Proteção contra surtos de tensão por descargas atmosféricas e por manobra

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Proteção contra surtos de tensão por descargas atmosféricas e por manobra

descarga atmosférica em para-raios de alta tensão

Os equipamentos de todo sistema elétrico devem ser protegidos contra surtos de tensão resultantes de descargas atmosféricas incidentes diretamente sobre as linhas de transmissão de alta tensão e redes aéreas de média tensão.

Esses surtos são caracterizados por uma onda de impulso com um tempo de subida extremamente rápido, de poucos µs, atingindo a metade de sua cauda com declividade lenta entre 2.000 µs a 3.000 µs.   

Adicionalmente, os equipamentos ainda podem ser atingidos por surtos de tensão de manobra, representados, por exemplo, pelas sobretensões transitórias decorrentes da desconexão de uma grande carga ou a energização de uma linha de transmissão longa.

Se o valor dessas sobretensões transitórias superar o valor da tensão suportável de impulso do equipamento, poderá ocorrer com grande probabilidade uma ruptura de sua isolação, danificando-o severamente.

Para-raios de sobretensão

Para que os equipamentos estejam protegidos contra esses fenômenos, são utilizados dispositivos denominados de para-raios de sobretensão, capazes de escoar para a terra a energia associada aos surtos transitórios.

Os para-raios agem semelhantemente a uma válvula. Suportam normalmente as sobretensões temporárias, ou seja, as sobretensões decorrentes da operação normal do sistema à frequência industrial ou harmônica.

Porém, quando uma onda de surto transitório atinge o seu terminal de linha, o para-raios conduz à terra a energia associada ao fenômeno, impedindo que a energia caminhe até os terminais de conexão dos equipamentos.

Os para-raios devem ser aplicados visando exclusivamente à proteção contra tensões de surtos transitórios.

Relés digitais de sobretensão

A proteção contra as sobretensões temporárias deve ser realizada por relés digitais de sobretensão conectados a transformadores de medida, no caso, os transformadores de potencial.

Composição dos para-raios

Atualmente, os para-raios são fabricados com uma mistura de óxidos metálicos com predominância do óxido de zinco formando um componente denominado de resistor não linear. São fabricados na grande maioria para sistemas de média tensão e alta tensão.

Para sistemas de tensão iguais ou inferiores a 245 kV, os surtos por descargas atmosféricas são mais agressivos aos equipamentos do que os surtos de manobra. Para sistemas acima de 245 kV, os surtos de manobra são mais preocupantes em relação à integridade da isolação dos equipamentos.

Linhas de transmissão de alta potência para surtos de tensão.
Exemplo de Linhas de transmissão de alta potência.

Instalação de para-raios

Para que se assegure uma proteção mais eficiente aos equipamentos, os para-raios devem ser instalados o mais próximo possível desses equipamentos, especialmente os transformadores de potência.

Exemplo de transformador de potência.
Exemplo de transformador de potência.

Se uma onda de surto transitório atingir o terminal de conexão do transformador, a mesma é refletida para o sistema com o dobro da onda incidente, podendo ocasionar um grave dano aos enrolamentos desse equipamento se o mesmo não estiver protegido por para-raios posicionados corretamente em relação ao transformador. 

Disjuntores de potência

Medidas semelhantes devem ser tomadas para proteção dos disjuntores de potência. Quando se projeta um sistema elétrico, por exemplo, uma subestação de potência, deve-se especificar a tensão suportável de impulso dos equipamentos utilizados de conformidade com um estudo prévio denominado de Coordenação de Isolamento.

Esse estudo consiste determinar o comportamento desse sistema quando submetido a uma descarga atmosférica (surto atmosférico) ou a alterações súbitas de configuração (surto de manobra). 

Nesse caso, os para-raios são componentes fundamentais nesse estudo, devendo-se especificar as suas características técnicas corretamente e instalando-os nos pontos adequados do sistema.

Na falta prévia desses estudos, uma forma simplificada de mitigar os riscos à integridade dos equipamentos de um sistema elétrico em operação é comparar os resultados dos ensaios de tensão suportável de impulso realizados em fábrica com os esforços dielétricos produzidos pelo esse sistema.

As normas NBR – 6939: Coordenação de isolamento e NBR – 8186: Guia de aplicação de coordenação de isolamento são documentos fundamentais no desenvolvimento desses estudos.


O Capítulo 1 do livro Manual de Equipamentos Elétricos Para-raios a Resistor Não Linear – aborda a construção, o dimensionamento e a especificação de para-raios empregados em sistemas de potência. São oferecidos diversos exemplos de aplicação para diferentes condições de operação.

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João Mamede Filho
João Mamede Filho
É engenheiro eletricista formado pela Universidade Católica de Petrópolis (UCP), no Rio de Janeiro. Foi diretor de Planejamento e Engenharia da Companhia Energética do Ceará (COELCE) por duas vezes, e também diretor de Operações da entidade. Foi presidente do Comitê Coordenador de Operações do Norte-Nordeste (CCON) e da Nordeste Energia S.A. (NERGISA). Ex-presidente e atual engenheiro de projeto da CPE – Estudos e Projetos Elétricos. Por mais de 30 anos, ministrou a disciplina de Eletrotécnica Industrial na Universidade de Fortaleza (UNIFOR), no Ceará.

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