Spda-Dimencionamento

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UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
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Universidade Tecnológica Federal do Paraná campus Curitiba 
Departamento Acadêmico de Eletrotécnica 
Disciplina de Instalações Prediais 
Professor Paulo Sérgio Walenia 
 
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Capítulo 11 - Sistema de Proteção Contra Descargas Atmosféricas 
 
11.1 Dimensionamento de uma instalação de pára-raios 
 
O correto dimensionamento de uma instalação de proteção contra descargas 
atmosféricas proporciona um elevado grau de segurança às construções em geral e 
em particular aos empreendimentos fabris, principalmente àqueles que trabalham 
com produtos de alto risco e estão localizados em região de elevado índice 
ceráunico, que representa o número de dias de trovoada por ano. 
Esse dimensionamento será feito tanto para proteção de construções em 
geral, como para a proteção de subestações de consumidor instaladas ao tempo. 
Antes de se tomar uma decisão aleatória sobre a necessidade de dotar 
determinada construção de uma proteção adequada contra incidência de raios, é 
prudente que se calcule a probabilidade ponderada que permitirá uma decisão 
técnica sobre o empreendimento. 
O método a ser utilizado é da norma BS6651 (origem inglesa) e inserido na 
revisão da NBR 5419. Esse método considera valores de ponderação em função do 
tipo de ocupação predial, o material de construção utilizado, localização, etc, de 
acordo com a tabela 11.1. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Tabela 11.1 - Fatores de ponderação. 
 Tipo de 
ocupação A Material de 
construção B Conteúdo C Localização D Topografia E 
Habitação 0,3 
Construções 
de cobertura 
não metálica 
0,2 
Sem valor 
patrimonial 
ou histórico 
0,3 
Áreas 
circundadas 
por árvores 
ou estruturas
de qualquer 
natureza 
0,4 Planícies 0,3 
Habitação com 
antena externa 0,7 
Construções 
de concreto e 
cobertura 
não metálica 
0,4 Sensível a 
danos 0,8 Áreas semi- 
isoladas 1,0 Colinas 1,0 
Construções 
industriais 1,0 
Construção 
de metal ou 
concreto e 
cobertura 
metálica 
0,8 
Subestações, 
centrais 
telefônicas, 
instalações 
de gás, 
estações de 
rádio e TV 
1,0 Áreas 
isoladas 2,0 
Montanhas 
com altura 
entre 300 a 
900m 
1,3 
Construções 
destinadas a 
hóteis, móteis, 
salas comerciais 
1,2 Construções 
de alvenaria 1,0 
Museus, 
monumentos 
e 
construções 
de mesma 
natureza 
1,3 
Montanhas 
com altura 
acima de 
900m 
1,7 
Construções 
destinadas a 
shopping center, 
museus, centros 
esportivos e 
similares 
1,3 Construção 
de madeira 1,4 
Escolas, 
hospitais e 
similares 
1,7 
Escolas, 
hospitais e 
similares 
1,7 
Construção 
de alvenaria 
ou madeira 
com 
cobertura 
metálica 
1,7 
 
Construções 
com 
coberturas de 
palha e 
similares 
2,0 
Fonte: NBR 5419 
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O fator de ponderação final é dado pela equação: 
pr0 NEDCBAP ×××××= 
A, B, C, D, E – fatores de ponderação da tabela 11.1; 
Npr – número provável de raios que possa atingir a construção é dado pela 
equação: 
6
dacpr 10NSN −××= 
Sc – área da construção, em m², dada por: 
2HHW2LH2LWAe π+++= [m²] 
L – largura; 
W – comprimento; 
H – altura. 
 
Nda – densidade de raios, em raios/km²/ano, dada pela equação: 
β×α= tda NN 
N - trovoada por ano obtido do mapa isoceráunico, anexo ao final deste 
capítulo. Para a região de Curitiba – Paraná: curva 40; 
β
t
 
 α = 0,04; 
 β = 1,25; 
 
A partir do valor P0 pode-se determinar, através da tabela 11.2, a necessidade 
ou não de se investir na proteção contra descargas atmosféricas. 
 
Tabela 11.2 - Probabilidade ponderada 
Probabilidade Ponderada Proteção desejada 
P0 P0 > 0,00001 Recomendada 
P0 ≥ 0,001 Obrigatória 
 
 
 
 
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11.2 Níveis de proteção 
 
Mesmo com a instalação de um sistema de pára-raios, há sempre a 
possibilidade de falha desse sistema, podendo a construção protegida, neste caso, 
ser atingida por uma descarga atmosférica. A partir dessa premissa, a IE-1024-I, 
determina quatro diferentes níveis de proteção, com base nos quais devem estar 
tomadas decisões de projeto mais ou menos severas. Esses níveis de proteção 
estão assim definidos: 
 
• Nível I: é o nível mais severo quanto à perda de patrimônio. Refere-se 
às construções protegidas, cuja falha no sistema de pára-raios pode 
provocar danos às estruturas adjacentes, tais como as industrias 
petroquímicas, de materiais explosivos, etc. 
• Nível II: refere-se às construções protegidas, cuja falha no sistema de 
pára-raios pode ocasionar a perda dos bens de estimável valor ou 
provocar pânico aos presentes, porém sem nenhuma conseqüência 
para as construções adjacentes. Enquadram-se neste nível os museus, 
teatros, estádios, etc. 
• Nível III: refere-se às construções de uso comum, tais como os prédios 
residenciais, comerciais e industriais de manufaturados simples. 
• Nível IV: refere-se às construções onde não é rotineira a presença de 
pessoas. São feitas de material não inflamável, sendo o produto 
armazenado nelas de material não combustível, tais como armazéns 
de concreto para produtos de construção. 
 
Existem basicamente três métodos de proteção contra descargas 
atmosféricas, ou seja: 
 
11.3 Método de Franklin 
 
Consiste em se determinar o volume de proteção propiciado por um cone, 
cujo ângulo de geratriz com a vertical varia segundo o nível de proteção desejado e 
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para uma determinada altura da construção. A tabela 11.3 fornece o ângulo máximo 
de proteção para uma altura da construção não superior a 20m. 
 
Tabela 11.3 - Ângulo de proteção 
Nível de Proteção Ângulo de proteção (º) 
I 25 
II 35 
III 45 
IV 55 
 
Já a tabela 11.4 fornece o ângulo de proteção contra descargas atmosféricas 
tomando como base diferentes alturas de construção. 
 
Tabela 11.4 - Ângulo de proteção (º) e altura da construção 
Altura da construção (m) Nível de 
Proteção 20 30 45 60 >60 
I 25 Não é permitida a proteção pelo método 
II 35 25 de Franklin 
III 45 35 25 
IV 55 45 35 25 
 
Por exemplo, num projeto de uma construção predial comercial de 12 
andares, ou seja, 42 m de altura aproximadamente, o ângulo de proteção deve ser 
de 25º, já que se trata de prédio classificado no nível III. 
Os projetos de instalação de pára-raios pelo método de Franklin podem ser 
elaborados tomando-se a seguinte seqüência de cálculo. 
 
(a) Zona de proteção 
O pára-raios oferece uma proteção dada por um cone cujo vértice 
corresponde à extremidade superior do captor e cuja geratriz faz um ângulo α com a 
vertical, propiciando um raio de base do cone de valor dado pela equação a seguir, 
conforme se observa na figura 11.1. 
 
α×= tgHR cp 
 
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Rp – raio de base do cone de proteção, em m; 
Hc – altura da extremidade do captor, em m; 
α – ângulo de proteção com a vertical dado na tabela 11.4. Se houver mais de 
umcaptor, pode-se acrescer 10º ao ângulo α. 
 
H
c
Rp
 
Figura 11.1 Zona de proteção 
 
Deve-se estabelecer uma proteção de borda da parte superior da edificação, 
através de um condutor pondo a malha de interligação dos captores. 
 
(b) Número de condutores de descida 
Deve ser função do nível de proteção desejado e do afastamento entre os 
condutores de descida, ou seja: 
cd
co
cd D
P
N = 
Ncd – número de condutores de descida 
Pco – perímetro da construção, em m; 
Dcd – distância entre os condutores de descida, dada na tabela 11.5. 
 
Tabela 11.5 - Distância máxima entre os condutores de descida 
Nível de proteção Distância máxima (m) 
I 10 
II 15 
III 20 
IV 25 
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Os condutores de descida devem ser distribuídos ao longo de todo o 
perímetro da construção, com um espaçamento máximo em função do nível de 
proteção desejado e dado na tabela 11.5 não se admitindo um número de descidas 
inferior a 2. 
A figura 11.2 mostra esquematicamente os condutores de descida de uma 
construção fabril. 
 
Haste 
Copperfield 
16x2400mm
Cabo
Tubo PVC
Caixa de 
inspeção
h=3m
(proteção mecânica)
D 2 D 3D 1
Anel intermediário no 
máximo a cada 20m
Figura 11.2 Condutores de descida de um SPDA 
 
Deve ser de no mínimo quatro o número de descidas em torres ou chaminés 
de altura superior a 25m e com seções transversais quadradas ou hexagonais. 
Devem ser previstos pelo menos dois captores para as chaminés. 
Todas as partes metálicas que compõem as torres e chaminés, tais como 
tirantes de estaiamento, fundações, etc., devem ser devidamente aterradas. 
 
(c) Seção do condutor 
De preferência, ddevem ser utilizados condutores de cobre nu, principalmente 
em zonas industriais de elevada poluição ou próximas à orla marítima. 
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A seção mínima dos condutores é dada em função do tipo do material 
condutor e da altura da edificação, conforme a tabela 11.6. 
 
Tabela 11.6 - Seção dos condutores de malha superior a de descida em mm² 
Material condutor 
Condutor de 
Descida – h ≤ 20m 
Condutor de 
Descida – h>20m Captor Aterramento
Cabo de cobre 16 35 35 50
Cabo de alumínio 25 70 70 -
Cabo de aço galvanizado 50 50 50 80
 
Nas interligações entre captores, descidas e massas metálicas e entre os 
eletrodos de aterramento, a seção mínima do condutor de cobre é de 16mm². 
(d) Resistência da malha de terra 
A resistência da malha de terra não deve ser superior a 10Ω em qualquer 
época do ano. Quando a construção for destinada a materiais explosivos ou 
inflamáveis, a resistência da malha de terra não deve ser superior a 1Ω. 
 
11.4 Método de Faraday 
 
Consiste em envolver a parte superior da construção com uma malha 
captadora de condutores elétricos nus, cuja distância entre eles é função do nível de 
proteção desejado e dado pela tabela 11.7: 
 
Tabela 11.7 - Dimensões máximas – Gaiola de Faraday 
Nível de 
proteção 
Largura da malha (a) 
I 5 m 
II 10 m 
III 15 m 
IV 20 m 
a 
b 
a 
b 
b≤ 2 x a 
Fonte: NBR 5419 
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O número de condutores da malha ( ) pode ser determinado para qualquer 
dimensão da malha, pela seguinte equação: 
CMN
 
CO
M
CM D
DN = 
 
MD → dimensão da área plana da malha captadora no sentido da largura e do 
comprimento, em metros; 
COD → distância entre os condutores, em metros (tabela 11.7). 
 
É prudente a instalação de hastes verticais ligadas ao longo da malha de 
proteção e distanciadas de cerca de 8 m. O comprimento das hastes verticais deve 
ser de 50 cm, no mínimo. 
O método de Faraday tem recebido, ultimamente, a preferência dos 
projetistas. É que, pelo método de Franklin, a interligação das hastes suportes dos 
captadores pode conduzir a uma malha no topo da construção de dimensões tais, 
que resultam praticamente nas dimensões necessárias à aplicação do método de 
Faraday. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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ANEXOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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CAPTOR FRANKLIN 
MASTRO 
DETALHE DE CAPTOR TIPO FRANKLIN EM
Figura 11.3 Captor Franklin 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 11.4 Detalhe da descida e caixa de inspeção do SPDA 
 
 
 
 
 
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Figura 11.5 Mapa isoceráunico 
	11.1 Dimensionamento de uma instalação de pára-raios 
	11.2 Níveis de proteção 
	11.3 Método de Franklin 
	11.4 Método de Faraday 
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