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Pra-raios Protegem os sistemas eltricos contra surtos de tenso (sobretenses de origem externa descargas atmosfricas; sobretenses de origem interna manobras). Isto feito descarregando as correntes de surto para a terra e, em seguida, interrompendo a corrente subseqente (falta fase-terra). Em sistemas trifsicos, so usados trs pra-raios, um por fase, ligados terra por meio de condutores de aterramento, que so conectados hastes de terra ou a sistemas de aterramento (malhas de terra). Obs.: as Figuras e tabelas foram copiadas do livro MANUAL DE EQUIPAMENTOS ELTRICO de Joo Mamede Filho.

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Tipos de pra-raios 1) Carboneto de silcio (SiC) tipo vlvula Partes componentes:

Resistor no-linear;

Corpo de porcelana;

Centelhador srie;

Desligador automtico;

Protetor contra sobrepresso;

Mola de compresso.

2) xido de zinco (ZnO)

Partes componentes:

Resistor no-linear;

Corpo de porcelana ou polimrico. A corrente que circula no resistor no-linear (SiC ou ZnO) depende exponencialmente da tenso

nos terminais do pra-raios: I=K x V V - Tenso aplicada aos terminais do pra-raios K constante do resistor no-linear (depende do tipo de material no-linear) - varia com o material do resistor no-linear: SiC: varia entre 20 a 30; ZnO: aproximadamente igual a 5

Principais caractersticas de pra-raios

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Ondas de tenso e corrente de descarga de pra-raios

Coordenao de isolamento pra-raios x transformador (margens de proteo)

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Dimensionamento de pra-raios

Isto feito principalmente com base:

a) Corrente de descarga nominal normalizada (8/20 s);

b) Tenso nominal (60 Hz, valor eficaz);

c) Tenso disruptiva de impulso atmosfrico normalizada (1,2/50 s);

d) Tenso disruptiva freqncia industrial (60 Hz, valor eficaz);

e) Tenso disruptiva mxima de manobra (valor eficaz).

Corrente de descarga nominal: a corrente tomada em seu valor de crista, com forma

8/20 s, que usada para classificar o pra-raios. A ABNT 5424 define a seguinte

classificao:

o Estao (grandes subestaes, grandes usinas geradoras): 10, 15 e 20 kA

o Transmisso: 5 ou 10 kA

o Distribuio primria: 5 kA

o Distribuio secundria: 1,5 kA

A escolha feira com base: nvel ceranico da regio; probabilidade de corrente elevada;

importncia do equipamento ou instalao protegida; nvel de isolao do sistema.

Tenso nominal (60 Hz): definida em funo das sobretenses previstas no sistema no

momento de faltas monofsicas (elevao de tenses nas fases ss). Para isso, necessrio

determinar um fator de aterramento (faterram) de acordo com os seguintes passos:

o Calcular as relaes: R1Th /X1Th , X0Th/X1Th e R0Th /X1Th no ponto de instalao do

pra-raios. Os valores dessas relaes classificam os sistemas quanto ao

aterramento: 0 X0Th/X1Th 3 e R0Th /X1Th 1 : sistema efetivamente aterrado;

X0Th/X1Th > 3 e R0Th /X1Th > 1: sistema no efetivamente aterrado (aterrado por

meio de reatncia ou resistncia).

o Escolher o grfico mais adequado de acordo R1Th /X1Th (ver grficos a seguir)

o Multiplicar a tenso de operao mxima do sistema (tenso de linha mxima) pelo

fator de aterramento, para se obter a tenso nominal (60 Hz) do pra-raios.

Por exemplo, considere um sistema de 13,8 kV (tenso de linha) pode operar com 14,5 kV.

Considerando este sistema efetivamente aterrado, em que o faterram = 0,8. Ento:

Vnom(60 Hz)_pra-raios 0,8 x 14,5, ou seja, Vnom(60 Hz)_pra-raios 11,6 kV.

Assim, Vnom(60 Hz)_pra-raios = 12 kV.

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Obs.: Nos grficos abaixo, tm-se: Rz = R0Th; Xz = X0Th; Rp = R1Th; Xp = X1Th; Rn = R2Th; Xn = X2Th

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Exemplo: calcular e especificar os pra-raios para serem instalados na entrada (parte externa) do posto de proteo do sistema abaixo.

50N 51N

50 51

D

13,8 kV

R

S 3 # 1/0 CA 1 km

Impedncias de Thevnin no ponto de entrega Z1= 2,2341 + j3,9889 pu Z0= 4,8432 + j8,4366 pu Vbase=13,8 kV Sbase=100 MVA

I = 50 A

Subestao da Concessionria

Ponto de entrega

Impedncias do cabo 1/0 CA Z1= 0,3124+ j0,2368 p.u/km Z0= 0,4054+ j1,0700 p.u/km Vbase=13,8 kV Sbase=100 MVA Transformador:

-YT 225 kVA, 13800/380-220 V

Z = 3,5%

Figura 1 Sistema de distribuio em 13,8 kV, alimentando um consumidor primrio

RTC=150/5 A

Posto de proteo de um consumidor primrio (grupo A)

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Resoluo

Impedncias de Thvenin no ponto de instalao dos pra-raios (ponto de entrega):

Z1Th= 2,2341 + j 3,9889 pu Z0Th= 4,8432 + j 8,4366 pu

Ento:

R1Th /X1Th = 2,2341/3,9889 = 0,56

X0Th/X1Th = 8,4366/3,9889 = 2,11

R0Th /X1Th = 4,8432/3,9889 = 1,21

O grfico que mais se aproxima da relao R1Th /X1Th = 0,56 o grfico da Fig. 1.28, cujo valor

R1Th /X1Th = 0,2, ento ser usado para determinar o fator de aterramento: faterram.

Entrando no grfico (eixo dos x) com X0Th/X1Th = 2,11 e R0Th /X1Th = 1,21 (no eixo dos y), obtm-se:

faterram = 0,75 (aproximadamente). Ou seja,

Vnom(60 Hz)_pra-raios 0,75 x 14,5. Portanto, Vnom(60 Hz)_pra-raios 10,9 kV.

Assim, Vnom(60 Hz)_pra-raios = 12 kV

Especificao (valores de tabela ou catlogo):

Corrente de descarga nominal normalizada (8/20 s) = 5 kA

Tenso nominal (60 Hz, valor eficaz) = 12 kV

Tenso disruptiva de impulso atmosfrico normalizado (1,2/50 s) = 43 kV

Tenso disruptiva freqncia industrial = 18 kV

Tenso disruptiva mxima de manobra (valor eficaz) = 31 kV