72683789-Descarregador-de-Chifres

5/16/2018 72683789-Descarregador-de-Chifres - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/72683789-descarregador-de-chifres 1/17

3

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 4

2. DESCARGAS ATMOSFÉRICAS ......................................................................... 6

3. CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS .............................................................. 7

3.1. ISOLADOR .................................................................................................................................. 7

3.2. HASTES DE DESCARGA OU ELETRODOS ............................................................................ 7

3.3. HASTE ANTIPÁSSARO ............................................................................................................. 8

4. CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS ...................................................................... 9

4.1. TENSÃO DISRUPTIVA DE IMPULSO ATMOSFÉRICO EM FORMA DE ONDANORMALIZADA ........................................................................................................................ 10

4.2. TENSÃO DISRUPTIVA DE IMPULSO ATMOSFÉRICO EM FORMA DE ONDANORMALIZADA DE 50% ......................................................................................................... 11

4.3. TENSÃO DISRUPTIVA À FREQUÊNCIA INDUSTRIAL ......................................................... 11

4.4. MONTAGEM ............................................................................................................................. 11

5. ENSAIOS E RECEBIMENTO ............................................................................. 14

6. ESPECIFICAÇÃO SUMÁRIA ............................................................................. 15

7. SIMBOLOGIA PARA DESENHO DE REDES DE DISTRIBUIÇÃO ................... 16

8. CONCLUSÃO ..................................................................................................... 18

9. BIBLIOGRAFIA .................................................................................................. 19



4

1. INTRODUÇÃO

As redes de distribuição de áreas urbanas e rurais estão permanentemente

sujeitas às descargas atmosféricas – serão descritas na seção 1 - que podem

ocorrer nas suas proximidades ou atingir diretamente os condutores ou estruturas,

provocando, nestes dois casos, processos de sobre tensão no sistema, quase

sempre danosos à integridade dos equipamentos em operação.

É de fundamental importância a redução de custos na construção e operação das

redes elétricas, aplicando-se equipamentos que possam trazer vantagens

econômicas às companhias distribuidoras, desde que não afete na qualidade do

serviço aquém dos índices estabelecidos pela ANEEL – Agência Nacional de

Energia Elétrica, órgão regulador do setor elétrico nacional.

Os defeitos, nas redes de distribuição podem ser assim classificados para efeito de

análise:

• Defeitos com auto-extinção:

Defeitos que desaparecem em tempos extremamente curtos de modo a não

sensibilizar as proteções do sistema.

• Defeitos temporários:

Defeitos que são responsáveis por interrupções em tempos muito curtos,

geralmente, da ordem de 0,5 a 1s.

• Defeitos semipermanentes:

Defeitos que provocam uma ou várias interrupções de cerca de 10s de duração.

• Defeitos permanentes:

Defeitos que necessitam de intervenção das turmas de manutenção.

Cerca de 90% das ocorrências nas redes de distribuição estão classificadas nos três

primeiros tipos de defeito anteriormente mencionados. Assim, os custos

operacionais tornam-se reduzidos pela ausência de intervenção de mão-de-obra.

Ao se utilizar pára-raios nos sistemas de distribuição normalmente, resulta em

ganhos econômicos significativos com pequena perda de qualidade do fornecimento,

comparativamente à utilização dos descarregadores de chifres. Em redes dedistribuição que possuem baixo nível de isolação, de 95Kv, os pára-raios podem



5

falhar diante de grandes correntes de descargas simultâneas, ocasionando a

operação da proteção do sistema. Neste caso, os descarregadores de chifre levam

vantagem sobre os pára-raios.

Muitas companhias distribuidoras há anos vêm empregando com sucesso os

descarregadores de chifre nas redes de distribuição rurais e urbanas de pequeno

porte por causa da grande vantagem econômica dos descarregadores de chifres

sobre os pára-raios, principalmente nas redes de distribuição rurais. Em geral, só

não aplicaram esses dispositivos nas redes localizadas nas proximidades da orla

marítima devido ao desgaste que as partes de ferro poderiam sofrer, atacadas pela

névoa salina.

O fato economicamente relevante no emprego dos descarregadores de chifre é

evitar a instalação da cadeia de isoladores convencionais nas estruturas de

ancoragem e de amarração, que são os pontos mais viáveis para a instalação

desses dispositivos.

Devem-se empregar os descarregadores de chifre, somente em instalações ao

tempo em virtude da área necessária para o desenvolvimento do arco em torno das

hastes de descarga. Não devem ser empregados descarregadores de chifre em

locais fechados, tais como subestações abrigadas em alvenaria e tampouco em

cubículos metálicos.



6

2. DESCARGAS ATMOSFÉRICAS

A descarga atmosférica, popularmente conhecida como raio, é um fenômenonatural que ocorre em todas as regiões da terra. Na região tropical do planeta, onde

está localizado o Brasil, os raios ocorrem geralmente junto com as chuvas. O raio é

um tipo de eletricidade natural e quando ocorre uma descarga atmosférica temos um

fenômeno de rara beleza, apesar dos perigos e acidentes que o mesmo pode

provocar.

O raio é identificado por duas características principais:

• O trovão, que é o som provocado pela expansão do ar aquecido pelo raio.

• O relâmpago, que é a intensa luminosidade que aparece no caminho por

onde o raio passou.

Os raios ocorrem porque as nuvens se carregam eletricamente. É como se tivesse

uma grande bateria com um pólo ligado na nuvem e outro pólo ligado na terra. A

tensão desta bateria fica aplicada entre a nuvem e a terra. Hipoteticamente falando,

se for ligado um fio entre a nuvem e a terra dará um curto-circuito na bateria e

passará uma grande corrente elétrica pelo fio. O raio é este fio que liga a nuvem a

terra. Normalmente, o ar é um bom isolante de eletricidade. Quando temos uma

nuvem carregada, o ar entre a nuvem e a terra começa a conduzir eletricidade

porque a tensão existente entre a nuvem e a terra é muito alta: vários milhões de

volts. O raio provoca o curto-circuito da nuvem para a terra e pelo caminho formado

pelo raio passa uma corrente elétrica que chega a milhares de ampéres. Apesar de

serem muito elevadas, elas circulam durante um tempo muito curto (geralmente o

raio dura menos de um segundo). Os raios podem sair da nuvem para a terra, da

terra para a nuvem ou então sair da nuvem e da terra e se encontrar no meio do

caminho. No mundo todo ocorrem cerca de 360.000 raios por hora (100 raios por

segundo). O Brasil é um dos países do mundo onde caem mais raios. Muitos raios

ocorrem dentro das nuvens. Os raios caem nos pontos mais altos porque eles

sempre procuram achar o menor caminho entre a nuvem e a terra. Árvores altas,

torres, antenas de televisão, torres de igreja e edifícios são pontos preferidos pelas

descargas atmosféricas.



7

3. CARACTERÍSTICAS CONSTRUTIVAS

A construção dos descarregadores de chifre é feita unindo-se partes que

quando formam o conjunto apresentam o comportamento adequado à sua aplicação.

São constituídos das partes estudas seguir:

3.1. ISOLADOR

Os isoladores podem ser de disco ou porcelana vitrificada, e formam uma

estrutura mostrada na fig. São unidos através de cimentação adequada formando

um corpo rígido e único. Podem ser utilizados dois, três ou quatro isoladores,

dependendo da tensão nominal do sistema a que se quer aplicar.

Figura 1 - Isolador de porcelana

3.2. HASTES DE DESCARGA OU ELETRODOS

Os descarregadores são constituídos de duas hastes de descarga de ferro

galvanizada de seção circular, conforme se observa na figura 2.Essas hastes são

fixadas por dois suportes feitos do mesmo material. Estes suportes são presos nas

extremidades do conjunto de isoladores que formam o descarregador. As hastes de

descarga devem ser ajustadas de forma que seja mantida uma distância fixa

predeterminada, em função da tensão nominal do sistema. O ajuste é feito através

de conectores apropriados do tipo aperto.

Como pode ser observado as hastes de descarga têm formato específico,

cujo ângulo favorece o alongamento do arco e, consequentemente, o seu

resfriamento durante o processo de disrupção.



8

Figura 2 - Descarregador de chifre

3.3. HASTE ANTIPÁSSARO

É constituída de uma chapa de ferro galvanizada, cuja extremidade superior

tem formato de ponta e é fixada ao conjunto de isoladores numa posição simétrica

em relação aos eletrodos ou haste de descarga. Essa posição evita que um pássaro

pousando sobre um dos eletrodos atinja o outro através da abertura das asas ou dos

pés, provocando um curto-circuito fase e terra.

A instalação de um descarregador de chifre numa rede de distribuição está mostrada

na figura 3.

Figura 3 - Instalação de um descarregador de chifre em rede de distribuição



9

4. CARACTERÍSTICAS ELÉTRICAS

Os descarregadores de chifre funcionam de maneira bastante peculiar.Quando instalados no sistema, o afastamento dos seus eletrodos evita que ocorra

uma descarga, à freqüência industrial, para a terra através do gap . Porém, quando

surgem sobretensões acima de um determinado valor, é rompido o meio dielétrico (o

ar), provocando a formação de um arco através do qual é criado um caminho de fácil

escoamento para as correntes transitórias atingirem a terra. O arco, formado na

parte mais próxima entre os eletrodos, caminha rapidamente para as suas

extremidades em cujo percurso é alongado e resfriado, resultando no seguinte

comportamento:

Para o arco cuja corrente de defeito seja inferior a 50 A, haverá uma auto-extinção,

em aproximadamente 6hz;

Para o arco cuja corrente de defeito seja superior a 50 A e inferior a 1000 A, não

pode ser previsto o seu comportamento, cujas condições atmosféricas exercem uma

grande influência sobre ele;

Para o arco cuja corrente seja superior a 1000 A, há a necessidade da intervenção

de um equipamento de retaguarda, no caso de sistemas com o ponto neutro

aterrado.

Assim, logo que cessam os defeitos transitórios, o arco propicia um caminho fácil

para a condução à terra da corrente subseqüente (corrente de carga do sistema), o

que provoca um defeito monopolar. Com a presença de correntes de sequência

zero, o equipamento de proteção de retaguarda opera através do relé de neutro,desligando o sistema. Neste instante, o arco é extinto e, imediatamente após, o

equipamento de proteção, de preferência um religador, fecha os seus contatos

restabelecendo a normalidade do sistema.

A fim de que o descarregador de chifre assegure uma operação adequada, é

necessário que não ocorram descargas após um surto de manobra na rede de

distribuição. Na classe de tensão de 15kV, onde tem sido de maior aplicação os

descarregadores de chifre, esse fenômeno é de baixa ocorrência. Esses

equipamentos têm assegurado um nível de proteção adequado contra descargas



10

atmosféricas se a onda de tensão atingir uma tensão suficientemente inferior à

tensão suportável de impulso do transformador a que protege. Vale ressaltar que o

nível de proteção do descarregador de chifre varia em função da inclinação da forma

da onda. Tem-se comprovado experimentalmente que a proteção dos

descarregadores de chifre ocorre para uma tensão máxima de descarga

atmosférica, induzida ou direta, com valor próximo de 75% da tensão suportável de

impulso do transformador.

Nos descarregadores de chifre o arco se desloca rapidamente na direção vertical,

subindo nos eletrodos metálicos sem produzir nenhuma deterioração

comprometedora no material metálico. Assim, experimentalmente comprova-se que

dez aplicações sucessivas de 1s com descargas de 1000 A não afetaram o

descarregador de chifre.

A extinção rápida de uma corrente de surto atmosférico é obtida com o

descarregador de chifre para uma corrente de aproximadamente 10 A no sistema de

distribuição com neutro aterrado. Para correntes acima deste valor, mas inferiores a

500 A, observa-se uma rápida extinção da corrente em sistemas de distribuição com

neutro aterrado através de bobina. Neste caso, a extinção do arco ocorre sem aoperação da proteção, da mesma forma como os pára-raios procedem.

Durante a interrupção de correntes entre 500 e 1000A a auto-extinção normalmente

ocorre para tempos de arco entre 0,5 e 1,0s.

Os principais parâmetros que caracterizam os descarregadores de chifre são

analisados a seguir.

4.1. TENSÃO DISRUPTIVA DE IMPULSO ATMOSFÉRICO EM FORMA

DE ONDA NORMALIZADA

É o maior valor da tensão de impulso atmosférico em forma de onda de 1,2 x

50µs que provoca a disrupção entre os eletrodos do descarregador de chifre.



11

4.2. TENSÃO DISRUPTIVA DE IMPULSO ATMOSFÉRICO EM FORMA

DE ONDA NORMALIZADA DE 50%

É a tensão presumida à qual se associa a possibilidade de 50% de ocorrênciade uma descarga disruptiva.

4.3. TENSÃO DISRUPTIVA À FREQUÊNCIA INDUSTRIAL

É o maior valor da tensão na freqüência do sistema acima da qual o

descarregador dispara.

A tabela 1 fornece as características básicas representativas dos

descarregadores de chifre.

Tabela 1 - Características técnicas dos descarregadores de chifre

Tensão

nominal

N. de

elementos

Características elétricasResistência

mecânica

máxima

Carga de

trabalho

Tensão

disruptiva

norm. 50%

Tensão disruptiva60Hz

A seco Sob Chuva

Kv - kV kV kV Tonelada Tonelada15 2 158 100 62

5,0 5,025 3 230 146 89

35 4 295 187 116

4.4. MONTAGEM

A regulagem do espaçamento entre os chifres depende da tensão máxima de

impulso permitida, ou seja, a tensão suportável de impulso do equipamento que se

quer proteger. Para altitudes acima de 500m, os espaçamentos entre os chifres

devem ser aumentados de 1% para cada 100m de altura.



12

Tabela 2 - Distância entre os eletrodos de descarga

Tensão nominal do

sistema

Tensão suportável

de impulso

Distância entre os

eletrodos

kV kV Cm

10 50 1,5 + 1,5

15 70 2 + 2

25 90 3,5 + 3,5

35 120 6 + 6

Para evitar que o ajuste seja feito através da utilização de dispositivos inadequadoscomo, por exemplo, o polegar do eletricista montador, é necessário construir

gabaritos de material indeformável, que seja prático inserido temporariamente entre

os eletrodos, enquanto é feito o ajuste dos mesmos. O ajuste dos eletrodos de

descarga deve obedecer aos valores estabelecidos na tabela 2.

Quanto menor for a distância entre os eletrodos de descarga, maior será a margem

de segurança dada ao equipamento que se quer proteger. Porém, esta distância não

pode ser reduzida aleatoriamente, pois pode provocar disrupções espontâneas eintempestivas, o que não é desejável. Contudo, distâncias superiores às

apresentadas na Tabela 2 reduzem substancialmente a margem de proteção do

equipamento, podendo chegar ao ponto de ser ineficiente a instalação do

descarregador, quando esses valores ultrapassarem cerca de 20% daqueles

exibidos na Tabela 2

Em alguns casos a umidade excessiva do ambiente pode levar o descarregador de

chifre à disrupção intempestiva.

Os descarregadores de chifre podem ser utilizados nos sistemas de distribuição

quando seguidas as seguintes orientações:

• Os alimentadores, de preferência, devem possuir, na sua origem, religadores

ou disjuntores com relé de religamento;

• O nível ceráunico da região deve ser baixo, isto é, o número de dias de

descarga por ano deve ser o menor possível. No caso do Ceará, o índice

ceráunico médio observado foi de seis dias de trovoada por ano, o que se



13

constitui numa região bastante favorável à aplicação dos descarregadores de

chifre;

• Os sistemas devem ter características rurais ou de cargas urbanas com

exigência de índices de continuidade não muito severos.



14

5. ENSAIOS E RECEBIMENTO

Os descarregadores devem ser submetidos à inspeção e ensaios pelofabricante de acordo com a orientação a seguir discriminada, mesmo porque não

existe até o momento nenhuma norma brasileira que contemple o assunto:

• Tensão disruptiva de impulso atmosférico com onda normalizada;

• Tensão disruptiva à freqüência industrial;

• Capacidade térmica de condução da corrente subseqüente;

• Ensaio de galvanização;

• Ensaio mecânico de capacidade de carga;

• Ensaios do corpo de isoladores, obedecendo no que for possível os requisitos

de recepção.



15

6. ESPECIFICAÇÃO SUMÁRIA

Para aquisição de um descarregador de chifre deve se informar os seguintesdados:

• Tensão nominal;

• Número de elementos de disco;

• Resistência mecânica;

• Tensão disruptiva normalizada de 50%;

• Tensão disruptiva à freqüência nominal do sistema.



16

7. SIMBOLOGIA PARA DESENHO DE REDES DE DISTRIBUIÇÃO

Para a concepção de instalação das redes, são necessários projetos que aoserem formulados devem seguir normas (ABNT), para que possam ser interpretadas

e executadas de forma correta. Abaixo, são mostradas as figuras que são utilizadas

em projetos:

Figura 4 – Rede com tensão de 13,2kV provida de descarregador de chifres

Figura 5 – Rede com tensão de 33kV provida de descarregador de chifres

Figura 6 - Desenho do descarregador de chifres

A próxima figura mostra um projeto, onde são determinadas as redes dedistribuição, bem como as tensões para cada ramificação:



17

Figura 7 - Desenho de projeto de rede de distribuição



18

8. CONCLUSÃO

Diante do exposto e da bibliografia consultada, pode-se concluir que o uso dodescarregador de chifres no Brasil, um país de região intertropical, com grande

incidência de tempestades e alta incidência de raios, não se torna viável, pois sua

eficiência neste caso se torna menor devido ao sistema de proteção que deve ser

adicionado, aumentando o custo, e por conseqüência, outras alternativas, tornam-se

mais viáveis.



19

9. BIBLIOGRAFIA

MAMEDE FILHO, J. Manual de Equipamentos Elétricos. 3ª Edição. São Paulo: LTC,

2005. 792p.

COPEL. Norma Técnica Copel: Desenho de redes de distribuição . 2ª Edição.

Curitiba: SED / GEON, 2003. 48p.

DESCARGAS ELÉTRICAS. Disponível em: < http://earaios.vilabol.uol.com.br/01.htm>.

Acesso em 27/09/2011.

72683789-Descarregador-de-Chifres

Documents

Transcript of 72683789-Descarregador-de-Chifres