Para-raios e aterramentos I

Introdução

Durante as tempestades observa-se queda da temperatura e aumento da umidade relativa do ar, o que diminui suas propriedades dielétricas. Ao mesmo tempo, o movimento das nuvens provoca um aumento do potencial elétrico entre elas e o solo. Esses dois fatores contribuem para eventual transferência de cargas elétricas entre nuvem e solo, isto é, uma descarga elétrica de curta duração e de alta intensidade.

Fig 01

O pára-raios é que um elemento metálico situado a determinada altura e eletricamente ligado à terra, de forma que as descargas ocorram pelo caminho mais fácil, protegendo as suas imediações.

A palavra captor é freqüentemente usada como sinônimo de pára-raios. Em geral, refere-se especificamente ao elemento situado no topo, que recebe diretamente o raio.

Fig 02

O captor mais usado atualmente é o tipo Franklin, que consiste de um conjunto de algumas hastes pontiagudas para facilitar a condução, montado em um mastro vertical (Figura 02).

Até certa época, foram usados tipos semelhantes, mas com adição de material radioativo que, segundo os fabricantes, aumentava o raio de ação. Não são mais permitidos devido ao riscos inerentes. Em alguns casos são usados fios horizontais como captores, mas essa forma não está no escopo desta página.

Curiosidade relacionada: o pára-raios foi inventado por Benjamin Franklin em 1752. Inicialmente houve resistência das religiões porque raio era considerado fúria de deus e o homem não podia interferir. A igreja católica declinou da objeção em 1769, quando um raio atingiu uma igreja perto de Veneza e provocou a ignição de uma grande quantidade de pólvora estocada nas proximidades, matando cerca de 3000 pessoas.

Campo de proteção

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Um captor Franklin em mastro vertical (Fig 01):

#A.1#

Fig 01

O campo de proteção é dado pelo cone com vértice no captor, com geratriz que faz ângulo de 60º com a vertical (para níveis de proteção maiores esse ângulo deve ser menor).


Dois captores Franklin em mastro vertical (Fig 02):

Sejam 2 captores de alturas h₁ e h₂, distanciados de d, tais que:

#B.1#

Neste caso, a influência mútua pode ser considerada conforme equações a seguir (supõe-se que h₁ > h₂).

Fig 02

A linha curva entre h₁ e h₂ tem forma de parábola e, assim, a equação genérica da sua altura h em relação ao solo é:

h = ax² + bx + c#B.2#

Onde x é a distância horizontal em relação a h₁.

Os coeficientes são dados por:

#B.3#

#B.4#

#B.5

O campo de proteção será:

a) Nas extremidades, superfícies cônicas conforme item anterior.

b) Entre os captores, a superfície com vértice na parábola aqui definida, com geratriz reta partindo desta parábola e em ângulo de 60º com a vertical.


Para mais de 2 captores:

Determinam-se as superfícies para cada agrupamento de 2 captores conforme item anterior e faz-se a sobreposição dessas superfícies.

Instalação típica

A figura abaixo mostra a instalação padrão com apenas 1 captor. Entretanto, o número de captores deve ser dado em função da área a proteger conforme critério anterior. Todo o prédio e áreas a proteger devem estar dentro do campo de proteção.

Fig 01

O cabo de descida é normalmente de cobre, com seção não inferior a 35 mm².

Como regra geral, a descida deve ser a mais direta possível, com o mínimo de curvas. Essas, quando necessárias, devem ter raio mínimo de 20 cm. Não deve haver emendas, exceto para o conector indicado, próximo ao solo, que permite separar as partes para medições do aterramento.

Os espaçadores devem ser usados a cada 2 m no máximo e devem proporcionar um separação mínima de 20 cm entre cabo e prédio ou outras partes.

Número de descidas:

Quando se tem mais de um captor, o número de descidas deve ser dado pelo valor máximo entre as expressões abaixo:

#A.1#

Onde:

n: número de descidas
a: área coberta do prédio em metros quadrados
h: altura do prédio em metros
p: perímetro do prédio em metros

Se o valor de alguma parcela for fracionário, ele dever ser arredondado para o inteiro imediatamente superior.