Tecnologia Equipamentos 1

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TECNOLOGIA DOSTECNOLOGIA DOS
EQUIPAMENTOS ELÉTRICOSEQUIPAMENTOS ELÉTRICOS
SISTEMA ELÉTRICO DESISTEMA ELÉTRICO DE
POTÊNCIAPOTÊNCIA
Au to r ( a ) : E s p . E l i n y d o s S a n to s G o m e s
R ev i s o r : M e . C a m i l o G u s t avo A ra ú j o A l ve s
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 o principal protagonista é para-raio, conheceremos suas
características, seu funcionamento e as normas relativas a esse equipamento.
Estamos iniciando o estudo sobre o 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!
Caro estudante, quando falamos em sistema elétrico de potência, qual imagem vem a
sua mente? Normalmente se pensa logo na luz elétrica, pois é o que fica mais visível,
mas, segundo o 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 o 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.
Sistema Elétrico de
Potência
Fonte: Guruxox / 123RF
Vamos juntos descobrir o 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 o 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 o 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
A distribuição que chega nas nossas cidades
(biomassa, hídrica, solar e eólica) e 17,01% de energias não renováveis (petróleo, gás
natural, carvão e nuclear).
Vamos conhecer um pouco sobre as principais usinas geradoras renováveis, que
fazem parte de 82,99 % das energias geradas no Brasil.
Biomassa
O 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 produção
S A I B A M A I S
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 o link a seguir, escolha o menu e poderá ter a noção exata de como está a geração
de energia no país em tempo real.
https://bit.ly/2IGf4Q0
Fonte: ANEEL (2022, on-line)
https://bit.ly/2IGf4Q0
de 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 a 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 o 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. O Brasil é um país com potencial
de energia solar durante todo o 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 o 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 o 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 o
custo está em queda, a viabilidade de instalação no consumidor pequeno está muito
maior e parece ser uma realidade nas nossas cidades, baixando o custo para o
consumidor e gerando energia limpa.
Energia eólica
A geração por energia eólica usa o vento para gerar energia elétrica. Porém essa
técnica já vem sendo usada muito antes para moer grãos e para fazer o bombeamento
de água. A tecnologia tornou possível a transformação do vento em energia elétrica.
Mas o vento é um tipo de energia solar?
O sol aquecendo a superfície do planeta faz com que o calor seja evaporado e, com a
inclinação da terra, esse calor gerado sobe e o frio desce. A movimentação desse ar
forma correntes de ar que geram correntes de vento em grandes alturas. Assim, o
vento é causado pelo sol, mas não é um tipo de energia solar (PIPE, 2015).
As turbinas de ar captam o 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. O 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 o excedente é enviado para o 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 o nível de tensão
para valores altos, permitindo que se reduza a corrente. Dessa maneira, temos a
redução 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, o 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).
Quadro 1.1 - Níveis de tensão utilizados no sistema elétrico no Brasil
Fonte: Kagan et al. (2010, p. 4).
#PraCegoVer: o 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 (MT)”,''Subtransmissão” 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
Aplicação Tensão (kV)
Padronizado Existente
Distribuição secundária
em baixa tensão (BT)
0,220/0,127
0,380/0,220
0,110
0,230/0,115
Distribuição primária em
média tensão (MT)
13,8
34,5
11,9
22,5
Subtransmissão
34,5
69,0
138,0
88,0
Transmissão
138,0
230,0
345,0
500,0
440,0
750,0
“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 a 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.
S A I B A M A I S
Cara(o) estudante,
Explore o site do Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) e você poderá ver o 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 o 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: http://www.ons.org.br/paginas/sobre-o-sin/mapas
http://www.ons.org.br/paginas/sobre-o-sin/mapas
O 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.
O SIN é um serviço público que tem a função de interligar todo o 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, o 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 a 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
o rebaixamento é feito no caminho.
Fonte: MAPAS… (2022, on-line).
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 o
consumidor, por essa razão, há transformadores menores instalados em postes, que
fazem esse rebaixamento para que a tensão seja adequada para o consumidor.
Fonte: Ewagnarin /
123rf
#PraCegoVer: o infográfico interativo, intitulado “Classificação das Subestações”, possui
quatro botões interativos, alinhados em duas colunas. O 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 o
chaveamento de linhas de transmissão” e “Conversoras: são associadas a sistemas de
transmissão CC (SE retificadora e SE inversora)”. O segundo botão interativo, intitulado
“Nível de tensão”, 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”. O
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 o 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)”. O quarto botão interativo, intitulado “Forma de operação”, ao ser clicado, apresenta
os textos “Subestação com operador: operador com conhecimento específico. Não são
necessários 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 o coração de uma subestação é o 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.
O Sistema Elétrico de Potência do Brasil é um conjunto de muitos equipamentos e
linhas de transmissão. O mais interessante é que, embora sendo muito complexo, tudo
funciona perfeitamente. O 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. O controle e a proteção são itens muito importantes em
S A I B A M A I S
Conheça um pouco mais de uma subestação e seus equipamentos, assistindo este vídeo
explicativo que trata sobre o papel de uma subestação e principalmente o seu papel dentro
do sistema elétrico, também apresenta alguns equipamentos que compõem a estrutura da
subestação.
Para saber mais, acesse a seguir: https://www.youtube.com/watch?v=2sSxBH2LQts
https://www.youtube.com/watch?v=2sSxBH2LQts
todo esse sistema, demandando uma quantidade expressiva de profissionais em seu
trabalho.
Conhecimento
Teste seus Conhecimentos
(Atividade não pontuada)
Leia o trecho a seguir.
“No Brasil, de modo geral, as linhas de 69 kV são consideradas de subtransmissão. Uma
linha de transmissão pode ser subterrânea, o que frequentemente leva a um custo de três
a dez vezes maior do que o 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 O. Energia elétrica: geração, transmissão e sistemas interligados. 1. ed. Rio
de Janeiro: LTC, 2018. p. 65.
O 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) O 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.
Estudante, você sabia que, para que o 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 o nível de sobretensão dos equipamentos para valores que sejam
adequados e suportáveis por eles. O 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).
Para-raios a Resistor
Não Linear
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 o 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.
1. Resistor não linear - construído de carboneto de silício que sofre um
beneficiamento com adição de componentes como, por exemplo, o
bismuto.
2. Corpo de porcelana - constituído de porcelana vitrificada, com elementos
ativos no seu interior.
3. Centelhador série - O 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 o 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.
A B 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.
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.
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 o 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
o 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.
E, para finalizar, na sequência são identificados, externamente, o desligador automático, o
terminal de terra e a 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.
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, o primeiro elemento é o terminal superior, logo
abaixo da tampa superior. Na parte interna, o próximo elemento é o eletrodo de alumínio,
que fica acima do resistor e é dividido em três blocos. Para finalizar, o 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 o 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 CC,
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 o efeito joule. Os sistemas de para-raios devem ser compostos
por três estágios.
Captação.
Descida.
Aterramento.
O princípio de funcionamento dos para-raios é o poder das pontas. Então, vamos
entender o que é o poder das pontas. Quando o 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).
SAIBA MAIS
Caro(a) estudante, entendendo o que é uma subestação
e como os equipamentos são distribuídos, fica mais
fácil entender o 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 o entendimento.
Para saber mais, acesse o link a seguir:
A S S I S T I R
O para-raios é um componente simples, mas ao mesmo tempo complexo, pois tem que
ser entendido que o objetivo dele não é atrair raios, mas oferecer um caminho de
descarga com o 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 o valor de crista for maior que o 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 o
para-raios a ser usado, é necessário conhecer algumas características.
A) Tensão nominal - é considerada a máxima tensão, o 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 o 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 correntetomada 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 o 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, o 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 a impulso - é o 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 o para-raios é submetido a 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 a ganhar residências e, a cada
dia, são inventados novos equipamentos elétricos e
consumimos mais energia. Então, começaram as
grandes geradoras e elas precisavam ser transmitidas a
longas distâncias. Entenda o que são as linhas de
transmissão (LT) e por que operam em alta tensão.
O 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 o estudo e o
conhecimento para definir a aplicação e definir o 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, o número esperado de descargas atmosféricas diretas que podem
acontecer anualmente por cada 100km nas linhas aéreas em terreno plano através da
equação:
N =0,18xN x(L+10,5xH )
Sendo:
N - provável número de descarga atmosférica anual para cada 100km de linha aérea.
N - 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.
Neste vídeo você poderá entender a LT e também
poderá ver onde são colocados os cabos e os para-
raios.
Para saber mais, acesse o link a seguir:
A S S I S T I R
d da
0,75
d
da
A densidade de descargas atmosféricas, N , que atingem uma determinada região é a
quantidade de raios/km²/ano sendo calculada pela equação:
N = 0,04xN (descarga/km²/ano)
Nt= índice ceráunico, ou seja, número de dias de trovoada por ano. É possível buscar o
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.
O número de descargas diretas (N ) em uma linha com objetos próximos pode ser
calculada pela seguinte equação:
N =N x (1- F )
N - número de descargas diretas de uma rede aérea protegida por objetos próximos.
N - densidade de descarga atmosférica na região, descargas atmosféricas/ km²/ano,
sendo o número provável de descargas atmosféricas anual para cada 100 km de linha
aérea.
F - fator de blindagem.
O fator de blindagem pode variar de 0 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 e
da
da
1,25
t
dp
dp d b
dp
da
b
qualificar a produção de documentos e/ou procedimentos. Essa padronização facilita
o entendimento e a compreensão geral.
A Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT) é o 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 o 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.
O 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 o equipamento está de acordo com o
solicitado. No recebimento, os inspetores da equipe responsável pelas compras
precisam inspecionar se está tudo de acordo.
Noestudo dos para-raios podemos ver o 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 o 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 o 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.
http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/xmlui/handle/riufcg/21055
Você pode notar que os para-raios podem ser utilizados para proteção de diversos
equipamentos e da linha de transmissão, porém o 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:
/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 o para-raios deve proteger um
transformador. A tensão suportável é de 110kV, a impedância admitida de 350 ohms e
uma tensão residual de 54kV.
Id = (2xV s − V r)
Material
Complementar
F I L M E
Mistérios da Ciência: o 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 o 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 o raio se espalha no corpo
humano, acesse o trailer disponível em:
TRA I LER
LIVRO
Manual de equipamentos elétricos
Autor: João Mamede Filho
Editora: LTC
Capítulo: 1
Ano: 2005
ISBN: 978-85-216-1436-4
Comentário: O 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 o 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 o
acesso a qual tipo de energia está sendo produzida, entendendo assim o custo da energia
para o 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 o relé de proteção até o 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: https://app.powerbi.com/view?
r=eyJrIjoiNjc4OGYyYjQtYWM2ZC00Yjl
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mMiOjR9  Acesso em: 17 mar. 2022.
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https://app.powerbi.com/view?r=eyJrIjoiNjc4OGYyYjQtYWM2ZC00YjllLWJlYmEtYzdkNTQ1MTc1NjM2IiwidCI6IjQwZDZmOWI4LWVjYTctNDZhMi05MmQ0LWVhNGU5YzAxNzBlMSIsImMiOjR9
https://app.powerbi.com/view?r=eyJrIjoiNjc4OGYyYjQtYWM2ZC00YjllLWJlYmEtYzdkNTQ1MTc1NjM2IiwidCI6IjQwZDZmOWI4LWVjYTctNDZhMi05MmQ0LWVhNGU5YzAxNzBlMSIsImMiOjR9
https://app.powerbi.com/view?r=eyJrIjoiNjc4OGYyYjQtYWM2ZC00YjllLWJlYmEtYzdkNTQ1MTc1NjM2IiwidCI6IjQwZDZmOWI4LWVjYTctNDZhMi05MmQ0LWVhNGU5YzAxNzBlMSIsImMiOjR9
https://app.powerbi.com/view?r=eyJrIjoiNjc4OGYyYjQtYWM2ZC00YjllLWJlYmEtYzdkNTQ1MTc1NjM2IiwidCI6IjQwZDZmOWI4LWVjYTctNDZhMi05MmQ0LWVhNGU5YzAxNzBlMSIsImMiOjR9
ABNT – ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR-5419 – Proteção de
estruturas contra descargas atmosféricas. Rio de Janeiro: ABNT, 2005.
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O QUE SÃO linhas de transmissão? Porque as linhas de transmissão operam em alta tensão?
[S. l.: s. n.], 2021. 1 vídeo (9 min 33 s). Publicado pelo canal Engenharia Detalhada. Disponível
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