Para Raios, Aterramentos e Instalações Elétricas

O Varistor.

Um dos componentes mais usados pelos protetores de surtos transientes é o varistor.

Entre as pessoas do ramo de instalação de proteção elétrica, fala-se muito sobre o uso destes componentes, sem que necessariamente se saiba exatamente o que seja isto.

Um varistor ou VDR (do inglês Voltage Dependent Resistor) é um componente eletrônico cujo valor de resistência elétrica é uma função da tensão aplicada nos seus terminais. Isto é, à medida que a diferença de potencial sobre o varistor aumenta, sua resistência diminui.

Os VDRs são geralmente utilizados como elemento de proteção contra transientes de tensão em circuitos, tal como em filtros de linha. Assim eles montados em paralelo ao circuito que se deseja proteger, por apresentarem uma característica de “limitador de tensão”, impedindo que surtos de pequena duração cheguem ao circuito, e no caso de picos de tensão de maior duração, a alta corrente que circula pelo dispositivo faz com que o dispositivo de proteção (disjuntor ou fusível), desarme, desconectando o circuito da fonte de alimentação.

A primeira publicação sobre materiais varistores data de 1957, quando Kh. S. Valee e M. D. Mashkovich descobriram que o sistema binário ZnO-TiO₂ possuía propriedades não ôhmicas. Outros estudos em sistemas binários ZnO-Bi₂O₃ e ZnO-Al₂O₃ realizados por M.S. Kosman e colaboradores (1961) e S. Ivamov e colaboradores (1963) respectivamente, também mostraram que esses sistemas poderiam ser utilizados como varistores.

Em 1971, Matsuoka e colaboradores, fizeram varistores cerâmicos multicomponentes com propriedades muito melhores que aquelas obtidas para sistemas binários. A não linearidade nas características corrente-tensão para esse sistema foi de a=50. Um típico sistema com essas propriedades é 97%ZnO-1%Sb₂O₃-0,5%MnO-0,5%CoO-0,5%Cr₂O₃, sendo essas porcentagens molares.

Atualmente, uma ampla variedade de composições são utilizadas para a obtenção de varistores. Os varistores comercialmente mais usados ainda são a base de óxido de zinco (ZnO), mas varistores de dióxido de estanho (SnO₂) e dióxido de titânio (TiO₂) possuem um grande potencial tecnológico que ainda não foi utilizado. É exatamente esse o objetivo das pesquisas que estão sendo realizadas no CMDMC-LIEC, que visam aperfeiçoar as propriedades dos varistores a base de SnO₂, para utilização em altas tensões, a base de (Sn,Ti)O₂ e TiO₂ para utilização em baixas tensões, para que esses dispositivos possam em um futuro bem próximo substituir os varistores a base de ZnO.

A relação tensão-corrente de um varistor pode ser dada aproximadamente pela seguinte equação empírica:

Onde

V é a tensão aplicada nos terminais do varistor,

I é a corrente que circula pelo componente,

C (resistência não-ôhmica) e β (coeficiente de não-linearidade) são constantes características do componente.

Dessa relação, nota-se que quanto maior o valor de β, maior será a sua sensibilidade a variação de tensão.

Bem, isto é o Varistor.

Um varistor de alta tensão

Um estudo mais técnico.

O professor José Osvaldo S. Paulino-UFMG, tem um estudo bem detalhado sobre as características dos protetores existentes e seu artigo pode ser lido no site:

http://www.eletrica.ufsj.edu.br/pub/eletrotecnica/aterramento/aulas/8-%20Filtros%20e%20protetores.pdf

Centelhador a gas.

Para quem desconhece e ficou curioso para saber o que seja um centelhador a gás, oferecemos esta definição:

O centelhador a gás é um elemento de proteção de alta capacidade de corrente e baixa velocidade de condução, apresentando duas tensões de disparo, a nominal (100V/s) àquela especificada no componente e a de regime de impulso (1kV/µs), que pode variar entre 350V e 1,2kV dependendo do fabricante e da tensão nominal. Fabricado com dois ou três elétrodos, estes separados por uma cerâmica especial que tem o mesmo coeficiente de dilatação do metal aplicado, onde o dielétrico é o argônio dopado com um ionizador primário, e seus elétrodos são depositados elementos radioativos para manter um disparo constante. A pressão interna do gás do centelhador normalmente é menor que a pressão atmosférica, na existência de qualquer micro fissura na cerâmica ou na solda dos eletrodos provocada por manuseio errado ou envelhecimento, esta permitirá a entrada do oxigênio para dentro da câmara, contaminando o gás e alterando a tensão de disparo em regime de impulso, chegando a tensões de 2 a 5 kV, e posteriormente todo o funcionamento do componente, comprometendo o desempenho do protetor e colocando o equipamento protegido em risco. É aconselhável testar os protetores a cada 3 anos, substituindo os produtos que apresentarem alterações.

O centelhador opera como uma chave dependente da tensão. Quando a tensão supera seu valor de “corte” (operação), um arco é criado entre seus terminais, oferecendo um caminho de baixa impedância, pelo pino de menor resistência que deverá estar conectado ao terra. Esta operação oferece proteção a sistemas eletro-eletrônicos contra surtos de corrente e tensão, permitindo que o sistema opere em seus níveis normais.

A recomendação é que os centelhadores sejam substituídos a cada três anos.

Raramente esta recomendação é seguida e em meu trabalho já foram encontrados centelhadores instalados à mais de 15 anos.

Estes componentes não têm um preço muito salgado, e sua substituição deveria ser mais bem observada.

Protetores de surto elétrico.

Como foi dito no artigo anterior, existem alguns tipos diferentes de protetores, que servem para filtrar uma rede elétrica, eliminando os surtos e protegendo com isto os equipamentos alimentados por esta rede elétrica.

Gostaríamos de enfatizar que a alimentação elétrica pode ser da rede publica, podem ser da rede telefônica pública, da rede telefônica privada, outros equipamentos que são interligados por seções longas de fios metálicos. Todos estes diferentes equipamentos carecem de um protetor especial para o tipo em foco.

Protetores podem ser:

· Centelhadores mecânicos ou a ar

· Centelhadores à gás,

· Varistores de oxido metálico

Os primeiros são relativamente simples pontas de algum metal resistente e bom condutor, que são fixadas a uma distancia conveniente para isolar a tensão nominal da rede de alimentação.

Uma das pontas vai conectada em paralelo com a rede elétrica e a outra ponta vai conectada à terra ou ao neutro da rede. Quando um surto transiente entra na rede, ao encontrar o GAP, ou seja o ponto em que se aproxima do pólo conectada ao neutro ou à terra, ele salta para terra sendo eliminado do circuito. Em alguns destes protetores, são usados eletrodos múltiplos que diminuem a intensidade da corrente de surto prolongando assim a vida do centelhador. Estes protetores fazem um bom papel como protetores primários usados em conjunto com outros mais sensíveis.

Os dos segundo grupo,

A - CENTELHADORES A GÁS

São constituídos de dois/ três eletrodos dentro de um tubo de vidro ou material cerâmica, separado por uma dist. de +/- 1mm, volume cheio de gás( argônio,..)

Quando ocorre um surto, aumenta os n. ions, e acelera os movimentos de elétrons, até avalanche que conduz a disrupção do gás. Uma vez ocorre condução, os valores de tensão cai para valores de glow (luminescente)

Se a fonte fornecer corrente crescente o arco se estabelece

Se fonte não conseguir continuar a corrente, e a tensão ficar abaixo do arco, o efeito se extingue

VANTAGEM

Tem uma grande capacidade de condução de corrente(+/-20ka)

Tem uma vida longa

Tem capacitância baixa, não interfere na operação de alta freqüência

DESVANTAGEM

Baixa proteção para frente de onda inclinada

Geralmente produz curto a terra

Produz oscilação em alta freqüência, devido a brusca queda de tensão.

Os protetores do terceiro tipo são também denominado VARISTORES

São resistores cuja a resistência varia de acordo com a tensão aplicada vdr.( voltage dependant resistor)

I = Kva a= função não linear.

1-Varistor SiC carboneto de silício

São varistores convencionais de linha, que se forem ligados permanentemente a rede admitem uma corrente de fuga, a qual causa sobre aquecimento do varistor é por isso ele precisa estar ligado com um centelhador em série(gap).

2- Varistor ZnO Óxido de Zinco

São varistores feitos de cerâmica de alta tecnologia que alem de ZnO possuem Bi/Co/Al/Sn…

O varistor é constituído por micro varistores ligados em série, a tensão é dada pela altura e a largura dará a potência ou corrente de condução

O tempo de resposta dos varistores estão na casa de alguns NS. Portanto são extremamente rápidos.

Proteção de Eletro/Eletrônicos

No artigo sobre SPDA, ficamos de informar porque um captor bem instalado pode aumentar os danos aos equipamentos eletrônicos.

Uma descarga atmosférica, ao atingir um captor de um pára raios, que em geral é uma ponta de metal, liberta muita energia que fica durante um pequeno período de tempo, em suspensão nas proximidades onde caiu o raio. Estas partículas elétricas se somam e tendem a se alinhar em objetos condutores, como peças metálicas nas proximidades. Se estas peças estiverem devidamente aterradas, esta eletricidade espúria se dirige à terra, sem causar nenhum dano. As redes elétricas, no entanto, não podem ser aterradas diretamente, pois seria um curto circuito. Sendo metálicas, estas redes de distribuição elétrica, servem para acumular as partículas em suspensão no momento do raio. Se não tiverem algum tipo de proteção ou filtro, estes surtos, que são o acúmulo de energia na rede de alimentação, vão procurar se equalizar com a terra, pelo neutro do circuito elétrico alimentados por esta rede de alimentação elétrica. Em sua procura pelo neutro, passam por dentro dos circuitos eletrônicos que são muito sensíveis e não agüentam o aumento de tensão e se queimam.

As tensões dos surtos em geral carregam uma voltagem muito alta, uma duração muito curta, e uma amperagem baixa em geral.

Os filtros existentes, podem ser centelhadores mecânicos, cápsulas de gás, ou varistores de oxido de zinco.

Devem ser propriamente instalados, como veremos a seguir.