efeito corona

ELETROTÉCNICA GERAL

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Prof. Eng.º Carlos A.F. Leite

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ANEXO 01 - Efeito Corona

A seleção dos condutores é uma das decisões mais importantes a serem tomadas

pelo projetista das linhas de transmissão. Nas linhas em médias e altas tensões, a escolha das secções dos condutores ge-

ralmente se baseia em um equacionamento econômico entre perdas por efeito joule e os investimentos necessários. Nas linhas em tensões extra-elevadas e nas futuras linhas em tensões ultra-elevadas, o controle das manifestações do efeito corona pode ser o ele-mento dominante para orientar essa escolha.

As múltiplas manifestações do efeito corona têm implicações diretas com a eco-nomia das empresas concessionárias e com o meio ambiente no qual as linhas de trans-missão se encontram. Todas são importantes, e por isso mesmo deve merecer dos proje-tistas a devida atenção.

O efeito corona aparece na superfície dos condutores de uma linha aérea de transmissão quando o valor do gradiente de potencial aí existente excede o valor do gra-diente crítico disruptivo do ar. Mesmo em um campo elétrico uniforme, entre dois eletro-dos planos paralelos no ar, uma série de condições controla essa tensão disruptiva, tais como a pressão do ar, a presença do vapor d’água, o tipo de tensão aplicada e a foto ionização incidente. No campo não uniforme em torno de um condutor, a divergência do campo exerce influência adicional, e qualquer partícula contaminadora, como poeira, por exemplo, transforma-se em fonte pontual de descargas.

Descargas elétricas em gases são geralmente iniciadas por um campo elétrico que acelera elétrons livres aí existentes. Quando esses elétrons adquirem energia sufici-ente do campo elétrico, podem produzir novos elétrons por choque com outros átomos. É o processo de ionização por impacto. Durante a sua aceleração no campo elétrico, cada elétron livre colide com átomos de oxigênio, nitrogênio e outros gases presentes, perden-do, nessa colisão, parte de sua energia cinética.

Ocasionalmente um elétron pode atingir um átomo com força suficiente, de forma a excita-lo. Nessas condições, o átomo atingido passa a um estado de energia mais ele-vado. O estado orbital de um ou mais elétrons muda e o elétron que colidiu com o átomo perde parte de sua energia, para criar esse estado. Posteriormente, o átomo atingido pode reverter ao seu estado inicial, liberando o excesso de energia em forma de calor, luz, energia acústica e radiações eletromagnéticas. Um elétron pode igualmente colidir com um íon positivo, convertendo-o em átomo neutro. Esse processo, denominado re-combinação, também libera excesso de energia.

Toda a energia liberada ou irradiada deve provir do campo elétrico da linha, por-tanto, do sistema alimentador, para o qual representa perda de energia, por conseguinte, prejuízo. Essas perdas e suas conseqüências econômicas tem sido objeto de pesquisas e estudos há mais de meio século, não obstante, só recentemente se alcançaram meios que permitem determinar, com razoável segurança, qual o desempenho que se poderá esperar para as diversas soluções possíveis para uma linha de transmissão, no que diz respeito a essas perdas. De um modo geral, elas se relacionam com a geometria dos condutores, tensões de operação, gradientes de potencial nas superfícies dos condutores e, principalmente, com as condições meteorológicas locais. Constatou-se, por exemplo, que as perdas por corona em linhas em tensões extra-elevadas podem variar de alguns quilowatts por quilometro até algumas centenas de quilowatts por quilometro, sob condi-ções adversas de chuva ou garoa. As perdas médias, como se verificou, podem constituir apenas pequenas partes das perdas por efeito joule, porém as perdas máximas podem ter influencia significante nas demandas dos sistemas, pois a capacidade geradora para atender a essa demanda adicional deverá ser prevista ou a diferença de energia importa-da.

Tanto as perdas com tempo bom como aquelas sob chuva dependem dos gradi-entes de potencial na superfície dos condutores. As perdas sob chuva dependem não só do índice de precipitações, como também do número de gotículas d’água que conseguem


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aderir à superfície dos condutores. Esse número é maior nos condutores novos do que nos usados, nos quais as gotas d’água aderem mais facilmente à geratriz inferior dos condutores.

As linhas aéreas de transmissão de energia elétrica há muito têm sido considera-das como causadoras de impacto visual sobre o meio ambiente em que são construídas. Uma espécie de poluição visual que os conservadores, urbanistas e estetas há muito vêm combatendo. O advento da transmissão em tensões extra-elevadas e as perspecti-vas de transmissão em tensões ultra-elevadas enfatizaram dois outros tipos de perturba-ção do meio, provocados pelo efeito corona, sendo-lhes atribuído também caráter de po-luição: A radio interferência ( RI ) e o ruído acústico ( RA ).

Descargas individuais de corona provocam pulsos de tensão e corrente de curta duração que se propagam ao longo das linhas, resultando em campos eletromagnéticos em suas imediações. Essas descargas ocorrem durante ambos os semiciclos da tensão aplicada, porém aquelas que ocorrem durante os semiciclos positivos é que irradiam ruí-dos capazes de interferir na radio recepção nas faixas de freqüência das transmissões em amplitude modulada ( AM ), em particular nas faixas das ondas médias. Eflúvios de corona também ocorrem em outros componentes das linhas, tais como ferragens e isola-dores, porem a intensidade dos ruídos gerados é bastante inferior à dos gerado pelos condutores. Ferragens defeituosas, pinos e contra-pinos mal-ajustados ou soltos podem igualmente gerar pulsos eletromagnéticos. Estes, no entanto, ocorrem nas faixas das freqüências de "FM" e "TV", provocando interferência ou ruídos nas recepções de "FM" e "TV" ( TVI ).

A geração desses ruídos interfere com os direitos individuais dos moradores das vizinhanças das linhas de transmissão, uma vez que os ruídos podem se propagar além das faixas de servidão das linhas. Ainda não é possível projetar-se economicamente uma linha de transmissão aérea em tensões acima de 100 KV e que não produza radio interfe-rência. Não obstante, critérios corretos e atenção aos aspectos relevantes do projeto po-dem produzir um sistema que resulte pelo menos em níveis aceitáveis de perturbação. O estudo do comportamento das linhas no que se refere à "RI" é bastante complicado em virtude dos inúmeros fatores que afetam seu comportamento, muitos dos quais ainda são indefinidos e nem mesmo completamente entendidos, de forma que os efeitos cumulati-vos são considerados em bases estatísticas.

Nos projetos de pesquisa sobre corona em tensões extra e ultra-elevadas verifi-cou-se, outrossim, que uma outra manifestação sua não mais poderia ser descurada nas linhas de 500 KV ou tensões mais elevadas, dado o caráter de poluição ambiental que apresenta. É a poluição acústica causada pelo ruído característico provocado pelos eflú-vios do corona. Esse aspecto também vem merecendo crescente atenção no dimensio-namento das linhas, a fim de que o grau de perturbação seja mantido em níveis aceitá-veis. Tais estudos mostraram que o ruído auditivo é função dos máximos gradientes de potencial na superfície dos condutores.

Em vista do exposto, pode-se concluir que, para as linhas de transmissão em ten-sões extra e ultra-elevadas, o dimensionamento econômico das linhas está diretamente relacionado com a escolha do gradiente de potencial máximo admissível na superfície dos condutores das linhas de transmissão. Gradientes para uma mesma classe de ten-são somente são reduzidos mediante o emprego dos condutores de diâmetros maiores, ou maior espaçamento entre fases, ou pelo emprego de condutores múltiplos, com núme-ro crescente de sub condutores, ou pela forma com que são distribuídos sobre o circulo tendo como centro o eixo do feixe.

Alternativamente, vem sendo pesquisados outros métodos para a redução da ra-dio interferência e ruídos audíveis, como a colocação de espiras ao longo dos condutores ou o seu envolvimento em capas de neoprene. A disposição dos sub condutores em for-ma de polígono irregular também vem sendo investigada como meio de reduzir os gradi-entes de potencial, e parece ser a forma mais promissora: é possível encontrar uma posi-ção para cada sub condutor na periferia de um circulo (ver figura abaixo), de forma que o


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gradiente em todos os sub condutores seja mínimo. O emprego dos condutores múltiplos assimétricos tem apresentado problemas de estabilidade mecânica sob ação do vento, e a melhor solução sob esse aspecto poderá conflitar com a melhor solução sob o aspecto de distribuição de gradientes de potencial.

Nota: O campo elétrico é elevado perto de objetos com o raio de curvatura pequeno, podendo, devi-do ao “efeito das pontas”, superar a rigidez dielétrica do ar, com descargas parciais.


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ANEXO 02 - Distúrbios de Energia

São eventos que alteram as características nominais da energia elétrica. Normal-

mente são breves, intermitentes e de difícil identificação. Para que possamos explicar melhor como são e quais as conseqüências dos vá-

rios tipos de distúrbios presentes na energia elétrica que abastece nossas instalações, é importante que entendamos um pouco melhor como a energia elétrica é disponibilizada para consumo.

Em uma tomada de 110 Volts, se monitorarmos com um osciloscópio (instrumento capaz de mostrar a forma de onda, envoltória, de uma tensão numa base de tempo sele-cionável) obteremos a seguinte imagem:

Neste gráfico de tensão (eixo vertical) em função do tempo (eixo horizontal) pode-mos observar 1 ciclo completo de uma tensão 110 Volts - 60 Hz presente em nossa tomada. Ela varia de um valor mínimo negativo que é de - 155 Volts, passa por um patamar central (0 Volts) e vai até um limite máximo positivo de +155 Vac

obedecendo sempre a um for-mato (envoltória) senoidal.

Diz-se que uma forma de onda ou função matemática é cíclica (ou periódica) quando a mesma repete seus valores em um período fixo de tempo (a cada ciclo ou perí-odo). Sabemos que a tensão de nossa tomada repete seus valores 60 vezes a cada se-gundo o que equivale a dizer que um ciclo (ou período) da tensão da rede possui duração de 1/60 segundos ou 0,01666 segundos ou ainda 16,66 milisegundos.

Acabamos de ilustrar uma relação física que diz: Freqüência = 1/Período ou Perí-odo = 1/Freqüência (um período de 0,0166 Segundos corresponde a uma freqüência de 60 Hz pois 1/0,0166 = 60).

Afinal, de onde vem o valor 110 V que até o momento ainda não apareceu?


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Imaginemos que a senóide da tensão no gráfico a pouco, é feita de areia. Vamos

rebater a parte inferior desta senóide para cima, até que obtenhamos 2 montanhas de areia conforme a figura a pouco.

Agora vamos alisar os montes de areia até que fiquem planos, com um volume regular de areia em sua superfí-cie.

O nível obtido, utilizando-se a mesma escala vertical dos gráficos anteriores, cor-responderá a um valor constante de 110 Volts! O que acabamos de fazer foi uma simplifi-cação de um complexo cálculo matemático chamado integral. Se integrássemos a forma de onda (calculássemos sua integral) do primeiro gráfico obteríamos um valor de 110 V.

Para formas de onda senoidais puras, existe um fator que relaciona o seu valor RMS (110 Volts) e os seus valores máximos (negativo e positivo) de maneira direta. Se dividirmos 155 (valor máximo) por raiz quadrada de 2 (1,4142) obteremos os mesmos 110. Se estivéssemos trabalhando com 220 Volts(RMS) as tensões máxima e mínima instantâneas seriam de 311 e -311 Volts respectivamente (220 X 1,4142).

Os distúrbios de energia são eventos oriundos de inúmeras causas, internas e ex-ternas a instalação em questão.

Hoje, com o avanço dos instrumentos de análise, existem métodos específicos pa-ra identificação e qualificação dos distúrbios de energia, possibilitando através de uma amostragem colhida ao longo de um período pré determinado (que varia desde horas a meses conforme o caso) definir quais as soluções mais apropriadas e viáveis para cada prognóstico. É importante ratificar que fatores sazonais como chuvas, ventos, variações de demanda, etc. interferem severamente na intensidade e freqüência dos distúrbios elé-tricos.

VARIAÇÕES DE TENSÃO

As variações de tensão constituem o distúrbio elétrico mais comum em nossas re-des de alimentação. A grosso modo, qualquer divergência nos limites máximos ou míni-mos da forma de onda da tensão, constituem variações de tensão e trazem conseqüên-cias nocivas para os nossos equipamentos.

Quando a tensão varia para menos, dificilmente teremos danos físicos aos equi-pamentos alimentados. No entanto os mesmos não funcionarão corretamente, apresen-tando falhas inexplicáveis de operação como congelamento de teclado, inconsistência nos dados, falhas de rede, boot aleatório entre outros.

Quando a variação de tensão se dá para mais, a energia passa a ter intensidade exagerada para o consumo, significando muitas vezes conseqüências destrutivas para os equipamentos, danificando seu hardware permanentemente.


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RUÍDO ELÉTRICO

O ruído elétrico é um sinal da alta freqüência (quando comparado com os 50 ou 60 Hz da rede) que se soma à senóide de tensão normal, agregando-lhe componentes estranhas. Os ruídos elétricos podem ser motivados por inúmeros fatores como loops de aterramento, geradores, raios, interferências de rádio freqüência, retificadores, motores, etc.

Nos computadores, eles podem atravessar o sistema de filtragem das fontes (di-mensionado só para 60 Hz) e motivar um funcionamento errático do sistema além de instabilidades em monitores e unidades de disco.

Conforme a intensidade, os ruídos elétricos podem trazer danos permanentes aos equipamentos.


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SURTOS E PICOS DE TENSÃO

Também chamados de transientes, são rápidos incrementos na intensidade da

tensão elétrica. Como as variações de tensão mas com menores durações e amplitudes muito mais agressivas, os surtos de tensão produzem conseqüências catastróficas para equipamentos sensíveis, stressando e danificando seus componentes internos.

Os surtos de tensão são motivados por descargas atmosféricas, desligamento de sistemas muito indutivos, aci-dentes entre redes de distribu-ição e outros.

DISTORÇÃO HARMÔNICA DE TENSÃO

Dizemos que uma tensão está distorcida quando sua forma de onda, envoltória, não é mais senoidal. Sempre que uma tensão deixa de ser senoidal ocorrem mudanças de comportamento nas instalações elétricas e nos equipamentos consumidores. Quanto mais distorcida a forma de onda mais acentuados serão os efeitos negativos sobre al-guns tipos de equipamentos. O nível de distorção harmônica é medido como uma relação percentual, através de um método matemático complexo que decompõe a forma de onda sob análise em uma somatória de outras ondas, medindo a intensidade individual de ca-da harmônico e totalizando suas componentes.

As distorções harmônicas de tensão são produzidas, em geral, por cargas, equi-pamentos, que consomem energia de maneira não linear (que não consomem corrente numa proporção direta da tensão a ele aplicada) sendo ainda agravadas por instalações elétricas de alimentação e distribuição de alta impedância.


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BLECAUTE

Demandando pouca explicação, os blecautes são falhas no fornecimento da ener-

gia elétrica motivando o total desligamento, por tempo indeterminado, de todos os equi-pamentos.

Os blecautes podem ter durações de segundos ou horas conforme suas causas e grau de dificuldade para solução.

Muito comum no verão, motivados por chuvas e ventos fortes, os blecautes po-dem ter conseqüências dramáticas como a paralisação de serviços essenciais e ativida-des comerciais.

MICRO CORTES

São interrupção no fornecimento elétrico de baixíssima duração significando inter-rupção por poucos ciclos da alimentação. Motivados por manobras nas redes de distribu-ição ou partida de grandes consumidores os microcortes são responsáveis por crashes em discos rígidos, danos a sistemas de dados e funcionamento errático de sistemas e máquinas.

efeito corona

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