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TECNOLOGIA DOS EQUIPAMENTOS ELÉTRICOS SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA Autor(a): Esp. Eliny dos Santos Gomes Revisor: Me. Camilo Gustavo Araújo Alves Tempo de leitura do conteúdo estimado em 1 hora e 15 minutos.Introdução Olá, estudante! Considerando que a energia elétrica está no nosso dia a dia de uma forma que somente é notada quando há uma falha no sistema, vamos refletir sobre tudo que envolve essa energia. Para que a energia chegue no consumidor, ela precisa ser gerada, transportada e distribuída, sendo assim, envolve uma quantidade de equipamentos. Ao longo deste material, serão estudadas as definições e a estrutura desses equipamentos. Iniciaremos esta jornada conhecendo um pouco sobre proteção de sistemas, no qual principal protagonista é para-raio, conheceremos suas características, seu funcionamento e as normas relativas a esse equipamento. Estamos iniciando estudo sobre sistema elétrico de potência e vamos juntos descobrir esse complexo mundo que existe simplesmente para trazer energia à nossa casa. Diante disso, eu convido você a embarcar nesta jornada de estudos, que contribuirá de forma ampla para a sua formação. Vamos lá? Bons estudos!Sistema Elétrico de Potência Caro estudante, quando falamos em sistema elétrico de potência, qual imagem vem a sua mente? Normalmente se pensa logo na luz elétrica, pois é que fica mais visível, mas, segundo dicionário, um sistema é um conjunto de elementos, concretos ou abstratos, intelectualmente organizados. Assim, podemos ver que tem algo a mais do que simplesmente a luz elétrica. Consideremos o sistema elétrico de potência, que podemos chamar de SEP, conforme a norma regulamentadora NR-10, ele é constituído de uma variedade de equipamentos que tem a finalidade de geração, transmissão e distribuição da energia elétrica. Então, podemos dizer que SEP pode ser dividido nesses três blocos, sendo que cada um deles tem seus níveis de tensão (BICHELS, 2018). A geração, que tem a finalidade de transformar algum tipo de energia em energia elétrica, opera com tensões entre 6 kV e 14 kV, sendo usualmente 13,8 kV. A transmissão, que tem a finalidade de transportar a energia da unidade geradora para os centros de distribuição, opera com tensões acima de 100 kV. A distribuição, que tem a finalidade de distribuir a energia recebida para os grandes, médios e pequenos consumidores, opera com tensões de 13,8 kV.Fonte: Guruxox / 123RF A distribuição que chega nas nossas cidades Vamos juntos descobrir percurso que a energia faz, desde sua geração até chegar no consumidor, e estudaremos os principais elementos, ou seja, os equipamentos elétricos que são usados no setor elétrico de potência. Definição SEP Um sistema elétrico de potência (SEP) é dividido em três blocos: geração, transmissão e distribuição. Vamos conhecer um pouco de cada um desses blocos e ver como a união de todos compõem sistema. A energia elétrica é produzida por usinas geradoras, que chamamos de geração, faz parte do SEP, porém essa energia precisa chegar ao consumidor. E consumidor muitas vezes não está próximo da geração. Há gerações localizadas em várias regiões do país. Segundo dados da Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL, 2022), atualmente, temos 13907 unidades geradoras, sendo 82,99% de energias renováveis(biomassa, hídrica, solar e eólica) e 17,01% de energias não renováveis (petróleo, gás natural, carvão e nuclear). SAIBA MAIS Os dados da ANEEL podem ser visitados no sistema de informações de geração ANEEL (SIGA), que foi desenvolvido para disponibilizar informações sobre a capacidade instalada de geração de energia no Brasil. Acesse link a seguir, escolha menu e poderá ter a noção exata de como está a geração de energia no país em tempo real. Fonte: ANEEL (2022, on-line) Vamos conhecer um pouco sobre as principais usinas geradoras renováveis, que fazem parte de das energias geradas no Brasil. Biomassa dicionário Aurélio (FERREIRA, 1999) traz a definição de biomassa como sendo um recurso renovável gerado a partir de matéria orgânica para produção de energia. A matéria orgânica pode ser de origem animal ou vegetal, como restos de alimentos, cana-de-açúcar, cascas de frutas, dentre outros. Essa matéria orgânica normalmente é fonte de calor para geração, que pode acontecer de dois formatos: direta e indireta. Direta: combustão da biomassa na fase sólida. Indireta: produção de gases ou líquidos combustíveis através de pirólise. A biomassa é uma fonte de energia que, no Brasil, não é expressiva, mas pode ser usada diretamente como combustível ou na geração de outras fontes para produçãode energia. Essa produção ocorre por meio de diferentes técnicas: pirólise, gaseificação, combustão ou co-combustão. A biomassa é considerada uma forma de energia alternativa e também é conhecida como energia verde. Usinas hidrelétricas São usinas geradoras que usam a transformação da energia cinética da água em energia mecânica para movimentar uma turbina e gerar a energia elétrica. A energia gerada por hidrelétricas é considerada a melhor, a mais barata e a mais limpa. Ao longo dos anos, a hidrelétrica continua sendo a energia mais eficiente e com poucas interferências e mudanças, por isso são muito confiáveis. Ainda assim, podem haver interferências relacionadas a mudanças climáticas, secas ou chuvas extremas. Além disso, são construções de grande porte, que demandam um tempo significativo para sua construção (PINTO, 2018). As hidrelétricas são compostas por: 1. partes hidráulicas; a) Barragem estrutura feita, normalmente, de concreto para armazenar a água dentro do reservatório. b) Vertedouro usado para descartar o excesso de água do reservatório. c) Reservatório é o lago artificial que tem a função de acumular água, em virtude da barragem, e gerar queda de água pelas comportas. d) Comportas são as estruturas pelas quais a água chega na turbina e são responsáveis por controlar a quantidade de água. 2. turbinas; Equipamentos que fazem a transformação de energia da queda em energia potencial mecânica. 3. equipamentos elétricos. No Brasil, as hidrelétricas são muito importantes e temos uma parcela grande de geração em grandes hidrelétricas, porém esse tipo de energia também é gerado nas Pequenas Centrais Hidrelétricas (PCH), que são instaladas em rios de pequeno e médio porte. As PCHs não têm reservatório, mas usam mesmo processo de geração. Elas têm vantagens, pois podem ser instaladas perto do centro consumidor, economizando assim em linhas de transmissão (PINTO, 2018).Energia solar É a energia elétrica gerada a partir da energia solar. Brasil é um país com potencial de energia solar durante todo ano e em todas as regiões, porém a geração não é estável, pois depende do fluxo de energia solar. A captação da luz ocorre com painéis solares e, a partir dos raios solares, há a geração de energia solar fotovoltaica. A energia solar fotovoltaica funciona a partir de fótons, que colidem com os átomos de silício contidos no painel solar e criam um deslocamento de elétrons, conhecidos como corrente elétrica contínua. Essa corrente contínua pode ser chamada de energia solar fotovoltaica (PINTO, 2018). Podemos definir algumas vantagens e desvantagens de energia solar. 1. Vantagens. a) Não polui a natureza durante seu uso. Existe uma certa poluição na produção dos painéis, mas atualmente está controlada. b) A manutenção das centrais é muito pequena. c) A tecnologia dos painéis está melhorando a cada dia e, com a maior, produção custo está caindo. d) Recomendado para uso em locais de difícil acesso. e) Como é de fácil instalação, pode ser instalado próximo aos centros urbanos, economizando linhas de transmissão. 2. Desvantagens. a) A produção não é constante, pois depende do local e da quantidade de energia solar. b) Locais com altitude média e altas sofrem muito nos meses de inverno com os graus de nebulosidade que derrubam a produção. c) As formas de armazenamento de energia solar são pouco eficientes se comparadas a outras formas de energia. A geração de energia solar está sendo muito eficiente no consumidor final. Como custo está em queda, viabilidade de instalação no consumidor pequeno está muitomaior e parece ser uma realidade nas nossas cidades, baixando custo para consumidor e gerando energia limpa. Energia eólica A geração por energia eólica usa vento para gerar energia elétrica. Porém essa técnica já vem sendo usada muito antes para moer grãos e para fazer bombeamento de água. tecnologia tornou possível a transformação do vento em energia elétrica. Mas vento é um tipo de energia solar? sol aquecendo a superfície do planeta faz com que calor seja evaporado e, com a inclinação da terra, esse calor gerado sobe e frio desce. A movimentação desse ar forma correntes de ar que geram correntes de vento em grandes alturas. Assim, vento é causado pelo sol, mas não é um tipo de energia solar (PIPE, 2015). As turbinas de ar captam vento a partir de pás de rotor parecidas com hélices, que são instaladas em torres altas, pois a maior quantidade de vento está em maiores alturas, onde há também menos turbulências que em regiões mais perto do solo. A energia é gerada a partir das pás do rotor, que giram em torno de um eixo ligado ao gerador. eixo faz um espiral de fio movimentar-se no interior de um ímã. A potência da turbina depende do tamanho da lâmina do rotor e da velocidade do vento. Hoje, temos parques eólicos em locais designados onde há uma produção de energia que é distribuída localmente e excedente é enviado para sistema interligado nacional. Em relação a transmissão, como vimos, cada uma das etapas do sistema opera em diferentes tipos de tensão. Essa característica é determinada por razões técnicas. Depois da energia produzida, ela deverá ser transmitida para ser consumida. Esse é um conceito muito importante, a quantidade de energia que é produzida não é armazenada, seria inviável armazenar energia em virtude dos modelos de armazenamento atuais. Então, ela deve chegar ao consumidor, porém muitas vezes a energia gerada corre grandes distâncias até ser consumida. Para que a transmissão seja eficiente, torna-se necessário aumentar nível de tensão para valores altos, permitindo que se reduza a corrente. Dessa maneira, temos aredução de perdas por efeito Joule. Mas esse nível de tensão alto requer cabos mais robustos, sendo então necessárias torres e estruturas de transmissão de grande porte. Para distribuição na área urbana, nível de tensão deve ser novamente reduzido e a distribuição acontece por tensões de 13,8 kV, que são aqueles três fios mais altos nos postes. Sendo que, para consumo residencial, essa tensão é reduzida ainda mais, ficando nos valores conhecidos de 220V ou 127V. No Quadro 1.1, que apresenta dados de 2010, mostra os diferentes níveis de tensão utilizados no sistema elétrico no Brasil (BICHELS, 2018).Aplicação Tensão (kV) Padronizado Existente Distribuição secundária 0,220/0,127 0,110 em baixa tensão (BT) 0,380/0,220 0,230/0,115 13,8 11,9 Distribuição primária em média tensão (MT) 34,5 22,5 34,5 Subtransmissão 69,0 88,0 138,0 138,0 230,0 440,0 Transmissão 345,0 750,0 500,0 Quadro 1.1 - Níveis de tensão utilizados no sistema elétrico no Brasil Fonte: Kagan et al. (2010, 4). #PraCegoVer: quadro "Níveis de tensão utilizados no sistema elétrico no Brasil" possui três colunas. A primeira mostra a aplicação, que possui quatro linhas: "Distribuição secundária em baixa tensão (BT), "Distribuição primária em média tensão e "Transmissão". A segunda coluna mostra os valores de tensões padronizadas em quilovolts, e a terceira coluna mostra os valores ainda existentes, que são diferentes dos padrões atuais. Na linha de "Distribuição secundária em baixa tensão (BT)", temos a coluna de tensões em quilovolts padronizadas que mostra os seguintes valores: "0,220/0,127 e 0,380/0,220". Já a coluna de tensões em quilovolts existentes mostra os valores: "0,110 e 0,230/0,115". Na linha de "Distribuição primária em média tensão (MT)", temos a coluna de tensões em quilovolts padronizadas, que mostra os valores"13,8 e 34,5", e a coluna de tensões em quilovolts existentes que mostra os valores "11,9 e 22,5". Na linha de "Subtransmissão", temos a coluna de tensões em quilovolts padronizadas, que mostra os valores "34,5, 69,0 e 138,0", e a coluna de tensões em quilovolts existentes, que mostra o valor "88,0". Na linha de "Transmissão", temos a coluna de tensões em quilovolts padronizadas, que mostra os valores "138,0, 230,0, 345,0 e 500,0", e a coluna de tensões em quilovolts existentes, que mostra os valores "440,0 e 750,0". Podemos verificar que, embora exista um padrão, também existem tensões em linhas mais antigas que operam em valores diferentes do padrão atual e para a sua atualização seria necessária a substituição de equipamentos caros que ainda estão em bom estado de operação, não tendo chegado ao final da sua vida útil, por exemplo, os transformadores. Conforme surja necessidade de alteração desses equipamentos, irão sendo adotados os valores padrões. Também podemos verificar a existência de valores em duas aplicações diferentes. A tensão de 34,5 kV pode ser usada tanto para distribuição, na qual não é muito comum, como também para subtransmissão. SAIBA MAIS Cara(o) estudante, Explore site do Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) e você poderá ver mapa do Brasil com a imagem das linhas de transmissão discriminadas por cores, com legenda indicando as tensões de cada cor. Amarelo: linhas de 138kV; verde: linhas de 230 kV; azul claro: linhas de 345 kV; rosa: linhas de 440 kV; vermelho: linhas de 500 kV; preto: linhas 750 kV e linhas de ± 600 kV; e azul escuro: linhas de ± 800 kV. As linhas contínuas indicam as existentes e as pontilhadas são as planejadas (futuro). Como mapa é interativo, também é possível ir além e identificar subestações, usinas e outros, marcando no canto esquerdo do mapa. Para saber mais, acesse a seguir:Fonte: MAPAS... (2022, on-line). complexo sistema de transmissão de energia pode ser observado no site da ONS. A partir de um aplicativo chamado Sistema de Informações Geográficas Cadastrais do SIN (SINDAT), a ONS disponibiliza ao Sistema Interligado Nacional (SIN) todas as informações em tempo real e em um mesmo ambiente. Nesse sistema, podemos verificar que já temos algumas tensões maiores nas linhas de transmissão, algumas já instaladas e outras em expansão. SIN é um serviço público que tem a função de interligar todo sistema elétrico nacional. Dele fazem parte as instalações de Rede Básica (RB) e de Rede de Fronteira (RBF). Mesmo tendo a geração em diversos pontos do país, sistema de transmissão atual é muito bem integrado, sendo possível transportar a energia que está sobrando de uma região para outra sem problemas e esse controle é feito em tempo real. A distribuição de energia é feita por concessionárias, permissionárias e designadas. Ela tem a função de receber energia que é gerada nas usinas e transmitir pelo sistema de transmissão, entregando a consumidores médios e pequenos nas zonas urbanas e rurais. Conforme dados da ANEEL de 2022, temos cinquenta e duas (52) concessionárias, cinquenta e duas (52) permissionárias e uma (1) designada, totalizando cento e cinco (105) agentes, entre públicos, privados e de economia mista, em atuação no mercado de distribuição. Estrutura de Equipamentos Notamos que, em um Sistemas Elétricos de Potência (SEP), as tensões necessitam de alteração ao longo do caminho entre a geração e a distribuição. Em geral, essas alterações acontecem nas subestações, onde também pode haver roteamento de energia entre linhas. É um verdadeiro quebra-cabeça, mas também é muito interessante de entender. A energia vai sendo gerada e a sobra da região vai para a linhas de transmissão, da qual são enviadas para regiões onde está faltando. Na distribuição para o consumidor rebaixamento é feito no caminho.Fonte: Ewagnarin / 123rf Nas subestações, os equipamentos chamados transformadores têm a função de elevar a tensão quando a mesma percorre longos percursos, evitando a perda de energia ou rebaixando a tensão para ela ser entregue ao consumidor. A energia distribuída para os centros urbanos ainda não está na tensão adequada para consumidor, por essa razão, há transformadores menores instalados em postes, que fazem esse rebaixamento para que a tensão seja adequada para consumidor. Classificação das Subestações#PraCegoVer: infográfico interativo, intitulado "Classificação das Subestações", possui quatro botões interativos, alinhados em duas colunas. primeiro botão interativo, intitulado "Quanto a sua função", ao ser clicado, apresenta os textos "Transformadoras: têm a função de converter a tensão de suprimento para um nível diferente: (A) Elevadoras: localizadas nas saídas das usinas geradoras, têm a função de elevar a tensão para níveis de transmissão e subtransmissão; (B) Abaixadoras: localizadas nos centros urbanos, têm a função de diminuir os níveis de tensão para os consumidores"; "Distribuição: têm a função de diminuir a tensão para o nível de distribuição primária. Podem pertencer a concessionárias ou grandes consumidores"; "Seccionadoras (manobra ou chaveamento): têm a função de interligar circuitos de mesmos níveis de tensão, tornando possíveis roteamentos e seccionamentos. As subestações de manobra têm a função de fazer chaveamento de linhas de transmissão" e "Conversoras: são associadas a sistemas de transmissão CC (SE retificadora e SE segundo botão interativo, intitulado "Nível de ao ser clicado, apresenta os textos "Subestação de Alta Tensão (AT): tensões nominais abaixo de 230 kV" e "Subestação de Extra Alta Tensão (EAT): tensões nominais acima de 230 kV. As tensões típicas são 345 kV, 440 kV, 500 kV e 750 kV". terceiro botão interativo, intitulado "Instalação", ao ser clicado, apresenta os textos "Subestação a céu aberto: são construídas em local amplo e ao ar livre. Normalmente são necessários equipamentos e aparelhos próprios para local"; "Subestação em interiores: são construídas em locais abrigados" e "Subestação Blindada: são construídas em locais abrigados e seus equipamentos são protegidos e isolados em óleo ou gás (comprimido ou SF6)". quarto botão interativo, intitulado "Forma de operação", ao ser clicado, apresenta os textos "Subestação com operador: operador com conhecimento específico. Não sãonecessários equipamentos de proteção e operação local, somente em casos de SE maiores portes"; "Subestação Semiautomática: possuem equipamentos de proteção e operação local, tendo intertravamento eletromecânico para se assegurar de bloqueio da operação local, se necessário" e "Subestação Automática: possui supervisão e operação a distância". Podemos dizer que coração de uma subestação é equipamento conhecido como transformador. Ele tem a função de transformar a tensão recebida, elevando-a ou rebaixando-a, e seu funcionamento ocorre a partir da indução eletromagnética. Outros equipamentos existentes são de medição e proteção, e a energia elétrica é transportada por meio de barramentos que podem ter várias configurações e são destinados a transportar altas tensões. SAIBA MAIS Conheça um pouco mais de uma subestação e seus equipamentos, assistindo este vídeo explicativo que trata sobre papel de uma subestação e principalmente seu papel dentro do sistema elétrico, também apresenta alguns equipamentos que compõem a estrutura da subestação. Para saber mais, acesse a seguir: Sistema Elétrico de Potência do Brasil é um conjunto de muitos equipamentos e linhas de transmissão. mais interessante é que, embora sendo muito complexo, tudo funciona perfeitamente. consumo está em todos os locais e a geração também é distribuída, mas nem tudo que precisa para uma região é gerado dentro dela, então há necessidade de muitos quilômetros de linhas de transmissão para a transferência desse excedente de energia. controle e a proteção são itens muito importantes emtodo esse sistema, demandando uma quantidade expressiva de profissionais em seu trabalho. Conhecimento Teste seus (Atividade não pontuada) Leia trecho a seguir. "No Brasil, de modo geral, as linhas de 69 kV são consideradas de subtransmissão. Uma linha de transmissão pode ser subterrânea, que frequentemente leva a um custo de três a dez vezes maior do que da linha aérea tradicional. A opção pela subterrânea se dá, normalmente, em áreas urbanas. Os cabos são feitos de materiais a base de polietileno, podendo comportar tensões de transmissão da ordem de 400 kV". PINTO, M. de Energia elétrica: geração, transmissão e sistemas interligados. 1. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2018. p. 65. setor elétrico pode ser dividido em três grandes blocos: geração, transmissão e distribuição. Cada um desses blocos, no sistema elétrico, possui suas próprias características e deve operar com níveis de tensão diferentes. A partir do que foi apresentado, assinale a alternativa correta. a) O nível de tensão na geração é da ordem de centenas de milhares de volts e deve ser diminuído para que possa ser transmitido. b) O nível de tensão na geração é da ordem de milhares de volts e deve ser diminuído para que possa ser transmitido. c) nível de tensão na geração é da ordem de milhares de volts e deve ser aumentado para que possa ser transmitido. d) O nível de tensão na transmissão é da ordem de milhares de volts e deve ser aumentado para que possa ser distribuído.e) O nível de tensão na transmissão é da ordem de dezenas de volts e deve ser aumentado para a distribuição. Para-raios a Resistor Não Linear Estudante, você sabia que, para que sistema elétrico de potência seja eficiente, a questão de proteção desse sistema é muito importante? As linhas de transmissão e as redes aéreas de distribuição são muito vulneráveis a descargas atmosféricas. Visto que chegam a provocar grandes danos como queima de equipamentos em virtude das sobretensões elevadas que essas descargas podem causar. Essa sobretensão é de origem externa. Podem ocorrer ainda sobretensões de origem interna, que causam também problemas graves, essas são provocadas por manobras em chaves seccionadoras e disjuntores. Para a proteção desses sistemas, são instalados aparelhos apropriados que têm a função de reduzir nível de sobretensão dos equipamentos para valores que sejam adequados e suportáveis por eles. aparelho mais usado para esse tipo de finalidade, ou seja, para a proteção dos sistemas, são os para-raios. Os para-raios são utilizados para proteger todos os equipamentos de uma subestação ou, também, para proteger um único transformador em um poste de distribuição (MAMEDE FILHO, 2005).Características Construtivas Os equipamentos elétricos são protegidos de descargas atmosféricas por para-raios que utilizam a propriedade da não linearidade dos componentes de que são fabricados para levar a corrente de descarga à terra. Os componentes que são utilizados na construção de para-raios são carbeto de silício e óxido de zinco. Vamos conhecer um pouco mais das características construtivas de cada um deles? Carbeto de silício Os para-raios de carbeto de silício são aqueles que, na composição do resistor não- linear, usam carboneto de silício (SiC), tendo em série com esse componente um centelhador com vários gaps, ou seja, espaços vazios. A constituição desse tipo de para-raio é formada pelas partes apresentadas a seguir. A c D E F Resistor não linear Construído de carboneto de silício que sofre um beneficiamento com adição de componentes como, por exemplo, o bismuto. 1. Resistor não linear construído de carboneto de silício que sofre um beneficiamento com adição de componentes como, por exemplo, bismuto. 2. Corpo de porcelana constituído de porcelana vitrificada, com elementos ativos no seu interior. 3. Centelhador série centelhador pode ser considerado uma chave de interrupção da corrente de descarga. 4. Desligador automático Tem a função de não operar quando identifica a passagem da corrente de descarga e corrente subsequência. Uma de suas funções é indicador visual de defeitos internos ao para-raios. 5. Protetor contra sobrepressão Tem a função de aliviar a pressão interna quando identificada a falha no para-raios.6. Mola de compressão - É fabricado de fio de aço com alta resistência mecânica. Sua função é reduzir a resistência de contato entre os blocos cerâmicos. Conhecendo a constituição desse elemento SiC, pode-se verificar que cada parte dele tem um propósito. Com sua característica específica, executa as funções do para-raio e essas características definem a utilização do mesmo. No carboneto de silício tem a grande vantagem de regular a resistência controlando a tensão através dele.Terminal de fase Mola de compressão Centelhador Corpo de porcelana Resistores não-lineares Desligador automático Terminal de terra Ferragem de fixação Educacional Figura 1.1 Estrutura interna do para-raios SiC Fonte: Mamede (2011, p. 4). #PraCegoVer: figura com a descrição das partes do componente chamado para-raios. Na esquerda de quem olha, há uma imagem desenhada e, na direita, uma imagem de um componente real cortado. Olhando a figura de cima para baixo, a primeira parte é terminal de fase em que é ligada a fase do para-raios. Em seguida, observa-se uma mola interna ao componente, que é chamada de mola de compressão. Um pouco abaixo, internamente fica centelhador. Na sequência, é apresentada a estrutura externa, que tem umas ranhuras e é chamada de corpo de porcelana. Internamente, são identificados os resistores não lineares. para finalizar, na sequência são identificados, externamente, desligador automático, o terminal de terra e ferragem de fixação. Óxido de zinco Os para-raios de óxido de zinco são aqueles que, na composição do resistor não linear, usam o óxido de zinco (ZnO). Sua particularidade está em não possuir centelhadores em série. A constituição desse tipo de para-raio é mais simples e é formada pelas partes apresentadas a seguir.1. Resistor não linear Constituído por blocos cerâmicos compostos por óxido de zinco e por outros componentes, como antimônio, manganês, bismuto e cobalto. Os para-raios de óxido de zinco apresentam algumas vantagens técnicas e operacionais, tais como: a. não existe corrente subsequente; b. apresentam maior capacidade de absorção de energia; C. são dotados de nível de proteção melhor definidos; d. como não usam centelhadores, a curva de atuação dos para-raios de óxido de zinco não apresenta transitórios. 2. Corpo de porcelana É constituído de uma peça cerâmica e, no seu interior, estão instalados varistores de óxido metálico. 3. Corpo polimérico Esses invólucros são constituídos de uma borracha de silicone, que apresenta diversas propriedades químicas na sua formação. Uma das características diferentes, é que alguns para-raios não têm desligador automático. A parte construtiva desse para-raio de ZnO mostra que cada parte tem seu propósito e sua funcionalidade e, como podemos ver, toda a construção é prevista para que, em caso de descarga atmosférica, esse componente assuma seu propósito de proteger a rede levando essa descarga à terra. Esse componente tem uma abrangência bem maior.Terminal superior Tampa superior Eletrodo de alumínio Invólucro Resistor Resistor Interface Resistor Tubo de fibra de vidro Eletrodo de alumínio Suporte isolante Desligador automático Terminal inferior ©VG Educacional Figura 1.2 Estrutura interna do para-raios (ZnO) Fonte: Mamede (2011, p. 7). #PraCegoVer: figura com a descrição das partes do componente chamado para-raios de corpo polimérico. É uma imagem desenhada, e cada parte está detalhada. Essa imagem mostra um corte, no qual é possível verificar a parte interna e a parte externa do para-raio. Olhando da parte superior para a inferior, primeiro elemento é terminal superior, logo abaixo da tampa superior. Na parte interna, o próximo elemento é eletrodo de alumínio, que fica acima do resistor e é dividido em três blocos. Para finalizar, seu interior tem outro eletrodo de alumínio, sendo que essa parte dos eletrodos e resistores é envolvida por um tubo de fibra de vidro. Sua estrutura externa é um invólucro com ranhuras na parte externa inferior, que apresenta um desligador automático, um suporte isolante e um terminal inferior. Como podemos ver, a parte construtiva dos para-raios depende inteiramente do seu composto e isso define seu formato e principalmente a sua utilização. Os para-raios de óxido de zinco oferecem proteção contra todos os tipos de sobretensão de CA e sendo usado em todos os níveis de tensão.Princípios de Funcionamento Considerando que descargas atmosféricas têm uma alta corrente elétrica, os materiais que devem levar essa corrente para a terra devem ter baixa resistência e, para isso, a construção sofrerão efeito joule. Os sistemas de para-raios devem ser compostos por três estágios. Captação. Descida. Aterramento. SAIBA MAIS Caro(a) estudante, entendendo que é uma subestação e como os equipamentos são distribuídos, fica mais fácil entender papel da mesma e a necessidade de proteção contra sobretensões na rede distribuidora e nas linhas de transmissão. De maneira muito simples, este vídeo bem curtinho mostra esse conceito tornando fácil entendimento. Para saber mais, acesse link a seguir: ASSISTIR princípio de funcionamento dos para-raios é poder das pontas. Então, vamos entender que é poder das pontas. Quando para-raios está eletricamente carregado, a maior parte das cargas elétricas concentram-se nas pontas, fazendo gerar um campo elétrico nessa região. Esse campo elétrico faz surgir forças de repulsão entre as cargas elétricas, assim elas são empurradas e algumas lançadas fora do condutor, ficando livres no meio ambiente (MAMEDE FILHO, 2011).para-raios é um componente simples, mas ao mesmo tempo complexo, pois tem que ser entendido que objetivo dele não é atrair raios, mas oferecer um caminho de descarga com mínimo de danos causados. A sobretensão é causada pela instabilidade da tensão que varia em relação ao tempo entre as fases ou entre fase e terra em um sistema. Podemos considerar que é sobretensão quando valor de crista for maior que valor de crista da tensão máxima desse. As sobretensões são classificadas em: temporária caracterizada por uma onda de tensão elevada e oscilatória e de longo tempo de duração. Defeitos monopolares. Perda de carga por abertura de disjuntor. manobra é causada pela operação de algum equipamento de manobra como resultado de um defeito ou outra causa. atmosférica motivado por descargas atmosféricas. As condições de sobretensões devem ser observadas para que seja possível a especificação técnica das proteções. Cada vez mais, cuidados devem ser necessários para proteção não somente dos equipamentos mas também dos indivíduos que estejam próximos. Especificação Técnica As especificações técnicas abordadas serão do para-raios de carboneto de silício (SiC) definidas pela norma NBR 5287 para uso em sistemas de potência. Para especificar para-raios a ser usado, é necessário conhecer algumas características. A) Tensão nominal é considerada a máxima tensão, valor eficaz, a que um para- raios pode ficar submetido permanentemente na frequência nominal. Se caso ficar submetido a tensões maiores que a nominal, como no caso de um curto-circuito monopolares, sendo que neutro não está efetivamente aterrado, pode ficar sujeito a falhas. B) Frequência nominal é a frequência para qual ele foi projetado.C) Corrente de descarga nominal é a corrente tomada em seu valor de crista com forma de onda 8/20 microssegundos. D) Corrente Subsequente é um valor de corrente que é fornecida pelo sistema que tem a função de conduzir para-raios, logo após cessada a corrente de descarga. Essa corrente subsequente deve ser extinta pelo centelhador na primeira passagem por zero, caso não aconteça, para-raios poderá ter dificuldade em extingui-la em função das seguidas reignições, provocando grandes perdas por joule e falhas no equipamento. E) Tensão de residual é a tensão que aparece nos terminais do para-raios, sendo seu valor de crista, na passagem da corrente de descarga. Essa é a mais importante característica, pois é a tensão a qual ficarão submetidos os equipamentos que estiverem sob sua proteção. F) Tensão disruptiva impulso é maior valor da tensão de impulso atingido antes do restabelecimento súbito da corrente elétrica, sendo aplicado aos terminais do para- raios um impulso em forma de onda, amplitude e polaridades dadas. G) Tensão disruptiva a impulso atmosférico normalizado é a menor tensão tomada em seu valor de crista, quando para-raios é submetido uma onda normalizada de 1.2/50 microssegundos provocando disrupções em todas as aplicações. SAIBA MAIS Nos primórdios da eletricidade, a geração ficava próxima do consumo e assim somente tinha a distribuição da energia gerada. A energia, que começou apenas nas ruas, passou ganhar residências e, cada dia, são inventados novos equipamentos elétricos e consumimos mais energia. Então, começaram as grandes geradoras e elas precisavam ser transmitidas longas distâncias. Entenda que são as linhas de transmissão (LT) e por que operam em alta tensão.Neste vídeo você poderá entender a LT e também poderá ver onde são colocados os cabos e os para- raios. Para saber mais, acesse link a seguir: ASSISTIR para-raio de potência usado em linhas de transmissão e subestação, embora tenha a mesma filosofia dos para-raios usados para proteger outros tipos de áreas, são mais robustos e seu encapsulamento é diferente. Sendo importante estudo e conhecimento para definir a aplicação e definir tipo usado. Os para-raios podem ser classificados de acordo com alguns parâmetros. A norma NBR-5424 define os seguintes parâmetros de classificação. Classe da estação: serviço leve 20, 15, 10 kA; serviço pesado 10 kA. Classe de distribuição: 5kA séries A e B. Classe secundária: 1,5 kV. Para definir se em uma área é necessário proteção, podemos avaliar, baseada na norma NBR-5419, número esperado de descargas atmosféricas diretas que podem acontecer anualmente por cada 100km nas linhas aéreas em terreno plano através da equação: Sendo: Nd provável número de descarga atmosférica anual para cada 100km de linha aérea. densidade de descarga atmosférica na região, descargas atmosféricas/ km²/ano. H altura média dos condutores em metro. L distância horizontal, em metro, entre os condutores das extremidades da linha.A densidade de descargas atmosféricas, que atingem uma determinada região é a quantidade de sendo calculada pela equação: (descarga/km²/ano) Nt= índice ceráunico, ou seja, número de dias de trovoada por ano. É possível buscar índice ceráunico, a partir de instituições oficiais (instalações aeronáuticas, serviços de meteorologia etc.) que fazem parte das normas NBR-5419 e NBR-5424. As redes aéreas têm proteção natural em locais onde existem objetos próximos, tais como: edificações, árvores e outras linhas em paralelo com altura igual ou superior à altura das redes que estão sendo avaliadas. número de descargas diretas em uma linha com objetos próximos pode ser calculada pela seguinte equação: número de descargas diretas de uma rede aérea protegida por objetos próximos. densidade de descarga atmosférica na região, descargas atmosféricas/ sendo número provável de descargas atmosféricas anual para cada 100 km de linha aérea. Fb fator de blindagem. fator de blindagem pode variar de a 1, conforme o afastamento dos objetos próximos, deve ser levado em conta a altura e continuidade. Por exemplo, uma área rural não tem nenhuma blindagem, então o valor é nulo (0); em uma área com florestas de altura de 20 m e com área de 10 m para cada lado do eixo tem um fator de blindagem de 0,5. Uma descrição detalhada desse fator pode ser encontrada na norma NBR-5419. Especificação de Normas Em virtude da uniformidade dos equipamentos, foram sendo criados procedimentos para que eles pudessem ser produzidos de forma mais organizada. As Normas Técnicas Brasileiras (NBRs) foram inicialmente inspiradas em normas estrangeiras, porém considerando as características e as necessidades do país. As NBRs atualmente são organizadas por comitês e têm a função de padronizar, organizar equalificar a produção de documentos e/ou procedimentos. Essa padronização facilita entendimento e a compreensão geral. A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) é órgão sem fins lucrativos que organiza esses trabalhos e tem grandes vantagens com as NBRs, seguindo padrões específicos e assim mitigando as chances de erros e falhas. Algumas vantagens que podem ser destacadas são: redução a ocorrência de falhas nos processos; padrão de qualidade nos documentos; confiabilidade nos materiais utilizados e elaborados. A NBR-5424 NB 223, "Guia de aplicação de para-raios de resistor não linear em sistemas de potência", estabelece recomendações gerais sobre a instalação de para- raios de resistor não linear em sistemas de potência, para minimizar os riscos de sobretensão nos equipamentos. Para um estudo mais aprofundado, essa norma chama-se NBR-5287. A NBR-5287 é a norma técnica para especificação de resistor não linear de silício (SiC) para circuitos de potência de corrente alternada. Ela tem como objetivo definir os requisitos elegíveis, porém toda a norma chama outras normas de outros componentes necessários à essa especificação. Essa norma também especifica os tipos de ensaios necessários para comprovar que os procedimentos e recomendações foram seguidas. Esses ensaios normalmente devem acontecer no fabricante e com a presença de um inspetor do comprador. Os para-raios devem ser submetidos aos seguintes ensaios: ensaios de tipo ensaio de protótipo tem a função de verificar se modelo é capaz de funcionar satisfatoriamente nas condições especificadas (esses ensaios podem ser dispensados pelo comprador se for apresentado documentos comprobatórios de cada ensaio): tensões disruptivas à frequência nominal a seco e sob chuva; tensões disruptivas à impulso de manobra a seco e sob chuva; tensões disruptivas à impulso atmosférico; tensões residuais;correntes suportáveis a impulso; ciclo de operação; ensaio do desligador automático; ensaio de estanqueidade. ensaios de rotina destina-se a verificar a qualidade e a conformidade da mão de obra e dos materiais empregados na fabricação: tensão disruptiva à frequência nominal a seco; medição de corrente de fuga; ensaio de estanqueidade. ensaios de recebimento servem para verificar as condições dos para-raios antes do embarque: tensão disruptiva à frequência nominal a seco; tensão disruptiva de impulso atmosférico sob forma de onda normalizada; tensão residual; medição da corrente de fuga; ensaio de estanqueidade. recebimento de um equipamento é um evento tão importante quanto a sua descrição para a compra. Na compra, fazemos um documento onde determinamos os usos desses equipamentos e suas características de fabricação. Também definimos os testes que devem ser feitos para comprovar se equipamento está de acordo com solicitado. No recebimento, os inspetores da equipe responsável pelas compras precisam inspecionar se está tudo de acordo.No estudo dos para-raios podemos ver quanto eles são importantes na proteção da rede elétrica e, principalmente, na proteção das nossas residências, pois esses raios poderiam não só danificar a rede como um todo como também chegar, por meio dessa rede, nas nossas residências e danificar equipamentos a ela ligados. Esses equipamentos silenciosos que só descobrimos sua grande utilidade em caso de falhas ou de catástrofes. Conhecimento Teste seus Conhecimentos (Atividade não pontuada) Leia trecho a seguir: "Os para-raios são utilizados para proteger os diversos equipamentos que compõem uma subestação de potência ou simplesmente um único transformador de distribuição instalado em um poste. Os para-raios limitam as sobretensões a um valor máximo, que é tomado como o nível de proteção que para-raios oferece ao sistema. Apesar de sua notável atribuição, os para-raios são equipamentos com custos menores e tamanhos reduzidos, quando comparados a outros equipamentos de uma subestação". SANTOS JÚNIOR, V.M. dos. Avaliação da correlação entre temperatura dos para- raios de distribuição e corrente de fuga. 2021. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Elétrica) Universidade Federal de Campina Grande,Campina Grande, 2021. p. 16. Disponível em: https://bit.ly/3iNIkqi. Acesso em: 17 mar. 2022. Você pode notar que os para-raios podem ser utilizados para proteção de diversos equipamentos e da linha de transmissão, porém princípio de funcionamento dessa proteção segue alguns estágios. Assinale a alternativa que apresenta corretamente quais são esses estágios. a) Descida, extinção e aterramento. b) Captação, descida e extinção. c) Distribuição, descida e aterramento. d) Captação, descida e aterramento. e) Captação, distribuição e aterramento. praticar Vamos Praticar Quando, em uma subestação, precisamos proteger um transformador, a corrente de descarga máxima de um para-raios pode ser calculada de forma aproximada com a equação: Id = (2xVs Vr)/zs Onde: Vs tensão suportável em kV Vr tensão residual no para-raios em kV Zs impedância de surto em ohms Calcule a corrente de descarga em uma subestação, onde para-raios deve proteger um transformador. A tensão suportável é de 110kV, a impedância admitida de 350 ohms e uma tensão residual de 54kV.Material Complementar FILME Mistérios da Ciência: poder dos raios Ano: 2015 Comentário: Podemos dizer que os raios são belezas da natureza, se não fosse pelo estrago que podem fazer. A claridade de um raio tinge céu de uma forma única e nunca no mesmo local. Sua velocidade é tão intensa que se piscarmos os olhos não percebemos. E assim essa beleza causa-nos tanta estranheza, pois, muitas vezes, junto com ela chegam catástrofes, mas, em contato com a areia, tornam-se vidros. É uma beleza que queremos desvendar. Esse vídeo da "Visão do mundo" mostra características desse fenômeno natural. Para conhecer mais sobre como raio se espalha no corpo humano, acesse trailer disponível em: TRAILERLIVRO Manual de equipamentos elétricos Autor: João Mamede Filho Editora: LTC Capítulo: 1 Ano: 2005 ISBN: Comentário: livro tem a finalidade de auxiliar no entendimento dos equipamentos constantes em sistemas elétricos de média e alta tensão, indicando pontos de aplicação, cálculos e tabelas de mercado. Além de trazer os conceitos de cada um dos equipamentos, mostra detalhadamente os contextos de utilização. No capítulo um, aborda os conceitos detalhados dos para-raios e demonstra a origem das sobretensões. Disponível em: Minha Biblioteca.Conclusão Neste estudo, conhecemos sistema elétrico de potência e como podemos ver em tempo real a produção de energia, onde ela está sendo consumida dentro do país e também acesso a qual tipo de energia está sendo produzida, entendendo assim custo da energia para consumidor. Vimos ainda como a energia gerada deve ser consumida, como ela é transportada pelo país por linhas de transmissão e, chegando nos grandes centros, como é distribuída para consumo. É um longo caminho e demanda muitos equipamentos, os quais começamos a conhecer estudando desde relé de proteção até resistor não linear, que faz a proteção contra descargas atmosféricas ou de sobretensões de manobra em linhas de transmissão ou subestações. Referência S ANEEL AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA. Sistema de informações de geração da ANEEL. Brasília, DF: ANEEL, 2022. Disponível em: MiOjR9 Acesso em: 17 mar. 2022. ABNT ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR-5410 Instalações elétricas de baixa tensão. Rio de Janeiro, ABNT, 2008.ABNT ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR-5419 Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas. Rio de Janeiro: ABNT, 2005. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR-5424 Guia de aplicação de para- raios de resistor não linear em sistemas de potência: procedimento. Rio de Janeiro: ABNT, 2011. BICHELS, Sistemas elétricos de potência: métodos de análise e solução. Curitiba: EDUTFPR, 2018. FERREIRA, de Dicionário eletrônico Aurélio século XXI. Rio de Janeiro: Editora Nova Fronteira e Lexikon Informática, 1999. KAGAN, N. et al. Introdução aos sistemas de distribuição de energia elétrica. 2. ed. São Paulo: Blucher, 2010. MAMEDE FILHO, J. Manual de equipamentos elétricos. Rio de Janeiro: LTC, 2005. MAMEDE FILHO, J. Instalações elétricas industriais. 8. ed. Rio de Janeiro. LTC, 2011. MAPAS dinâmicos do SIN. ONS. 2022. Disponível em: http://www.ons.org.br/paginas/sobre- o-sin/mapas. Acesso em: 17 mar. 2022. MISTÉRIOS da ciência: poder dos raios (dublado) documentário. [S. I.: S. n.], 2019. 1 vídeo (46 min 53 s). Publicado pelo canal Visão do Mundo Documentários. Disponível em: em: 17 mar. 2022. QUE É uma subestação? Entenda pra que serve uma subestação. [S. I.: S. n.], 2021. 1 vídeo (8 min 42 s). Publicado pelo canal Engenharia Detalhada. Disponível em: Acesso em: 17 mar. 2022. QUE SÃO linhas de transmissão? Porque as linhas de transmissão operam em alta tensão? [S. I.: S. n.], 2021. 1 vídeo (9 min 33 s). Publicado pelo canal Engenharia Detalhada. Disponível em: Acesso em: 17 mar. 2022. PINTO, M. de Energia elétrica: geração, transmissão e sistemas interligados. 1. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2018. PIPE, J. Energia eólica. Tradução de Barbara Menezes. São Paulo: Callis, 2015.SANTOS JÚNIOR, V.M. dos. Avaliação da correlação entre temperatura dos para-raios de distribuição e corrente de fuga. 2021. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Elétrica) - Universidade Federal de Campina Grande, Campina Grande, 2021. Disponível em: Acesso em: 17 mar. 2022.