Seção: Teleco español
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Descargas Atmosféricas em Linhas de Transmissão
O efeito de uma descarga atmosférica é iniciar um arco, tanto entre fases, como o mais comum entre uma das fases até a terra, acarretado em falhas nas linhas de transmissão.
A fim de evitar que estas falhas sejam uma constante nos sistemas elétricos, implicando em redução na confiabilidade, são utilizados esquemas de proteção de forma a impedir que as descargas atmosféricas atinjam diretamente as linhas e subestações, provocando elevadas sobretensões. Estes esquemas de proteção se baseiam no estabelecimento de uma blindagem formada por cabos para-raios e mastros que desviam estas descargas para a terra (SOCIESC, 2015).
Figura 1: Circuito simples Fonte: SOCIESC (2015, p.64)
Figura 2: Circuito duplo Fonte: SOCIESC (2015, p.64)
Origem
Descarga atmosférica pode ser definida como o rompimento da isolação em ar entre duas superfícies carregadas eletricamente com polaridades opostas. Ainda não é plenamente conhecido o processo de separação das cargas, no entanto a ação do vento é considerada como elemento essencial neste processo, de maneira geral pode-se considerar que as correntes ascendentes de ar tendem a transportar partículas positivas e as cargas negativas são levadas para a base da nuvem pelas grandes gotas de água (SOCIESC, 2015).
Existem vários tipos de descargas atmosféricas sendo que as principais são de nuvem para nuvem, de nuvem para a terra. Eletricamente uma descarga atmosférica pode ser considerada como um pulso de corrente. Este pulso flui da nuvem carregada através de uma extensão ionizada do ar, pode atingir uma linha de transmissão, edificação, árvore e chega a terra. Porém também são possíveis as descargas da terra para a nuvem (SOCIESC, 2015).
Características
As descargas atmosféricas têm uma magnitude de pico entre 10 e 200 kA. A frente de onda da corrente cresce escalonadamente até o seu valor máximo em 1-10μs, tipicamente com uma média de 2μs, decaindo para a metade do valor mais lentamente na ordem de 50-200μs. Uma descarga pode ser múltipla, com vários pulsos de corrente, descarregando-se na sua trajetória em poucos segundos (SOCIESC, 2015).
Efeitos nos Sistemas de Proteção
Quando uma descarga atinge um sistema elétrico de potência uma elevada sobretensão é desenvolvida através de equipamentos e dos condutores das linhas. Caso esta tensão exceda a suportabilidade da isolação, ocorrerá uma descarga e na sequência um arco elétrico de potência.
Embora a corrente possa ser elevada o seu tempo de duração é muito curto, sendo suportada por um condutor de diâmetro pequeno. O tipo de condutor é normalmente determinado por esforços mecânicos ao invés da capacidade de condução de corrente, o qual será mantido pela tensão do sistema tornando-se então necessária a operação dos dispositivos de proteção para eliminação deste curto circuito.
As descargas atmosféricas podem atingir diretamente os condutores de fase ou então serem desviadas para os cabos para-raios que fazem a blindagem de condutores.
Para as linhas de transmissão as descargas interceptadas pelos cabos para raios serão drenadas para a terra através do sistema de aterramento das torres, apresentando uma impedância equivalente superior, provocando desta forma a circulação de surtos de tensão nas torres e cabos para raios com o consequente aumento da tensão na cadeia de isoladores.
A incidência de uma descarga de uma descarga nos para raios, ou torres de uma linha de transmissão pode ocasionar o desligamento devido ao crescimento da tensão no ponto de incidência da descarga atmosférica. Ao contrário da queda direta a ocorrência de desligamentos em consequência deste fenômeno dificilmente é eliminada, no entanto estes efeitos podem ser minimizados através de um projeto adequado de aterramento das estruturas e ajustes dos elementos de projeto das torres (SOCIESC, 2015).
Análises Óptica
O desempenho em um sistema de telecomunicações costuma ser avaliado, principalmente, em relação ao fator de atenuação, que estabelece a distância máxima de transmissão sem necessidade de repetidores (RIBEIRO, 2007).
As comunicações por fibras ópticas propiciaram o desenvolvimento e modernização do setor de telecomunicações, pois possuem algumas vantagens em relação aos demais sistemas, dentre elas pode-se citar:
Frequentemente, os sistemas de comunicações próximos de estradas de ferro eletrificadas, linhas de alta tensão, equipamentos com motores elétricos de alta potência, tais como elevadores, sofrem intensas interferências de campos eletromagnéticos. Como a luz guiada pela fibra óptica não sofre influência de campos eletromagnéticos externos, o sistema é bastante conveniente para emprego nessas situações. Relembrando o que se falou anteriormente, o cabo óptico pode mesmo passar bem próximo ou junto às linhas de alta tensão, mesmo quando submetidas a transitórios de grandes amplitudes, sem quaisquer consequências danosas para a comunicação (RIBEIRO, 2007).
Todos estes motivos já citados fizeram os cabos de fibras ópticas ADSS e OPGW serem uma excelente escolha para as empresas de energia elétrica utilizarem em seus serviços de comunicação.
Atenuação
A fibra óptica é um excelente canal de comunicação, porém, possui alguns fatores que podem interferir em seu desempenho, como por exemplo, a atenuação.
Para analisar as alterações no feixe transmitido em uma fibra óptica, é necessário considerar dois conjuntos de fatores principais: os que reduzem a amplitude do campo óptico, representando uma atenuação, e os que modificam a sua forma de onda, caracterizando uma dispersão durante o processo (RIBEIRO, 2007).
O foco deste trabalho será o estudo em cima da atenuação encontrada em cabos de fibra óptica, o que limita a capacidade de transmissão da fibra como canal de comunicação.
A razão é que, no lado do receptor, os circuitos e componentes para detecção dependem da amplitude do campo óptico incidente. Existe um limiar mínimo de potência determinado pelo nível de ruído e pela taxa de erro de bit aceitável (RIBEIRO, 2007).
Entre as causas mais importantes para atenuações em enlaces ópticos destacam-se: a absorção pelo material, a irradiação devido a curvaturas, o espalhamento pelo material e o da onda guiada, as perdas por modos vazantes, por microcurvaturas, por acoplamento no início e no final da fibra, e por fim as atenuações em emendas e conectores.
As Irradiações devido às curvaturas ocorrem devido à incidência com ângulo muito próximo do ângulo crítico ou mesmo inferior a ele. Em consequência, a energia da luz correspondente no núcleo é transferida para a casca (RIBEIRO, 2007).
O ângulo crítico é o ângulo máximo de incidência do feixe luminoso a fim de garantir a transmissão de energia para dentro do núcleo da fibra sem que ela seja totalmente refratada para a casca.
As Microcurvaturas são minúsculas imperfeições geométricas em toda extensão da fibra óptica, com forma e distribuição aleatórias. Uma aparência típica desse defeito é a sinuosidade no eixo longitudinal, originada por forças externas aplicadas sobre a casca da fibra óptica (RIBEIRO, 2007).
A fibra fica acondicionada em cabos e envolvida por camadas de proteção, que possuem coeficientes de expansão térmica diferentes dos do vidro da fibra óptica. Com as variações da temperatura, esses materiais sofrem dilatações diferentes da expansão da fibra, causando pressões mecânicas na sua superfície. Ocorrem distorções no guia de ondas que dão origem a microcurvaturas. Estes efeitos aparecem principalmente em baixos valores de temperatura, em que as camadas de plástico que envolve a fibra sofrem modificações (RIBEIRO, 2007).
As características de uma fibra óptica são quase invariáveis com o tempo. Isto só não ocorrerá quando for exposta a irradiações nucleares e a ambientes muito úmidos, sem proteção adequada, por longos períodos de tempo. Nestes casos, altera-se a transparência da fibra e os íons de hidrogênio podem se difundir para o núcleo, aumentando a atenuação. A outra possibilidade é a ocorrência de esforços de tração que podem pressionar a superfície externa do revestimento, dando origem, mais uma vez, a microcurvaturas que aumentam a perda de potência. (RIBEIRO, 2007).
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