Relâmpago vs Para-raios: Diferenças-Chave em Sistemas Elétricos

O relâmpago é um processo natural que ocorre em tempo nublado e tempestuoso. Não apenas produz enorme luminosidade, mas também possui enorme gradiente de potencial (10 kV/cm) e corrente na faixa de 10 kA a 90 kA. Tecnicamente, definimos relâmpago como: "Uma descarga elétrica entre nuvem e terra, entre nuvens ou entre centros de carga da mesma nuvem".

O relâmpago produz uma enorme faísca nas nuvens quando estas se carregam até um alto gradiente de potencial em relação à terra e a nuvens vizinhas, a ponto de destruir a resistência do meio. Existem muitas teorias sobre o relâmpago. Discutiremos a mais aceita. Quando o ar quente sobe, o atrito entre o ar e minúsculas gotículas de água causa acúmulo de cargas. Quando as gotas se formam, as maiores tornam-se positivamente carregadas e as menores, negativamente.

Estas gotas se acumulam nas nuvens, que passam a possuir cargas positivas ou negativas. A carga em uma nuvem pode tornar-se tão grande que descarrega em outra nuvem ou na terra, fenômeno que chamamos de relâmpago.

Mecanismo da descarga do relâmpago

Vamos discutir como ocorre a descarga. Quando uma nuvem carregada passa sobre a terra, induz cargas iguais e opostas na terra abaixo. Quando o gradiente de potencial atinge 5 kV/cm a 10 kV/cm, rompe o ar circundante e inicia-se o golpe de relâmpago.

1. Assim que o ar é rompido pela nuvem, um líder chamado líder descendente inicia da nuvem em direção à terra, transportando carga. Se o gradiente não se mantém, o líder para e a carga se dissipa sem formar golpe completo. Como na figura (a).
2. Em muitos casos, o líder continua até contactar a terra ou objeto nela. O líder tem luminosidade suficiente e dá origem à primeira descarga visual. Como na figura (b).
3. O caminho do líder é caminho de ionização. Ocorre ruptura completa do isolamento. O líder descendente com carga negativa, ao contactar a terra, é seguido por um líder ascendente com carga positiva pelo mesmo caminho. Esta neutralização causa faísca súbita: o relâmpago. Como na figura (c).

Conheça os para-raios e seus tipos:

A blindagem terrestre e fios de guarda aéreos fornecem proteção suficiente contra golpes diretos, mas frequentemente falham contra ondas viajantes que atingem os equipamentos. Para-raios ou desviadores de surto fornecem a proteção necessária contra estes surtos.

A figura acima mostra a forma básica de um para-raios. Consiste em uma centelha em série com resistor não linear. Uma extremidade conecta-se à parte protegida do equipamento e a outra é aterrada. Em condições normais, o desviador permanece desligado. Na ocorrência de golpe, o ar entre a centelha ioniza e conduz alta corrente à terra.

Tipos de para-raios:

• Centelha de hastes: Forma mais simples. Consiste em duas hastes de 1,5 cm dobradas em ângulo reto com um vão entre elas. Uma conecta-se à linha, outra ao solo. A distância entre vão e isolador não deve ser menor que 1/3 do vão para que o arco não atinja o isolador.

• Para-raios de chifres: Consiste em dois chifres metálicos A e B separados por pequeno vão de ar. A distância entre eles aumenta gradualmente verso o topo. Montados em isolador de porcelana. Um extremo conecta-se à linha com resistor série R e bobina de choque L; o outro ao solo.

• Para-raios de múltiplos vãos: Consiste em série de cilindros metálicos isolados entre si e separados por pequenos vãos de ar. O primeiro cilindro A conecta-se à linha, o último ao solo com resistores em série. Conectar os vãos ao solo com resistores diminui o efeito de ondas viajantes. Podem ser instalados onde tensão não excede 33 kV.

• Para-raios de expulsão: Comum em sistemas até 33 kV. Também chamado "tubo protetor". Partes básicas: centelha de hastes em série com segundo vão em tubo de fibra. O vão no tubo é formado por dois eletrodos. O superior conecta-se à tampa da haste, o inferior ao solo. Pode realizar número limitado de operações, pois material de fibra é consumido a cada operação.

• Para-raios de válvula: O tipo mais importante e eficaz. Consiste em dois conjuntos: 1) centelhas em série 2) discos de resistor não linear em série (tirite ou metrosil). Resistores conectados em série com centelhas. Ambos conjuntos encerrados em recipiente de porcelana hermético.

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