ser instalada uma malha de condutores (10 x 15 a 10 x 20m) ligada à estrutura. Se as 
telhas não forem suficientemente fortes para suportar o deslocamento de ar no instante do impacto do 
raio, podem ser colocadas hastes captoras com altura e espaçamento calculados deacordo com o nível 
de proteção elegido. 
Para o caso III, não existe captação natural, o que exige a instalação de captores verticais 
(Eletrogeométrico) ou horizontais (gaiola de Faraday). 
Descidas 
 Para os casos III, V e VI, as colunas metálicas devem ser utilizadas como descidas naturais, 
aterradas na base e ligadas, no alto, com a estrutura metálica ou telhas metálicas ou, ainda, com os 
captores (no caso de teto não metálico). 
Nos casos I, II e IV, no entanto, é necessária a instalação de descidas convencionais. 
Há uma preocupação popular infundada contra a utilização de colunas metálicas como 
descidas, devido ao perigo das tensões de toque. É claro que estas existirão, mas deve-se notar que e o 
raio descerá pela coluna metálica, querendo-se ou não. 
O tubo de PVC, geralmente instalado na base de descidas por cabos, NÃO é bom isolante, 
tendo como funções unicamente a proteção mecânica do cabo e um acabamento estético; 
Assim, o lógico é utilizar as colunas como descidas, proceder ao aterramento das mesmas, de 
preferência com um anel de contorno e, se necessário, tomar as providências para prevenir tensões de 
toque, mantendo as pessoas afastadas através de avisos. 
Aterramento 
Nos casos I, II e IV, executar o aterramento conforme já descrito; nos demais, todas as colunas 
devem ser interligadas ao anel de terra, exceto quando o espaçamento entre elas for bastante pequeno. 
Convém salientar novamente a conveniência da utilização (criteriosa) das armações das 
fundações de concreto normalmente utilizadas para colunas metálicas. 
 
 
 64
PROTEÇÃO DE ESTRUTURAS DE CONCRETO 
 
 
Como uma extensão natural do uso da estrutura metálica para captação, condução e dispersão 
da corrente dos raios no solo, técnica muito utilizada nos Estados Unidos, surgiu a idéia de se utilizar a 
ferragem do concreto armado com a mesma finalidade. Para o raio, é como se o concreto não fizesse 
muita diferença, ou seja, o raio "enxerga" toda a ferragem da armadura do concreto de um prédio como 
se fosse uma estrutura metálica. 
Concreto Armado 
Quando cai um raio sobre um prédio, as correntes que vão passar pelo primeiro condutor 
atingido - captor ou descida (esta no caso de descarga lateral em prédios altos) - serão da ordem de 
dezenas ou centenas de kA, com duração total da ordem de ms e com freqüências elevadas, com 
componentes de dezenas de kHz até alguns MHz, podendo-se pensar nos seguintes efeitos: 
 aquecimento das barras 
 arcos elétricos nas junções das barras 
 efeito pelicular 
Esses efeitos preocupam os engenheiros civis, pois qualquer um deles, mesmo ocorrendo 
individualmente, poderia prejudicar a resistência do conjunto concreto-aço, que depende da aderência 
de um elemento ao outro. 
Aquecimento das Barras 
No caso das correntes do raio, o aquecimento é muito baixo em relação ao suportável pelo 
concreto armado. Se a ferragem for utilizada também para escoar correntes de curto circuito poder-se-
ia ter, realmente, algum risco, pois o tempo passaria a ser bem maior e, com uma corrente de 10 ou 20 
kA passando por 1 a 5 segundos, a elevação da temperatura pode provocar o destacamento da barra em 
relação ao concreto. 
Arcos nas Junções 
Os arcos elétricos nas junções das barras constituem o maior risco quando se utilizam as 
ferragens para condução da corrente do raio, principalmente nas descidas e, em especial, nos cantos 
das edificações. De fato, a maior incidência dos raios é mesmo nos cantos dos prédios, e a divisão das 
correntes é tal que, pela descida correspondente, desce cerca de 50% da corrente, o que corresponde a 
valores de 50 a 125 kA para os diversos níveis de proteção (usa-se, para efeito de cálculo, 250 kA para 
o nível I, 150 kA para o nível II e 100 kA para os níveis III e IV, segundo a IEC). 
Na prática convencional, ao longo das colunas de concreto armado, as barras são amarradas 
entre si pelos estribos através de arame recozido, sem a preocupação de obtenção de bom contato 
elétrico e, nas emendas das barras, não há nem necessidade dessa amarração. Para obtenção da 
resistência mecânica desejada da coluna de concreto é até conveniente que o cimento entre em contato 
 65
com toda a secção do aço, ou seja, se a amarração for feita ela não precisa ser firme; a finalidade é 
apenas manter a ferragem no local durante a fundição do concreto. 
Quando a corrente do raio passar de uma barra a outra com um mal contato entre elas, surgirá 
um arco elétrico, que provocará a rápida evaporação da água contida no concreto e sua conseqüente 
explosão, com possíveis riscos para a integridade da coluna. Deve-se providenciar, pois, uma boa 
amarração através dos estribos, para se ter uma divisão da corrente entre as barras verticais das colunas 
e, também, uma amarração firme entre as barras verticais ao longo da coluna, com resistência elétrica 
inferiores a 10 ohms, para que não hajam arcos elétricos. Ao longo da coluna teremos vários percursos 
em paralelo, pois as barras de cada coluna são interligadas pelos estribos a cada 10 a 15 cm e as 
exigências de continuidade em geral são satisfeitas. Dadas às dificuldades de um empreiteiro eletricista 
supervisionar o serviço de funcionários do empreiteiro das obras civis, é preciso treinar o pessoal ou 
usar barras adicionais dedicadas. De qualquer maneira, será necessário prover pontos de verificação da 
continuidade para que o pessoal encarregado da fiscalização possa verificá-la ao longo das colunas e 
entre estas e as lajes. 
Efeito Pelicular 
Como as correntes dos raios são de alta freqüência, com tendência, pois, a passar pela periferia 
do condutor, é de se pensar na possibilidade da barra de aço se soltar do concreto, diminuindo a 
resistência mecânica deste. Foram realizadas experiências com barras de ferro embutidas em blocos de 
concreto e submetidas à passagem de correntes de impulso. Os resultados mostraram que esse efeito 
não é de causar preocupações para a integridade das vigas e colunas de concreto armado. 
As Recomendações das Normas 
Com exceção da norma francesa, a grande maioria das normas permite a utilização das 
ferragens do concreto, exigindo apenas que haja continuidade elétrica, mas sem definir o limite 
superior da resistência elétrica, considerando que a amarração “normal”, “usual”, “comum”, “habitual” 
é suficiente. Consideram essas normas que, embora a resistência individual de cada conexão possa ser 
alta, serão muitas as conexões, e a corrente se dividirá de tal maneira que a possibilidade de dano 
como aqueles detectados em laboratório é muito pequena. 
A Execução Segura 
Dada a dificuldade do empreiteiro da obra civil em garantir a continuidade elétrica das 
conexões, por não ter pessoal acostumado a se preocupar com isso, e aos possíveis problemas de 
interferência de um empreiteiro eletricista verificando o serviço que está sob responsabilidade de outro 
empreiteiro, a melhor solução poderá ser a utilização de uma ferragem especial dedicada para o 
sistema de proteção. 
A ferragem dedicada será constituída por barras soldadas, unidas por conectores de aperto ou 
por buchas especiais, colocadas em todas as colunas e interligadas por outras barras colocadas nas 
vigas e nas lajes. Teremos assim, em cada piso de um edifício, uma "malha de terra" que uniformizará 
os potenciais de cada andar e à qual será ligada a barra de equalização principal dos potenciais (ou 
LEP) do andar. À LEP serão ligados os condutores PE ou PEN previstos pela NBR-5410 e os 
terminais terra dos protetores ligados aos condutores fase da instalação, quando forem necessários. Se 
a largura, no caso e edifícios industriais ou comerciais, for grande (> 40m), e se houver possibilidade 
de instalação de aparelhagem eletrônica sensível - um CPD, por exemplo - é conveniente a colocação 
de barras horizontais formando malhas de 10x10 a 10x15m. Dessa forma, poderão ser instaladas varias 
LEPs para um aterramento em malha. Se já se souber a área a ser ocupada pelo CPD, por