Quais são os Fatores que Influenciam o Impacto dos Raios nas Linhas de Distribuição de 10kV?

1. Sobretensão Induzida por Raios

A sobretensão induzida por raios refere-se à sobretensão transitória gerada em linhas de distribuição aéreas devido a descargas de raios nas proximidades, mesmo quando a linha não é atingida diretamente. Quando um relâmpago ocorre nas redondezas, ele induz uma grande quantidade de carga nos condutores—de polaridade oposta à carga na nuvem de trovão.

Dados estatísticos mostram que falhas relacionadas a raios causadas por sobretensões induzidas representam aproximadamente 90% das falhas totais em linhas de distribuição, tornando-se a principal causa de interrupções em sistemas de distribuição de 10 kV. Pesquisas indicam que, se uma linha de 10 kV estiver a 10 metros acima do solo e um raio atingir a 50 metros de distância, pode ser induzida uma corrente de raio de até 100 kA. Sem proteção adequada contra raios, a sobretensão resultante pode atingir valores máximos de até 500 kV. Se o nível de isolamento da linha for inadequado, essa sobretensão pode facilmente perfurar ou até mesmo quebrar o isolamento, levando a flashovers ou falha do condutor.

2. Nível de Isolamento

A falha do isolamento, especialmente devido ao rompimento ou explosão de isoladores, é outra causa importante de falhas em linhas de distribuição. O desempenho dos isoladores determina diretamente a resistência isolante geral de uma linha de distribuição de 10 kV e, portanto, afeta significativamente a confiabilidade do sistema.

Durante a operação de longo prazo, os isoladores podem se degradar devido à poluição ambiental, umidade, envelhecimento ou tensão mecânica. Sem inspeção regular, manutenção ou substituição oportuna, o nível de isolamento de toda a linha pode se deteriorar significativamente. Essa degradação aumenta a probabilidade de flashover em condições de sobretensão—especialmente durante tempestades de raios—elevando ainda mais o risco de interrupções induzidas por raios.

Portanto, a inspeção e manutenção rotineiras dos isoladores são essenciais para garantir a integridade contínua do isolamento e a segurança do sistema.

3. Instalação de Proteção contra Raios

3.1 Proteção de Transformadores

Quando a sobretensão por raios atinge várias vezes a tensão nominal, ela pode facilmente perfurar o isolamento ao redor do ponto neutro do transformador. Nas instalações atuais na China, os para-raios são tipicamente instalados apenas no lado de alta tensão dos transformadores, enquanto a proteção no lado de baixa tensão permanece inadequada.

Os para-raios podem ser instalados tanto antes do fusível principal quanto no lado de saída do alimentador de distribuição. Durante a instalação, o terminal de baixa tensão do para-raios deve ser adequadamente aterrado.

É crucial notar que o condutor neutro (linha N) a jusante de um dispositivo de proteção de corrente não deve ser aterrado repetidamente. Caso contrário, o dispositivo de proteção pode falhar em operar corretamente, comprometendo todo o esquema de proteção. Portanto, o fio de aterramento do para-raios de baixa tensão deve ser conectado ao terminal primário do condutor neutro do transformador, antes de qualquer ponto de aterramento repetido.

3.2 Chaves e Disjuntores Montados em Postes

A instalação de disjuntores e chaves seccionadoras montados em postes pode melhorar significativamente a confiabilidade e a segurança das linhas de distribuição de 10 kV. No entanto, na prática, muitas linhas carecem de proteção adequada contra raios para esses dispositivos críticos. Sem para-raios instalados em ambos os lados dessas chaves, elas ficam vulneráveis a danos por sobretensões de raios, potencialmente levando a falhas de equipamentos e interrupções prolongadas.

3.3 Proteção contra Surto para Quadros de Distribuição e Outras Unidades

Um sistema de distribuição de 10 kV consiste em múltiplas unidades críticas, incluindo quadros de distribuição, bancos de capacitores e painéis de distribuição. Para-raios podem ser instalados em cada unidade (proteção abrangente) ou seletivamente apenas em unidades-chave.

Embora a abordagem abrangente envolva custos iniciais mais altos, ela oferece confiabilidade e resiliência do sistema significativamente maiores. A instalação seletiva reduz o custo, mas pode deixar certas seções expostas. A escolha deve basear-se na avaliação de riscos, na criticidade da carga e na atividade local de raios.