Os pára-raios são equipamentos importantes na proteção dos sistemas elétricos de potência. Pelas suas características peculiares, os pára-raios ora atuam como isoladores (regime permanente), ora como condutores (regime transitório), desviando os surtos para a terra e restabelecendo as suas características, a fim de interromper a corrente subseqüente e garantir a integridade dos equipamentos protegidos.
No Brasil, temos instalados pára-raios de duas tecnologias: uma com carboneto de silício (SiC) e a outra com óxido de zinco (ZnO). Muitos dos pára-raios que usam SiC em seus elementos internos possuem períodos de instalação superiores ao da sua vida útil. Sendo assim, estes equipamentos podem apresentar anomalias, resultando em falhas, tanto em regime permanente como em regime transitório. Esses pára-raios estão sendo substituídos pelos de ZnO, entretanto, em função dos custos, é inviável que essa substituição ocorra em curto período de tempo.
Portanto, o desenvolvimento de metodologias para avaliação dos pára-raios de SiC no campo torna-se aconselhável, pois pode evitar falhas e também auxiliar os usuários (concessionárias de energia elétrica) na tomada de decisão quanto a uma substituição que priorize aqueles mais deteriorados.
O objetivo deste trabalho foi o de apresentar uma contribuição para a metodologia de avaliação dos pára-raios de SiC, utilizando-se o método da medição da corrente de fuga com a análise da componente de terceira harmônica. As análises foram feitas utilizando-se pára-raios de SiC de dois fabricantes, sendo realizados ensaios de tensão disruptiva de impulso atmosférico e à frequência industrial, medição da resistência do isolamento, corrente de fuga
total, com a análise da componente de terceira harmônica, radiointerferência e medição da temperatura através de termovisor.
Os resultados obtidos através destas técnicas foram comparados entre si. Alguns pára-raios foram desmontados para análise dos seus componentes internos através de inspeção visual, medições de radiointerferência e corrente de fuga, principalmente nos resistores equalizadores, com o objetivo de comparar estes resultados com aqueles obtidos nos pára-raios completos. Medições de corrente de fuga também foram efetuadas em uma subestação, com o objetivo de se determinar a sensibilidade desta técnica, como também averiguar as possíveis interferências e dificuldades que poderiam ser encontradas em campo.
Com relação à comparação entre as várias técnicas utilizadas, as principais conclusões foram:
• o ensaio de tensão disruptiva à frequência industrial forneceu resultados importantes a respeito do funcionamento dos centelhadores, enquanto que o ensaio de tensão disruptiva de impulso atmosférico considerou todos os pára-raios aprovados, pois esta última técnica testa o comportamento dos centelhadores frente às ondas impulsivas, não sendo possível avaliar o estado geral do pára-raios. Entretanto, a aprovação do pára-raios no ensaio de tensão disruptiva à frequência industrial não significa que o mesmo esteja em bom estado. Além disso, as duas técnicas são de difícil execução no campo;
• a medição da resistência de isolamento indicou os pára-raios em condição mais degradada, entretanto, há pouca sensibilidade para uma avaliação mais precisa. No campo, esta técnica apresenta as mesmas restrições que as duas técnicas anteriores; • a medição da corrente de fuga, através do valor de pico e da componente de terceira
harmônica, forneceu informações valiosas a respeito do estado do pára-raios, especialmente quando são registrados valores mais elevados, conseguindo-se relacionar estes resultados com a degradação do pára-raios. Entretanto, em alguns pára-raios, os valores de corrente de fuga e da componente de terceira harmônica foram menores do que em outros, de mesmo fabricante, porém apresentaram valores menores de defasagem entre tensão e corrente. Assim sendo, a medição da defasagem entre tensão e corrente pode adicionar informações importantes a respeito do estado dos pára-raios, melhorando o diagnóstico destes equipamentos;
• a medição da radiointerferência indicou pára-raios com descargas internas, sendo que algumas amostras degradadas seriam identificadas apenas por esta técnica. Pode ser feita a medição da radiointerferência com o pára-raios energizado, devendo-se tomar o cuidado com as várias interferências no campo na frequência de medição utilizada; • a termovisão tem sido utilizada como uma das técnicas preferidas de diagnóstico no
campo, mas requer cuidados na execução e na análise dos resultados. Esta técnica acusou aquecimento acentuado em algumas amostras, entretanto, não foi capaz de identificar todas as amostras degradadas que apresentaram valores elevados de radiointerferência e da componente de terceira harmônica da corrente;
• a combinação das técnicas de termovisão, radiointerferência e medição da corrente de fuga total com a análise de sua componente de terceira harmônica mostrou-se ser eficiente na identificação de todos os pára-raios com problemas, especialmente se a medição da corrente de fuga for combinada com a medição de sua defasagem em relação à tensão aplicada. Entretanto, a medição da corrente de fuga pode indicar maiores detalhes quanto a diferentes estados de degradação, quando são comparados os resultados de pára-raios de mesmo fabricante e família.
Com relação à desmontagem e os testes realizados nos componentes internos dos pára-raios, a principal conclusão foi que este procedimento forneceu importantes subsídios para o entendimento do comportamento dos pára-raios quando da aplicação das técnicas de diagnóstico no laboratório em pára-raios completos.
Com relação às medições de corrente de fuga em uma subestação, a principal conclusão foi que a metodologia utilizada é viável, sendo possível identificar as principais dificuldades que podem ser encontradas no campo (influência do campo eletromagnético e presença das harmônicas na tensão do sistema).
Pelos resultados e conclusões obtidos, propõe-se para trabalhos futuros o seguinte:
• investigar o procedimento de medição da radiointerferência em pára-raios de SiC visando a sua aplicação no campo, pois a combinação desta técnica com a medição da
corrente de fuga e termovisão aumenta a eficiência do diagnóstico destes equipamentos;
• pesquisar a possível relação entre a componente de terceira harmônica da corrente de fuga e radiointerferência, pois os resultados deste trabalho e de outros autores sugerem uma possível relação entre ambas;
• analisar a influência do contador de descargas dos pára-raios instalados no campo nas medições da corrente de fuga, pois resultados deste trabalho mostraram diferenças entre as correntes medidas antes e após estes dispositivos;
• investigar a utilização do sensor de campo na subestação para a medição da defasagem entre o sinal de tensão e a corrente de fuga do pára-raios, pois os resultados deste trabalho mostraram que essa informação pode auxiliar no seu diagnóstico.