CEFET/RJ - Centro Federal de Educação Tecnológica Celso Suckow da Fonseca
Aula nº 9 Para-raios e Centelhadores
Prof. Marcos Vinícius Pimentel Teixeira E-mail: marcos marcos_eng.eletrica@h
[email protected] otmail.com 27 de Outubro de 2017 Rio de Janeiro, RJ, Brasil
Introdução •
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Os para-raios são responsáveis por funções de grande importância nos sistemas elétricos de potência contribuindo decisivamente para a sua confiabilidade confiabilidade,, economia e continuidade de operação Equipamento bastante simples do ponto de vista construtivo Constituído de um elemento resistivo e não linear associado, ou não, a um centelhador em série
Princípio de Funcionamento: Para-Raios Ideal •
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Em operação normal, o para-raios é semelhante a um circuito aberto Quando ocorre uma sobretensão, o centelhador dispara e uma corrente circula pelo resistor não-linear impedindo que a tensão terminal nos seus terminais ultrapasse um determinado valor É possível a eliminação do centelhador, utilizando-se somente o resistor não-linear
Princípio de Funcionamento: Para-Raios •
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Na realidade, a característica ideal não existe, sendo a característica não-linear tal como indicada para os pararaios de carboneto de silício (SiC) e para o óxido de zinco (ZnO) Esses elementos são utilizados no componente não-linear do para-raios
Funções na Rede SUBESTAÇÕES:
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Proteger os equipamentos e instalações contra as sobretensões: - Origem externa (descargas atmosféricas) - Origem interna (surtos de manobra)
LINHAS:
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Diminuir os índices de desligamentos por descargas atmosféricas e limitar as sobretensões de manobra (compactação de LTs) GERADORES:
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Cubículos de proteção contra surtos
Localização nas SEs e LTs
c - ELETRICAMENTE EM PARALELO COM CADEIAS DE ISOLADORES DAS LTs
a - VÃOS DE LINHAS DE TRANSMISSÃO: DESCARGAS ATMOSFÉRICAS E SURTOS DE MANOBRA
b - VÃOS DE TRANSFORMADORES E REATORES:
Localização nas SEs e LTs d EVENTUALMENTE EM VÃOS DE BANCOS DE CAPACITORES: PROTEÇÃO DOS CAPACITORES (FUNÇÃO DA POTÊNCIA DO BANCO) E DISSIPAÇÃO DE ENERGIA (N O DE BANCOS - MANOBRAS B A C K - T O - B A C K )
Centelhadores •
CENTELHADORES: primeiros dispositivos de proteção contra as sobretensões (descargas atmosféricas)
Centelhadores
CESP - SE SÃO CARLOS 138 kV
Centelhadores
COPEL - SE CAMPO COMPRIDO 230 kV
LACTEC
Ensaios dielétricos e arco de potência
Para-Raios e Centelhadores: Evolução, Tipos e Detalhes Construtivos •
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CENTELHADORES: primeiros dispositivos de proteção contra as sobretensões (descargas atmosféricas) PÁRA-RAIOS: de CARBONETO DE SILÍCIO (SiC) e de ÓXIDO DE ZINCO (ZnO)
SiC
SiC
ZnO
Para-Raios e Centelhadores: Evolução, Tipos e Detalhes Construtivos a) CENTELHADOR (problema curto-circuito a ser eliminado pela proteção) b) CENTELHADOR EM SÉRIE COM O RESISTOR NÃO-LINEAR (resistor limita a corrente de descarga que só é eliminada quando a tensão passa por zero)
SiC
SiC
ZnO
c) PARA-RAIOS COM ATIVO “GAP” (alongamento do arco com auxílio de um campo magnético) d) BLOCO DE RESISTORES NÃO-LINEARES ZnO (característica não-linear muito superior quando comparado ao SiC)
Para-Raios: Componentes Principais
Dispositivos Auxiliares Anéis anti corona Contador de descargas Medidor de corrente de fuga
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CD
Amp
Comparação entre as Seções dos Para-raios
Para-raios Convencionais SiC (Carbureto de Silício) com sopro magnético
ZnO (Óxido de Zinco)
Comparação entre as Seções dos Para-raios PARA-RAIOS CONVENCIONAIS SiC (CARBONETO DE SILÍCIO) COM SOPRO MAGNÉTICO PARA-RAIOS ZnO
Dispositivos Auxiliares Dispositivo de Alívio de Pressão
PRESSURE RELIEF
Dispositivos Auxiliares ATUAÇÃO DO DISPOSITIVO DE ALÍVIO DE PRESSÃO SEM EXPLOSÃO DE PÁRA-RAIOS DE BANCO DE CAPACITORES DE 138 kV - SE JACAREPAGUA
Abertura do pára-raios para inspeção (quebrando a porcelana)
Dispositivos Auxiliares
PÁRA-RAIOS SiC SEM SOPRO MAGNÉTICO (DANIFICADO)
Função Principal: Limitar as Sobretensões Transitórias
Para-raios absorve onda de corrente ia
Características Principais TENSÃO NOMINAL (RATING / RATED VOLTAGE) – kV RMS: CRITÉRIOS DE ESCOLHA (SOBRETENSÕES 60Hz) Para-raios SiC: V60Hz_min => 1,35 x Vrating ENERGIA => Estudos e Curvas fabricante Para-raios ZnO: V60Hz => Magnitudes e durações ENERGIA => Estudos e Curvas fabricante
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NÍVEIS DE PROTEÇÃO PARA IMPULSOS – kV crista: TENSÕES DE DISPARO (SiC) ou TENSÕES RESIDUAIS (ZnO)
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CAPACIDADE DE ABSORÇÃO DE ENERGIA SiC => 1 - 5 kJ / kV rating (resistor SiC + gap) ZnO =>7 – 13 a 20 kJ / kV rating Colunas em paralelo: maior capacidade de absorção de energia
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Colunas em paralelo: maior capacidade absorção de energia
de
Submódulo 2.3 - Requisitos mínimos para transformadores e para subestações e seus equipamentos (Revisão 2012.1) 7.7 Para-raios conectados à Rede Básica
7.7.1 Devem ser instalados para-raios nas entradas de LT, nas conexões de unidades transformadoras de potência, de reatores em derivação e de bancos de capacitores não autoprotegidos. 7.7.2 Os para-raios devem ser do tipo estação, a óxido metálico, sem centelhador . 7.7.3 Para as conexões de LT em 230 kV pode ser proposto o uso de centelhadores nas subestações terminais, desde que: (a) Não exista e também não esteja prevista a instalação de bancos de capacitores série, em derivação ou unidades FACTS. (b) O proponente demonstre, por meio de estudos de coordenação de isolamento, que os equipamentos da subestação são protegidos adequadamente, ou seja, os equipamentos não são submetidos a riscos de falha superiores àqueles que utilizam para-raios a óxido metálico.
Bibliografia •
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D’Ajuz,
A. & Outros Equipamentos Elétricos/Especificação e Aplicação em Subestações de Alta Tensão - Convênio Furnas Centrais Elétricas S.A. e Universidade Federal Fluminense, Rio de Janeiro, 1985. Frontin, S.O. & Outros - Equipamentos de Alta Tensão: Prospecção e Hierarquização de Inovações Tecnológicas Programa de P&D da Aneel, Brasília, 2013. Mamede, J. Manual de Equipamentos Elétricos, 4ª Edição, LTC, Rio de Janeiro, 2013. Mamede, J. Instalações Elétricas Industriais, 6ª Edição, LTC Editora, Rio de Janeiro, 2001. Salgado Carvalho, F. Apostila de Subestações, Universidade Federal Fluminense, 2001.
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