Sistemas elétricos de Alta Tensão (AT) operam em um ambiente inerentemente sujeito a sobretensões, sejam elas causadas por fenômenos naturais como descargas atmosféricas ou por manobras operacionais na própria rede.
Essas sobretensões transitórias, conhecidas como surtos, representam uma ameaça significativa à integridade do isolamento dos equipamentos, podendo levar a falhas catastróficas e interrupções no fornecimento de energia.
A proteção contra esses surtos é, portanto, uma camada de segurança indispensável em instalações de AT 138/69 kV. A Especificação Técnica “Fornecimento de Energia Elétrica em Alta Tensão – 138-69 kV” (CNC OMBR MAT 19 0407 EDBR) da Enel dedica atenção específica a este tema, detalhando os requisitos para a instalação e o aterramento de dispositivos como para-raios e hastes para-raios. Para profissionais do setor, compreender a função, a instalação correta e, crucialmente, a validação desses sistemas é vital para garantir a segurança e a confiabilidade das instalações e a eficácia da proteção contra surtos e aterramento em alta tensão.
A Bohnen+Messtek, com seu foco em equipamentos de calibração e ensaios, reconhece que a eficácia da proteção contra surtos vai além da simples instalação física dos dispositivos; ela depende diretamente do seu correto funcionamento e, de forma crítica, da qualidade do sistema de aterramento ao qual estão conectados.
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O Que São Surtos de Tensão e Por Que São Perigosos?
Surtos de tensão são aumentos abruptos e de curta duração nos valores de tensão que percorrem as linhas e equipamentos elétricos. As causas mais comuns são:
- Descargas Atmosféricas (Raio): Podem atingir diretamente as linhas de transmissão, subestações ou estruturas próximas (descarga direta), ou induzir sobretensões em condutores próximos mesmo sem contato direto (descarga indireta). As sobretensões geradas por raios são caracterizadas por valores de pico muito elevados e tempos de ascensão extremamente rápidos.
- Manobras no Sistema: A abertura ou fechamento de disjuntores e seccionadores, especialmente em AT, pode gerar sobretensões conhecidas como surtos de manobra. Embora geralmente tenham valores de pico menores que os causados por raios, suas durações podem ser maiores, o que também representa um risco ao isolamento.
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Esses surtos podem exceder significativamente o nível de isolamento suportável (Ui – Tensão Suportável de Impulso Atmosférico, conforme Tabela 1 do documento e Seção 7.5.2.2 sobre ramal de entrada) dos equipamentos como transformadores, disjuntores, chaves e cabos. Uma sobretensão excessiva pode romper o isolamento, causando falhas internas (como curtos-circuitos entre espiras de um transformador) ou externas (flashes over), resultando em danos severos ao equipamento, interrupções no fornecimento e riscos de segurança. Uma eficiente proteção contra surtos e aterramento em alta tensão é fundamental para mitigar esses riscos.
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Para-raios (Supressores de Surtos): A Válvula de Escape da Sobretensão
Em sistemas de AT, os para-raios (ou supressores de surtos) são a primeira e principal linha de defesa contra sobretensões. Eles são dispositivos não lineares projetados para ter uma impedância (resistência) muito alta sob condições normais de operação (tensão nominal do sistema). No entanto, quando a tensão nos seus terminais excede um certo limiar (sua tensão de operação ou “tensão de ignição”), sua impedância cai bruscamente para um valor muito baixo, permitindo que a corrente do surto seja desviada para o sistema de aterramento em vez de passar pelo equipamento protegido.
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Uma vez que a tensão retorna ao normal, o para-raios reassume sua alta impedância, interrompendo o fluxo da corrente subsequente (corrente de seguimento). A especificação da Enel (CNC OMBR MAT 19 0407 EDBR Fornecimento de Energia Eltrica em Alta Tenso 138 69 kV, Seção 7.8.2) estabelece requisitos claros para a instalação desses dispositivos:
- Quantidade: Deve ser instalado um para-raios por fase.
- Localização: A localização é estratégica e depende do tipo de ramal de entrada:
- Ramal Aéreo: Na entrada da linha ou imediatamente antes das buchas de passagem, se a subestação for abrigada.
- Ramal Subterrâneo ou Misto: Imediatamente antes dos terminais externos do cabo subterrâneo, independentemente da localização do ponto de entrega.
- Distância ao Transformador: A distância horizontal entre o conjunto de para-raios e o transformador de potência não deve exceder 15 m. Isso garante que o transformador esteja dentro da zona de proteção efetiva do para-raios.
- Ramais Longos: Se houver um ramal aéreo de AT com mais de 100m partindo do posto de medição, a instalação de outro conjunto de para-raios na saída do mesmo é exigida.
- Opções: O uso de para-raios é opcional na extremidade do ramal de entrada subterrâneo junto ao posto de medição e no lado de média tensão do transformador de potência (quando instalados ao tempo).
Esses requisitos de instalação são projetados para garantir que os para-raios estejam posicionados estrategicamente para interceptar os surtos antes que atinjam equipamentos críticos. A correta instalação é um dos pilares da proteção contra surtos e aterramento em alta tensão.
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Hastes Para-raios (Captadores): Proteção Contra Descargas Diretas
Além dos para-raios que protegem contra surtos induzidos ou transmitidos, as instalações de AT também precisam de proteção contra o impacto direto de um raio. As hastes para-raios (captadores) são elementos metálicos pontiagudos instalados no topo das estruturas, projetados para atrair o raio e fornecer um caminho preferencial para a corrente da descarga atmosférica para o sistema de aterramento, desviando-a de equipamentos sensíveis.
A especificação da Enel menciona a necessidade de proteção contra descargas atmosféricas diretas através da instalação de hastes montadas no topo das estruturas, distribuídas para garantir um ângulo de proteção e cobertura de 30º (CNC OMBR MAT 19 0407 EDBR Fornecimento de Energia Eltrica em Alta Tenso 138 69 kV, Seção 7.8.2). O cálculo e a apresentação do campo de proteção proporcionado pelas hastes devem fazer parte do projeto (Seção 7.6.1).
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O Papel Crítico do Aterramento: A Base da Proteção Contra Surtos
Para que um para-raios desvie efetivamente a corrente de um surto para a terra, o sistema de aterramento ao qual ele está conectado deve oferecer um caminho de baixa impedância para essa corrente. Se a resistência do aterramento for alta, o surto de corrente ao passar por essa resistência criará uma queda de tensão (V = R * I) que pode ser alta o suficiente para ainda danificar o equipamento que o para-raios deveria proteger.
Recordes e Feitos Revolucionários no Setor Elétrico de Alta Tensão
A Seção 7.9.3 da especificação da Enel, dedicada ao Aterramento dos Para-raios, sublinha a importância fundamental de um aterramento adequado para a proteção contra surtos e aterramento em alta tensão:
- Conexão: Os para-raios devem ser aterrados preferencialmente na malha de terra da subestação. Caso a distância seja superior a 30m, um aterramento independente é necessário.
- Resistência: Quando independente, o valor da resistência de aterramento do para-raios deve ser igual ao da malha de terra da subestação e de no mínimo 5 Ω (ohms) (CNC OMBR MAT 19 0407 EDBR Fornecimento de Energia Eltrica em Alta Tenso 138 69 kV, Seção 7.9.3 e 7.9.2). Manter a resistência da malha em 5 Ω ou menos é um requisito geral para o sistema de aterramento da subestação (Seção 7.9.2).
- Condutor: O condutor de interligação entre o terminal do para-raios e o eletrodo de terra deve ser o mais retilíneo possível (para minimizar indutância), de cobre nu ou aço cobreado, com seção mínima definida pelo projeto.
- Blindagem de Cabos Subterrâneos: As blindagens dos cabos do ramal de entrada (especialmente os subterrâneos) devem ser aterradas em uma das extremidades, e opcionalmente na outra, desde que a circulação de corrente e a transferência de potencial estejam dentro de limites aceitáveis (CNC OMBR MAT 19 0407 EDBR Fornecimento de Energia Eltrica em Alta Tenso 138 69 kV, Seção 7.9.3).
- Eletrodutos: O eletroduto de aço zincado do ramal de entrada subterrâneo também deve ser aterrado.
Um sistema de aterramento eficaz não só escoa as correntes de surto, mas também é crucial para a segurança pessoal ao limitar as tensões de passo e toque durante faltas à terra. O projeto da malha de terra deve incluir o cálculo dessas tensões e ser apresentado à distribuidora (Seção 7.9.2 e 7.11.2). Uma malha de terra inadequada pode, paradoxalmente, criar tensões perigosas mesmo quando os dispositivos de proteção atuam, comprometendo toda a proteção contra surtos e aterramento em alta tensão.
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Garantindo a Eficácia: A Importância dos Ensaios
A instalação de para-raios, hastes e a construção da malha de terra conforme a norma são passos essenciais, mas insuficientes por si só. Equipamentos de proteção contra surtos podem degradar-se ao longo do tempo devido a múltiplos eventos de surto absorvidos, umidade, contaminação ou problemas internos. A malha de terra pode ter sua resistência alterada devido a mudanças nas condições do solo, corrosão ou conexões defeituosas.
Portanto, ensaios periódicos e durante o comissionamento são fundamentais para validar a integridade e o desempenho desses sistemas de proteção contra surtos e aterramento em alta tensão:
- Medição de Resistência de Aterramento: Fundamental para verificar se a resistência da malha de terra e dos aterramentos independentes (como o do para-raios, se aplicável) está dentro dos limites normativos (máx. 5 Ω). Uma resistência alta compromete a eficácia dos para-raios e a segurança da subestação.
- Ensaios em Para-raios: Testes como medição de corrente de fuga resistiva e análise da tangente delta podem identificar degradação interna ou contaminação na superfície dos para-raios, indicando que podem não atuar corretamente ou podem falhar prematuramente.
- Ensaios de Continuidade: Verificar a continuidade das conexões entre equipamentos, estruturas e a malha de terra.
- Ensaios de Tensão de Passo e Toque: Embora mais complexos, podem validar se as tensões que aparecem no solo durante uma falta ou surto estão dentro dos limites seguros.
- Inspeções Visuais e Termográficas: Identificar danos físicos, corrosão ou pontos quentes (que podem indicar conexões de alta resistência) nos para-raios, hastes, condutores de aterramento e conexões.
A especificação da Enel, ao exigir o relatório de comissionamento da malha de terra com o valor de resistência medido e os cálculos das tensões de passo e toque (Seção 7.9.2), implicitamente demanda a realização desses ensaios.
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A Contribuição da Bohnen+Messtek na Proteção Contra Surtos
A Bohnen+Messtek compreende que a confiabilidade da proteção contra surtos e aterramento em alta tensão depende da precisão na instalação e, crucialmente, na validação do desempenho dos componentes e do sistema de aterramento. Nossos equipamentos de calibração e ensaios são ferramentas essenciais para os profissionais que precisam garantir a conformidade com normas como a da Enel e assegurar a operação eficaz desses sistemas.
Oferecemos soluções para:
- Medição de Resistência de Aterramento: Equipamentos precisos para medir a resistência da malha de terra e dos aterramentos de para-raios, essenciais para a segurança e eficácia da proteção contra surtos.
- Ensaios de Resistência de Isolamento/Tangente Delta: Ferramentas que podem ser utilizadas para avaliar a condição do isolamento de para-raios e outros equipamentos expostos a surtos.
- Ensaios em Conexões e Continuidade: Equipamentos para verificar a qualidade das interligações no sistema de aterramento.
Ao fornecer equipamentos de alta qualidade para realizar esses ensaios, a Bohnen+Messtek capacita os profissionais a identificar proativamente problemas em seus sistemas de proteção contra surtos, garantindo que a linha de defesa essencial da subestação esteja sempre pronta para atuar.
O Analisador de Impulso HiAS 744: Revolucionando os Testes Dielétricos na Indústria de Alta Tensão
A proteção contra surtos e aterramento em alta tensão em sistemas de 138/69 kV é um aspecto vital da segurança e confiabilidade operacional. A Especificação Técnica CNC OMBR MAT 19 0407 EDBR da Enel estabelece requisitos claros para a instalação de para-raios e hastes para-raios, mas a eficácia desses dispositivos está intrinsecamente ligada à qualidade do sistema de aterramento. Um aterramento de baixa impedância é fundamental para desviar a energia do surto de forma segura para a terra.
Para garantir que estes sistemas funcionem conforme o projeto e a norma, a realização de ensaios periódicos é indispensável. A medição da resistência de aterramento, a avaliação da condição dos para-raios e a verificação das conexões são passos críticos para validar a linha de defesa contra surtos.
A Bohnen+Messtek oferece os equipamentos e o conhecimento necessários para realizar esses ensaios com precisão, ajudando os profissionais a manter suas instalações seguras, confiáveis e em total conformidade com os mais altos padrões técnicos. Investir na validação da proteção contra surtos e aterramento em alta tensão é proteger seus ativos mais valiosos e garantir a estabilidade do fornecimento de energia.
O Analisador de Impulso HiAS 744: Revolucionando os Testes Dielétricos na Indústria de Alta Tensão
Garanta a eficácia da sua proteção contra surtos e aterramento em alta tensão. Conheça os equipamentos de calibração e ensaios da Bohnen+Messtek para medição de aterramento, ensaios em para-raios e outros testes essenciais.
