Ficha Técnica: Instalação de Sistemas de Proteção Contra Descargas Atmosféricas em Edifícios e Estruturas

Esta ficha técnica abrange a instalação de sistemas de proteção contra descargas atmosféricas para uma vasta gama de edifícios e estruturas. A proteção contra descargas atmosféricas é necessária para prevenir os efeitos térmicos, mecânicos e eletromagnéticos das descargas elétricas na atmosfera, que podem levar a incêndios, destruição, explosões e ferimentos. As manifestações perigosas do raio incluem o impacto direto, a indução eletromagnética e eletrostática, bem como a introdução de potenciais elevados através de infraestruturas metálicas subterrâneas e à superfície.

A proteção contra descargas diretas é realizada por para-raios, cujo princípio de funcionamento se baseia na interceção da descarga pelas estruturas metálicas mais altas e aterradas, protegendo assim os objetos localizados na sua zona de proteção. Em geral, um para-raios é composto por um terminal aéreo (que capta a descarga direta), uma estrutura de suporte, um condutor de descida (que assegura a ligação elétrica ao eletrodo de aterramento) e um eletrodo de aterramento (que assegura o contacto com a terra). Estruturas de suporte metálicas ou de betão armado podem funcionar como condutores de descida.

Distinguem-se vários tipos de para-raios, dependendo da construção e localização do terminal aéreo: hastes independentes, cabos (fios) independentes ou antenas, hastes instaladas diretamente no objeto ou isoladas dele, bem como malhas instaladas no telhado do objeto a proteger. Para objetos de categoria de proteção III, é permitida a utilização de telhados metálicos como terminal aéreo. As malhas de captação devem ter um tamanho de malha não superior a 150 m², por exemplo, 12x12 m.

A resistência de impulso de cada eletrodo de aterramento do para-raios não deve exceder 20 Ω. Em solos com alta resistividade (acima de 500 Ω·m), é permitida uma resistência de até 40 Ω. Uma exceção são as construções para gado bovino e estábulos, onde a resistência de impulso de cada eletrodo de aterramento não deve exceder 10 Ω.

Ao proteger objetos de categoria III, recomenda-se maximizar o uso de estruturas metálicas existentes, chaminés de exaustão, caixas d'água e outras estruturas elevadas. Tubos verticais não metálicos (de edifícios, caldeiras, caixas d'água, torres) com altura superior a 15 m são protegidos pela instalação de terminais aéreos. Para tubos com altura de até 50 m, instala-se um terminal aéreo de 1 m de altura e um condutor de descida. Para tubos com altura de 50-150 m, são necessários pelo menos dois terminais aéreos simétricos (conectados na extremidade superior), cada um com 1 m de altura, e a instalação de dois condutores de descida (uma escada metálica pode servir como um dos condutores de descida). Em tubos de betão armado, a armadura é utilizada como condutor de descida. Tubos metálicos, torres e mastros não requerem a instalação de terminal aéreo e condutor de descida separados, sendo conectados diretamente a um eletrodo de aterramento com resistência de impulso não superior a 50 Ω.

Instalações ou recipientes metálicos externos contendo líquidos inflamáveis com ponto de fulgor acima de +61 °C, são protegidos das seguintes formas: se a espessura do metal da tampa for inferior a 4 mm – com para-raios independentes ou instalados na estrutura; se a espessura do metal da tampa for de 4 mm ou mais – pela conexão direta da tampa a um eletrodo de aterramento com resistência não superior a 50 Ω. Pequenas estruturas (com área de até 150 m², altura de até 7 m) da categoria III, incluindo armazéns, podem ter uma proteção simplificada contra descargas atmosféricas, utilizando arame de aço com diâmetro de 5-6 mm, esticado a uma distância mínima de 250 mm da cumeeira do telhado, e terminais aéreos verticais de 1,5-2 m de comprimento, feitos de tubos de aço ou cantoneiras, conectados a 1-2 eletrodos de aterramento verticais de haste de 2-3 m de comprimento.

Para tendas em áreas abertas, são utilizados para-raios de haste ou cabo independentes, com resistência de impulso de cada eletrodo de aterramento não superior a 40 Ω e uma distância mínima de 10 m entre o eletrodo de aterramento e a tenda. Os eletrodos de aterramento devem ser do tipo profundo. Em áreas florestadas, os terminais aéreos podem ser instalados em árvores altas, afastadas das tendas por uma distância mínima de 10 m. Se as árvores estiverem a uma distância inferior a 10 m das tendas, são instaladas descidas metálicas até uma altura de 2,5 m, conectadas a um eletrodo de aterramento com resistência de impulso não superior a 50 Ω. Se a distância for inferior a 4 m, uma malha metálica de arame com diâmetro de 5-6 mm e uma malha não superior a 1,5x1,5 m é colocada sob a tenda a uma profundidade de 10-15 cm. Para tendas a uma distância de 4-10 m das árvores, é suficiente um anel de aterramento de arame com diâmetro de 5-6 mm, instalado ao redor da tenda a uma profundidade de 10-15 cm.

A proteção contra a introdução de potenciais elevados, induzidos em estruturas e infraestruturas metálicas externas à superfície, prevê a sua conexão a um eletrodo de aterramento com resistência de impulso não superior a 20 Ω na entrada do objeto protegido, bem como no suporte mais próximo do objeto. É permitida a conexão ao eletrodo de aterramento da proteção contra descargas atmosféricas ou ao aterramento da instalação elétrica.

A instalação de dispositivos de proteção contra descargas atmosféricas em edifícios e estruturas recém-construídos é realizada por organizações especializadas, com a qualificação e licenças necessárias. Durante o projeto e a instalação, os eletrodos de aterramento (exceto os profundos) devem ser localizados em áreas pouco frequentadas (gramados, arbustos), longe das principais vias de tráfego e pedestres para aumentar a segurança. Os condutores de descida devem ser posicionados afastados das entradas dos edifícios para evitar contacto acidental.

Os trabalhos para a instalação de proteção contra descargas atmosféricas diretas são executados na seguinte sequência:

Na instalação de para-raios de haste independentes:

1. Fixação do terminal aéreo na estrutura de suporte (poste).

2. Instalação do condutor de descida e sua conexão ao terminal aéreo por soldadura, em conformidade com os requisitos da ISO 17660.

3. Instalação da estrutura de suporte (poste) numa escavação previamente preparada.

4. Conexão do condutor de descida ao eletrodo de aterramento.

Na instalação de para-raios de cabo (fio):

1. Instalação das estruturas de suporte (postes) com os condutores de descida fixados nelas.

2. Tensionamento do cabo captor entre os postes.

3. Conexão dos condutores de descida ao eletrodo de aterramento.

A proteção contra a introdução de potenciais elevados é realizada durante a construção do edifício ou estrutura e a instalação de tubulações e estruturas metálicas tecnológicas. Durante a construção de edifícios e estruturas altas em período de tempestades, a partir de uma altura de 20 m, são previstos dispositivos temporários de proteção contra descargas atmosféricas para a segurança das pessoas e a integridade das estruturas. Utilizam-se terminais aéreos de qualquer construção, conectados ao eletrodo de aterramento por condutores de descida que descem livremente ao longo das paredes. À medida que a altura da estrutura aumenta, os terminais aéreos com os condutores de descida são movidos para cima. São permitidas ligações aparafusadas entre elementos individuais do dispositivo temporário de proteção contra descargas atmosféricas com uma resistência de contacto não superior a 0,05 Ω.

1condutor de descida

2ripa ou tábua para fixação do terminal aéreo

3terminais aéreos

4eletrodo de aterramento

1. **Instalação de para-raios de haste:** 1. Fixação do terminal aéreo na estrutura de suporte. 2. Instalação e soldadura do condutor de descida ao terminal aéreo. 3. Instalação da estrutura de suporte na escavação. 4. Conexão do condutor de descida ao eletrodo de aterramento.
2. **Instalação de para-raios de cabo:** 1. Instalação dos postes com os condutores de descida fixados. 2. Tensionamento do cabo captor entre os postes. 3. Conexão dos condutores de descida ao eletrodo de aterramento.
3. **Instalação de proteção contra a introdução de potenciais elevados:** Realizada durante o processo de construção do edifício e instalação de infraestruturas metálicas.
4. **Instalação de proteção temporária contra descargas atmosféricas (para edifícios altos):** A partir de uma altura de 20 m, são instalados terminais aéreos temporários com condutores de descida, que são movidos para cima à medida que a construção avança.

Após a conclusão da instalação, os dispositivos de proteção contra descargas atmosféricas são submetidos a testes para verificar a qualidade dos trabalhos executados e medir a resistência dos sistemas de aterramento de todos os para-raios. Os elementos do sistema de aterramento devem estar em conformidade com a documentação do projeto e as normas. São verificadas a secção e a condutividade dos elementos, bem como a integridade e a resistência dos condutores de aterramento, suas conexões e junções. A fiabilidade das conexões soldadas, executadas de acordo com a ISO 17660, é adicionalmente verificada com um golpe de martelo de 1 kg. É necessário assegurar a ausência de interrupções e defeitos visíveis.

Para instalações elétricas com tensão de até 1000 V com neutro solidamente aterrado, verifica-se o circuito fase-neutro. Isso pode ser feito por medição direta da corrente de curto-circuito monofásica para a carcaça do recetor elétrico mais distante e potente, ou pela medição da impedância da malha fase-neutro com o cálculo subsequente da corrente de curto-circuito. A corrente de curto-circuito monofásica deve exceder pelo menos três vezes a corrente nominal do fusível mais próximo ou 1,5 vezes a corrente de disparo do disjuntor correspondente. A resistência do sistema de aterramento é medida; seu valor deve estar em conformidade com os requisitos do projeto e as normas aplicáveis (por exemplo, IEC 62305).

Na receção em serviço, verifica-se a qualidade das fixações dos condutores de descida nas paredes (por amostragem, mas não menos de 50% dos pontos de fixação), a fixação de para-raios independentes e instalados em telhados. As resistências dos sistemas de aterramento dos para-raios e de outros sistemas de aterramento também são medidas. Os dispositivos de proteção contra efeitos secundários das descargas atmosféricas são verificados na íntegra para objetos da categoria I e por amostragem (50% dos dispositivos) para objetos da categoria II. Ao entregar os dispositivos de proteção contra descargas atmosféricas em serviço, a organização instaladora fornece um conjunto completo de documentação executiva, incluindo autos de trabalhos ocultos, protocolos de medição de resistências dos sistemas de aterramento e desenhos executivos com plantas da disposição mútua das estruturas protegidas, para-raios, eletrodos de aterramento e, para estruturas da categoria I, também de todas as infraestruturas que passam a menos de 10 m das estruturas protegidas e dos eletrodos de aterramento, com indicação da sua finalidade e profundidade de instalação. A aceitação e entrada em serviço são formalizadas através dos respetivos autos.

1. **Testes dos sistemas de aterramento:** 1. Inspeção visual dos elementos de aterramento, verificação da conformidade das secções e condutividade com os dados do projeto. 2. Verificação do circuito entre os eletrodos de aterramento e os elementos a serem aterrados, integridade e resistência dos condutores, fiabilidade das conexões soldadas (golpe de martelo de 1 kg). 3. Verificação dos dispositivos de proteção contra sobretensões (para instalações até 1000V). 4. Verificação do circuito fase-neutro (para instalações até 1000V com neutro solidamente aterrado): medição da corrente de curto-circuito monofásica ou da impedância da malha fase-neutro. 5. Medição da resistência do sistema de aterramento (principal e secundário).
2. **Testes dos dispositivos de proteção contra descargas atmosféricas:** 1. Verificação da qualidade das fixações dos condutores de descida (mínimo de 50% por amostragem) e dos para-raios. 2. Medição das resistências dos sistemas de aterramento dos para-raios. 3. Verificação dos dispositivos de proteção contra efeitos secundários (todos para categoria I, 50% para categoria II).
3. **Entrega em serviço:** Fornecimento do conjunto completo de documentação, incluindo autos, protocolos de medição e desenhos executivos.

As estruturas de suporte (postes) de para-raios de haste e cabo independentes podem ser feitas de aço de várias qualidades, betão armado (por exemplo, classes de resistência C20/25 ou C25/30) ou madeira. Os postes metálicos devem ser protegidos contra a corrosão (por galvanização, estanhagem ou pintura), e os de madeira contra a putrefação. O cálculo dos postes de para-raios de haste é feito para resistência mecânica como estruturas autoportantes, e os de cabo – considerando a força de tensão do cabo e a carga do vento, sem levar em conta as forças dinâmicas das correntes de raio.

Os terminais aéreos são fabricados em aço de qualquer qualidade e perfil com uma secção mínima de 100 mm². O comprimento dos terminais aéreos instalados em postes metálicos deve ser de pelo menos 1-1,5 m, e os que são continuação dos condutores de descida – de pelo menos 300-400 mm. Em postes de materiais isolantes (madeira, betão armado), os terminais aéreos devem ser instalados em suportes metálicos. Os terminais aéreos de para-raios de cabo são feitos de cabo de aço galvanizado multifilar com uma secção mínima de 35 mm². As estruturas metálicas das edificações protegidas (chaminés, defletores, telhado, malhas) também podem ser utilizadas como terminais aéreos, desde que cumpram os requisitos de secção e comprimento.

Os condutores de descida devem ser feitos de aço com as dimensões mínimas especificadas na documentação do projeto ou nas normas internacionais aplicáveis (por exemplo, IEC 62305). É permitida a utilização de estruturas metálicas da edificação como condutores de descida: tubagens, escadas de incêndio, armadura longitudinal de pilares e postes de betão armado. Os condutores de descida são instalados na estrutura de suporte ou no edifício protegido pelo caminho mais curto até o eletrodo de aterramento. A união de secções individuais dos condutores de descida entre si, bem como a conexão dos condutores de descida aos terminais aéreos e eletrodos de aterramento, devem ser realizadas por soldadura, em conformidade com a ISO 17660. Ligações aparafusadas são permitidas como exceção apenas para objetos da categoria III, bem como para fins de verificação do valor da resistência dos eletrodos de aterramento. As ligações desmontáveis são realizadas no exterior do objeto a uma altura de 1-1,5 m do solo e devem ter pelo menos dois parafusos M10, espaçados um do outro por uma distância mínima de 30 mm.

Os eletrodos de aterramento para dispositivos de proteção contra descargas atmosféricas são executados de forma semelhante aos sistemas de aterramento de instalações elétricas, com a observância das secções mínimas dos elementos de acordo com a documentação do projeto e as normas aplicáveis.

A operação dos sistemas de aterramento de instalações elétricas e dos dispositivos de proteção contra descargas atmosféricas de edifícios e estruturas deve ser realizada de acordo com as normas internacionais e nacionais vigentes de operação técnica de instalações elétricas e segurança no trabalho. A principal tarefa é manter esses dispositivos em estado de funcionamento e fiabilidade necessários durante toda a sua vida útil.

Para cada sistema de aterramento e dispositivo de proteção contra descargas atmosféricas em operação, deve ser emitido um passaporte contendo o esquema, os principais dados técnicos, os resultados das verificações do estado técnico, bem como informações sobre reparações e alterações realizadas. A supervisão regular do cumprimento das regras de operação é da responsabilidade dos serviços operacionais ou órgãos competentes. O pessoal envolvido na instalação e manutenção dos sistemas de proteção contra descargas atmosféricas deve ser qualificado, treinado em regras de segurança no trabalho, especialmente ao trabalhar em altura e com instalações elétricas. Todos os trabalhos devem ser realizados de acordo com os planos de trabalho aprovados, considerando as condições meteorológicas e os riscos.