Questão 1 – Gerador de impulsos Os dois tipos de circuitos

Questão 1 – Gerador de impulsos
Os dois tipos de circuitos existentes para o gerador de impulso diferem no posicionamento dos
elementos do circuito, resistores e capacitores.
As principais diferenças entre eles são além do nível de tensão sobre o equipamento a ser
testado, no primeiro tem-se a relação
𝑅𝑒𝑞 =
𝑅2.𝐶2
.
𝑅2+𝐶2
(𝑅1+𝐶2)𝑅2
𝑅1+𝑅2+𝐶2
enquanto no segundo tem-se
𝑅𝑒𝑞
𝑅1+𝑅𝑒𝑞
, onde
Assim, também é possível obter outro tempo de frente e de cauda utilizando os
mesmos parâmetros do circuito.
O disparo do gerador de impulsos é realizado pelo centelhador de esferas, conforme
demonstrado em ambos os circuitos. Quando a tensão atinge um nível suficiente para formar
um arco elétrico entre as efereas, flui uma corrente para o lado direito do circuito,
energizando-o, assim tem-se a seguinte forma de onda no circuito:
Esta é a forma de onda padrão para ensaios de descargas atmosféricas em laboratório,
caracterizada por uma frente de onda, com subida rápida, cerca de microsegundos, e um
tempo de cauda mais lento, na ordem de dezenas de milisegundos.
É comum utilizar circuitos multiplicadores para se conseguir maiores tensões de pico para o
sistema, entre eles o gerador de impulso de marx demonstrado abaixo:
Para projetar um gerador de impulsos com forma de onda 3/100 adotou-se o primeiro
modelo, representado anteriormente. Os valores de resistência e capacitância utilizados para
obter a forma de onda desejada estão representados no circuito abaixo.
A forma de onda de saída obtida foi a seguinte:
Como pode-se verificar a onda atinge tem aproximadamente o formato 3/100.
Para se testar os isoladores auto-recuperante, o ideal é realizar a descarga impulsiva, verificar
o que ocorre no experimento, esperar um determinado tempo para restabelecerem as
condições iniciais e realizar mais no mínimo dois experimentos para precisão dos resultados.
Cada procedimento deve ser repetido aumentando a tensão sobre o isolador, pico da forma de
onda de impulso, até o momento em que se observa a formação de um arco externo ao
isolador. Geralmente a tensão de ruptura é cerca de 3 vezes a classe do equipamento.
Na viagem ao IEE, pudemos observar o teste de um isolador de classe aproximadamente 69kV,
o qual suportou uma tensão aproximada de 300kV. Quanto à viagem foi muito interessante
poder conhecer o laboratório que a USP possui, ter contato com uma estrutura daquele porte
e da importância dos testes realizados no mesmo. Acho que quanto ao itinerário da viagem foi
bem programado, tivemos a oportunidade de conhecer todos os laboratórios da parte de alta
tensão, altas correntes. Relativo aos ensaios, acredito que o ensaio realizado, como
comentado no momento, é o mais interessante pois pode ser visto tanto o efeito corona,
como também a formação do arco.
Questão 2 - Centelhador de esferas
A norma deste dispositivo é a NBR5412, o centelhador de esferas consistem em duas
esferas,de preferência com o mesmo tamanho, dispostas a uma distância S uma da outra, de
modo que ao aplicar tensão no circuito em que estão inseridas, surgem entre elas um campo
elétrico. Conforme se aumenta o diferencial de tensão entre as esferas, maior o campo
elétrico e conforme o valor do mesmo e a distância entre as esferas, pode ocorrer a formação
de um arco elétrico, ou seja, o dielétrico no caso o ar é “rompido” e conduz corrente.
No laboratório de alta tensão o centelhador de esferas pode ser utilizado para diversas
aplicações. Desde a determinação do valor de tensão aplicado, através da medição do
espaçamento necessário para se formar um arco, conforme as condições ambiente. Pode ser
utilizado como uma chave elétrica, que permite a passagem de corrente a partir de um
determinado valor e pode ser utilizada também como dispositivo de proteção contra sobretensões.
Para utilizar o centelhador de esferas como dispositivo de proteção, deve-se primeiramente
calibrar a distância entre as esferas, de acordo com o nível de tensão permitido sem danificar
os equipamentos a serem protegidos e conforme as condições ambiente. Após a calibração
deve-se instalar o dispositivo em paralelo com o equipamento protegido, assim, quando a
tensão ultrapassar o limite projetado, abrirá um arco entre as esferas, o centelhador conduzirá
a corrente e a tensão terminal no elemento será nula, estando este protegido.
Questão 3 – Gerador de Van Graaf
O gerador de Van Graaf é um gerador de corrente contínua, que funciona com base na
transferência de carga através de uma esteira, ou cinta, girante. O movimento constante da
esteira, produzido por um motor, acarreta em um fluxo constante de cargas entre o fundo e o
topo do gerador, os quais são isolados eletricamente por uma coluna feita de material
isolante. O carregamento da esteira se dá por atrito, logo é necessário que os roletes, por onde
passa a esteira sejam de materiais diferentes. No topo do gerador há uma cúpula que faz com
que a carga elétrica, que se localiza fora dela, não gere campo elétrico sobre o eixo superior,
assim as cargas sempre continuam fluindo e altas tensões são atingidas.
Para se projetar um gerador de Van Graaf de 200kV e 10mA
𝑉=
𝑄
𝐶
𝑑𝑉 𝐼
=
𝑑𝑡 𝐶
𝐼 = 𝜎𝑏𝑣
Adotando uma largura de esteira de 5 cm, e uma velocidade de 1 m/s tem-se uma densidade
de carga para uma corrente de 10mA:
𝜎=
0,01
= 0,2 𝐶/𝑚2
1 ∗ 0,05
𝐶
Assim precisa garantir um fornecimento de 0,2 𝑚2.
10−3 𝐴 = 10−3 𝐶/𝑠
As vantagens deste circuito são a ausência de ripple, a facilidade de conseguir alcançar grandes
tensões, no entanto a potência deste equipamento é pequena assim as corrente alcançadas
são relativamente pequenas.
Questão 4 – Ensaio DC isolador
Para o ensaio DC do isolador, deve ser elaborado um circuito do seguinte tipo, conforme visto
em aula:
Neste circuito foi utilizada a teoria de transformadores em série para conseguir atingir uma
tensão mais elevada. A tensão de entrada é 220Vrms e cada transformador tem relação 1:500.
Após o circuito de transformadores, tem-se a tensão elevada porém em AC, para torná-la DC, é
necessário utilizar diodos e capacitores posicionados adequadamente. Neste caso utilizamos
dois diodos e dois capacitores conforme a figura anterior. O primeiro capacitor é responsável
por colocar um nível DC, enquanto o segundo capacitor, cuja carga de teste será acoplada em
paralelo, é responsável por retirar o ripple do sistema.