Como funciona um para-raios?

O para-raios é um dispositivo concebido para proteger os edifícios e outras estruturas dos efeitos destrutivos dos raios. O seu funcionamento baseia-se em princípios físicos da eletricidade e no comportamento do campo elétrico em torno de estruturas altas.

De forma geral, qualquer pessoa sabe o que é um para-raios ou qual a sua função como dispositivo de proteção contra o raio. É também o elemento principal dos sistemas de proteção contra o raio que ajudam a proteger as estruturas dos efeitos destrutivos deste fenómeno atmosférico. No entanto, apesar de reconhecermos a sua importância, será que sabemos como funciona um para-raios?

Para cumprir a sua função, o para-raios deve ser instalado sempre acima do ponto mais alto do edifício ou estrutura a proteger, captando e canalizando com segurança a descarga do raio para a terra.

Para poderem captar esta descarga, os para-raios estão equipados com uma ponta e um corpo metálico. Ambos os elementos estão ligados através de uma rede condutora a um sistema de ligação à terra de baixa impedância (inferior a 10 Ω), onde a energia do raio é dissipada em segurança.

Durante uma trovoada, é gerada uma alta tensão entre a nuvem e o solo devido à abundância de cargas elétricas na base da nuvem e no solo. Esta tensão é o gatilho para a direção descendente do raio. O campo elétrico extremamente elevado E (kV/m) nesta zona provoca uma circulação ascendente de cargas elétricas de sinal contrário através do corpo do para-raios, criando um traçador ascendente. Estas cargas vão encontrar-se e recombinar-se com o traçador descendente, capturando-o e descarregando-o na terra.

Portanto, a atração do raio pelo para-raios baseia-se no seguinte:

Concentração do campo elétrico: A ponta afiada do para-raios concentra o campo elétrico na sua extremidade, criando uma zona com um potencial elétrico superior ao das zonas circundantes.
Ionização do ar: A ponta do para-raios ioniza o ar que o rodeia, criando um canal condutor para a descarga do raio. O ar ionizado tem menor resistência elétrica, o que facilita a passagem da corrente elétrica.

Que tipos de para-raios existem?

Pontas Franklin e malhas condutoras. Os sistemas de captação de pontas e redes funcionam distribuindo e dissipando a corrente de descarga do raio através de uma rede de condutores. As secções transversais e os materiais utilizados devem cumprir as especificações estabelecidas nas normas aplicáveis (séries IEC/EN 62305 e IEC/EN 62561).
Para-raios com dispositivo de ionização (PDI). Os para-raios com dispositivo de ionização (PDI) funcionam com base nas características elétricas da formação do raio. O raio começa com um traçador descendente que se pode propagar em qualquer direção. Quando este traçador se aproxima de objetos no solo, qualquer um deles pode ser atingido. Os para-raios com dispositivo de ionização distinguem-se por emitirem um traçador ascendente contínuo antes de qualquer outro objeto dentro do seu raio de proteção. O para-raios deve ser o ponto de impacto controlado da descarga, proporcionando à corrente do raio um caminho para a terra sem danificar a estrutura. As principais normas que regulam estes sistemas de proteção contra o raio são: UNE 21186, NFC 17-102, NP 4426 e NA 33:2014.

O raio de proteção de um para-raios com dispositivo de ionização depende do seu tempo de avanço, do Nível de Proteção da estrutura que protege e da sua altura sobre o ponto a proteger. De acordo com as normas, o maior tempo de avanço que pode ser aplicado é de 60 microssegundos. Os para-raios com este tempo podem proteger mais de 100 metros, embora isto dependa sempre do Nível de Proteção e da altura.