SPDA - Sistema de Proteção contra Raios

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SPDA – Sistema de 
Proteção contra 
descargas atmosféricas
Marcus Vinicius V. C Souza
O que é um raio?
Raio ou descarga elétrica atmosférica (DEA) é uma descarga elétrica de grande 
intensidade que ocorre na atmosfera, entre regiões eletricamente carregadas, e pode 
dar-se tanto no interior de uma nuvem (intranuvem), como entre nuvens (internuvens) 
ou entre uma nuvem e a terra (nuvem-solo). O raio vem sempre acompanhado do 
relâmpago (emissão intensa de radiação eletromagnética, a qual possui componentes 
na faixa visível do espectro), e do trovão (som estrondoso), além de outros fenômenos 
associados.
Índices de Descarga Atmosférica no Brasil
 Levantamento inédito realizado pelo Grupo de Eletricidade Atmosférica (ELAT) do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais 
(INPE) revela valores mais precisos da incidência de raios no país. Nos últimos seis anos, o número médio anual de raios no Brasil 
foi de 77,8 milhões. Este valor é bem superior ao obtido no levantamento realizado em 2002, que apontava cerca de 55 milhões de 
raios.
 O Brasil é líder mundial na incidência deste fenômeno, que provocou a morte de 1.790 pessoas entre 2000 e 2014, segundo o 
Grupo de Eletricidade Atmosférica (Elat) do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe). A cada 50 mortes por raio no mundo, 
uma acontece no Brasil.
Mapa isoceraúnico
Densidade de descargas 
elétricas
Densidade de descargas 
elétricas
Danos causados por raios
Norma (NBR 5419)
Risco da exposição
 Riscos a serem avaliados em uma estrutura:
 R1: risco de perda de vida humana
 R2: risco de perda de instalação de serviço ao público
 R3: risco de perda de memória cultural
 R4: risco de perda de valor econômico
Planilhas e Softwares
 Software:
 QiSPDA
 Planilha:
 SPDA - Planilha de Gerenciamento de Riscos - NBR 5419:2015
(INSTRUTOR : Eng. Pablo Guimarães) 
Níveis de proteção:
 Nivel l: Nível de proteção mais rigoroso e seguro. Usado em estruturas de serviço estratégicos ou que 
apresentam risco para os arredores.
 Nivel II: edificação com bens de grande valor ou que abriga um grande número de pessoas. Não 
representa risco para estruturas adjacentes.
 Nivel III: Edificação de uso comum.
 Nivel IV: Nivel de proteção mais baixo. Usado em estruturas ocupadas por pessoas e que não armazenam 
material combustível. 
Eficiência:
Método de Franklin
 Este método se baseia no uso de captores pontiagudos 
colocados em mastros verticais para se aproveitar os efeitos das 
pontas, quanto maior a altura maior o volume protegido, volume 
este que tem a forma de um cone formado pelo triangulo 
retângulo girado em torno do mastro.
Método de Franklin
 No caso de condutores horizontais suportados por hastes 
verticais, será obtido pelo deslocamento horizontal do cone de 
proteção desde a posição de uma haste até a posição da outra 
haste.
Método de Franklin
A linha curva entre h1 e h2 tem forma de parábola e, assim, a equação genérica da
sua altura h em relação ao solo será:
h = ax² + bx + c onde x é a distância horizontal em relação a h1.
E os coeficientes são dados por:
a = (h2-h1)d**2 + raiz_q (3) / 3d
b = -raiz_q(3) / 3
c = h1
onde raiz_q: raiz quadrada
Método de Franklin
 O ângulo de proteção e o raio de esfera admitido pela norma 
NBR5419 é:
Método da Gaiola de Faraday
 Este método consiste em instalar um sistema de captores formado por condutores 
horizontais interligados em forma de malha, quanto menor for a distancia entre os 
condutores da malha melhor será a proteção obtida.
 Dimensões fixadas pela norma NBR5419:
Método da Gaiola de Faraday
 É prática se utilizar ainda pequenos captores Verticais, com 30 a 
50 cm de altura, separados por uma distancia de 5 a 8 mts ao 
longo dos condutores da malha, isto se originou da norma 
inglesa BS 6651.
 É bom lembrar que não se deve colocar condutores elétricos 
paralelos aos condutores da malha na parte interior da estrutura 
e próximo aos mesmos.
Método da Gaiola de Faraday
Volume protegido por malha 5X10 em método Faraday.
Captores naturais
 Qualquer elemento condutor exposto, que possa ser atingido por uma DA.
 coberturas metálicas sobre o volume a ser protegido;
 mastros ou outros elementos salientes nas coberturas;
 calhas de recolhimento de águas pluviais;
 estruturas metálicas de suporte de envidraçados;
 tanques metálicos;
 tubulações metálicas, exceto gás;
 armaduras de aço interligadas das estruturas de concreto armado.
 Observação: espessura do material não deve ser menor do que 0,5mm
Descidas
O sistema de descida SPDA tem como objetivo levar a corrente de descarga elétrica 
ao aterramento, pois, o sistema completo do SPDA se divide partes: a primeira é a 
captação da descarga elétrica pela antena, esta por sua vez o direciona ao 
aterramento pelos fios condutores. Esse sistema de descida pode ser realizado com 
fios de aço ou alumínio, que chegam até o aterramento e assim, liberado no solo. 
Cada detalhe desse procedimento deve ser projetado e respeitando às normas da 
ABNT para que não ocorram acidentes.
Indutância dos Condutores
 Indutância é a propriedade de um condutor que permite o armazenamento de energia em um campo 
magnético.
 Campo Magnético: diretamente proporcional a corrente e inversamente proporcional a distância.
 di/dt (DA)=kA/µs
 L=2,5µH/m
 ∴Tensão gerada = kV/m
 A indutância será menor quanto maior for a relação entre a largura e a espessura.
Condutores de descida
 distância dos condutores de descida e as instalações
 metálicas não deve ser inferior a 2m;
 condutores de descida não naturais devem ser
 interligados através de condutores horizontais
 formando anéis;
 devem ser instalados a uma distância mínima de 0,5m de
 portas, janelas e outras aberturas;
 devem ser fixados a cada metro de percurso.
Condutores de descida
 paredes de material não inflamável d=0 ou embutidos;
 paredes de material inflamável d=10cm;
 não é permitido nenhum tipo de emenda;
 devem possuir proteção mecânica de 2,5m acima do nível do solo;
 construções com concreto protendido Cabos não
 podem fazer parte do SPDA;
 construções em concreto armado armaduras podem
 ser utilizadas como descidas, desde que apresentem
 valores inferiores a 1Ω.
Eletrodos Naturais
 armaduras de aço 50% de seus cruzamentos amarrados com 
arame recozido ou soldados;
 construções em alvenaria barras de aço com diâmetro mínimo 
de 8mm;
 as armaduras das fundações devem ser interligadas com as 
armaduras dos pilares das estruturas.
Conexões
 devem ser as mínimas possíveis;
 soldas exotérmicas ou elétricas, conectores de pressão ou 
parafusos;
 devem ser compatíveis com esforços térmicos e mecânicos;
 conexões embutidas no solo devem ser protegidas contra 
corrosão através da instalação de caixa de inspeção;
Materiais
Equalização de potencial
Nas descidas, anéis de cintamento e aterramento foram já mencionadas as 
equalizações de potenciais externos. Vamos agora abordar as equalizações de 
potenciais internos, ou seja a equalização dos potenciais de todas as 
estruturas e massas metálicas que poderão provocar acidentes pessoais, 
faíscamentos ou explosões. - No nível do solo e dos anéis de cintamento, 
deverão ser equalizados os aterramentos do neutro da concessionária elétrica 
,do terra da concessionária de telefonia, outros terras de eletrônicos e de 
elevadores (inclusive trilhos metálicos), tubulações metálicas de incêndio e gás 
(inclusive o piso da casa de gás quando houver), tubulações metálicas de 
água, recalque,etc. 
Equalização de potencial
Para tal deverá ser denido uma posição estratégica para instalação de uma caixa de equalização de potenciais principal (TAP) que deverá ser 
interligada à malha de aterramento. No nível dos anéis deverão ser instaladas outras caixas de equalização secundárias, conectadas às ferragens 
estruturais, e interligadas através de um condutor vertical conectado à caixa de aterramento principal. - A ligação da caixa de equalização bem 
como as tubulações metálicas poderão ser executadas antes da execução do contra-piso dos apartamentos localizados nos níveis dos anéis de 
cintamento. A amarração das diferentes tubulações metálicas poderá ser executada por ta perfurada niquelada (bimetálica) que possibilita a 
conexão com diferentes tipos de metais e diâmetros variados, diminuindo também a indutância do condutor devido à sua superfície chata. 
Inspeção
O item 7 da NBR 5419-3:2015 trás as recomendações para a inspeção do SPDA e tem como objetivo: 
a) o SPDA esteja conforme projeto baseado nesta Norma; 
b) todos os componentes do SPDA estão em bom estado, as conexões e fixações estão firmes e livres de corrosão e são 
capazes de cumprir suas funções
c) todas as construções ou reforma que altere as condições iniciais previstas em projeto, além de novas tubulações metálicas,
linhas de energia e sinal que adentrem a estrutura e que estejam incorporados ao SPDA externo e interno se enquadrem 
nesta Norma.
Inspeção
As inspeções prescritas devem ser efetuadas na seguinte ordem cronológica: 
a) durante a construção da estrutura; 
b) após o término da instalação do SPDA, no momento da emissão do documento “as built”; 
c) Após alterações ou reparos, ou quando houver suspeita de que a estrutura foi atingida por 
descarga atmosférica; 
d) Inspeção visual semestral apontando eventuais pontos deteriorados no sistema;
Inspeção
e) periodicamente, realizada por profissional capacitado e habilitado, com emissão de documentação pertinente, em intervalos conforme segue: 
1 ano, para estruturas contendo munição ou explosivos, ou em locais expostos à corrosão atmosférica severa (regiões litorâneas, ambientes industriais com atmosfera agressiva etc.), ou 
ainda, estruturas pertencentes a fornecedores de serviços essenciais (energia, água, sinais, etc.). 
Três anos, para as demais estruturas. 
Durante as inspeções periódicas, deve-se verificar os seguintes itens: Deterioração e corrosão dos captores, condutores de descida e conexões; Condições de equipotencialização; 
Corrosão dos eletrodos de aterramento; Verificação da integridade física dos condutores do eletrodo de aterramento para os subsistemas de aterramento não naturais.
Estruturas Especiais -
Chaminés
 utilização de materiais nobres;
 captores devem estar dispostos de maneira uniforme, com 
distâncias de 2,5m ao longo de seu perímetro;
 altura do captor acima do topo da chaminé => 0,65m;
 diâmetro mínimo => 15mm
Estruturas Especiais -
Chaminés
 parte inferior captores => interligação em anel;
 cobertura metálica min(4mm) => dispensa uso de captores;
 pelo menos 2 condutores de descida que devem ser interligados por anéis;
 elementos de fixação => 2m na vertical e 0,6m na horizontal.
 todas instalações metálicas incorporadas ou até 2m, devem ser interligadas;
 sistema de sinalização luminosa deve ser protegido por DPS – Dispositivos de Proteção contra 
Surtos;
Estruturas especiais – Antenas externas
 devem ser conectadas ao SPDA por meio de solda exotérmica;
 instalação de condutor exclusivo para a antena => min. 16Mm2 
– cobre;
 pode-se utilizar condutores de descida naturais.
Sistema de Aterramento no 
SPDA
Recebe as correntes elétricas das descidas e as dissipam no solo. 
Tem também a função de equalizar os potenciais das descidas e os 
potenciais no solo, devendo haver preocupação com locais de 
freqüência de pessoas , minimizando as tensões de passo nestes 
locais. - Para um bom dimensionamento da malha de aterramento 
é imprescindível a execução prévia de uma prospecção da 
resistividade de solo, exceto no caso do sistema estrutural.