Pararaios e Coordenação de Proteção em Subestações - Normas e Aplicações

Questão 1 Em geral os equipamentos são definidos para utilização específica sendo importante conhecer o tipo de aplicação quais cargas e tensões serão aplicadas e assim determinar qual tipo e modelo devem ser usados Nos casos de alta tensão essa definição se torna mais importante pela quantidade de energia e de intempéries que devem suportar Nesse sentido as Normas Técnicas são estudos feitos por comitês que estudam detalhadamente cada aplicação e em documentos indicam as melhores práticas que devem ser especificadas Quando estudamos os conceitos e tipos de pararaios verificamos que eles podem ser classificados por alguns parâmetros Identifique os tipos de classificação dos pararaios explicando as características de cada uma delas e sua importância As normas referentes a esse equipamento NBR 5424 e NBR 5419 devem ser consultadas Questão 2 Quando trabalhamos com projetos de subestação temos que dimensionar os equipamentos de forma que a subestação suporte as condições de operação de tensão corrente e potência características da carga Dessa forma fazemos tanto o projeto executivo da subestação para alocação dos equipamentos como o estudo de curtocircuito e de proteção em determinados pontos da rede Ambos são feitos para realizar a parametrização dos relés secundários da subestação afinal como já vimos o disjuntor por si só não atua contra correntes de curto circuito sobrecargas ou faltas monofásicas na linha Para que a proteção atue a jusante ou a montante do local em que pode ocorrer a falta é realizado um estudo de coordenação e seletividade sendo necessário coordenar as proteções do circuito para que cada uma possa atuar de forma correta Afinal ao longo dos alimentadores da subestação até as redes de distribuição existem religadores chaves fusíveis e chaves seccionadoras automáticas e é necessária uma coordenação entre todos esses equipamentos Agora descreva como funciona a coordenação entre o religador de subestação a seccionadora e o elo fusível Considere os prérequisitos necessários para que haja a coordenação entre eles Questão 1 Em geral os equipamentos são definidos para utilização específica sendo importante conhecer o tipo de aplicação quais cargas e tensões serão aplicadas e assim determinar qual tipo e modelo devem ser usados Nos casos de alta tensão essa definição se torna mais importante pela quantidade de energia e de intempéries que devem suportar Nesse sentido as Normas Técnicas são estudos feitos por comitês que estudam detalhadamente cada aplicação e em documentos indicam as melhores práticas que devem ser especificadas Quando estudamos os conceitos e tipos de pararaios verificamos que eles podem ser classificados por alguns parâmetros Identifique os tipos de classificação dos pararaios explicando as características de cada uma delas e sua importância As normas referentes a esse equipamento NBR 5424 e NBR 5419 devem ser consultadas Três os modelos de proteção admitidos pela normalização brasileira são eles Modelo Eletrogeométrico Método de Franklin Método de Faraday Modelo Eletrogeométrico MEG Figura 1 Princípio da proteção pelo modelo eletrogeométrico O método eletrogeométrico para aplicação na proteção das estruturas admite as seguintes hipóteses simplificadoras I Só são consideradas as descargas negativas iniciadas nas nuvens II O líder descendente é único não tem ramificações III A descarga final se dá para o projeto aterrado mais próximo independentemente de sua massa ou condições de aterramento IV As hastes verticais e os condutores horizontais têm o mesmo poder de atração V A probabilidade de ser atingida uma estrutura aterrada ou o plano de terra é a mesma se o líder estiver à mesma distância de ambos De acordo com esse modelo os pontos do segmento de círculo determinam o lugar geométrico dos possíveis locais de onde pode partir o líder ascendente que vai ao encontro ao líder descendente localizado no centro do círculo de modo a completar o canal ionizado por onde se fará a descarga de retorno Neste modelo eletrogeométrico MEG a distância ou raio de atração RaaI máx b é o valor de pico da corrente de retorno do raio e as constantes a e b variam conforme diferentes propostas de vários pesquisadores Quando aplicado às estruturas a norma NBR 54192005 adota a10 e b065 Ra10I máx 0 65 O MEG é compatível com a constatação prática de que estruturas muito altas são suscetíveis de serem atingidas por descargas laterais Efetivamente se a estrutura tiver uma altura superior a distância R um elemento captor no seu topo não garantirá uma proteção adequada pois o segmento de círculo tangente ao solo tocará lateralmente na estrutura conforme figura 02 Figura 2 Aplicação do modelo eletrogeométrico a uma estrutura muito alta A extensão desse modelo para três dimensões resulta no conceito de esfera rolante como mostrado na figura XX Figura 3 Exemplo de volume de proteção definido por uma esfera rolante A esfera vem a ser o lugar geométrico de todos os pontos de onde poderá partir um líder ascendente em direção ao líder descendente localizado no seu centro Podese visualizar que se essa esfera for rolada por toda a área de uma instalação protegida por determinada geometria de elementos captores ela não poderá nunca tocar em qualquer parte que não seja elemento captor As partes da edificação eventualmente tocadas pela esfera poderão ser consideradas falhas de blindagem e serão pontos suscetíveis de serem atingidos por uma descarga atmosférica direta É importante observar que essa esfera ao ser rolada por uma área com muitas edificações tocará apenas nas partes mais altas das mesmas Temse portanto que o correto dimensionamento de um sistema de proteção contra descargas atmosféricas de uma instalação complexa ou localizada próximo a outras estruturas de dimensões semelhantes ou maiores deve considerar o conjunto de estruturas e de edificações e não cada uma em separado Esse tipo de consideração permite a execução de projetos mis econômicos e de menor impacto visual que se beneficiam do efeito de proximidade entre elementos captores de estruturas próximas Modelo de Franklin Ângulo de Proteção O método de Franklin é o mais simples entre os métodos e que será usado na maioria dos casos Este método parte do princípio que a ponta do para raio vai proteger o volume de um cone abaixo dele formando um ângulo α com a vertical como ilustrado na figura XX Figura 4 Método de Proteção do tipo Franklin Este método é recomendado para Edificações de uma altura não muito elevada a partir de 60 metros de altura a execução já se torna um pouco mais complicada e que não possuem uma área horizontal muito grande Ou seja é notavelmente recomendado para edifícios residenciais de até 20 Andares em média Figura 5 Volume de proteção definido pelo método de Franklin Conforme a NBR 54192005 a classe do SPDA do tipo Franklin pode ser definida a partir da figura 6 que leva em consideração o ângulo e a altura do captor Figura 6 Determinação da classe do SPDA a partir do ângulo α e altura do captor De modo que I H é a altura do captor acima do plano de referência da área a ser protegida II Para H superior ao valor do fim de cada curva se aplica apenas malha ou esfera rolante III Para H2m o ângulo de proteção não se altera Modelo de Faraday Nesse sistema de proteção uma rede de condutores lançada na cobertura e nas laterais da instalação a ser protegida forma uma blindagem eletrostática destinada a interceptar as descargas atmosféricas incidentes Elementos metálicos estruturais de fachada e cobertura podem integrar essa rede de condutores desde que atendam a requisitos específicos Edificações com estrutura metálica na cobertura e continuidade elétrica nas ferragens estruturais e aterramento em fundação ou anel têm bom desempenho como Gaiolas de Faraday Galpões em estrutura metálica colunas e cobertura constituemse em Gaiolas de Faraday naturais que devem ser complementadas com aterramento adequado preferencialmente integrado às armaduras das fundações Mesmo quando recoberta por telhas de fibrocimento a estrutura exercerá a sua função de proteção cabendo aos ganchos metálicos de fixação das telhas na estrutura a função de descargas Nesse caso quando da incidência de uma descarga o súbito deslocamento de ar poderá quebrar uma telha O Método de Faraday é também aplicável a edificações de grande área de cobertura geralmente prédios industriais onde a adoção de outras técnicas de dimensionamento da rede captora implica a utilização de grande número de mastros captores os quais demandam uma ampla rede de condutores de interligação que por si só já é uma aproximação de uma Gaiola de Faraday Frequentemente esse tipo de prédio é construído com telhas de concreto protendido com grande vão livre Nesse caso é importante evitar a incidência de descargas diretas nessas telhas pois a corrente procurará a ferragem da estrutura dando origem ao risco de rachadura do concreto e de danos na ferragem estrutural ou de exposição desta última ao tempo As estruturas altas podem star sujeitas a descargas laterais como se tem observado Edifícios excedendo 20 a 30 metros de altura devem portanto ser providos de elementos captores nas fachadas Revestimentos caixilhos de janelas trilhos condutores de descida e outros elementos metálicos presentes nas fachadas da estrutura podem ser usados com essa finalidade Questão 2 Quando trabalhamos com projetos de subestação temos que dimensionar os equipamentos de forma que a subestação suporte as condições de operação de tensão corrente e potência características da carga Dessa forma fazemos tanto o projeto executivo da subestação para alocação dos equipamentos como o estudo de curtocircuito e de proteção em determinados pontos da rede Ambos são feitos para realizar a parametrização dos relés secundários da subestação afinal como já vimos o disjuntor por si só não atua contra correntes de curto circuito sobrecargas ou faltas monofásicas na linha Para que a proteção atue a jusante ou a montante do local em que pode ocorrer a falta é realizado um estudo de coordenação e seletividade sendo necessário coordenar as proteções do circuito para que cada uma possa atuar de forma correta Afinal ao longo dos alimentadores da subestação até as redes de distribuição existem religadores chaves fusíveis e chaves seccionadoras automáticas e é necessária uma coordenação entre todos esses equipamentos Agora descreva como funciona a coordenação entre o religador de subestação a seccionadora e o elo fusível Considere os prérequisitos necessários para que haja a coordenação entre eles Para ser obtida a coordenação entre seccionador e fusível é recomendável que a sequência de operação do religador seja uma operação rápida seguida de três lentas Essa recomendação leva em conta que com o ajuste de duas operações rápidas e duas lentas o fusível não abrirá o circuito durante as duas operações rápidas do religador Em consequência poderá haver operação simultânea do fusível e do seccionador com perda de seletividade O uso de acessório restritor por tensão aumentaria a possibilidade de coordenação entre seccionador e fusível no caso do ajuste citado Entretanto a seletividade ainda dependerá da relação entre o tempo de fusão do elo fusível e o tempo de operação do religador em sua curva retardada Por isso não é recomendável este tipo de ajuste Pelo ajuste recomendado 1 rápida e 3 lentas o elo fusível interrompe o trecho defeituoso na primeira operação lenta do religador evitando que seccionador interrompa indevidamente o circuito O religador não deve ser ajustado para duas operações rápidas e duas lentas se o seccionador não estiver equipado com acessório restritor por tensão no caso de seccionadores hidráulicos Pois no caso de o elo fusível interromper o trecho com falha na terceira operação do religador sem o referido acessório o seccionador interpretará a abertura do circuito pelo elo fusível como uma interrupção de corrente abrindo seus contatos desnecessariamente prejudicando a seletividade Quando o seccionador hidráulico está equipado com acessório restritor de tensão a coordenação entre religador seccionador e fusível tornase possível mesmo para o religador ajustado para duas operações rápidas e uma lenta Isto porque a queima do elo fusível não provocará a abertura dos contatos do seccionador No caso de seccionador eletrônico nada impede o ajuste do religador para duas operações rápidas e duas lentas pois esse equipamento já traz incorporado ao seu circuito o acessório restritor de corrente cuja função é a mesma exercida pelo restritor de tensão nos seccionadores hidráulicos embora os princípios de operação sejam diferentes Referências Bibliográficas Para responder as questões 1 e 2 1 Kindermann G Curtocircuito Editora SacraLuzzato 1992 2 Caminha A C Introdução à proteção dos sistemas elétricos de potência Editora Edgard Blucher Ltda 1977 3 Araujo C A et al Proteção de sistemas elétricos Editora Interciencia 2005 4 Elmore W A Protective relayng theory and application Editado pela ABB Power DCampany 1994 5 Masson C R Science of protective relays Editado General Electric 6 Normas ANSIIEEE família C37 e C57 7 Normas ABNT NBR 5419 NBR 5424 6820 NBR 6821 NBR 6855 NBR 6856 NBR 8769 NBR 8926 NBR 9029 NBR 9030