Técnologia dos Equipamentos elétricos

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Classificação dos Tipos de Para Raios Utilizados na proteção de Redes de Alta Tensão
FONTE:Guilherme Rossoni(Subestação Coletora Compléxo eólico Ventos De Santa Eugênia)
Aluno: Guilherme Rossoni dos Santos
Uibaí, 28 de Agosto de 2022..
Uma breve abordagem à NBR 5419:
De acordo com a NBR 5419 que entrou em vigor a partir de 2014 Não há dispositivos ou métodos capazes de modificar os fenômenos climáticos naturais a ponto de se prevenir a ocorrência de descargas atmosféricas. As descargas atmosféricas que atingem estruturas (ou linhas elétricas e tubulações metálicas que adentram nas estruturas) ou que atingem a terra em suas proximidades são perigosas às pessoas, às próprias estruturas, seus conteúdos e instalações.
Nós, como profissionais da área de Eletricidade temos a tarefa de escolher as medidas adequadas de proteção a serem tomadas com melhores benefícios econômicos de instalação e manutenção dentro dos termos de gerenciamento de risco.Todas as medidas de proteção contra descargas atmosféricas formam a proteção completa contra descargas atmosféricas. Por razões práticas, os critérios para projeto, instalação e manutenção das medidas de proteção são considerados em dois grupos separados: 
· O primeiro grupo se refere às medidas de proteção para reduzir danos físicos e riscos à vida dentro de uma estrutura e está contido na ABNT NBR 5419-3; 
· O segundo grupo se refere às medidas de proteção para reduzir falhas de sistemas elétricos e eletrônicos em uma estrutura e está contido no ABNT NBR 5419-4.
Conceito de descargas atmosféricas:
Ao conceituar Descarga atmosférica podemos dizer que se tratam de descargas elétricas de grande extensão e de grande intensidade que ocorrem devido ao acúmulo de cargas elétricas em regiões localizadas da atmosfera em geral dentro de tempestades. A descarga inicia quando o campo elétrico produzido por essas cargas excede a capacidade isolante do ar, também conhecida como rigidez dielétrica, em um dado local na atmosfera, que pode ser dentro da nuvem ou próximo ao solo, quebrada a  rigidez, começam rápidos movimentos de elétrons de uma região de cargas negativas para uma região de cargas positivas que, como mencionado acima pela norma, causam riscos a integridade de equipamentos e pessoas em todos os ambientes, sejam eles Residenciais ou Industriais.(OSMAR PINTO JR)
Fonte:www.engetron.com.br/tempestades-raios-perigo-equipamentos-eletronicos/
Proteção contra Descargas atmosféricas:
Para que possamos minimizar ou suprimir os efeitos das descargas atmosféricas existem sistemas que transmitem esta energia desumanamente forte para a descarga na superfície terrestre de forma segura. O SPDA(Sistema de Proteção de Descargas Atmosféricas) está presente em todos as instalações devidamente bem dimensionadas e executadas que vão de construções de grande porte como Complexos eólicos e condomínios com muitos andares de moradores até uma simples central de monitoramento metereológico alimentada por um painel Fotovoltáico.
 
 (Fonte:Guilherme Rossoni, Ventos de Santa Eugênia) 	 ( Fonte: www.taperoa.com)						
Em qualquer um dos dois exemplos teremos a atuação de uma Rede de Alta tensão para direcionar a Energia que será gerada ou consumida. Estas redes são chamadas de Linhas de Transmissão e fazem parte do sistema elétrico que transporta a energia da geração para o consumo, recebendo energia de subestações elevadoras e levando até subestações abaixadoras para que as concessionárias de energia possam realizar a distribuição para seus clientes locais.
Classificação de Redes de Alta Tensão:
As linhas de transmissão podem ser classificadas em diferentes níveis de tensão. Os Procedimentos de Rede, documento preparado pelo ONS – Operador Nacional do Sistema, consideram linhas de transmissão aquelas cujas tensões são 230, 345, 500 kV e acima e que compõem à Rede Básica do SIN – Sistema Interligado Nacional. As linhas de tensões de 69, 88 e 138 kV são classificadas como de distribuição (OSMAR PINTO JR).
Proteção contra Descargas atmosféricas em Linhas de Transmissão :
Segundo (MAMEDE 2013) as linhas de transmissão de grandes extensões são susceptíveis às incidências de defeitos devido aos seguintes eventos mais significativos:
•Vandalismos.
•Descargas atmosféricas.
•Defeitos que motivam curtos-circuitos.
•Queimadas.
•Vendavais.
Para minimizar os efeitos desses eventos, as linhas de transmissão são protegidas ao longo do seu percurso e nas duas extremidades pelos seguintes dispositivos:
•Cabos-guarda, posicionados na parte superior das torres para proteção contra descargas atmosféricas;
•Para-raios de sobretensão contra ondas incidentes oriundas de descargas atmosféricas ou surtos de manobras;
•Disjuntores associados a relés de proteção contra sobrecorrente e sobretensões;
Quando uma descarga atmosférica se desenvolve nas proximidades de uma rede elétrica, são induzidas uma determinada tensão nos condutores de fase e, em consequência, uma corrente associada, cujos valores são funções da distância do ponto de impacto, da magnitude da corrente da descarga etc. No entanto, se a rede elétrica for dotada de uma blindagem com cabos para-raios, eles serão os condutores que ficarão submetidos à tensão induzida e à corrente associada.
As descargas atmosféricas cujo ponto de impacto é próximo às redes aéreas podem induzir uma tensão nessas redes cujo valor não supera o valor de 500 kV. Tratando-se de redes com tensão nominal superior a 69 kV ou dotadas de cabos para-raios para blindagem, o seu nível de isolamento é compatível com os valores das sobretensões induzidas, não acarretando falha nas isolações.
Se a magnitude da onda de tensão é superior à tensão suportável de impulso dos isoladores de pino ou de suspensão da rede ocorrerá uma disrupção através dos isoladores para a terra ou entre fases. As disrupções para a terra ocorrem com maior frequência e proporcionam uma redução severa da amplitude da onda viajante. Essas disrupções podem ocorrer ao longo de várias estruturas após o primeiro poste mais próximo do ponto de impacto da descarga atmosférica na rede ou do ponto de indução, no caso de descargas laterais às redes aéreas (OSMAR PINTO JR).
Classificação dos Para Raios:
Os para-raios são, basicamente, resistores não lineares que fornecem um caminho de baixa impedância para a corrente de surto e que limitam os níveis de sobretensões a valores compatíveis com a suportabilidade dos equipamentos que protegem. Sem eles, as sobretensões que porventura atinjam os equipamentos elétricos poderiam provocar a disrupção do dielétrico e consequente perda do patrimônio, além de danos pessoais, ao meio ambiente e às instalações. Essa proteção se deve ao caminho condutivo de baixa impedância de surto entre fase e terra promovido pelo para-raios. 
A descarga de corrente à terra através dessa impedância de surto limita a tensão em relação à terra. Em condições normais de operação, essa impedância é suficientemente elevada para atuar como um circuito aberto, e assim permanece até o para-raios ser atingido por uma tensão de surto(MAMEDE FILHO, 2013).
Existem dois tipos de para-raios quanto ao material semicondutor utilizado: o para-raios de carboneto de silício (SiC) e o para-raios de óxido de zinco (ZnO).
 O para-raios de carboneto de silício (SiC):
Os para-raios de SiC, também conhecidos por para-raios convencionais, são formados por blocos de carboneto de silício em série com diversos centelhadores. Os blocos de resistores são constituídos de uma liga de carborundo (nome dado ao carboneto 35 de silício na fase industrial) com adição de alguns elementos, como o bismuto e cordierita5, mais uma substância aglomerante. Esse bloco constitui um semicondutor intrínseco de primeira geração. 
Em seguida, são comprimidos e submetidos à temperatura de aproximadamente 2.000 °C para que as reações químicas se processem nas cadeias de carbono. Nessa etapa, chamada de sintetização, a substância aglomerante evapora-se do bloco. A próxima etapa é a metalização das faces de contato dobloco para aumentar o contato elétrico entre os mesmos e os centelhadores. Finalmente, o bloco é submetido a testes e ensaios de tensão de descarga (MAMEDE FILHO, 2013).
Os discos de centelhador são estampados para adquirir formato circular e montados sobre peças de esteatita6 para formar o bloco centelhador. Em seguida, os blocos de carboneto e os centelhadores são montados na estrutura do para-raios e submetidos a ensaios de vedação e tensão à frequência industrial. 
Quando em atuação, a resistência não linear do carboneto de silício diminui com o aumento da sobretensão. Porém, não é capaz de suportar continuamente a tensão da rede, devido à limitação de sua resistência. É por isso que esse modelo de para-raios só funciona com a presença dos centelhadores série, que evitam o sobreaquecimento exagerado do para-raios devido à baixa impedância do SiC (FRONTIN, 2013).
(Fonte:Ebook Tecnologia dos Equipamentos, ATV 1)
A mola de contato é fabricada em aço e contribui com a diminuição da resistência de contato entre os blocos em série. O corpo é de porcelana vitrificada de alta resistência mecânica e dielétrica. O desligador automático funciona como indicador visual de defeitos do para-raios, evitando a falta permanente do próprio sistema.
 Os para-raios de carboneto de silício deixaram de ser produzidos há décadas, mas ainda são encontrados em grande número.
O para-raios de óxido de zinco (ZnO):
Os para-raios de óxido de zinco (ZnO) são compostos de uma mistura de óxido metálico (zinco, em maior proporção, antimônio, manganês, bismuto e cobalto) sensível à tensão, também chamado MOV7 . Em tensões de operação normal do sistema, o MOV é um isolante. Quando submetido às sobretensões atmosféricas ou de surto de manobra, o MOV torna-se um condutor, limitando a tensão da rede a valores controlados.
 O MOV é composto de incontáveis grãos semicondutores tipo n de segunda geração (extrínseco), cujas junções funcionam como interruptores eletrônicos, criando caminhos para o escoamento das cargas (ABB, 2006). 
Após a mistura dos óxidos metálicos e posterior prensagem, o bloco é submetido a temperaturas de cerca de 1.300 °C para torná-lo um elemento cerâmico. Depois recebe uma camada metálica para aumentar o contato elétrico. Finalmente, é submetido a uma série de testes: sísmico, de vedação e de tensão.
Os para-raios de ZnO, em sua maioria, não possuem centelhadores, pois não existe o risco de sobreaquecimento devido à alta impedância do óxido de zinco. Os blocos de ZnO, portanto, podem ser submetidos direta e continuamente à tensão fase-terra da rede. Entretanto, existem modelos desses para-raios com centelhadores para aplicações específicas quando se leva em conta requisitos de suportabilidade frente a tensões sustentadas em frequência nominal (FRONTIN, 2013). 
Os para-raios de ZnO são envoltos em uma cobertura isolante que pode ser de porcelana ou um polímero de borracha de silicone, sendo que a segunda oferece vedação melhor à penetração de poeira e umidade e proteção contra a explosão e liberação de fragmentos para o ambiente na ocorrência do aumento da pressão interna do para-raios. A excelente vedação desse tipo de para-raios deve-se aos blocos e espaçadores, às placas de Fiber-reinforced Plastic (FRP), ao diafragma metálico, à junta cimentada e à mola de compressão.
(Fonte:Ebook Tecnologia dos Equipamentos, ATV 1)
Vantagens de para raios ZnO em relação aos Para raios de SiC segundo (MAMEDE FILHO, 2013):
· Coeficiente de não linearidade elevado 6,25 vezes maior;
· Não existe corrente subsequente nos para-raios de ZnO;
· Apresentam maior capacidade de absorção de energia;
· Oferecem maior proteção e isolamento;
· Sua curva de atuação não apresenta transitórios elevados, devido à ausência de centelhadores;
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