PARA -RAIOS

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CENTRO UNIVERSITÁRIO MAURÍCIO DE NASSAU
ENGENHARIA ELÉTRICA
 
Alunos: 
 Antoniel de Souza – 04017332 
 Claiton Eilson – 04016547
	 Elvis Cunha – 04016430
	 Pedro Trindade – 04007017
	 Wanderson Eduardo – 04016291
Professor: Tarcísio 		
Disciplina : Equipamentos Elétricos
CAMPINA GRANDE
2018
Para-raios a Resistor Não-linear
Introdução.
	As linhas de transmissão e redes aéreas de distribuição urbanas e rurais são extremamente vulneráveis às descargas atmosféricas que, em determinadas condições, podem provocar sobretensões elevadas no sistema (sobretensões de origem externa), ocasionando a queima de equipamentos, tanto os da companhia concessionária como os do consumidor de energia elétrica. Para que se protejam os sistemas elétricos dos surtos de tensão, que também podem ter origem durante manobras de chaves seccionadoras e disjuntores (sobretensões de origem interna), são instalados equipamentos apropriados que reduzem o nível de sobretensão a valores compatíveis com a suportabilidade desses sistemas. Esses equipamentos protetores contra sobretensões são denominados para-raios. 
	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 poste. Os para-raios limitam as sobretensões a um valor máximo. Este valor é tomado como o nível de proteção que o para raios oferece ao sistema 
Partes Componentes Do Para-raios.
A proteção dos equipamentos elétricos contra as descargas atmosféricas é obtida através de para-raios que
utilizam as propriedades de não-linearidade dos elementos de que são fabricados para conduzir as correntes de
descarga associadas às tensões induzidas nas redes e em seguida interromper as correntes subsequentes, isto é,
aquelas que sucedem às correntes de descarga após a sua condução à terra. 
Figura 2 - Tipos de para-raios 
Partes Componentes Do Para-raios.
Atualmente existem dois elementos de características não-lineares capazes de desempenhar as funções anteriormente mencionadas a partir dos quais são construídos os para-raios: carboneto de silício e óxido de zinco. 
Figura 3- Tipos de para-raios não convencionais 
Para-raios de Carboneto de Silício .
	Os pára-raios de carboneto de silício são aqueles que utilizam como resistor não-linear o carboneto de silício (SiC) e têm em série com este um centelhador formado por vários gaps (espaços vazios). Esses pára-raios são constituídos basicamente das seguintes partes: 
Resistores não-lineares.
Corpo de porcelana.
Centelhador série.
Desligador automático.
Protetor contra sobrepressão.
Mola de compressão 
Detalhes construtivos dos para-raios de distribuição 
Montagem de um para-raios de distribuição em cruzeta de madeira. 
Instalação de um para-raios de distribuição em estrutura de transformador. 
Para-Raios de Óxido de Zinco.
São assim denominados os para-raios que utilizam como resistor não-linear o óxido de zinco (ZnO) e, ao contrário dos para-raios de carboneto de silício, não possuem centelhadores série. Estes para-raios são constituídos basicamente das seguintes partes: 
Resistores não-lineares 
Corpo de porcelana 
Corpo polimérico 
Detalhes construtivos dos para-raios:
(1) anel de selagem;
(2) mola de contato;
(3) cobertura
do flange; 
(4) fita de conexão de cobre;
(5) cobertura de selagem; 
(6) duto de ventilação; 
(7) placa de dados;
(8) desiccant bag;
(9) bloco de zinco; 
(10) isolador de porcelana. 
Parte interna de um para-raios óxido de zinco
construído em corpo de porcelana. 
Para-raios de porcelana
Parte externa de um para-raios de alta tensão também em corpo de porcelana. 
Para-raios de corpo polimérico
Estrutura de concreto para instalação de para-raios de 230 kV a óxido de zinco. 
Contador de descarga. 
Instalação de para-raios de 230 kV em subestação de potência. 
Componentes Simétricas
O método de componentes simétricas é usado para o estudo de sistemas de potência polifásicos desequilibrados. Consiste na decomposição dos elementos de tensão ou corrente das fases, em parcelas iguais, mas com ângulos de fase diferentes. Desta forma é possível desmembrar o circuito polifásico em "n" circuitos monofásicos.
O uso de componentes simétricas é extensivamente usado no estudo do desempenho de sistemas de potência.
Sistema trifásico
No caso do sistema trifásico, haverá três componentes: zero, positiva e negativa:
A componente positiva representa o elemento de tensão ou corrente em condições nominais equilibradas, com um sentido de giro, por convenção, positivo.
A componente negativa representa o elemento de tensão ou corrente com sentido de giro inverso.
A componente zero representa o elemento de tensão ou corrente não girante.
O sistema trifásico é normalmente simétrico. A assimetria pode existir quando:
- As cargas estão desequilibradas
- Impedâncias desiguais dos enrolamentos
- Interrupção de fase
Fenômenos de reflexão e refração de uma onda incidente
Uma onda de tensão que caminha num alimentador pode atingir diversos pontos característicos do sistema, resultando em fenômenos distintos e de efeitos particulares. A onda incidente pode sofrer modificações em módulo dependendo da característica do ponto que atinge.
Ponto Terminal de Circuito Aberto
É identificado por circuitos cujas extremidades estão abertas (exemplo seccionamento de um disjuntor. Transformador é um caso importante devido a sua elevada impedância de surto, podendo ser considerado um circuito aberto. Levando em consideração que suas bobinas estão eletricamente isoladas, mas magneticamente acopladas.
Um surto de tensão que venha a atingir um transformador ou a extremidade aberta de um circuito, resulta numa onda refletida e refratada.
Fenômenos de reflexão e refração de uma onda incidente
Ponto de Descontinuidade de Impedância
Circuito que muda sua impedância característica a partir de um determinado ponto.
Caso prático é a subestação de consumidor. Com ramal de entrada constituído de cabo isolado subterrâneo. Com impedância da rede aérea de alimentação entre 350 a 450 Ω e cabos subterrâneo em torno de 50 Ω. Quando um surto incidente atingir essa conexão irão surgir uma onda de tensão refletida e outra refratada.
Fenômenos de reflexão e refração de uma onda incidente
Seleção de para raios
A seleção de um para-raios deve ser precedida de uma análise que defina as suas características básicas.
A tabela a seguir fornece os elementos de orientação para escolha do para-raios em função da tensão máxima de operação do sistema que pode ser determinada em qualquer ponto do circuito.
Seleção de para raios
A determinação da tensão fase-terra, à frequência industrial, no local da instalação do para-raios, através dos gráficos a seguir, deve ser orientado pelas seguintes considerações.
Determinar as relações Rp/Xp,XJXp e RJXp 
• se 0 < XJXp < 3 e RJXp < 1, o sistema é considerado efetivamente aterrado e o fator de aterramento estimado é igual ou inferior a 80%; 
• se XJXp > 3 e RJRp = 1 no ponto de instalação do pára-raios, o sistema é considerado não eficazmente aterrado e o fator de aterramento pode ser superior a 100%.
b) Escolher o gráfico mais adequado em função da relação RJXp, isto é, da condição de tensão do sistema. 
c) Determinar o valor do fator de aterramento estimado nas figuras anteriormente mencionadas utilizando os valores das relações XJXp e RJXP. 
d) Multiplicar a tensão de linha, valor máximo de operação do sistema, pelo fator de aterramento estimado, no ponto de instalação do pára-raios, obtendo-se a maior tensão fase-terra em qualquer fase para qualquer tipo de falta.
Seleção de para raios
Seleção de para raios
Deve existir uma certa margem de proteção entre a tensão suportável de impulso atmosférico, a de manobra do equipamento e o nível de proteção do
para-raios. Os valores mínimos recomendados para as relações de proteção, a fim de que se obtenha a coordenação de isolamento, é de 1,20 e 1,15 para impulso atmosférico e de manobra, respectivamente. 
Seleção de para raios
Onda cortada 
A margem de segurança prevista é de 20%, ou seja: 
Voc - tensão de ensaio com onda cortada do transformador;
Vdi - tensão disruptiva sob impulso do para-raios.
Onda normalizada
Neste caso, a margem de segurança é de 20%, ou seja:
V0„ - tensão de ensaio com onda normalizada (TSI) do transformador;
Vr - tensão residual máxima do para-raios.
Surto de manobra 
A margem de segurança prevista é de 15%, ou seja:
Ves - tensão de ensaio de surto de manobra do transformador; 
VJsm - tensão disruptiva a 60 Hz por surto de manobra do para-raios.
Localização dos PARA-RAIOS 
	Quando o ponto de impacto de uma descarga atmosférica é uma linha de transmissão, desenvolve-se uma sobretensão que se propaga por todo o sistema. Ao atingir a subestação, o módulo da sobretensão será limitado ao nível do valor da tensão disruptiva do pára-raios no ponto de sua instalação, normalmente na primeira estrutura a montante do transformador da subestação ou na primeira estrutura a jusante do transformador da subestação. No entanto, durante a descarga do pára-raios surge uma tensão elevada no valor da tensão residual do pára-raios que se propaga para o interior da subestação, refletindo nos diversos pontos de descontinuidade, como já foi abordado anteriormente, até atingir o transformador de potência que pode ser considerado um circuito aberto. 	
Aterramento dos pára- raios e do transformador de distribuição
Ensaios 
	Os pára-raios devem ser ensaiados pelo fabricante em suas instalações com a presença do inspetor do comprador. Os ensaios devem obedecer os requisitos contidos na norma NBR 5287 - Pára-Raios a Resistor Não-Linear a Carboneto de Silício para Sistemas de Potência - Especificação. Os pára-raios devem ser submetidos aos ensaios apresentados .
Ensaios
Ensaios de Tipo :
Também conhecidos como ensaios de protótipo, destinam-se a verificar se um determinado tipo ou modelo de pára-raios é capaz de funcionar satisfatoriamente nas seguintes condições especificadas: • tensões disruptivas à frequência nominal a seco e sob chuva;
• tensões disruptivas a impulso de manobra a seco e sob chuva; 
• tensão disruptiva a impulso atmosférico; 
• tensões residuais; 
• correntes suportáveis a impulso;
• ciclo de operação; 
• ensaio do desligador automático (pára-raios de distribuição); 
• ensaio de estanqueidade. 
Estes ensaios podem ser dispensados pelo comprador desde que o fabricante apresente documento comproba- tório de cada um dos ensaios realizados.
Ensaios de Recebimento 
Destinam-se a verificar as condições gerais dos pára-raios antes do embarque. São eles:
• tensão disruptiva à frequência nominal a seco; 
• tensão disruptiva de impulso atmosférico sob forma de onda normalizada; 
• tensão residual; • medição de corrente de fuga; 
• ensaio de estanquidade.
Ensaios
Especificação sumaria para escolher um para-raios
 No pedido de compra de um pára-raios é necessário que constem, no mínimo, os seguintes dados: 
• tensão nominal;
• tensão disruptiva máxima de impulso atmosférico; 
• tensão residual máxima sob corrente de descarga nominal;
• tensão disruptiva à frequência industrial; 
• tensão disruptiva máxima por surto de manobra; 
• corrente de descarga nominal; 
• classe (A ou B); 
• tipo de resistor não-linear (carboneto de silício ou óxido de zinco).
Referencias Bibliográficas 
Mamede Filho, João Manual de equipamentos elétricos /João Mamede Filho. - 4. ed. - Rio de Janeiro: LTC, 2013.