Para-raios PDI: que requisitos têm de cumprir?

Os para-raios, quer passivos, como as pontas de Franklin, quer ativos, como os para-raios com dispositivo de ionização (PDI), fazem parte das medidas permanentes de proteção contra o raio, juntamente com os protetores de sobretensões¹. São instalados em estruturas e equipamentos a proteger contra os efeitos destrutivos dos raios. Tanto as pontas Franklin como os PDI’s devem cumprir a norma específica para assegurar a sua correta instalação e funcionamento.

O raio é uma descarga eletrostática atmosférica que tem a sua origem na acumulação de carga elétrica nas nuvens. Quando a carga excede um limiar de campo elétrico, podem ocorrer descargas elétricas, quando o líder ou traçador descendente deixa a nuvem e se aproxima o suficiente do solo para que um ou mais pontos ligados à terra produzam descargas corona que se convertem no líder ou traçador ascendente. A ligação dos dois cria um caminho de descarga ao longo do qual a corrente do raio fluirá da nuvem para a terra.

Os para-raios com um dispositivo de ionização (PDI) representam uma importante inovação tecnológica na proteção contra o raio, em comparação com os para-raios passivos ou pontas de Franklin. Emitem o traçador ascendente de forma continua perante qualquer outro objeto dentro do seu raio de proteção, cobrindo assim uma maior área.

O parâmetro que define os PDI’s é o seu tempo de avanço (ΔT), ou seja, a diferença entre o tempo de emissão do líder ascendente em relação a uma ponta Franklin, medida num laboratório de alta tensão sobre as condições descritas nas exigentes normas de proteção contra o raio para PDI (UNE 21186:2011, NF C 17-102 e NP 4426). Quanto maior for a antecipação do PDI na formação do traçador ascendente, maior será a distância de captura do traçador descendente. Desta forma, o tempo de avanço à ionização determina o raio de proteção dos para-raios. Este tempo de avanço proporciona um maior volume de proteção, aplicável até em zonas abertas e objetos situados sobre coberturas e ao redor de edifícios.

O para-raios smart com dispositivo de ionização DAT CONTROLER® REMOTE é um inovador desenvolvimento tecnológico do departamento I+D+i de Aplicaciones Tecnológicas S.A. Contém no seu interior um gerador eletro-pulsante que se alimenta do campo elétrico atmosférico para emitir impulsos elétricos. Este gerador encontra-se em modo de espera em condições de tempestade. Quando se iniciam as trovoadas, o gerador ativa-se permanecendo no estado de pré-controlo até que o traçador descendente se encontre dentro do seu raio de alcance. Nesse momento, emite o traçador descendente que formará o caminho para a descarga elétrica do raio. A corrente do raio passa pelo exterior da armadura e através do gap para ser conduzida à terra, sem danificar o circuito interno.

Diferente de outros PDI, DAT CONTROLER® REMOTE é um dispositivo totalmente autónomo, livre de manutenção, com autodiagnóstico e conectividade mediante Internet of Things (IoT).

Requisitos que devem cumprir os para-raios PDI

Todos os para-raios com dispositivo de ionização devem, no mínimo, cumprir as normas vigentes. A última edição das normas UNE 21186, NF C 17-102 e NP 4426 exige que os testes sejam realizados consecutivamente e na mesma amostra. Por outras palavras, não é válido utilizar um dispositivo de proteção diferente para cada teste, pois é essencial assegurar a não alteração dos elementos contra diferentes agentes ambientais e condições extremas de utilização.

Em concreto são realizados quatro ensaios:

1. Ensaio em atmosfera salina: submete-se o para-raios a condições ambientais corrosivas, tais como as que podem estar presentes em zonas costeiras, industriais ou grandes áreas urbanas.

Sobre a mesma amostra:

2. Ensaio em atmosfera sulfurosa: gera-se uma atmosfera húmida com dióxido de enxofre, que simula a contaminação industrial (efeito chuva ácida), especialmente relevante para envolventes industriais.

Após superado o teste, segue-se com a mesma amostra:

3. Ensaio de corrente: As normas de proteção contra raios assumem como onda direta de descarga de raios um duplo exponencial com tempo de subida 10 µs (até 90% do valor de pico), valor de pico 100 kA e tempo de cauda 350 μs (até 50% do seu valor de pico). Portanto, no ensaio de corrente, aplicam-se 3 impulsos de 100 kA com a onda 10/350 μs. Isto assegura o correto funcionamento do para-raios após repetidas correntes de raio.

4. Ensaio de tempo de avanço: este teste é realizado após os testes anteriores, para assegurar que o produto mantém a sua característica principal (o tempo de avanço), mesmo depois de sofrer sobre condições ambientais corrosivas e descargas de alta energia. Este fator ΔT determina o raio de proteção do para-raios PDI. Para ser considerado um PDI, o tempo de avanço deve ser superior a 10 µs. Além disso, o desvio dos resultados obtidos para o PDI deve ser inferior a 0,8 multiplicado pelo desvio de uma ponta de Franklin.

DAT CONTROLER REMOTE mais além das exigencias normativas

No entanto, a realização apenas dos testes exigidos pelas normas não é suficiente para garantir o funcionamento correto de um para-raios PDI em todos os momentos e nas condições mais exigentes. Por exemplo, embora apenas 3 impulsos de 100 kA sejam necessários nos testes padrão, a mesma norma define o Nível de Proteção I como sendo capaz de suportar 99% das descargas atmosféricas, o que, de acordo com as estatísticas, corresponde a uma corrente de pico de 200 kA.

As condições de chuva intensa poderiam criar um curto-circuito no dispositivo de ionização, convertendo o para-raios PDI numa ponta Franklin de elevado custo, isto acontece porque um PDI precisa de dois elétrodos isolados: um a potencial atmosférico e o outro a potencial de terra. A alimentação do dispositivo de ionização é dada pela elevada diferença de potencial produzida entre os elétrodos em condições de trovoada. Caso perca o isolamento, acontecerá um curto-circuito no dispositivo de ionização, que perderá a sua principal característica (o tempo de avanço ΔT). A área de proteção será drasticamente reduzida à mesma que proporciona uma ponta Franklin convencional, deixando zonas desprotegidas. Para evitar estes efeitos é necessário garantir o isolamento dos terminais dos para-raios PDI em caso de chuva, neve, gelo, granizo, etc., que podem inutilizar o circuito interno.

Por isto, o para-raios PDI DAT CONTROLER REMOTE de Aplicaciones Tecnológicas S.A. não cumpre apenas os exigentes ensaios normativos com os maiores controlos de qualidade, mas têm também uma série de caraterísticas adicionais que o convertem num para-raios PDI único e o mais completo atualmente disponível no mercado.

3. 3. • Certificado de produto com o selo N da AENOR, o mais alto organismo de auditoria em Espanha. Esta marca assegura que o para-raios DAT CONTROLER® REMOTE cumpre o regulamento RP 058 da AENOR para para-raios com um dispositivo de ionização. Os ensaios são realizados em laboratórios oficiais independentes e, os técnicos da AENOR verificam periodicamente se os parâmetros de controlo necessários são cumpridos nas amostras de produção.
      • Teste prolongado de tensão de corrente de raio. Enquanto o teste de corrente da norma exige que o para-raios seja submetido a 3 impulsos de 100 kA com onda de 10/350 μs, o DAT CONTROLER® REMOTE é adicionalmente submetido a 20 impulsos de 200 kA e 5 impulsos de 250 kA com onda de 10/350 μs. Utilizando 20 impulsos de 200 kA (a corrente de pico para o Nível de Proteção I), é demonstrado que o DAT CONTROLER® REMOTE é um para-raios adequado para o Nível de Proteção mais restritivo. Além disso, dos 20 impulsos, 10 são de polaridade positiva e 10 de polaridade negativa, assegurando o funcionamento do DAT CONTROLER® REMOTE contra todos os eventos de raio.
      • Funcionamento em condições de chuva (isolamento superior a 95%), em conformidade com UNE-EN 60060-1:2012. O desenho do para-raios DAT CONTROLER impede que a chuva e outras condições atmosféricas adversas ponham a caixa metálica (a potencial elétrico atmosférico) em contacto com o eixo metálico (a potencial de terra).
      • Autodiagnóstico e conectividade IoT: o para-raios inteligente DAT CONTROLER® REMOTE tem autodiagnóstico da cabeça, cujos resultados são enviados via comunicação M2M para o utilizador. Esta inovação permite não só monitorizar o elemento de captação, mas também poupar tempo e custos de manutenção para a instalação.

O autodiagnóstico diário elimina a necessidade de aceder e desmontar o para-raios, permitindo a otimização da manutenção preventiva e corretiva da instalação. O sistema inteligente permite a centralização do estado em tempo real de todos os dispositivos instalados através de uma página web personalizada, onde todos os para-raios instalados podem ser monitorizados, geridos os alarmes, as notificações e os relatórios.

Além das características avançadas do DAT CONTROLER® REMOTE, a instalação pode ser complementada com o contador de raios inteligente SMART LIGHTNING LOGGER, que monitoriza a atividade elétrica no condutor de baixada do para-raios, registando a amplitude, polaridade, carga e energia específica do impulso de corrente, bem como a data e hora do impacto. Utilizando a comunicação IoT, envia os dados obtidos, fornecendo informações em tempo real e alertas de descargas atmosféricas em múltiplos locais.

O para-raios inteligente DAT CONTROLER® REMOTE apresenta a mais recente tecnologia em PDI’s, além das normas standard. Para além disso, a conectividade por IoT assegura a máxima eficiência de instalação. Tanto DAT CONTROLER® REMOTE como ATLOGGGER REMOTE pertencem à gama Smart Earthing and Lightning Solutions da Aplicaciones Tecnológicas S.A. Esta gama revoluciona a manutenção de instalações de sistemas de proteção contra o raio através de controlo global e monitorização contínua e desacompanhada.