PÁRA RAIOS NÃO LINEARES

Pára-raios a resistor não linear

• Sobretensões de origem interna (manobras) Sobretensões de origem externa (descargas atmosféricas)

• Danificar os equipamentos de uma subestação

• Pára-raios atuam como limitadores de tensão • Valores acima de um determinado nível de tensão são impedidos de

alcançar os equipamentos (ceifadores)

INTRODUÇÃO

• Utilizam as propriedades de não-linearidade dos elementos • Conduzir altas correntes de descarga com baixas tensões residuais • Oferecer alta impedância para as correntes subseqüentes fornecidas

pelo sistema

• Elementos capazes de desempenhar estas funções • Carboneto de Silício – SiC • Óxido de Zinco – ZnO


ASPECTOS CONSTRUTIVOS

• Resistor não-linear – SiC

• Centelhadores (gaps) • Em série com os blocos

de resistores não-lineares

• Assegurar a disrupção das correntes subseqüentes

• Corrente conduzida

Pára-raios a resistor não linear – Aspectos construtivos

PÁRA-RAIOS DE CARBONETO DE SILÍCIO

5I K V= ×

• Resistor não-linear – ZiO

• Não possuem centelhadores

• Curva de atuação sem transitórios

• Corrente conduzida

onde α varia entre 25 e 30

Pára-raios a resistor não linear – Aspectos construtivos

PÁRA-RAIOS DE ÓXIDO DE ZINCO

I K V α= ×

Classe estação: 20kA, 15kA e 10kA; Classe distribuição: 5kA séries A e B; Classe secundária: 1,5kA


CLASSIFICAÇÃO (NBR 5424)

• Utilização segundo o nível de proteção: • Pára-raios de 10kA – sistemas acima de 69kV • Pára-raios de 5kA série A – sistemas de transmissão abaixo de 69kV • Pára-raios de 5kA série B – transformadores de distribuição • Pára-raios de classe secundária – tensões de até 660V, têm pouca

utilização, basicamente na entrada de consumidores de baixa tensão de algumas concessionárias

• Definida em função das sobretensões previstas

– Valor do curto-circuito monopolar define a tensão nominal – Depende de:

• Configuração do sistema • Impedância inserida no neutro do transformador (Δ-Υ)

• Caso a sobretensão temporária da rede supere o valor

máximo admitido pelo pára-raios, deve-se selecionar outro com tensão nominal superior


SELEÇÃO DE PÁRA-RAIOS

Determinação da tensão fase-terra (60Hz) no local de instalação do pára-raios:

• Determinar as relações:

• Escolher o gráfico mais adequado ao valor de

• Determinar o fator de aterramento (Fa) estimado através do gráfico

• Determinar o valor da maior tensão fase-neutro em qualquer fase para qualquer tipo de falta, multiplicando a tensão de linha máxima de operação do sistema pelo fator de aterramento.

Pára-raios a resistor não linear – Seleção de pára-raios

pos

pos

RX

zero

pos

XX

zero

pos

RX

pos

pos

RX

Exemplo:

Determinar a tensão nominal do pára-raios a ser instalado no ponto P de um sistema de distribuição, sabendo:

• Resistência de seqüência positiva do sistema: 0,2035Ω • Resistência de seqüência zero do sistema: 1,1089Ω • Reatância de seqüência positiva do sistema: 0,47Ω • Reatância de seqüência zero do sistema: 1,6937Ω • Máxima tensão de operação: 14,4kV


• Classe estação • Classe distribuição • Classe secundária

• Coordenação de Isolamento – Deve existir uma margem de proteção entre:

• Tensão suportável de impulso atmosférico • Tensão de manobra do equipamento • Nível de proteção do pára-raios

• Relações de proteção recomendadas:

– 1,20 para impulso atmosférico – 1,15 para manobra


• Descarga atmosférica atinge uma linha de transmissão;

• Sobretensão limitada ao valor de tensão disruptiva do pára-raios na entrada da subestação

• Tensão residual do pára-raios se propaga para o interior da subestação

– reflexões nos pontos de descontinuidade até atingir o transformador de potência (circuito aberto)


LOCALIZAÇÃO DOS PÁRA-RAIOS

• Máxima tensão que deve chegar ao transformador:

Vnpp - nível de proteção do pára-raios, em kV; K - taxa de crescimento da onda de tensão, em kV/μs T - tempo de percurso entre pára-raios e transformador, em μs

D - distância entre transformador e pára-raios, em m vprop - velocidade de propagação da onda de tensão, em m/μs

Pára-raios a resistor não linear – Localização dos pára-raios

2m nppV V K T= + × ×

prop

DTv

=

• De forma aproximada:

Vd – Tensão resultante da descarga do pára-raios (tensão residual mais a queda de tensão nos condutores de aterramento)

C – Constante de natureza dos cabo entre pára-raios e trafo 75 para cabos subterrâneos 150 para cabos aéreos

• Queda de tensão nos condutores de aterramento:

Lc - comprimento do condutor, em m Id - corrente de descarga, em kA

Pára-raios a resistor não linear – Localização dos pára-raios

m dV VD CK− = ×

1,3c c dV L I= × ×

Exemplo:

Calcular a distância máxima a que deve ficar o pára-raios que protege um transformador que faz parte de uma SE de 10MVA, cujas principais características são:

• Tensão nominal: 72,5kV • Tensão suportável de impulso atmosférico: 350kV • Impedância de surto do cabo subterrâneo: 50Ω • Impedância de surto do circuito aéreo: 450Ω • Taxa de crescimento da frente de onda: 100kV/ μs

Pára-raios a resistor não linear – Localização do pára-raios

Pára-raios a resistor não linear – Localização do pára-raios

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