PARA RAIOS DE MÉDIA TENSÃO

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HISTÓRIA

O para-raios foi inventado em 1752 por Benjamin Franklin. O primeiro dispositivo montado por ele era uma haste de metal conectada á terra por um fio. Para desenvolve-lo, Franklin realizou uma perigosa experiência empinando uma pipa durante uma tempestade, na tentativa de provar que os raios eram descargas elétricas.

Antes da descoberta de Franklin, os raios eram fenômenos naturais cercados por misticismo. Muitos acreditavam que as tempestades de raios simbolizavam a fúria dos deuses. Sendo um homem do iluminismo, Franklin explicou tais acontecimentos de um ponto de vista cientifico.

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PARA-RAIOS

O atrito produzido pelo vento e pelas gotas de chuva caindo provoca transferência de carga entre massa de ar e nuvens, criando intensos campos elétricos na atmosfera. Durante uma tempestade a rigidez dietétrica do ar é reduzida em virtude da umidade, facilitando a existência de raios descarregando as nuvens e massa de ar.

Existem raios de cima para baixo, de baixo para cima e também de nuvem para nuvem. O para-raios é uma ponta metálica localizada o mais alto possível e ligada a terra por um eletrodo bem aterrado. Esse aterramento é necessário, pois ele é o caminho por onde as cargas sobem até ficarem mais próximas da nuvem, criando campos mais elevados que vão romper a rigidez dielétrica. Durante a descarga, o aterramento permite o escoamento do raio, o fio de descida que liga o para-raios ao aterramento deve ser suficientemente grosso para suportar a corrente na ordem de 10ka produzida pelo raio.

É claro que esse valor de diâmetro não é encontrado nas tabelas de fios, somente em tabelas de cabos. Embora o raio tenha uma alta corrente, sua duração é um intervalo de tempo muito pequeno, o que reduz o aquecimento gerado pelo transporte da corrente.

É muito importante observar o perigo de uma instalação feita com fio fino. Enquanto a nuvem carregada se forma, as cargas d sinal oposto sobem lentamente por esse fio e o raio será atraído, se o fio não suporta a descarga atmosférica o rio ira se romper pelo efeito joule e como não haverá um caminho para que o raio seja escoado, toda a energia do raio causará uma explosão local.

A utilização de para-raios permite a redução dos níveis de isolamento de diversos equipamentos em sistemas de transmissão, distribuição, subestações, etc.

Resumidamente, os para-raios são formados por blocos de resistores não lineares, podem ter ou não ‘gaps’ em série, que dissipam a energia da descarga atmosférica quando o nível de tensão nos seus terminais excede determinado valor. [2]

De modo ideal os para-raios deveriam operar da seguinte maneira:

Conduzir somente a partir de uma tensão superior sua tensão nominal;

Manter esta tensão com pequenas variações, durante todo o tempo que permanecer o surto de tensão;

Parar de conduzir em uma tensão bem próxima daquela que começou a conduzir.

A Figura abaixo mostra o modelo ideal de um para-raios descrito acima.

[pic 1]

No entanto, tal fato não ocorre, uma vez que a característica V x I não é perfeita, mesmo n caso dos para-raios de óxido de zinco (que mais se aproximam do ideal), conforme mostrado na figura logo abaixo:

[pic 2]

Nesta figura temos a curva A referente ao para-raios de óxido de zinco e a curva B referente ao para-raios de carboneto de silício.

Os dispositivos de proteção devem ser escolhidos conforme alguns critérios, como a importância do equipamento a ser protegido e as consequências de uma interrupção na operação, sendo a sua tensão de descarga influenciada pela inclinação do surto de tensão incidente.

3.1 A EVOLUÇÃO DOS PARA-RAIOS

A utilização dos para-raios fabricados nos dias de hoje somente foi possível após um longo processo e aperfeiçoamento desses equipamentos.

Inicialmente foram utilizados como para- raios os centelhadores separados a ar, muito usado como dispositivo de proteção dos equipamentos de uma subestação. Quando uma sobretensão alcança o centelhador há o disparo, limitando a sobretensão nos equipamentos protegidos por aquele dispositivo.

O centelhador apresenta como grande desvantagem o fato das variáveis climáticas como umidade, pressão poeira e desgaste natural do material livre ao ambiente afetarem seu ponto de operação, fazendo com isso variar o nível de operação e assim diminuindo a confiabilidade do equipamento, além de que quando em operação é necessário para a eliminação do curto-circuito a atuação da proteção do sistema.

3.2 PARA-RAIOS TIPO EXPULSÃO

Devido às desvantagens encontradas com o uso de centelhadores a ar, surgiram por volta de 1920, os primeiros para-raios do tipo expulsão. Estes eram constituídos basicamente por dois centelhadores montados em um tubo isolante e conectados em série.

Uma vez que os dois centelhadores possuíam diferentes espaçamentos e eram constituídos por diferentes materiais dielétricos, não existia uma distribuição uniforme de tensão entre esses e o início da disrupção era sempre determinado pelo centelhador montado na parte superior do para-raios.

Com a disrupção do centelhador superior, toda a tensão passava a ser aplicada sobre o centelhador inferior, que iniciava o processo de formação do arco no seu dielétrico, constituída por um material fibroso com a propriedade básica de gerar gases que provocavam a deionização do arco, provocando a interrupção da corrente de frequência fundamental de forma natural quando da passagem da corrente pelo zero.

A sua principal desvantagem era a pequena vida útil, limitada à durabilidade do material utilizado para a deionização do arco elétrico.

3.3 PARA-RAIOS TIPO CARBONETO DE SILÍCIO

Os para-raios do tipo expulsão tiveram uma vida muito curta, sendo substituídos pelos para-raios formandos basicamente por centelhadores montados em série com resistores não lineares. Vários tipos de materiais foram inicialmente empregados para a confecção