Picos ou surtos de tensão são um fenômeno elétrico comum que pode impactar significativamente os sistemas elétricos residenciais e industriais. Neste artigo, iremos nos aprofundar nas complexidades dos picos de energia e explorar suas causas, efeitos e soluções viáveis para mitigar seu impacto.
O que é um surto de tensão?
Um pico de tensão é um aumento temporário no nível de tensão de uma fonte de alimentação além da faixa normal. Este desvio pode durar de milissegundos a vários segundos devido a vários fatores. Compreender os picos de energia é fundamental porque podem danificar equipamentos, causar interrupções operacionais e até representar riscos de segurança.
Causas de picos de tensão
Picos de tensão podem ser causados por vários fatores internos e externos ao sistema elétrico. Aqui estão algumas das principais causas:
Operações de comutação
Operações de comutação na rede elétrica, como abertura ou fechamento de disjuntores, podem levar a picos repentinos de tensão. Estes processos são essenciais para manter a estabilidade da rede, mas podem levar a sobretensões de curto prazo.
Queda de raios
Uma das causas mais conhecidas de picos de tensão são os relâmpagos. Um raio pode introduzir uma grande onda de eletricidade na rede, causando breves picos de tensão. Embora os pára-raios possam ajudar a mitigar isso, eles não podem eliminar o risco.
Falhas no sistema elétrico
Falhas no sistema de distribuição de energia, como curtos-circuitos ou falhas à terra, também podem causar picos de tensão. Esses erros podem causar distúrbios nos níveis de tensão e afetar a estabilidade geral do sistema.
Compensação de potência reativa
Dispositivos de compensação de potência reativa, como capacitores e indutores, podem causar picos de tensão inadvertidamente quando ligados ou desligados. Para gerir eficazmente estes picos de tensão, são necessários mecanismos de controlo apropriados.
Flutuações de carga
Mudanças rápidas na carga elétrica, como a partida repentina de grandes motores ou dispositivos, podem causar picos de tensão. Essas flutuações na demanda podem sobrecarregar o sistema e causar desvios de tensão.
Efeitos de picos de tensão
Picos de tensão podem impactar negativamente sistemas, dispositivos e operações elétricas. Compreender estas consequências é fundamental para desenvolver soluções eficazes:
Danos ao equipamento
Uma das maiores preocupações associadas a picos de energia são os danos ao equipamento. A sobretensão pode causar tensão nos componentes elétricos e levar a falhas prematuras ou redução da vida útil. Isso pode resultar em reparos e substituições dispendiosas para usuários residenciais e industriais.
Perda de dados
Na era digital de hoje, os picos de tensão podem colocar em risco dispositivos eletrônicos sensíveis. Durante picos repentinos de energia, data centers, servidores e computadores ficam vulneráveis à perda ou corrupção de dados. Fontes de alimentação ininterruptas (UPS) podem ajudar a mitigar parte desse risco.
Interrupções operacionais
Picos de tensão podem interromper processos e operações industriais. Equipamentos de fabricação, sistemas automatizados e linhas de produção podem falhar devido a falhas elétricas, resultando em perda de produtividade e potenciais perdas financeiras.
Riscos de segurança
Surtos podem representar riscos à segurança em vários ambientes. Em ambientes residenciais, por exemplo, a sobretensão pode danificar eletrodomésticos ou até representar risco de incêndio. Em ambientes industriais, pode ameaçar a segurança do trabalhador e a integridade do processo.
Impacto financeiro
As consequências financeiras dos picos de tensão não devem ser subestimadas. Reparar ou substituir equipamentos danificados e os custos associados ao tempo de inatividade podem sobrecarregar os orçamentos dos proprietários e das empresas.
Redução de picos de tensão
Felizmente, diversas estratégias e tecnologias estão disponíveis para mitigar os efeitos dos picos de energia:
Regulador de voltagem
Os reguladores de tensão garantem uma tensão de saída estável, independentemente das flutuações da tensão de entrada. Eles podem ser instalados em pontos críticos de um sistema elétrico para garantir que os níveis de tensão permaneçam dentro dos limites aceitáveis.
Proteção contra sobretensão
Protetores contra surtos ou limitadores de surtos são essenciais para proteger dispositivos eletrônicos sensíveis contra picos de tensão. Esses dispositivos desviam o excesso de tensão para um fio terra, impedindo-o de atingir os dispositivos conectados.
Fonte de alimentação ininterrupta (UPS)
Os sistemas UPS fornecem uma fonte temporária de energia durante picos de energia ou quedas de energia. Eles podem fornecer energia de reserva crítica para equipamentos sensíveis, permitindo que os usuários desliguem sistemas com segurança ou continuem as operações até que a energia normal seja restaurada.
Monitoramento de tensão
O monitoramento contínuo dos níveis de tensão é fundamental para detectar picos de tensão. Os sistemas de monitoramento modernos podem acionar automaticamente alarmes ou ações corretivas quando são detectadas condições de tensão anormais.
Avaliação da qualidade de energia
Uma avaliação da qualidade da energia do seu sistema elétrico pode ajudar a identificar possíveis fontes de picos de energia. Essa abordagem proativa permite implementar soluções direcionadas para resolver problemas específicos.
Força do aumento de tensão
Um aumento de tensão é definido como um aumento entre 1,1 e 1,8 Pu na corrente ou tensão efetiva na frequência da rede por um período de 0,5 ciclo a um minuto. Conforme mencionado, um aumento de tensão é caracterizado por sua magnitude, que geralmente é expressa como raiz quadrada média. O tamanho de um aumento de tensão pode variar na faixa de 1,1 a 1,8 Pu. Pu significa por valor unitário, uma medida normalizada usada em sistemas de energia para expressar quantidades relativas a um valor de referência.
Razões para picos de tensão
Embora os picos de tensão ocorram com menos frequência do que as quedas de tensão, eles podem ocorrer por vários motivos. Compreender estas causas é fundamental para uma mitigação eficaz.
Inchaço em condições perturbadoras
Às vezes, os picos de energia podem estar relacionados a condições de erro do sistema. Um cenário em que pode ocorrer um pico de tensão é um curto-circuito linha-terra (SLG). Durante uma falta SLG, a tensão nas fases saudáveis pode sofrer um aumento de curto prazo, resultando em um pico de tensão. Este fenômeno é mostrado na figura acima.
Inchaço devido à carga e capacidade
Além das condições de falha, picos de tensão também podem ocorrer quando as operações de comutação envolvem uma carga superdimensionada ou quando um grande banco de capacitância é ativado. Essas ações podem levar a aumentos temporários de tensão.
Fatores que afetam a gravidade do estresse aumentam
A gravidade de um aumento de tensão durante uma condição de falha pode depender de vários fatores:
Localização da falha
A localização da falta no sistema elétrico desempenha um papel importante na determinação da extensão do aumento de tensão. Diferentes localizações de falta podem levar a vários graus de desvios de tensão nas fases livres de falta.
Impedância do sistema
A impedância do sistema elétrico também influencia a magnitude dos picos de tensão. Sistemas de impedância mais alta são mais suscetíveis a flutuações de tensão durante condições de falta.
Configuração de aterramento
A configuração de aterramento do sistema é um fator crítico. Em sistemas não aterrados com impedância zero infinita, as tensões fase-terra nas fases livres de falta podem atingir 1,73 Pu durante uma condição de falta SLG. Entretanto, em sistemas aterrados com caminhos zero de baixa impedância, o aumento de tensão nas fases saudáveis próximas à subestação pode ser mínimo.
Localização de falhas em linhas de alimentação de quatro fios
A localização da falta pode levar a diferentes picos de tensão nas fases livres de falta em linhas de alimentação de quatro fios aterradas frontalmente. Estas flutuações são influenciadas pela configuração da linha de alimentação e pelas características de impedância do sistema.
Terminologia: Surto curto
Vale ressaltar que diversos autores utilizam o termo “curto surto” como expressão alternativa para a palavra “aumento de tensão”. Esta terminologia descreve o aumento temporário nos níveis de tensão durante certos eventos elétricos, como os mencionados acima.
Conclusão
Em resumo, os surtos de tensão são um fenômeno complexo em sistemas elétricos caracterizados por aumentos temporários de tensão. Eles podem ter diversas causas, incluindo operações de comutação, quedas de raios e erros de sistema, e seus efeitos podem variar desde danos ao equipamento até interrupções operacionais. Para enfrentar estes desafios, está disponível uma série de medidas de proteção, incluindo reguladores de tensão, protetores contra surtos e fontes de alimentação ininterruptas, para proteger a infraestrutura elétrica. Compreender a magnitude e os factores que influenciam os surtos é fundamental para esforços abrangentes de mitigação. Através de uma monitorização cuidadosa e da utilização de soluções adequadas, o impacto negativo dos picos de energia pode ser minimizado, garantindo o funcionamento ininterrupto dos sistemas elétricos e reduzindo os encargos financeiros decorrentes de danos e tempos de inatividade dos equipamentos.
