Seleção de Protetores Contra Surtos para Energia Eólica

Gráfico Proteção Combinada contra Surtos

Seleção de Protetores Contra Surtos para Energia Eólica

A geração de energia eólica tem se tornado cada vez mais competitiva no Brasil. Até mesmo em comparação com as PCH’s, que tem sido amplamente incentivadas

Base da Torre Eólica

Base da Torre Eólica com Espaço Reduzido

pelo governo. O uso de protetores contra surtos nas turbinas torna-se assim uma questão importantíssima a ser considerada nos projetos em andamento. Em geral, temos uma torre que pode se elevar a até 100 m de altura, em um campo sem nenhuma outra elevação próxima. Então, a questão não é “se” houver uma descarga atmosférica, e sim “quando”. Estima-se que cada torre eólica seja atingida por 10 raios por ano. Assim, um bom SPDA deve ser complementado por um correto uso de Protetores contra Surtos devidamente coordenados.

O grande desafio nas turbinas eólicas é a quantidade de equipamentos e tecnologia em um espaço muito reduzido. Temos um gerador, com saída típica de 400 a 690V. Em seguida, há um transformador para a tensão de distribuição, em média ou alta tensão. O problema é a eletrônica sensível envolvida no controle do gerador e transformador, sistema de paralelismo com a rede principal, controle de angulação das pás, etc. Deve-se ter um grande cuidado para se conduzir de modo apropriado a energia da descarga.

SPDA Torre Eólica e Protetores contra Surtos

Fluxo da Energia da Descarga pela Torre Eólica

Gaiola de Faraday na Torre Eólica

Como a torre eólica e a nacela são estruturas metálicas, as mesmas já serviriam naturalmente como uma gaiola de Faraday. Para isso, sua superfície deve ser capaz de conduzir uma corrente de impulso de aproximadamente 200 kA até o solo, típica de descargas diretas. As pás é que em geral são construídas com materiais não metálicos, como fibra de vidro. Neste caso, devem ser instalados captores em cada lâmina das pás para que se possa conduzir a descarga. E deve-se garantir a continuidade elétrica até a nacela, que possui o caminho até o solo pela torre.

O aterramento deve ser ligado à torre em pelo menos dois pontos. Toda a fundação da torre deve possuir a continuidade necessária para servir como aterramento. Os quadros de comando devem estar conectados a este sistema também.

Protetores contra Surtos entre Gerador e Transformador

O gerador se encontra na nacela, ligado ao eixo das pás por um sistema de engrenagens. O transformador, no entanto, encontra-se na base da torre e tem como objetivo entregar a energia gerada na tensão de distribuição, que pode ser média ou alta. Os cabos entre o gerador e o transformador constituem um local importantíssimo na proteção contra surtos. Uma vez que estes podem conduzir a corrente de impulso da descarga, é importante a instalação de protetores contra surtos robustos. A proposta é a instalação de dois protetores em paralelo, um Tipo 1 e o outro Tipo 2.

O protetor Tipo 2, devido à sua resposta mais rápida, conduz inicialmente toda a corrente de impulso. Em seguida, o protetor Tipo 1 atua drenando a maior parte da energia da descarga, evitando a sobrecarga do protetor Tipo 2. Esta combinação proporciona uma elevada capacidade de drenagem de corrente com um tempo de resposta bem curto.

Gráfico Proteção Combinada contra Surtos

Gráfico do efeito da proteção combinada Tipo 1 + Tipo 2: Maior Energia com Menor Tempo de Resposta

Protetores contra Surtos na Linha de Controle 220V e Sensores

Para a alimentação dos circuitos de controle e automação, são necessárias linhas elétricas que vem do local mais próximo. Na nacela há o fornecimento de energia para os sensores e controladores diversos, e na base da torre para os demais circuitos. É apropriada a instalação de protetores contra surtos Tipo 2 nessas fontes, para fornecer a proteção coordenada. Em caso de linhas que vão de um quadro para o outro, deve haver protetores em cada ponta do cabo. No caso de equipamentos que saem da torre, deve ser dada atenção especial. É o caso das luzes de balizamento para aeronaves, por exemplo.

Todos os sensores que saem dos quadros devem estar devidamente protegidos por protetores contra surtos apropriados. O anemômetro, por exemplo, fica em um ponto crítico e por isso deve possuir um protetor apropriado à sua faixa de tensão. Sempre que possível, a comunicação por fibra ótica deve ser preferida.

O projeto de turbinas eólicas constitui um verdadeiro campo de batalha contra os surtos elétricos gerados por raios. Um projeto bem elaborado de proteção contra surtos utiliza conceitos avançados nessa área. Consulte a LRI e terá um completo suporte técnico para isso.

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