Estudo das causas e efeitos de surtos em sistemas de energia

29 juin 2024 Luciano Bertene

As redes elétricas são redes complexas que transmitem energia elétrica das fontes de geração aos usuários finais. Eles operam dentro de certos limites de tensão para garantir uma distribuição de energia segura e eficiente. No entanto, podem ocorrer surtos, resultando em níveis de tensão elevados fora da faixa normal. Essas sobretensões e sobrecorrentes podem ter diversas causas e afetar significativamente o equipamento, a confiabilidade e o desempenho do sistema.

Medidas de proteção, como interruptores de limite e circuitos de pé-de-cabra, protegem os dispositivos eletrônicos. Esses circuitos consistem em microcontroladores, diodos zener, resistores e optoacopladores que dissipam rapidamente a corrente excessiva de componentes sensíveis. Transformadores também são usados para ajustar os níveis de tensão. Compreender e implementar mecanismos de proteção eficazes é fundamental para manter a confiabilidade do sistema de energia e garantir o fornecimento seguro de energia elétrica.

Efeitos de surtos em sistemas e dispositivos de energia

As sobretensões ocorrem nas redes elétricas devido a fatores de influência externos e internos. O estresse de tensão causado por surtos pode causar danos aos cabos e dispositivos conectados à rede.

Picos ou picos de energia representam um risco significativo para os sistemas de energia e equipamentos elétricos. Esses aumentos repentinos de tensão podem resultar em danos ao equipamento, mau funcionamento e falhas no sistema. Compreender as causas e efeitos dos surtos é fundamental para implementar medidas de proteção e garantir a operação confiável dos sistemas de energia.

Causas de surtos

Surtos em sistemas elétricos que excedem os limites de tensão padrão surgem de quedas de raios, operações de comutação, falhas, curtos-circuitos e mudanças rápidas de carga. Sobretensões relacionadas a raios, operações de comutação e mudanças repentinas de carga podem contribuir para sobretensões transitórias, destacando a importância de um projeto de sistema abrangente para mitigação e proteção eficazes.

Queda de raios

Os relâmpagos são uma das causas mais comuns de picos de energia.
Picos de tensão causados por raios podem penetrar diretamente nas linhas de energia ou induzir tensão em condutores vizinhos, causando surtos temporários.

Operações de comutação

As operações de comutação, como a operação de disjuntores, podem produzir sobretensões temporárias.
Mudanças rápidas nos circuitos, incluindo a abertura ou fechamento de interruptores, podem resultar em picos de tensão que excedem os níveis normais de operação.

Erros e curtos-circuitos

Falhas e curtos-circuitos nas redes de energia podem causar sobretensões.
Em caso de falha, a interrupção repentina do fluxo de corrente pode levar a picos de tensão e sobretensões.

Carregar alterações

Mudanças rápidas de carga, como o desligamento repentino de grandes cargas, podem causar picos de tensão.
Remover ou adicionar cargas repentinamente pode causar flutuações de tensão e surtos temporários.

Efeitos de surtos

Os surtos nos sistemas de energia podem ter consequências de longo alcance. Eles sobrecarregam o equipamento e levam a falhas prematuras e paralisações. A quebra do isolamento representa um risco à segurança. Dispositivos sensíveis à tensão apresentam mau funcionamento que afetam a operação. A instabilidade do sistema provoca interrupções e interrupções de serviços. Para evitar danos e garantir a confiabilidade, a redução de riscos é crucial.

Danos ao equipamento

Sobretensões podem causar danos significativos aos dispositivos elétricos.
Níveis excessivos de tensão podem sobrecarregar os sistemas de isolamento e causar quebras de isolamento, curtos-circuitos e falhas de equipamentos.

Vida útil reduzida do equipamento

As sobretensões podem acelerar o envelhecimento e a deterioração dos dispositivos elétricos.
Altas tensões podem danificar materiais isolantes, resultando em falha prematura do equipamento e redução da vida útil.

Interrupções operacionais

As sobretensões podem perturbar o funcionamento normal dos sistemas de energia e das redes elétricas.
O mau funcionamento do equipamento e as falhas do sistema devido a picos de energia podem resultar em cortes de energia, tempo de inatividade e ineficiências operacionais.

Riscos de segurança

As sobretensões representam um risco à segurança do pessoal que trabalha em equipamentos elétricos ou próximo a eles.
Picos de tensão podem causar choques elétricos, incêndios e outras situações perigosas, colocando em risco a segurança das pessoas.

Impacto econômico

Picos de energia podem causar perdas financeiras significativas para empresas e serviços públicos.
As reparações de equipamentos, os custos de substituição e as interrupções operacionais devido a picos de energia podem ter um impacto económico significativo.

Surtos externos

Este tipo de tensão surge de perturbações atmosféricas, principalmente de descargas atmosféricas. Ocorre na forma de sobretensão e não tem relação direta com a tensão de operação da linha. Pode ter uma das seguintes causas:

Relâmpago direto
Sobretensões induzidas eletromagneticamente devido a descargas atmosféricas ocorrem perto da “linha de impacto lateral”.
Mudanças atmosféricas ao longo do comprimento da linha induzem tensões.
As tensões induzidas eletrostaticamente são devidas à presença de nuvens carregadas nas proximidades.
As sobretensões induzidas eletrostaticamente surgem dos efeitos de fricção de pequenas partículas, como poeira ou neve seca, na atmosfera ou de mudanças na altura da linha.

Medidas de mitigação e proteção

Para mitigar os riscos de surtos nos sistemas de energia, é essencial uma abordagem multifacetada às medidas de proteção. Os reguladores de tensão desempenham um papel fundamental na manutenção dos níveis de tensão dentro dos limites permitidos. Os pára-raios protegem contra picos de tensão transitórios, fornecendo um caminho de baixa impedância para o excesso de energia. O aterramento adequado e a coordenação de isolamento evitam aumentos indesejados de tensão. Os modernos sistemas de monitoramento permitem a detecção em tempo real e, portanto, uma intervenção rápida. A utilização de uma estratégia abrangente destas medidas de mitigação garante a resiliência da infra-estrutura eléctrica e reduz o potencial de impactos perturbadores.

Dispositivos de proteção contra surtos (SPDs)

Dispositivos de proteção contra surtos, como pára-raios, são frequentemente usados para proteção contra surtos.
Os SPDs desviam picos de tensão excessivos para o terra, evitando que atinjam equipamentos sensíveis.

Regulação e controle de tensão

Medidas apropriadas para regulação e controle de tensão podem reduzir o risco de sobretensão.
Manter os níveis de tensão dentro de limites aceitáveis por meio de monitoramento, reguladores automáticos de tensão (AVRs) e comutadores de derivação pode evitar surtos.

Coordenação de isolamento

Para evitar surtos, é fundamental uma coordenação adequada do isolamento.
A seleção e aplicação adequadas de sistemas de isolamento, levando em consideração os níveis de tensão, podem melhorar o isolamento do equipamento e resistir a surtos.

Aterramento e conexão

Procedimentos eficazes de aterramento e ligação são essenciais para gerenciar riscos de surtos.
Sistemas de aterramento adequados reduzem os efeitos de surtos de tensão e fornecem uma maneira de dissipar com segurança as correntes residuais.

Conclusão

Compreender as causas e efeitos dos surtos nas redes eléctricas é fundamental para implementar medidas de protecção e garantir o funcionamento fiável da infra-estrutura eléctrica. Quedas de raios, manobras, falhas, manobras de bancos de capacitores e alterações de carga são as principais causas de sobretensões.

Estes surtos podem danificar equipamentos, reduzir a sua vida útil, causar perturbações operacionais, representar riscos de segurança e ter consequências económicas. Ao utilizar dispositivos de proteção contra surtos, implementar medidas de regulação de tensão, melhorar a coordenação do isolamento e seguir procedimentos adequados de aterramento e ligação, os sistemas de energia podem mitigar os riscos associados aos surtos, proteger equipamentos e garantir a continuidade da energia.

Perguntas frequentes

Quais são os componentes importantes dos circuitos eletrônicos?

Componentes são as peças ou elementos utilizados em circuitos eletrônicos para executar funções específicas, como resistores, capacitores, diodos, transistores e transformadores.

Como a proteção contra sobrecorrente evita danos a dispositivos elétricos?

A proteção contra sobrecorrente protege dispositivos elétricos, interrompendo o fluxo de corrente quando excede um limite seguro. Isso evita superaquecimento e possíveis danos ao dispositivo.

Qual é a diferença entre proteção contra sobretensão e proteção contra sobrecorrente?

A proteção contra sobretensão e a proteção contra sobrecorrente têm finalidades diferentes. A proteção contra sobretensão evita danos causados por picos de tensão, enquanto a proteção contra sobrecorrente protege contra fluxo excessivo de corrente.

Qual é a tolerância máxima ao calor dos componentes eletrônicos?

A tolerância ao calor dos componentes eletrônicos refere-se à temperatura máxima que a peça pode suportar com segurança sem causar mau funcionamento ou danos. Este valor varia dependendo da peça e geralmente pode ser encontrado na ficha técnica.

Como uma fonte de alimentação regula a tensão de alimentação de dispositivos eletrônicos?

Uma fonte de alimentação regula a tensão de alimentação convertendo a tensão de entrada na tensão de saída desejada usando vários métodos, como transformadores e reguladores de tensão. Isso garante que os dispositivos eletrônicos recebam uma fonte de energia estável e constante dentro da faixa de tensão especificada.