sistema de proteção contra raios

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Aprimeira utilização conhecidadas armaduras (ferragens) doconcreto armado no aterramen-
to data da Segunda Guerra Mundial,
mais precisamente de 1941, em um sis-
tema idealizado pelo engenheiro Herb
Ufer para os depósitos de bombas da
base aérea Davis Monthan, em Tucson,
no Arizona, EUA. Os objetivos desse
sistema eram proteger contra descargas
atmosféricas e eletricidade estática, esta
última causada por vento e tempestades
de areia. Anos mais
tarde, Ufer reinspecio-
nou as instalações e con-
cluiu que eletrodos de
aterramento utilizando
armaduras do concreto
promoviam uma menor e
mais consistente re-
sistência de aterramento
que as próprias hastes,
especialmente em re-
giões com valores altos
de resistividade. Devido
a esta antiga utilização,
o uso das armaduras
e/ou cabos e hastes
inseridos nas fundações
e baldrames de concreto
é freqüentemente cha-
mado de “aterramento
Ufer.”
A União Alemã das
Centrais Elétricas possui desde 1965 di-
retrizes para a utilização das armaduras
das fundações como eletrodos de aterra-
mento. Em 1979 foi publicada a norma
alemã (caderno 35 da VDE) sobre a in-
clusão do sistema de aterramento nas
fundações dos edifícios residenciais.
Em fins da década de 70, as recomen-
dações americanas incluíram sistemas
de aterramento com condutores embu-
tidos em concreto, sendo que em 1978
o “National Electrical Safety Code”
(ANSI-C2)-NEC incluiu pela pri-
meira vez especificações para eletrodos
de aterramento embutidos nas fun-
dações. Também o “Green Book”
(ANSI/IEEE Standard 142-1982), que
trata especificamente de aterramento,
ressalta em várias seções as vantagens
de se utilizarem as armaduras do con-
creto das fundações como eletrodos de
aterramento.
Podemos então dizer que os aterra-
mentos utilizando as armaduras das fun-
Sistema de
aterramento e
proteção contra raios
utilizando ferragens
do concreto armado
O grande número de ferros das
fundações e das estruturas pré-
moldadas provê aterramento
eficiente e gaiola de Faraday, 
que protege e atenua campos
eletromagnéticos internos,
diminui forças eletromotrizes
induzidas nos circuitos da
instalação e minimiza
interferências prejudiciais a
pessoas e equipamentos. Este
artigo descreve a técnica, seus
conceitos e os cuidados
necessários, com exemplos
de casos reais.Galeno Lemos Gomes, 
da Galeno Gomes Engenharia Consultoria e Treinamento
ATERRAMENTO
54 EM ABRIL, 2007
Fig. 1 – Microohmímetro microprocessado em ligação Kelvin, utilizado para efetuar medições da
resistência elétrica de contato (o exemplo da foto é o modelo MPK 254, da Megabrás)
dações como eletrodos de aterramento,
e a proteção contra descargas atmosféri-
cas pelo método gaiola de Faraday uti-
lizando as estruturas metálicas (telhas
e/ou seus suportes metálicos) e as ar-
maduras do concreto, são prática
mundialmente consagradas há aproxi-
madamente 65 anos. Isso foi inclusive
reconhecido por importantes normas e
recomendações publicadas ao longo
desse período, como as normas bra-
sileiras NBR 5419 e NBR 5410, a nor-
ma internacional IEC 61024-1-2 e os
documentos estrangeiros ASE 4022,
ANSI/IEEE std.142, BS 6651, entre
outros. As vantagens, descritas não só
nas publicações mencionadas mas tam-
bém resumidas a seguir, encorajam cada
vez mais essa prática, tanto em edifi-
cações novas quanto nas já existentes.
Vantagens da utilização das 
armaduras do concreto
Fundações
Uma vez que o concreto sob o nível
do solo mantém sempre um certo grau
de umidade, seu valor de resistividade é
baixo, geralmente muito menor do que
o valor da resistividade do próprio solo
onde está sendo construída a edificação
ou estrutura. Os valores típicos do con-
creto nessas condições variam de 30 a
500 Ωm.
O uso das ferragens da fundação
também diminui as variações de tensão
durante a dissipação das correntes asso-
ciadas às descargas atmosféricas para o
solo, com conseqüente diminuição das
diferenças de potencial de passo e de
toque, além reduzir a impedância do sis-
tema de aterramento e facilitar muito o
cumprimento dos preceitos de eqüipo-
tencialização das instalações elétricas
(freqüência industrial), em concordân-
cia com a NBR 5410/04.
Pilares, vigas e lajes
Com o uso das armações do concre-
to destes elementos, diminuem-se os
campos eletromagnéticos internos à edi-
ficação, reduzindo as forças eletro-
motrizes induzidas nos circuitos ali
existentes, e, em conseqüência, as inter-
ferências prejudiciais a pessoas e
equipamentos eletrônicos sensíveis, co-
mo os de tecnologia da informação
(ETIs). Além disso, conceitos ultrapas-
sados, como sistemas de aterramento in-
dependentes e seccionamento para
medição da resistência de aterramento,
ABRIL, 2007 EM 55
Fig. 2 – Conexão de cabo de aterramento de 50 mm2 com
armadura de baldrame, utilizando solda exotérmica
Fig. 3 – Barra de equalização local (BEL) interligada ao
baldrame 
Fig. 4 – Placas metálicas interligadas às ferragens dos
pré-moldados para interligar estruturas, com pontos de
acesso para futuras medições de continuidade elétrica
Fig. 5 – Interligações feitas com solda exotérmica entre as
diversas estruturas pré-moldadas, para garantir a
continuidade elétrica e formar a gaiola de Faraday.
passam a não existir quando aplicado o
método da gaiola de Faraday utilizando
as armaduras dos pilares, vigas e fun-
dações para a composição do sistema de
proteção contra descargas atmosféricas
diretas.
Cuidados e restrições
Como premissa básica inicial para
se utilizarem as armaduras do concreto
para os fins citados, deve-se garantir
continuidade elétrica entre os pontos
extremos da armadura, de modo que
possa ser comprovado, por meio de
medições com instrumento adequado,
um valor de resistência de contato
elétrico menor ou no máximo igual a 1
Ω. Cabe observar que essa medição
deve ser realizada com instrumento
adequado, sendo vedada, pelas normas
vigentes, a utilização multímetros
convencionais. De-
ve-se, portanto, uti-
lizar um miliohmí-
metro ou microoh-
mímetro de quatro
terminais (configu-
ração Kelvin), como
o da figura 1. As es-
calas do instrumen-
to devem ter valor
de corrente injetada
que atenda à exigên-
cia expressa no item
E2 do Anexo E da
NBR 5419/05, qual
seja, o de se fazer
circular uma cor-
rente, com valor de
no mínimo 1 A ou
superior, entre os pontos extremos da
armadura sob ensaio. O processo de
medição está descrito na íntegra nesse
anexo E2 da NBR 5419/05.
Caso seja necessária a execução de
solda entre as armaduras para garantir
a continuidade, deve-ser utilizar solda
elétrica com cordão duplo de no míni-
mo 3 mm de diâmetro e 50 mm com-
primento.
O recobrimento (proteção) das ar-
maduras eventualmente expostas du-
rante a instalação deve ser feito com
concreto de, no mínimo, 25 mm de es-
pessura. As armaduras não deverão
ficar sob hipótese nenhuma em contato
com o solo, para evitar corrosão.
Imersas no concreto, elas estarão pro-
tegidas por ausên-
cia de eletrólito e
de aeração.
A interligação
das armaduras aos
sistemas de ater-
ramento compos-
tos por cabos de cobre deve ser execu-
tada com o uso de solda exotérmica
(figura 2) ou solda elétrica com eletro-
dos específicos. Na figura 3 são vistas
barras de equalização locais (BEL) es-
trategicamente localizadas, cujo aterra-
mento é feito diretamente dos eletrodos
horizontais inseridos nos baldrames.
Cabe alertar que não deve ser utilizada
solda exotérmica dos ferros para a
construção estrutural das armaduras.
Quando utilizadas para fins de
equalização e/ou aterramento em insta-
lações de baixa tensão, as armaduras
do concreto não podem substituir os
condutores de proteção (PE) sob
hipótese nenhuma.
Também não se deve permitir a cir-
58 EM ABRIL, 2007
ATERRAMENTO
Fig. 6 – Armaduras das fundações
preparadas para a interligação das
ferragens dos pilares
Fig.7 – A gaiola de Faraday é formada pela enorme
quantidade de ferragens das estruturas pré-moldadas
Fig. 8 – Ligação do microohomímetro ao ponto 8 indicado
na figura 9, para medição da continuidade elétrica do
conjunto
Fig. 9 – Esquema de medição nos pilares da usina a gás
(neste caso, ponto 8 em série com 7–6–5–4–3–2–1)
culação de correntes de defeito (curto-
circuito) com duração elevada pelas ar-
maduras, pois isso pode causar danos
às próprias ferragens e ao concreto.
Em estruturas pré-moldadas, as ar-
maduras podem ser também utilizadas
como descidas naturais e aterramento,
desde que tomados os seguintes cuida-
dos: 
• prever essa utilização já no projeto
das estruturas, possibilitando, assim,
que sejam deixadas placas específicas
ou condutores de cobre acessíveis para
as devidas interligações entre os pi-
lares e vigas, após a montagem. Essas
interligações devem preferencialmente
ser feitas com solda exotérmica (ver
figuras 4 e 5); e
• durante a montagem das estruturas
pré-moldadas, providenciar as neces-
sárias interligações das armaduras das
fundações (cálices) com as armaduras
dos pré-moldados (placas ou cabos de
cobre citados), de modo a garantir a
continuidade elétrica entre captores e
descidas naturais e os cálices. Este é
um ponto de extrema importância,
que no entanto costuma ser posto em
segundo plano ou mesmo esquecido.
Por fim, cabe ressaltar que não é
permitida a utili-
zação das arma-
duras componentes
de estruturas pré-
moldadas proten-
didas como com-
ponentes de sis-
temas de proteção
contra descargas
atmosféricas.
Execução do
sistema
Como foi dito
acima, devem-se
prever, durante o
projeto das estru-
turas pré-molda-
das, pontos acessí-
veis, interligados
com as demais ar-
maduras constitu-
intes dessas estru-
turas. Esses pon-
tos devem ser dis-
ponibilizados ex-
ternamente aos di-
versos componen-
tes pré-moldados, possibilitando que
estes sejam interligados (normalmente
por solda exotérmica) após sua mon-
tagem final, de modo a formar uma
gaiola de Faraday. Normalmente esses
pontos acessíveis são constituídos por
placas metálicas específicas ou condu-
tores de cobre, para que as interli-
gações entre pilares, vigas e armaduras
das fundações possam ser feitas du-
rante a construção (figuras 4, 5 e 6).
Nota: devem ser deixados também
pontos de acesso, estrategicamente es-
colhidos, destinados à execução de fu-
turas medições de continuidade elétri-
ca (ver figura 4), como determinado no
Anexo E da NBR 5419/05.
Após a montagem das estruturas,
devem ser executadas as mencionadas
medições de continuidade elétrica des-
critas na NBR 5419/05. Devem ser
feitas várias medições, basicamente
conforme o esquema ilustrado nas fi-
guras 8 e 9. Como dito acima, o valor
medido tem de ser menor ou, no máxi-
mo, igual a 1 Ω.
Exemplo
Em uma usina de geração elétrica a
biogás (figura 8), após a montagem,
60 EM ABRIL, 2007
ATERRAMENTO
Fig. 10 – Geradores de 925 kW a gás da usina citada, com
aterramento interligado às armaduras da suas bases
foram medidos os valores de resistên-
cia de contato listados abaixo — o pon-
to de referência fixo é o número 8
(N.8) da figura 9:
• N.8 em série com os pontos de in-
terligação 1–2–3–4–5–6–7: 2,89 mΩ;
• N.8 em série com os pontos
9–10–11: 2,46 mΩ; 
• N.8 em série com 1–2–3–4–5–6–7–
20–19–18: 2,91 mΩ;
• N.8 com barra de aterramento exter-
na: 2,34 mΩ; e
• N.8 com um ponto do SPDA externo
no telhado: 2,95 mΩ.
Outras configurações e posiciona-
mentos do microohmímetro foram em-
pregados, com o objetivo de obter
certeza absoluta quanto à perfeita con-
tinuidade elétrica dos diversos setores
interligados. Em todos os casos, foram
medidos valores menores do que 2,95
mΩ. [Nota: os
valores de conti-
nuidade elétrica
obtidos na práti-
ca, por meio de
medições, normal-
mente são bem
menores do que
o valor máximo
de 1 Ω permitido
pela NBR 5419/
05, mesmo em
edificações com
diversos pavi-
mentos.]
Para o aterra-
mento dos ge-
radores da usina a gás citada foram uti-
lizadas as armaduras das bases como
eletrodos de aterramento comple-
mentares à malha de dissipação (figura
10), pois o concreto enterrado possuía
um valor de resistividade bem menor
do que a resistividade do local da ins-
talação.
Estudos de casos
Abrigo (house) ferroviário
Nos abrigos ferroviários, onde
geralmente se necessita de um plano de
referência para os ETIs e de uma dissi-
pação eficiente das correntes associa-
das às descargas atmosféricas, também
é possível aplicar a técnica de utiliza-
ção das ferragens das colunas e lajes
para formar uma gaiola de Faraday e as
armaduras das fundações como aterra-
mento, conforme pode ser basicamente
visto na figura 11, que mostra uma
haste de captação do caso-exemplo.
No caso aqui referido, uma malha
de referência de sinal (MRS) foi devi-
damente projetada e instalada, com o
objetivo de obter um plano de referên-
cia de terra o mais constante possível
para os equipamentos sensíveis. A
MRS foi embutida no piso, para evitar
roubo e vandalismo. Cabe observar
que, quando se utilizam ferros específi-
cos (dedicados) para captação das cor-
rentes dos raios, esses ferros devem ser
instalados na periferia das colunas e in-
terligados com os demais ferros estru-
turais constituintes desta.
Centro de processamento de dados
Em CPDs é ainda mais justificado
obter-se uma referência de sinal cons-
tante, o que normalmente é realizado
com uma MRS convenientemente di-
mensionada para equalizar freqüências
em uma larga faixa. A malha deve ser
interligada à barra de equalização local
(BEL), e esta ser interligada às ar-
maduras das fundações dos pilares (de
preferência nos pilares centrais), que
no caso aqui relatado são utilizadas co-
mo eletrodos de aterramento comple-
mentares.
A figura 13 mostra não só a interli-
gação da BEL às armaduras do pilar
como também ao aterramento de dissi-
pação formado por fita de cobre nu de
50 x 1 mm2. Os neutros dos transfor-
madores separadores instalados no am-
ATERRAMENTO
Fig. 11 – Abrigo ferroviário (house) com sistema de captação
via armaduras e malha de referência de sinal (MRS)
interligada com as ferragens do piso, para gerar 
um plano de referência de terra o mais equalizado possível,
para os ETIs
biente onde se encontram os ETIs são
também vistos interligados à BEL, por
meio de cabos isolados de 25 mm2.
A MRS, vista nas figuras 13 e 14,
deve ser projetada de maneira que as
diferenças de potencial entre vários de
seus pontos sejam minimizadas para
uma larga faixa de freqüência de opera-
ção e possíveis interferências, que vão
desde corrente contínua até freqüências
de 30 MHz. Isso pode ser obtido pela
aplicação da teoria de comunicação de
ondas conduzidas, segundo a qual não
existirão diferenças de potencial signi-
ficativas ao logo de um condutor cujo
comprimento for menor do que 1/20 do
comprimento de onda da freqüência que
se deseja equalizar.
Uso de condutores em forma de fita
A configuração dos sistemas de ater-
ramento, seu comprimento e o forma-
to dos condutores
utilizados são de
suma importância
para a obtenção
de uma baixa im-
pedância, sobretu-
do quando se al-
meja um sistema
eficiente para dis-
sipação de sinais
impulsivos.
Em se tratando
de aterramentos,
cabe observar que,
para ondas impul-
sivas de corrente
(descarga de re-
torno de um raio),
e sob o ponto de
vista da dissipação, na primeira fase da
onda irá predominar a impedância de
impulso, na segunda fase a indutância
e, na terceira fase (cauda da onda), a
resistência.
Com base na figura 15, podemos
dizer que, na prática, para tais tipos de
aterramento, devemos procurar obter
baixos valores de indutância e resistên-
cia, e valores elevados de condutância
e capacitância. Isso é basicamente con-
seguido modificando-se o formato, o
comprimentoe a configuração dos
condutores de aterramento — por
exemplo com a utilização de fita de co-
bre nu de comprimento conveniente-
mente dimensionado.
O uso de condutores em forma de fi-
ta (figura 16) nos sistemas de aterra-
mento aumenta a capacitância, re-
duzindo concomitantemente a indutân-
cia e, conseqüentemente, a impedância
64 EM ABRIL, 2007
ATERRAMENTO
Fig. 12 – Abrigo (house) ferroviário semipronto — na parte
superior, instalam-se fitas de cobre para captação
Fig. 13 – CPD com BEL, MRS e armaduras da fundação do pilar interligados
(componentes do sistema de aterramento utilizado) 
final do condutor. Quando as fitas es-
tiverem enterradas, como é o caso dos
aterramentos de um SPDA, a con-
dutância pode ser aumentada efetuan-
do-se o tratamento do solo com pro-
dutos não-lixiviáveis, normalmente à
base de bentonita. Esses materiais de-
vem obrigatoriamente ter um valor
bastante baixo de resistividade, para
que possam atuar no volume de in-
fluência do eletrodo de aterramento,
principalmente próximo à superfície
de contato deste como o solo, dimi-
nuindo-lhe a impedância.
Edificações com 
estrutura metálica
Vimos aqui anteriormente que se
deve preparar a estrutura, isto é, execu-
tar o projeto prevendo a utilização das
armaduras do concreto da edificação
como descidas naturais e as das fun-
dações como parte do sistema de ater-
ramento. Esse procedimento não só re-
sultará em maior eficiência técnica co-
mo também econômica, tendo como
“subproduto” a atenuação dos campos
eletromagnéticos internamente, atuan-
do como blindagem (a qual pode, em
certos casos, ser aumentada com a uti-
lização de outros materiais, tais como
telas e/ou chapas metálicas convenien-
temente especificadas e instaladas nas
paredes, pisos e tetos). 
Existem, porém, edificações cuja
infra-estrutura básica é toda constituí-
ATERRAMENTO
Fig. 14 – Malha de referência de sinal em um CPD Fig. 15 – Circuito equivalente aproximado de um condutor
horizontal de aterramento 
da de perfis metálicos, como por exem-
plo a mostrada na figura 17. Nesses ca-
sos, com muito mais razão, todos os
conceitos aqui descritos podem e de-
vem ser aplicados, desse modo tirando
proveito das vantagens técnicas ofere-
cidas por esse tipo de gaiola de Fara-
day natural.
É preciso tomar cuidados especiais
para que eventuais descargas atmos-
féricas laterais possam ser captadas e
conduzidas à terra pelas estruturas
metálicas. Para isso, devem ser instala-
dos captores específicos conveniente-
mente localizados e interligados às es-
truturas, evitando a quebra da alvenaria
de acabamento la-
teral da edificação.
Uma observa-
ção importantíssi-
ma deve ser feita,
mesmo neste caso
em que pratica-
mente toda a estru-
tura da edificação
é metálica: em hi-
pótese nenhuma
pode ser eliminado
o condutor de pro-
teção (PE), o qual
deve ser passado
junto com as fases
dos diversos cir-
cuitos. Jamais a estrutura metálica
deve ser usada como condutor PE.
Também é terminantemente vedado
o aproveitamento da estrutura me-
tálica da edificação como neutro de
tomadas ou função similar. O neutro
do sistema de distribuição de baixa ten-
são deve ser ligado ao aterramento so-
mente na origem da instalação, junto
com o aterramento do transformador
fonte de alimentação da instalação.
Conforme determina a norma de insta-
lações de baixa tensão, deve-se passar
um condutor de cobre específico para a
função de neutro, com isolação na cor
azul.
Trabalho apresentado no Enie 2006 – XI
Encontro Nacional de Instalações Elétricas (6 a
8 de junho de 2006, São Paulo, SP).
Fig. 16 – Uso de fitas de cobre nu em
sistemas de aterramento 
Fig. 17 – Exemplo utilização de estrutura totalmente
metálica como descidas naturais e para atenuação dos
campos eletromagnéticos externos