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A. M. M. Diniz, M. L. B. Martinez, E. T. Wanderley Neto, A. A. Nunes, A. M. Nóbrega H. R. P. M. de Oliveira, J. Uchôa.

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1 A. M. M. Diniz, M. L. B. Martinez, E. T. Wanderley Neto, A. A. Nunes, A. M. Nóbrega H. R. P. M. de Oliveira, J. Uchôa

2 Introdução Objetivos Taxa de falhas Perfil das correntes Suportabilidade de corrente Ensaios Considerações finais 2

3 Os para-raios são equipamentos cuja principal função é proteger o sistema elétrico contra sobretensões; Os mais modernos são formados basicamente pelo empilhamento de varistores e apresentam característica V x I altamente não-linear; Normalmente, são produzidos para-raios com valores de corrente de descarga nominal de 5 kA, 10 kA e 20 kA; 3

4 No Brasil, é prática comum utilizar nas redes de distribuição para-raios de corrente de descarga nominal de 10 kA; Estudos permitem afirmar que para-raios de 5 kA apresentam suportabilidade adequada para a grande maioria das redes de distribuição; No intuito de verificar os requisitos atribuídos a suportabilidade dos varistores/módulos frente a surtos, foi realizada uma sequência adaptada de ensaios com base nas normas vigentes. 4

5 Apresentar o risco relacionado à utilização de para- raios de 5 kA no sistema de distribuição através da estimativa da taxa de falhas. Estimar o número de para-raios que irá falhar; Permitir melhor planejamento para as concessionárias de energia. 5

6 TAXA DE FALHAS A análise da taxa de falhas do projeto de para-raios envolveu: O perfil dos níveis das correntes de descarga; A análise da suportabilidade de corrente. 6

7 TAXA DE FALHAS Perfil das correntes: Foram utilizados aproximadamente para- raios de SiC com centelhadores retirados de campo; Os para-raios foram retirados de 15 regiões de concessão da AES Sul; Foi utilizada uma técnica denominada etchings comparisons. 7

8 TAXA DE FALHAS 8

9 9 µ = 0,54 kA σ = 1,57 kA

10 TAXA DE FALHAS 10 Suportabilidade de corrente Definição dos valores máximos de correntes impulsivas suportadas pelo para-raios; Análise de suportabilidade em sistemas elétricos Modelo estatístico de Weibull. Correntes suportáveis consideradas: 40, 65 e 100 kA. p: função distribuição acumulada (Weibull); x: grandeza sob análise, neste caso, a corrente de descarga; x 50% : Valor crítico da grandeza sob análise; : Desvio padrão da grandeza sob análise; : Constante da distribuição de Weibull simétrica.

11 TAXA DE FALHAS 11 Taxa de Falhas Probabilidade de ocorrência de determinados valores de corrente de descarga Probabilidade de falha do para-raios diante de um valor específico de descarga; Cálculo da taxa de falha: A taxa de falhas corresponde a área definida pelo produto entre as duas funções Ocorrência de descargas e Probabilidade de falha. R falha : Risco de falha do pára-raios; DPS(I): Função densidade de probabilidade das descargas elétricas; SPR(I): Função probabilidade de suportabilidade do para-raios;

12 TAXA DE FALHAS 12 Sobreposição das curvas de probabilidade e curva correspondente ao cálculo da taxa de falhas.

13 TAXA DE FALHAS 13 Resultados: Para raios de 5 kA Suportabilidade de 40 kA: 1,56 %; Para-raios de 5 kA Suportabilidade de 65 kA: 0,67 %; Para-raios de 10 kA Suportabilidade de 100 kA: 0,23 %.

14 ENSAIOS Foram realizados ensaios em varistores e módulos (parte ativa) dos para-raios; Os varistores foram organizados de acordo com a seguinte tabela: 14 Fabricantes e modelos dos varistores FabricantesModelos dos varistores Fabricante 1A1, A2 e A3 Fabricante 2B1 e B2 Fabricante 3C1 e C2 Fabricante 4D1, D2 e D3

15 ENSAIOS Sequência de impulsos realizada nos varistores e nos módulos: (i) Varistores: 1,5 kA, 2,5 kA, 5,0 kA e 10 kA; Módulos: 1,5 kA, 3,0 kA, 5,0 kA e 10 kA. (ii) Varistores: 75 A e 150 A; Módulos: 150 A e 250 A. (iii) Ensaio realizado apenas nos varistores. 15 OrdemMediçãoCaracterísticas 01 (i) Impulsos 8 x 20 µs Cinco impulsos: 1,5 kA, 2,5 kA, 3,0 kA, 5,0 kA e 10 kA. 02Impulsos 4 x 10 µsDois impulsos de 40 kA. 03 (ii) Impulsos de longa duração (2 ms) Cinco impulsos: 75 A, 150 A e 250 A. 04 (iii) Impulso 4 x 10 µsDois impulsos de 65 kA.

16 RESULTADOS DOS ENSAIOS 16 Amostras Número de varistores que falharam 10 kA40 kA75 A150 A65 kA (8 x 20 µs) 2ms (8 x 20 µs) A A A B B C C J J K501000

17 RESULTADOS DOS ENSAIOS 17 Característica Tensão versus Corrente em módulos de para-raios a óxido metálico (fabricante 4)

18 CONSIDERAÇÕES FINAIS Os resultados deste trabalho puderam ser usados como justificativa para desenvolver de forma adequada um projeto de para-raios de 5 kA e avaliá- lo através de uma sequência adaptada de ensaios; Através dos impulsos de curta duração foi possível avaliar a suportabilidade dos varistores assim como nível de proteção contra impulsos atmosféricos. Foram obtidos valores de tensão residual entre 27 kV e 56 kV; 18

19 CONSIDERAÇÕES FINAIS Através dos impulsos de longa duração foi possível avaliar a capacidade de absorção de energia dos varistores. Foram obtidos valores iguais a 28 kV e 32 kV. O número de falhas causadas por impulsos de longa duração foi superior ao número de falhas causadas pelos impulsos de curta duração; 19

20 CONSIDERAÇÕES FINAIS Não foram verificados indícios de descarga disruptiva externa, trincas ou perfurações nos varistores do fabricante 4 após a sequência de ensaios; No que se refere a taxa de falhas, foi observado que o aumento do risco referente ao para-raios de 5 kA e suportabilidade 40 kA é compensado pelo custo associado ao investimento na compra dos para-raios, assim como no grande número de substituição de para- raios de 10 kA retirados do sistema por operação do desligador automático, mas ainda em boas condições operacionais. 20

21 CONSIDERAÇÕES FINAIS Além disso, esse risco é significativo apenas para correntes de descarga elevadas, em torno de 40 kA. Para valores inferiores de corrente, a degradação do para-raios ocorre de maneira contínua, levando à atuação do desligador antes da sua falha completa. Estes resultados são indicativos da suportabilidade do projeto que está sendo desenvolvido e, portanto, garante a viabilidade da instalação de para-raios de 5 kA no sistema de distribuição do Brasil. 21

22 OBRIGADO PELA ATENÇÃO!!! Arimatéa A. Nunes Aellfclêniton M. M. Diniz Manuel Luís Barreira Martinez 22


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