O que é um Para-raios do Tipo Válvula?

O que é um Para-raios de Válvula?

Definição

Um para-raios que compreende uma ou várias lacunas conectadas em série com um elemento de controle de corrente é referido como para-raios. A lacuna entre os eletrodos bloqueia o fluxo de corrente através do para-raios, exceto quando a tensão entre as lacunas excede a tensão crítica de flashover. O para-raios de válvula também é chamado de diverter de surto com lacuna em série ou diverter de surto de carbeto de silício com lacuna em série.

Construção do Para-raios de Válvula

O para-raios de válvula é construído com uma montagem de múltiplas lacunas de faísca conectadas em série com um resistor feito de um elemento não-linear. Cada lacuna de faísca consiste em dois elementos. Para abordar a distribuição de tensão não-uniforme entre as lacunas, resistores não-lineares são conectados em paralelo em cada lacuna individual. Essa construção ajuda a garantir o funcionamento adequado do para-raios sob diferentes condições elétricas, permitindo que ele proteja efetivamente o equipamento elétrico de sobretensões induzidas por raios.

Os elementos resistentes são fabricados a partir de carbeto de silício combinado com ligantes inorgânicos. A montagem completa é encapsulada em uma habitação de porcelana selada que é preenchida com gás nitrogênio ou SF6. Este ambiente preenchido com gás ajuda a melhorar a isolação elétrica e o desempenho do para-raios.

Funcionamento do Para-raios de Válvula

Em condições normais de baixa tensão, os resistores paralelos impedem a faísca sobre as lacunas. Como resultado, mudanças lentas na tensão aplicada não representam ameaça ao sistema elétrico. No entanto, quando ocorrem mudanças rápidas de tensão nos terminais do para-raios, como aquelas induzidas por descargas atmosféricas ou surtos elétricos, as lacunas de ar no para-raios experimentam faíscas. A corrente resultante é então descarregada para o solo através do resistor não-linear. Significativamente, o resistor não-linear exibe resistência extremamente baixa nessas condições de alta tensão e alta corrente, efetivamente desviando a corrente excessiva do equipamento elétrico protegido e salvaguardando-o de danos potenciais.

Após a passagem do surto, a tensão impressa no para-raios diminui. Concomitantemente, a resistência do para-raios aumenta gradualmente até que a tensão de operação normal seja restaurada. Uma vez dissipado o surto, uma pequena corrente de baixa frequência começa a fluir pelo caminho criado pela anterior faísca. Esta corrente particular é referida como corrente de acompanhamento de energia.

A magnitude da corrente de acompanhamento de energia diminui gradualmente para um valor que pode ser interrompido pela lacuna de faísca conforme a lacuna recupera sua força dielétrica. A corrente de acompanhamento de energia é extinta no primeiro cruzamento zero da forma de onda da corrente. Como resultado, o fornecimento de energia permanece ininterrupto, e o para-raios está novamente pronto para a operação normal. Este processo é conhecido como resealamento do para-raios.

Etapas da Operação do Para-raios de Válvula

Quando um surto atinge o transformador, ele encontra o para-raios, conforme ilustrado na figura abaixo. Em aproximadamente 0,25 μs, a tensão atinge o valor de quebra da lacuna em série, acionando o para-raios para descarregar. Esta ação de descarga desvia a corrente excessiva associada ao surto, protegendo o transformador e outros equipamentos elétricos conectados de danos potenciais causados pelo transiente de alta tensão.

À medida que a tensão do surto aumenta, a resistência do elemento não-linear diminui. Esta queda na resistência permite a continuação da descarga de energia adicional do surto. Consequentemente, a tensão transmitida ao equipamento terminal é limitada, como mostrado claramente na figura abaixo. Este mecanismo desempenha um papel crucial na proteção do equipamento terminal dos efeitos nocivos de surtos de alta tensão, controlando efetivamente a quantidade de tensão que chega a ele.

À medida que a tensão diminui, a corrente fluindo para o solo diminui simultaneamente, enquanto a resistência do para-raios aumenta. Eventualmente, o para-raios atinge um estágio em que a lacuna de faísca interrompe o fluxo de corrente, e o para-raios se reseala efetivamente. Este processo garante que, uma vez que o evento de surto cessa, o para-raios retorna ao seu estado normal, não condutor, pronto para proteger o sistema elétrico de futuros surtos.

A tensão máxima que se desenvolve nos terminais do para-raios e é transmitida ao equipamento terminal é denominada valor de descarga do para-raios. Este valor é crucial, pois determina a extensão em que o para-raios pode proteger o equipamento conectado de surtos de tensão excessiva.

Tipos de Para-raios de Válvula

Para-raios de válvula podem ser classificados em vários tipos, nomeadamente, tipos de estação, tipos de linha, para-raios para a proteção de máquinas rotativas (tipo de distribuição ou tipo secundário).

• Para-raios de Válvula Tipo Estação

• Este tipo de para-raios é principalmente usado para proteger equipamentos críticos de energia em circuitos que variam de 2,2 kV a 400 kV e níveis de tensão ainda mais altos. É caracterizado por sua alta capacidade de dissipação de energia. Isso permite que ele lide com grandes quantidades de energia de surto, garantindo a segurança dos componentes essenciais de energia dentro da estação.

• Para-raios de Linha

• Para-raios de linha são utilizados para a proteção de equipamentos de subestação. Eles têm uma área seccional menor, são mais leves e mais econômicos em comparação com os para-raios de estação. No entanto, permitem uma tensão de surto maior em seus terminais em comparação com os para-raios de estação e possuem uma capacidade de carga de surto menor. Apesar dessas diferenças, eles são bem adequados para proteger equipamentos de subestação devido ao seu design específico e custo-benefício.

• Para-raios de Distribuição

• Para-raios de distribuição são geralmente montados em postes e são usados para proteger geradores e motores na rede de distribuição. Sua colocação em postes torna-os facilmente acessíveis para instalação e manutenção, enquanto protegem efetivamente a maquinaria elétrica no sistema de distribuição.

• Para-raios Secundário

• Para-raios secundários são projetados para proteger aparelhos de baixa tensão. Da mesma forma, para-raios para a proteção de máquinas rotativas são especificamente projetados para proteger geradores e motores. Estes para-raios desempenham um papel vital na garantia do funcionamento confiável de equipamentos de baixa tensão e rotativos, prevenindo danos causados por surtos de tensão.