Unidade 05 Para Raios

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CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS 
ENGENHARIA INDUSTRIAL ELÉTRICA 
 EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIDADE DE ENSINO 05 
 
 
PÁRA-RAIOS 
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 EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS 
 
RESUMO DE CONCEITOS 
 
• Os equipamentos e demais componentes do SEP podem ser 
submetidos a sobretensões provocadas por agentes externos 
(descargas atmosféricas) ou internas (manobras no sistema); 
• Para evitar sua danificação, é necessário que se instalem 
dispositivos de proteção, os quais, na prática, são designados 
PARA-RAIOS; 
• Tratam-se, portanto, de dispositivos de dimensões reduzidas, 
simples do ponto de vista construtivo e de baixo custo quando 
comparados aos equipamentos que eles protegem. 
 
 
COMO AS SOBRETENSÕES PODEM OCORRER NOS SISTEMAS ELÉTRICOS 
 
A. SOBRETENSÕES DE ORIGEM EXTERNA 
 
• Desenvolvidas na atmosfera (nuvens ionizadas, ou seja, 
carregadas eletrostaticamente); 
• Sua duração é de apenas alguns micro-segundos (µs); 
• São designadas SOBRETENSÕES DE IMPULSO ou 
DINÂMICAS; 
• Como se tratam de ocorrências de efeito rápido no 
domínio do tempo, podem também ser designadas 
SURTOS DE TENSÃO DE IMPULSO; 
 
B. SOBRETENSÕES DE ORIGEM INTERNA 
• Desenvolvidas por ações dentro do próprio sistema 
elétrico (manobras de chaveamento, desligamentos 
devidos a perdas de isolamento, entre outras); 
• Sua duração está na faixa de micro segundos (µs) até 
milissegundos (ms); 
• São designadas SOBRETENSÕES DE MANOBRA 
ou SEMI-DINÂMICAS; 
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• Como se tratam de ocorrências de efeito rápido no domínio do tempo, podem também ser 
designadas SURTOS DE TENSÃO DE MANOBRA; 
 
Obs.: Neste grupo podem ser incluídas ainda as sobretensões de maior duração (alguns ciclos) 
designadas SOBRETENSÕES DE FREQUÊNCIA INDUSTRIAL (Hz) ou 
TEMPORÁRIAS. 
 
ILUSTRANDO: 
 
 
FORMA DE ONDA DAS SOBRETENSÕES DEVIDAS AOS SURTOS (DESCARGA 
ATMOSFÉRICA E MANOBRAS INTERNAS) 
 
Uma onda originada por um surto de tensão, pode ser designada através de dois intervalos 
associados à sua geometria, a saber: 
 
1. Apresentam um rápido crescimento (frente de onda) em um tempo t1 ou “x” µs, 
atingindo um valor máximo de crista; 
2. Decai em seguida até metade do valor de crista que atingiu, gastando um tempo t2 ou 
“y” µs; 
3. Por estas razões, em muitas literaturas esta onda é designada como sendo uma onda de 
x . y µs. 
 
Graficamente, sua representação é a seguinte: 
 
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 EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS 
 
 
A – tempo zero virtual da onda de corrente 
B – tempo zero virtual da onda de tensão 
 
Exemplificando: 
Uma onda de tensão de 30.000 V; 1,2 . 50 µs, pode ser entendida como sendo: 
a) A onda que atinge 30.000 V (ou 30 kV) até o valor de crista no tempo de 1,2 µs a 
partir do tempo zero virtual de tensão e 
b) Decai para 15.000 V (ou 15 kV) em 50 µs a partir do tempo zero virtual de tensão. 
 
 
T1 = 1,2 µs, T2 = 50 µs 
 
VALORES USUAIS DAS ONDAS XXXX . . . . YYYY µs 
 
1. Valor de crista (ou de pico) da corrente: no máximo 400kA; 
2. O tempo de frente de onda (t1) se situa na faixa de 1 a 10 µs; 
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3. O tempo de cauda (t3) desde o início da onda até a mesma atingir a metade deste valor 
se situa na faixa de 10 a 100 µs; 
4. Os valores usuais normalizados para as ondas de impulso são: 
 Ondas de tensão: Norma ANSI: 1,2 . 50 µs; IEC: 1,4 . 40 µs 
 Ondas de corrente: Normas ANSI e IEC: 8.20 µs 
5. Os valores usuais normalizados para as ondas de manobra são: 100. 2500 µs e 
200 . 2500 µs 
 
É de se observar que, durante os ensaios de fabricação dos equipamentos, na aplicação das 
ondas de tensão de impulso ou de manobra podem ser aplicadas, adicionalmente, ondas com 
formas diferentes das ondas plenas (ou completas). São elas: 
 
 
Tc = Tempo de cauda 
 
DETERMINAÇÃO DOS VALORES DAS SOBRETENSÕES DEVIDAS ÀS 
DESCARGAS ATMOSFÉRICAS 
 
Como se sabe, as ondas acumuladas eletrostaticamente nas nuvens, se descarregam em forma 
das chamadas “ondas viajantes”. Especificamente nos casos das descargas diretas sobre uma 
linha energizada eletricamente, quando as ondas se deslocam em uma direção única, temos 
que: 
 
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Vd = Id . Zs
Sendo:
Vd = Sobretensão (kV)
Id = Corrente de Descarga (kA)
Zs = Impedância da Linha (Ω)
 
 
Caso a onda ao se descarregar se desloque em duas direções opostas, o valor da sobretensão 
será: 
 
Id . Zs
Sendo:
Vd = Sobretensão (kV)
Id = Corrente de Descarga (kA)
Zs = Impedância da Linha (Ω)
2
Vd =
s
d
d
d
 
 
Sendo:
Zc = Impedância do cabo terra
Lc = Indutância da linha
Vd = (Id . Zc) + Lc . di / dt
 
 
O EQUIPAMENTO PARA-RAIOS – CONCEITUAÇÃO DE ACORDO COM A 
NORMA ABNT – 
 
De acordo com a Norma ABNT 5470, o equipamento para-raios é um dispositivo destinado a 
proteger os equipamentos e demais componentes do sistema elétrico contra sobretensões 
transitórias elevadas, bem como limitar a duração e a intensidade da corrente subsequente. 
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Tem, portanto, por objetivo proteger o sistema elétrico, 
atenuando as ondas viajantes de sobretensão originadas por 
descargas atmosféricas ou chaveamentos (manobras) que, 
porventura, atinjam o referido sistema, sendo o meio mais 
eficiente utilizado para esta finalidade. 
 
 
 
 
Os para-raios são conectados usualmente: 
 
a) Entre linha e terra (quase que em sua totalidade); 
 
 
 
b) Entre fases, em casos mais específicos (p.ex.: entradas e saídas de reguladores de tensão 
para proteção dos surtos que poderiam penetrar no equipamento) 
 
 
 
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FUNÇÕES DOS PARA-RAIOS 
 
1. Atuar como um circuito aberto durante a operação normal do sistema (60Hz); 
Obs.: no estudo dos para-raios, durante uma falta para a terra, o sistema é considerado como 
estando em operação normal. 
2. Promover um caminho de baixa impedância para a terra durante os surtos de tensão e, 
consequentemente, limitar as tensões transitórias a níveis seguros, ou seja, a valores 
inferiores à TSI (Tensão Suportável ao Impulso) dos equipamentos ou dispositivos 
que o para-raios se destine a proteger; 
Obs.: Surto de Tensão – onda de tensão transitória que se propaga ao longo do sistema 
elétrico, caracterizada por uma elevada taxa de crescimento inicial, seguida de decréscimo 
mais lento da tensão. 
3. Retornar à sua condição normal de operação (sistema elétrico operando em 60Hz), tão 
logo os transientes de tensão sejam escoados para o potencial de terra, ou seja, 
interrompendo o fluxo de corrente e reselando (selando novamente) o sistema contra 
curto-circuitos para a terra. 
 
O PARA-RAIOS IDEAL 
 
É possível definir um pára-raios ideal como sendo um dispositivo de proteçãocontra 
sobretensões que possua as seguintes características: 
 
Apresentar uma impedância infinita entre os seus terminais nas condições de regime 
permanente do sistema, ou seja, comportar-se como um circuito aberto até a ocorrência de 
uma sobretensão no sistema; 
Ter a capacidade instantânea de entrar em condução quando da ocorrência de uma 
sobretensão, mantendo esse nível de tensão no início de condução e durante toda a ocorrência 
da sobretensão; 
Parar de conduzir, ou seja, retornar à condição de circuito aberto assim que a tensão do 
sistema retorne ao seu estado inicial, com sua característica “tensão x corrente” original 
restaurada. 
Tal operação não deve causar nenhum distúrbio ou degradação ao sistema ou ao próprio para-
raios. A figura apresentada a seguir mostra a característica “tensão x corrente” de um pára-
raios ideal. 
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Característica “tensão x corrente” de um pára-raios ideal: 
 
 
Os pára-raios atualmente disponíveis, no entanto, não têm a capacidade de atender 
plenamente a nenhum dos requisitos de um pára-raios ideal. A tecnologia mais aprimorada e 
próxima de um pára-raios ideal é representada pelo pára-raios de Óxido de Zinco (ZnO) sem 
centelhadores, os quais representam o que há de mais moderno após desenvolvimentos e 
aperfeiçoamentos sucessivos e que tiveram início com os centelhadores a ar, ainda hoje 
utilizados em algumas aplicações específicas. 
 
EVOLUÇÃO DOS DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO CONTRA SOBRETENSÕES 
 
 
A. Centelhadores (GAP’s); 
B. Para-raios com resistores não lineares e GAP’s (Centelhadores); 
C. Para-raios com resistores não lineares e GAP’s (Centelhadores) ativos; 
D. Para-raios apenas com resistores não-lineares e, portanto, sem GAP’s. 
 
 
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A. Centelhadores (GAP’s): 
Dispositivos inicialmente utilizados para 
proteção dos equipamentos em SE’s e 
cadeias de isoladores de LT’s. Quando 
uma sobretensão alcança um valor tal 
que supere as distâncias ajustadas (A), 
(B) e (C) em ensaio entre os dois 
eletrodos, ocorre o disparo, limitando a 
sobretensão nos dispositivos por eles 
protegidos. Como grande desvantagem, 
os centelhadores podem apresentar o 
estabelecimento de um curto-circuito que 
deve ser eliminado pela proteção do 
sistema elétrico.
 
B. Para-raios com resistores não lineares e GAP’s (Centelhadores): 
B1 – Concepção
Com o objetivo de evitar o estabelecimento 
de um curto-circuito no sistema e suas 
consequências, foram desenvolvidos os 
primeiros dispositivos compostos por um 
conjunto de resistores não-lineares em série 
com centelhadores (GAP’s) como forma de 
limitar a corrente de descarga.
Tais dispositivos são utilizados desde a 
classe de distribuição até os níveis de 138kV 
nominais.
 
 
B2 – Curvas de atuação
• Em operação normal, o para-raios comporta-se como um circuito aberto. 
Quando o surto se estabelece (conexão ao potencial de terra) inicia-se uma 
corrente de descarga disparada por GAP’s (centelhadores) e limitada por 
resistores não-lineares (cuja função é a de impedir que a tensão entre seus 
terminais - linha e terra - ultrapassem um determinado valor);
• A corrente de descarga somente é interrompida quando a tensão passar pelo 
primeiro zero do ciclo após a descarga.
 
 
As curvas de atuação estão mostradas adiante. 
 
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Sendo:
Np = Nível de Proteção (TSI)
Ua = Tensão disruptiva
Up = Tensão Residual
Us = Tensão Devida ao Surto
U = Tensão Normal de Operação
Ia = Corrente de Descarga (surge current)
In = Corrente subsequente ao surto (60Hz) 
(follow current)
 
B3 – Características dos Resistores não-lineares
• Nos para-raios com GAP’s (centelhadores) é utilizado como material para os 
resistores não-lineares o SiC (Carboneto de Silício) em blocos;
• Sua não-linearidade indica que a corrente fluindo através dos resistores de 
SiC para a terra à tensão nominal de operação é da ordem de 200 A. Em 
razão desta elevada não-linearidade, é necessária a adição de GAP’s
(centelhadores) em série com o bloco de resistores;
• A característica não linear “tensão x corrente” dos blocos de resistores SiC
pode ser expressa por: I = K . Vⁿ, sendo: 
• I = corrente no para-raios; V = Tensão aplicada nos seus terminais; 
“k” = constante dependente do tipo do para-raios e n = fator característico 
não-linear (para o para-raios a SiC “n” é da ordem de 4 a 6).
 
 
As curvas a seguir mostram a não-linearidade dos blocos de resistores SiC: 
 
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 1
4
2
5
3
 
B4 – Principais componentes de um para-raios SiC com GAP’s
1. Terminal de linha;
2. Centelhadores (GAP’s) – Discos metálicos (eletrodos) intercalados 
por pequenas pastilhas isolantes designadas esteatita;
3. Resistor não-linear SiC;
4. Invólucro de porcelana ou borracha polimérica;
5. Terminal de aterramento
 
 
C. Para-raios com resistores não-lineares e GAP’s (Centelhadores) ativos: 
 
 
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Sendo: 
Is – corrente de controle 
Ia – corrente de descarga (surge current)
In – corrente subsequente ao surto (60 Hz) (follow current)
Ra – resistores não lineares
Rb – resistores de by-pass
Rs – resistores equalizadores (grading resistors)
B – bobina de sopro magnético (blow out coil)
E – eletrodos dos centelhadores (spark gap electrode)
K – câmara de extinção do arco
A – ponto de início do arco
M – linhas de fluxo magnético
L – arco elétrico
UL – tensão desenvolvida no arco
URa – tensão nos resistores não lineares
Np – nível de proteção
Ua – tensão disruptiva
Up – tensão residual
Us – surto de tensão
U – tensão normal de operação
 
 
Considerações sobre a figura anterior: 
A – Nesta figura, estão mostradas as 4 etapas do processo da operação de um para-raios com 
GAP’s, estando indicados, portanto, os 4 instantes distintos com relação à tensão no sistema e 
à corrente no para-raios; 
B – Apenas com a finalidade de melhor ilustrar estas etapas do processo de condução no para-
raios, as grandezas elétricas estão mostradas fora de escala e seus componentes estão 
apresentados de forma esquemática. 
Por exemplo: a corrente que se descarrega continuamente (corrente Is) está ampliada (são 
somente poucos ms), enquanto que a corrente de descarga Ia está reduzida (são vários kA), 
sendo que a duração do surto de tensão bem como da corrente de descarga estão em escalas 
ampliadas. 
 
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Análise da sequencia das etapas de 
atuação do para-raios
Etapa 2: Durante o processo de condução propriamente dito (figura 
ao lado), a corrente de descarga (Ia) circula pelos “GAP’s" (E) e 
resistores de "by-pass“ (Rb), uma vez que as indutâncias das 
bobinas de sopro magnético (B) impedem a circulação desta 
corrente com alta taxa de crescimento (altas frequencias), ou seja: 
XL = 2 pi . f . L . Como f é elevada, XL também será elevada. Desta 
forma, a corrente (Ia) circula inicialmente através dos GAP’s(E) 
onde a distância é menor, sendo que este processo é iniciado 
quando a tensão (residual) nos terminais do pára-raios (Up) é
ultrapassada pela tensão disruptiva (Ua).
Ua
Up
Análise da sequencia das etapas de 
atuação do para-raios
Etapa 1: Na figura ao lado, está indicada a operação 
do sistema elétrico em condições normais. Nesta 
situação a corrente que circula pelo pára-raios é
apenas de alguns miliampères (Is), sendo limitada 
pelos resistores não lineares (Ra) e pelos resistores 
equalizadores Rs. Esta pequena corrente assegura 
que a tensão do sistema (U) aplicada aos terminais 
do pára-raios se distribua uniformemente através dos 
“GAP’s“ (Centelhadores) (E) e demais componentes 
do equipamento.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Análise da sequencia das etapas de 
atuação do para-raios
Etapa 3: Após escoado o surto inicial de corrente (Ia), os “GAP’s“ (E) se 
encontram altamente ionizados. Uma corrente provocada pela tensão do 
sistema (U) – designada corrente subseqüente 60 Hz (In) – passa a fluir 
no pára-raios. Como essa corrente possui uma pequena taxa de variação 
(f nominal baixa) e, portanto, XL pequeno, seu caminho natural será
atravessar a bobina de sopro (B), deixando, portanto, de circular através 
dos resistores de “bay-pass” (Rb). Cria-se, então, um forte campo 
magnético que fará alongar expandir a corrente In, esticando-a para fora
dos GAP’s (E). Este alongamento contribui na limitação da corrente 
subsequente e sua consequente expulsão até que se complete a sua 
extinção.
Análise da sequencia das etapas de 
atuação do para-raios
Etapa 4: Após escoada a corrente devida ao surto e 
a corrente subsequente a 60Hz (In) for totalmente 
extinta, o para-raios retorna à sua condição normal, 
ou seja, apenas as tensões e correntes a 60Hz 
estarão presentes no sistema elétrico.
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D. Para-raios apenas com resistores não-lineares e, portanto, sem GAP’s 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Curva de não-linearidade dos blocos de ZnO: 
 
Com isso, a não-linearidade dos blocos 
de ZnO permitiu que se fabricassem 
para-raios sem a presença de GAP’s, o 
que simplificou extremamente a sua 
construção e elevou a sua confiabilidade.
 
 
Exemplo da curva de não-linearidade de um para-raios ZnO 500 kV: 
 
Atualmente, o “estado da arte” ou tecnologia da 
fabricação dos para-raios utiliza resistores não-
lineares, porém sem a presença dos “GAP’s”
centelhadores.
Isto porque são utilizados como blocos de resistores 
não-lineares o Óxido de Zinco (ZnO), de altíssima 
não-linearidade, uma vez que possui um fator 
carcterístico não-linear “n” da ordem de 25 a 30, com 
base na expressão:
I = k . Vⁿ
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Principais componentes de um para-raios ZnO: 
Isolamento Convencional Isolamento a Gás SF-6
 
 
Dispositivos de alívio de sobrepressão interna: 
1. Têm por finalidade impedir que o para-raios seja danificado de 
forma explosiva quando de uma solicitação superior à aquela para 
a qual foi especificado evitando, inclusive, a possibilidade de 
danificar outros equipamentos nas proximidades e colocar em risco 
o pessoal que se encontre próximo da instalação no instante da 
ocorrência;
2. Sua atuação ocorre da seguinte forma:
Os gases quentes que se formam no interior do para-raios
originados por uma excessiva solicitação dos mesmos devem ser 
transferidos para o ambiente exterior, impedindo a explosão do 
equipamento. Os pontos de exaustação são alinhados, facilitando a 
formação de um arco, conforme mostrado na figura ao lado.
 
 
 
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1. Duto de Exaustão
2. Placa de Vedação
3. Junta de Vedação
4. Invólucro
5. Flange
 
 
Composição dos elementos do bloco de ZnO: 
 
O bloco de resistores não-lineares de ZnO é composto de pastilhas formadas a partir de uma 
gramometria de pó de Óxido de Zinco, no qual são aditivados outros óxidos, sendo o produto 
misturado, prensado e sinterizado, circundado por finas camadas de material intergranular. 
 
 
 
Como o bloco de ZnO comporta-se para atuar como para-raios: 
 
1. Os grânulos de ZnO possuem uma baixa resistividade e, como mencionado 
anteriormente, são circundados e separados por finas camadas de material 
intergranular. Nessas camadas, a condução dos elétrons é controlada em função da 
intensidade do campo elétrico a que o material está submetido. O fenômeno de 
condução sob forma acentuadamente não-linear ocorre quando as camadas inter-
granulares iniciam uma condução mediante grande solicitação elétrica. 
 
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2. Quando o bloco de ZnO é solicitado por tensões moderadas, a relação entre a 
resistividade do material que compõe a camada inter-granular e a resistividade dos 
grânulos de Óxido de Zinco é da ordem de 10¹º. Isso significa que, quando o para-
raios não está conduzindo, ou seja, está apenas conectado ao sistema elétrico operando 
normalmente em 60 Hz, praticamente toda a tensão aplicada é dividida entre as 
camadas inter-granulares. 
 
3. A medida em que a tensão aplicada vai aumentando, as camadas inter-granulares 
permitem maior movimentação de elétrons de um grão para outro, até que ocorra a 
formação de túneis através dos quais os elétrons passam livremente. A resistência à 
corrente que era antes predominante nas camadas inter-granulares passa a ser 
predominante nos grânulos de ZnO. Portanto, a tensão residual de um para-raios ZnO 
(tensão esta que define o nível de proteção do para-raios) é diretamente dependente 
das dimensões e da resistividade dos grãos de ZnO. 
 
4. A figura ao lado mostra que, devido à ação regenerativa da camada inter-granular, a 
diminuição da tensão aplicada provoca uma inversão no processo descrito 
anteriormente, ou seja, com a redução da 
solicitação elétrica, as camadas inter-
granulares voltam a ter alta resistividade e o 
material entra na região de alta não-
linearidade, isto é, permite apenas o 
escoamento de correntes baixas (< 1mA) 
durante a operação no sistema elétrico. 
 
CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS DOS PARA-RAIOS 
 
1. TENSÃO NOMINAL (kV rms)
• É a máxima tensão rms de frequência fundamental para a qual o para-raios foi 
projetado e em relação à qual todas as demais características estão 
relacionadas. Com este valor, aplicado aos seus terminais, o para-raios deve 
operar corretamente, sem alterar suas características. Ressalva-se que, embora 
esta definição não faz referência, esta tensão depende da forma do aterramento 
do neutro do sistema elétrico no ponto de instalação do para-raios.
 
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2. TENSÃO MÁXIMA DE OPERAÇÃO DE UM SISTEMA ELÉTRICO (kV rms)
• É a maiortensão eficaz de linha que pode ser mantida sob condições normais de 
operação, em qualquer ponto do sistema.
� Esta tensão não é necessariamente a tensão máxima de operação dos 
equipamentos ligados ao sistema;
� Nesta definição excluem-se os “curto-circuitos” e as “sobretensões 
temporárias” que possam ocorrer no referido sistema.
 
3. CENTELHAMENTO
• Descarga disruptiva que ocorre em um dielétrico gasoso ou líquido.
4. SISTEMA NEUTRO ISOLADO
• Sistema de potência cujo neutro não 
tem ligação condutor intencional 
com o potencial de terra.
N
 
5. SISTEMA NEUTRO ATERRADO
• Sistema de potência cujo neutro é
aterrado intencional com o potencial 
de terra ou via impedância.
N
OU Zn
 
6. SISTEMA ATERRADO VIA IMPEDÂNCIA
a) Por ressonância:
o neutro é aterrado via reator, cuja XL
neutraliza a componente Xc da corrente 
de falta para a terra.
b) Por resistência:
o neutro é aterrado via resistência R, 
limitando a corrente de falta para a terra.
N
XL
N
R
 
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7. SISTEMA EFICAZMENTE ATERRADO
Em um ponto determinado do sistema elétrico trifásico (geralmente o local onde 
será instalado o para-raios), tem-se que:
0 < < 3
X1
X0 0 < < 1
X1
R0e
Sendo:
X0 = reatância de sequência zero
X1 = reatância de sequência positiva
R0 = resistência de sequência zero
 
 
8. SISTEMA NÃO-EFICAZMENTE ATERRADO
Em um ponto determinado do sistema elétrico trifásico (geralmente o local onde 
será instalado o para-raios), tem-se que:
< 0
X1
X0 OU
Sendo:
X0 = reatância de sequência zero
X1 = reatância de sequência positiva
R0 = resistência de sequência zero
R1 = resistência de sequência positiva
< 0
X1
R0
> 3
X1
X0 ; OU > 1
X1
R0
 
 
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Fa =
9. FATOR DE ATERRAMENTO (OU FATOR DE FALTA PARA TERRA)
Em um ponto determinado do sistema elétrico trifásico (geralmente o local onde 
será instalado o para-raios), o “fator de aterramento” pode ser definido como a 
seguinte relação:
Sendo:
Fa = fator de aterramento
Vmax.Ø-t(rms) = valor rms da tensão mais elevada à frequência nominal em uma 
fase sã durante uma falta (Ø – t) que porventura atinja uma ou 
as outras duas fases em qualquer ponto do sistema elétrico.
Vmax.Ø-Ø(rms) = valor rms da tensão mais elevada à frequência nominal em uma 
fase sã durante uma falta (Ø – Ø) sem a ocorrência de falta à
terra.
Vmax.Ø-Ø(rms)
Vmax.Ø-t(rms)
 
10. COMO DETERMINAR O FATOR DE ATERRAMENTO Fa
O fator de aterramento Fa pode ser determinado através das curvas abaixo que 
foram desenvolvidas para simplificar os cálculos:
Obs.: 
• Os valores entre as curvas são 
percentuais (%);
• Foi considerado R1 = R2 = 0.
R
0
/ X
1
X0 / X1
 
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 EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ELÉTRICO DE POTÊNCIA – NOTAS DE AULAS 
 
A partir dos valores X0 / X1 e R0 / X1 levados ao gráfico, as curvas indicarão 
o valor Fa (%).
100% (1,0)Efetivamente aterrado
80% (0,8)Não-efetivamente aterrado ou isolado
FaSistema Elétrico
VALORES USUAIS ENCONTRADOS NA PRÁTICA
100% (1,0)Efetivamente aterrado
80% (0,8)Não-efetivamente aterrado ou isolado
FaSistema Elétrico
VALORES USUAIS ENCONTRADOS NA PRÁTICA
 
 
11. TENSÕES NOMINAIS RECOMENDADAS PARA SELEÇÃO DOS PARA-RAIOS
(*) escolher os valores de tensão padronizados imediatamente superiores 
(ver tabela adiante)
246198245230
145120145138
756072,569
39333834,5
15121513,8
Fa 100%Fa 80%
Vn do para-raios (kV crista*)Vmáx do 
sistema (kV)
Vn do sistema 
(kV)
246198245230
145120145138
756072,569
39333834,5
15121513,8
Fa 100%Fa 80%
Vn do para-raios (kV crista*)Vmáx do 
sistema (kV)
Vn do sistema 
(kV)
 
12. TENSÕES NORMALIZADAS DOS PARA-RAIOS (kV)
3910,5
369
337,5
306
274,5
243
210,660
180,500
150,280
120,175
3910,5
369
337,5
306
274,5
243
210,660
180,500
150,280
120,175
-120
-108
-102
19890
18684
17475
15060
13854
13251
12642
-120
-108
-102
19890
18684
17475
15060
13854
13251
12642
 
 
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13. FORMA PRÁTICA DE DETERMINAR A TENSÃO NOMINAL DO PARA-RAIOS
Os níveis principais de isolamento (classes nominais de tensão do sistema) 
estão apresentadas na tabela a seguir:
Vn = Fa . Vmax 60Hz
4601050245230
275650145138
14035072,569
702003834,5
341101513,8
Ensaio à freq. Indust. 
(HIPOT) (kV)TSI (kV crista)Vmáx 60Hz (kV)Vn (kV)
4601050245230
275650145138
14035072,569
702003834,5
341101513,8
Ensaio à freq. Indust. 
(HIPOT) (kV)TSI (kV crista)Vmáx 60Hz (kV)Vn (kV)
NÍVEIS DE ISOLAMENTO
 
 
14. TENSÃO DISRUPTIVA DO PARA-RAIOS (SPARKOVER VOLTAGE)
É o valor da tensão na qual o para-raios começa a conduzir para a terra o 
surto de tensão. Deve ser, portanto, inferior à TSI do componente ou 
equipamento protegido.
U0
Up Ua
Ia UIn
Sendo:
U0 = TSI do componente protegido
Ua = Tensão disruptiva
Up = Tensão residual
Ia = Corrente devida ao surto
U = Tensão Nominal do Sistema
In = Corrente Subsequente
 
 
15. TENSÃO DISRUPTIVA MÁXIMA PARA SURTOS ATMOSFÉRICOS (kV de pico)
É o valor máximo da tensão disruptiva do para-raios quando submetido a 
uma onda x . y µs normalizada típica para surtos atmosféricos. Os valores 
preferenciais de ensaio são:
1,5 . 40 µsNORMA IEC
1,2 . 50 µsNORMA ANSI
1,5 . 40 µsNORMA IEC
1,2 . 50 µsNORMA ANSI
 
 
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16. TENSÃO DISRUPTIVA MÁXIMA PARA SURTOS DE MANOBRA (kV de pico)
É o valor máximo da tensão disruptiva do para-raios quando submetido a uma 
onda x . y µs normalizada típica para surtos de manobra. Os valores de ensaio 
se situam na faixa de 100 a 500 (frente de onda) e 2500 µs (cauda). Valores 
preferenciais:
100 . 2500 µs
250 . 2500 µs
500 . 2500 µs
 
17. TENSÃO DE RESELAGEM (RESEAL VOLTAGE)
É a maior tensão para a qual o para-raios tem condições de interromper a 
corrente subsequente ao surto. Isto é, após escoada a corrente devido ao 
surto, o para-raios não deve conduzir novamente no primeiro semi-círculo 
seguinte da tensão.
 
18. TENSÃO RESIDUAL (RESIDUAL VOLTAGE)
É a tensão medida entre os terminais de 
linha e de aterramento do para-raios
quando o mesmo está conduzindo a 
corrente devido ao surto.
U0
Up Ua
Ia UIn
 
19. MÁXIMA TENSÃO DE OPERAÇÃO EM REGIME CONTÍNUO (MCOV)
É o valor máximo de tensão (kV rms) à frequência nominal para a qual o 
para-raios foi projetado, de modo a operar continuamente com esta tensão 
aplicada entre seus terminais de linha e de aterramento.
20. CAPACIDADE DE SOBRETENSÃO TEMPORÁRIA DO PARA-RAIOS (COV)
É uma função da suportabilidade, 
tensão vs. tempo de duração. 
Através de curvas, define-se o 
tempo permitido para se aplicar 
uma tensão superior à MCOV
entre os terminais do para-raios.
 
 
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21. CAPACIDADE DE ABSORÇÃO DE ENERGIA DO PARA-RAIOS 
Trata-se de um parâmetro de grande importância nos sistemas de extra alta 
tensão (EAT) e ultra alta tensão (UAT), onde a energia dissipada através do 
para-raios é elevada (kW / kV detensão nominal do para-raios).
7 a 8ZnO (Óxido de Zinco)
5SiC (Carboneto de Silício)
ORDEM DE GRANDEZA (kW / kV)TECNOLOGIA DO PARA-RAIOS
7 a 8ZnO (Óxido de Zinco)
5SiC (Carboneto de Silício)
ORDEM DE GRANDEZA (kW / kV)TECNOLOGIA DO PARA-RAIOS
 
 
22. CORRENTE NOMINAL DE DESCARGA DO PARA-RAIOS (kA) 
É o valor da corrente com onda 8,20 µs que o para-raios é capaz de escoar. 
São valores usuais recomendados pelas literaturas:
10De 69 a 138
20Acima de 138
5Até 36
In DE DESCARGA (kA)CLASSE DE TENSÃO (kV)
10De 69 a 138
20Acima de 138
5Até 36
In DE DESCARGA (kA)CLASSE DE TENSÃO (kV)
 
 
23. CORRENTE SUBSEQUENTE AO SURTO
É a corrente de frequência nominal (60Hz) que flui através do para-raios em 
seguida à passagem da corrente nominal de descarga, até que o mesmo 
pare de conduzir.
U0
Up Ua
Ia UIn
 
 
 
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Comparação entre o desempenho dos para-raios com centelhadores (SiC) e sem centelhadores 
(Zno) 
MEIO CICLO (SiC) MEIO CICLO (ZnO)
 
 
24. CLASSES DOS PARA-RAIOS
Os para-raios de alta tensão são classificados de três formas em função da 
tensão de operação do sistema elétrico.
69 a 138Intermediária (subtransmissão)
Acima de 138Estação
Até 36Distribuição
CLASSE DE TENSÃO (kV)
69 a 138Intermediária (subtransmissão)
Acima de 138Estação
Até 36Distribuição
CLASSE DE TENSÃO (kV)
 
 
ESCOLHA DO PARA-RAIOS 
A escolha do para-raios depende, entre outros fatores, dos seguintes:
• TSI do equipamento ou dispositivo a ser protegido;
• Custo do equipamento ou dispositivo a ser protegido;
• Expectativa de descargas através do para-raios.
• Importância no sistema elétrico do equipamento ou dispositivo a ser protegido;
• TSI do equipamento ou dispositivo a ser protegido;
• Custo do equipamento ou dispositivo a ser protegido;
• Expectativa de descargas através do para-raios.
• Importância no sistema elétrico do equipamento ou dispositivo a ser protegido;
 
 
 
 
 
 
 
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COMENTÁRIOS/SUGESTÕES PARA A ESCOLHA DO PARA-RAIOS 
• Subestações acima de 20 MVA
• Onde se deseja uma garantia de não interrupção da energia
• Onde a corrente de defeito é elevada
• Proteção de equipamentos que possam ser expostos a altas 
energias devidas à surtos de manobra
PARA-RAIOS 
CLASSE 
ESTAÇÃO
• Subestações e máquinas rotativas de 1 a 20 MVA
• Proteção de cabos isolados
• Seccionamentos de equipamentos
• Transformadores secos
• Proteção econômica para os equipamentos de média tensão
PARA-RAIOS 
CLASSE 
INTERMEDIÁRIA
• Linhas aéreas conectadas diretamente às máquinas rotativas
• Máquinas rotativas abaixo de 1000 kVA
• Transformadores (a óleo ou seco) até 1000 kVAPARA-RAIOS 
CLASSE 
DISTRIBUIÇÃO
• Subestações acima de 20 MVA
• Onde se deseja uma garantia de não interrupção da energia
• Onde a corrente de defeito é elevada
• Proteção de equipamentos que possam ser expostos a altas 
energias devidas à surtos de manobra
PARA-RAIOS 
CLASSE 
ESTAÇÃO
• Subestações e máquinas rotativas de 1 a 20 MVA
• Proteção de cabos isolados
• Seccionamentos de equipamentos
• Transformadores secos
• Proteção econômica para os equipamentos de média tensão
PARA-RAIOS 
CLASSE 
INTERMEDIÁRIA
• Linhas aéreas conectadas diretamente às máquinas rotativas
• Máquinas rotativas abaixo de 1000 kVA
• Transformadores (a óleo ou seco) até 1000 kVAPARA-RAIOS 
CLASSE 
DISTRIBUIÇÃO
 
 
DESCRIÇÃO SUMÁRIA DA ATUAÇÃO DE UM PARA-RAIOS 
 
Quando uma onda de tensão (t1) incide em direção a 
um transformador (T) através da linha (L), o pára-
raios (PR) absorve uma onda de corrente (Ia) fazendo 
com que a tensão terminal no transformador seja 
apenas a onda (t2). No caso de uma sobretensão 
atmosférica, a amplitude de (t2) não danificará o 
isolamento do transformador se a distância (Ld) for 
suficientemente pequena.
A distância adequada entre o pára-raios e o 
transformador é convenientemente verificada através 
de simulações em programas digitais de transitórios 
eletromagnéticos.
 
 
LOCALIZAÇÃO DO PARA-RAIOS 
 
A posição mais eficaz para todos os pára-raios, considerando-se uma forma ideal, é o mais 
próximo possível dos terminais do equipamento a ser protegido. 
 
Por uma série de razões, às vezes os pára-raios acaba situando-se a alguma distância do 
equipamento a ser protegido ou, em algumas situações, um pára-raios pode ser usado para 
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proteger mais de um equipamento. Instalar um pára-raios distante do equipamento a ser 
protegido reduz a sua margem de proteção. 
 
Para isso, uma análise tem que ser feita para determinar qual a distância que um pára-raios 
pode se localizar em relação ao equipamento a ser protegido e ainda assim fornecer uma 
proteção adequada. A norma IEEE Std. C62.22 (1997) auxilia nos cálculos dessas distâncias. 
 
No entanto, pode-se recorrer a regras simples e práticas a partir da experiência acumulada por 
inúmeras instalações existentes. Senão, vejamos: 
 
 
 
 
 
 
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ACESSÓRIOS DOS PARA-RAIOS 
 
Alguns acessórios podem ser adquiridos adicionalmente ao equipamento. Os principais são: 
 
Terminal de linha
Terminal de aterramento
Abraçadeira para 
cruzeta de madeira
 
 
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• Contador de descargas.
 
 
• Anéis equalizadores de potencial;
 
 
 
 
 
 
 
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NORMALIZAÇÃO 
ABNT: 
• NBR 5287, NBR 5424, NBR 8186 
 
ANSI / IEEE: 
• C.62.11 – Normas para Para-Raios ZnO, C.62.11 – Guia de Aplicação para Para-Raios 
ZnO 
 
IEC: 
• 60099-5/96 
 
ALGUNS FABRICANTES NO BRASIL 
 
• ABB; 
• AREVA; 
• TOSHIBA; 
• DELMAR; 
• BALESTRO;