PT85932B

PT85932B - Sistema de proteccao contra descargas electricas atmosfericas

Info

Publication number: PT85932B
Application number: PT85932A
Authority: PT
Inventors: Cesare Giulio Invernizzi
Original assignee: Ef Int Sa
Priority date: 1986-11-01
Filing date: 1987-10-15
Publication date: 1993-08-31
Also published as: KR880006811A; CN87107192A; PT85932A; US4816611A; EP0267870B1; HK29693A; AU8051487A; ES2028910T3; GR3004030T3; AU591357B2; KR960000924B1; CN1034200C; JPS63126121A; DE3775174D1; CA1281089C; CH669482A5; EP0267870A1

Description

SISTEMA DE PROTECÇÃO CONTRA DESCARGAS

ELÉCTRICAS ATMOSFÉRICAS

1. - Sabe-se que as instalações de protecção contra descargas eléctricas atmosféricas apresentam riscos sérios porque, quando são atingidas por um raio, as descargas designadas por faíscas laterais, de alta energia, saltam entre os condutores de cobre nus normalizados como condutores para serem ligados ã terra, objectos ou pessoas que se encontrem na sua vizinhança.

2. - Devido ã altura cada vez maior das estruturas a pro teger, as correntes da descarga eléctrica atmosférica não podem manter-se confinadas ao interior dos condutores de descida nus sem que se verifiquem disrupções muitas vezes com resultados desastrosos :

- incêndios;

- electrocussão de pessoas;

- destruição de material eléctrico e de material electrõ n i c o ;

- etc.

3. - A requerente propôs ja um sistema para a condução da descarga eléctrica atmosférica para o dispositivo de ligação ã terra que alivia este inconveniente principal (patente de i nveji ção norte-americana N9 3 91 9 956 e patentes de invenção corresponi dentes noutros países), o qual consiste em prever em torno do co£ dutor de descida um manto metálico mantido a uma certa distância deste condutor por meio de um revestimento isolante, estando esse

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manto metálico também contido num revestimento isolante, e sej] do o conjunto ligado ã terra.

4. - E por meio destes conceitos, relacionados com as técnicas da alta tensão, que podem introduzir-se os aperfeiçoamentos descritos na presente invenção - relativamente aos cond^ tores de descida convencionais - em relação a todas as instalações anteriores de protecção contra as descargas electricas que não podem ser integradas no interior de um conjunto e 1 ectri came_n te hermético, que se torna possível apenas se existir uma estrutura coa xi a 1. q ue proporcione a hermeticidade e, finalmente, relativamente ãs patentes de invenção mencionadas anteriormente no parágrafo 3.

5. - As descargas laterais verificam-se ao longo dos.coji dutores de descida nus ou isolados da maneira ordinária quando o gradiente de potencial se torna maior do que o valor da rigidez dieléctrica que lhe resiste. 0 valor do campo eléctrico na superfície de um condutor cilíndrico nu depende do seu diâmetro e do ambiente. A tensão que aparece neste condutor enquanto a descarga se escoa depende da. resistência Õhmica longitudj_ nal ã corrente alternada deste ultimo.

6. - Esta resistência pode ser calculada mediante a res£ lução das equações de Maxwell para um condutor cilíndrico, utilizando as funções de Bessel. Uma visão representativa do fenómeno é dada pela noção de profundidade de penetração. Deste modo, e possível evidenciar a parte do condutor efectivamente usada. 0 espectro de frequências que constituem uma corrente de uma descarga atmosférica estende-se dos 20 aos 100 KHz. Para um condutor cilíndrico de cobre, a profundidade de penetração obtida e,

respectivamente, de 0,48 e 0,21 mm. Por conseguinte, um c ί 1 i _n dro condutor oco apresenta vantagens em relação a um condutor maciço com uma mesma secção.

E xemp1 o:

Fio de cobre nu de 6 mm 0

^Rca	- 2,1	m
^Rca	= 4,6	m

/mn (20 KHz) /mfí(100 KHz)

Cabo especial EF . R = 0,9 m /mn (20 KHz) c a

R =2,2 m /mí2 (100 KHz) C â

Melhoria correspondente a um factor de cerca de 2.

Os valores anteriores foram calculados com fórmulas clas^ sicas obtidas nas seguintes três referências:

(1) Hochspannungsfelder H. Prinz Verlag Oldenburg (2) Hochspannungstechnik Vorlesung Prof. Dr. K. Berger (3) Wirbelstrome und Schírmung in der Nachrichtentechnik

Dr. phil. H. Kaden Springer Verlag

7. - Para o objecto da estrutura segundo a presente invenção, estes valores foram verificados por medidas laboratoriais. Os resultados foram os seguintes:

i) Quando a camada intermédia isolante for dimensionada de maneira apropriada, nunca se verifica a descarga lateral e não foi possível notar danos na estrutura, mesmo que se tenham produzido golpes de corrente no condutor central;

ii) 0 que pode notar-se durante esses golpes de corrente são descargas luminosas de muito baixa energia, que podem verifj_

-4car-se em torno da estrutura sem a danificar. Essas descargas jã foram notadas por Tesla, ha cem anos, durante as suas experiências sobre as correntes de altas frequências.

8. - Como a intensidade dos golpes de corrente contidos num condutor de pãra-raios depende do valor de cristã e da forma de onda da descarga, a requerente pôde beneficiar da utiliza, ção de dados muito compreensivos sobre os impulsos de correntes das descargas atmosféricas recentemente fornecidos por Andersen e Eriksson, para estudar o comportamento da ligação a terra segundo a presente invenção e definir as suas características. A presente invenção torna possível uma ligação ã terra capaz de resistir a todas as correntes de descargas atmosfé ricas.

9. -0 estudo completo de todos aqueles parâmetros mostrou que a impedãncia, isto e, a resistência õhmica do condutor da corrente de descarga e a indutância do manto metálico tem uma acção prejudicial, sendo portanto vantajoso reduzi-la ao mínimo. Ainda, os cabos com manto utilizam um componente condutor central constituído por um conjunto de arames metálicos enrolados como uma hélice em torno de um núcleo central feito de material isolante e o manto ou blindagem metálica e também obtido u t i 1 i z a_n do arames ou tiras metálicas enrolados em hélice ou o revestimeji to isolante envolvendo o componente condutor interno.

10. - 0 resultado ê que, mesmo que se unam as espiras que constituem o componente condutor interno e o manto, ou mesmo que se sobreponham (se forem fitas e se não forem arames), a camada ineyitãvel de oxido nestes arames ou tiras actua de modo tal que a corrente segue um trajecto helicoidal e não linear, aumentando portanto a resistência õhmica e a impedãncia.

11. - Utilizando arames ou tiras metálicas paralelos ao eixo do cabo, reduz-se de maneira muito apreciãyel a impedância e melhora-se a eficácia do condutor da descarga segundo a presente i nvenção .

12. - 0 desenho anexo representa um exemplo de realização deste condutor das descargas atmosféricas. A fig. 1 e uma vista lateral parcial com arranques que mostram a sua estrutura intejq na. A fig. 2 é uma vista em corte feito por (2-2) na fig. 1.

13. - Este condutor das descargas atmosféricas é uma estrutura da qual está representado em (1) um núcleo de secção cir cular feito de um material isolante, em torno do qual são coloca, dos unidos entre si, arames metálicos (2), estendendo-se numa direcção paralela ao eixo (3), que e o eixo do conjunto se ele for lj nearrecti1Tneo. Estes arames (2) constituem um primeiro componente de ligação a terra da instalação de protecção contra as descargas atmosféricas que começa num ponto (não representado ) da instalação para ir até ao dispositivo de ligação ã terra (não representado). Devido ao efeito pelicular relatiyo ã corrente de alta tensão, é desnecessário que o espaço onde se encontra o núcleo isolante (1) seja preenchido por arames condutores (2).

14. - Em (4), vê-se um revestimento isolante que envolve a camada de arames (2), cuja espessura e características são estudadas de modo a resistir aos golpes de corrente que se verificam no componente (2) quando a corrente da descarga atmosférica passa pelo mesmo. Em (5), um segundo conjunto de arames metálicos unidos entre si é colocado estendendo-se numa direcção paralela ao eixo central (3). Todos estes arames (5) constituem um segundo componente condutor, que envolve completamente o manto

-6* ·» isolante (4) e, por conseguinte, também o primeiro componente condutor (2). Todos estes arames (5) constituem uma blindagem eléctrica para os arames (2) e estão ligados ã terra na sua ej< tremidade inferior (não representada).

15. - Em torno da camada de arames condutores da camada (5) estã colocado um manto de protecção (6) de material isolante dimensionado de maneira apropriada. Os arames (5) podem ser substituídos por tiras metálicas paralelas sobrepondo-se, de mo do que o seu conjunto forme um verdadeiro tubo condutor.

16. - Poderia imaginar-se que o segundo componente condutor (5) é realmente tubular, mas isso teria um inconveniente sério por tornar difícil o enrolamento desta estrutura sem a danificar e a sua colocação numa bobina, como é usual para o ar mazenamento e o transporte de cabos. A utilização de um tubo ondulado tornaria mais simples esse enrolamento mas aumentar-se-ia a resistência Õhmica e, sobretudo, a indutãncia, visto que nesse caso a corrente seguiria neste componente um trajecto ondulado.

17. - A solicitação eléctrica do isolamento tem de ser definida em todo o comprimento da estrutura, independentemente de condições exteriores, do que resulta a exigência, como nos cabos de alta tensão, de usar uma blindagem condutora concêntrj_ ca. Assim ,serã possível colocar este condutor das descargas atmosféricas junto de pontas ou arestas metálicas sem qualquer efeito negativo sobre o valor da sua resistência eléctrica.

18. - 0 isolamento de alta tensão tem de ser protegido mecanicamente, de modo a evitar qualquer risco de danificação durante o transporte, a montagem e a utilização prática. 0 for

-7te conjunto metálico e um manto que resista a condições climaté ricas extremas desempenham perfeitamente esta função.

19. - Finalmente, graças a blindagem de protecção, é pos^ sível verificar, em qualquer altura, o estado do isolamento de alta tensão por meio de dois ensaios eléctricos simples.

20. - Todas estas considerações tornam possível obter um condutor de descida para protecção das descargas atmosféricas que obedece aos requisitos do mundo moderno, sendo o risco de disrupções laterais 45 a 90 vezes menores do que o risco com um condutor nu. Experiências de laboratório e valores calculados confirmam os méritos desta concepção.

. - A fig. 3 mostra um terminal de alta tensão dimensionado convenientemente de modo a conter a extremidade superior da ligação ã terra de modo que, quando se verifica a queda de uma faísca, a descarga e injectada- num sistema electricamente herméti co.

Claims

Reivindicações

1.- Sistema de condutor descendente de protecção contra descargas eléctricas atmosféricas que compreende um primeiro componente condutcrda descarga atmosférica (2), um manto isolante (4) que o reveste e um segundo elemento condutor (5) que reveste completamente este manto isolante, sendo o conjunto ligado ã terra na sua extremidade inferior, caracterizado por cada um dos dois referidos componentes (2 e 5) serem feitos de um conjunto de condutores metálicos filiformes que se estendem numa direcção paralela ao eixo central (3) do conjunto constituído por aqueles dois componentes condutores (2 e 5) e o manto isolante intermédio (4) .
2.- Sistema de condutor descendente de protecção contra descargas eléctricas atmosféricas de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o segundo componente condutor (5) ser feito de tiras sobrepostas de modo a formar no seu conjunto um tubo metáli^ co cilíndrico.
3.- Sistema de condutor descendente de protecção contra descargas eléctricas atmosféricas, caracterizado por ser constituído pelos elementos (1) e (2) com um terminal de alta tensão colocado na sua parte superior e que é concebido de tal modo que todos os componentes deste sistema podem formar uma protecção contra as descargas atmosféricas, hermética electricamente, utilizan do as cargas electrostáticas da atmosfera para gerar electrões livres primários, doseados automaticamente pela intensidade da descarga atmosférica para assegurar a rotura da descarga.

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