Detecção de descargas atmosféricas (ART716)

As descargas elétricas consistem num grave problema para as linhas de distribuição de energia. Os raios afetam tantoas linhas de transmissão como as instalações responsáveis pela distribuição de energia. Por isto motivo, a preocupação das empresas geradoras e distribuidoras de energia é muito grande, sendo importante saber onde e quando estão ocorrendo descargas atmosféricas. Isso é possível através de sistemas de detecção como o RINDAT no Brasil que usa detectores sensíveis capazes de determinar, em tempo real, o local de uma descarga com uma precisão da ordem de 500 metros. Veja como tudo isso é possível neste artigo atualizado em 2012, mas com poucas alterações.

Uma descarga atmosférica numa linha de transmissão ou numa estação de distribuição de energia não apenas causa transientes que podem afetar num amplo raio os aparelhos alimentados, como até pode causar danos físicos a estes elementos do sistema de distribuição de energia.

Por esse motivo, preocupar-se com os locais em que estão ocorrendo essas descargas é muito importante para as empresas de geração/distribuição de energia.

Para que o leitor entenda como é possível saber onde estão ocorrendo as descargas, analisemos em primeiro lugar o que ocorre quando um raio se manifesta.

A detecção das Descargas

Quando ocorre uma descarga elétrica na atmosfera (raio), a circulação da corrente de grande intensidade gera um forte campo magnético.

Esse campo gera sinais cuja maior parte da energia se concentra na faixa das ondas muito longas, longas e médias, ou seja, na faixa de 2 kHz a 450 kHz.

Durante uma tempestade ou quando raios são vistos à distância, podemos captar esses sinais com facilidade, bastando para isso sintonizar um rádio de ondas médias entre estações, conforme mostra a figura 1.

Captação dos sinais de raios com um rádio AM.

Num rádio comum de AM percebemos essas descargas na forma de um ruído seco, mas analisando melhor esses sinais ou usando um receptor de ondas longas e muito longas, os sinais se assemelham a um silvo prolongado.

Para detectar o local em que ocorre uma descarga podemos justamente aproveitar esses sinais, dispondo sensores em diversos locais, conforme mostra a figura 2.

Identificação do local da descarga elétrica por meio de sensores.

Ligando esses sensores a um sistema capaz de analisar a forma de onda captada, e tomando como referência os picos do sinal, é possível, por triangulação determinar o local em que as descargas ocorrem.

Evidentemente, para que o sistema funcione é preciso que os sensores estejam sincronizados com precisão, o que pode ser feito com sinais de temporização GPS.

Na figura 3 mostramos como os diversos tempos que os sinais demoram para chegar aos sensores podem ser gravados e comparados, determinando-se então exatamente a localização da descarga.

Gravação/compactação dos diversos tempos que os sinais levam para atingir os sensores.

Veja que o uso de três sensores é importante, pois apenas dois não definem um local mas apenas uma linha possível de localização, conforme mostra a figura 4.

Uso de três sensores no mínimo.

É por esse motivo que pelo menos 3 sensores são necessários no registro de cada raio.

LPATS

O sistema que permite localizar exatamente o ponto em que ocorre um raio se baseia numa rede denominada Lightining Positioning And Tracking System ou LPATs. Podemos traduzir o acrônimo como Sistema de Localização e Acompanhamento de Raios. Trata-se de um sistema que se baseia no tempo de recepção dos sinais.

O equipamento consiste em sensores e equipamentos que na maior parte dos casos são fornecidos por uma empresa chamada Global Atmosferics Inc.

Esse equipamento, conforme mostra a figura 5 consiste em sensores, sistemas de comunicação via satélite e Internet, interligados, de modo a haver uma central onde os dados são computados e disponibilizados para consulta.

Sistema de localização e acompanhamento de raios (LPAT5).

Anterior a esse sistema existe o sistema LLP ou Lightning Location and Protection System que se baseia na determinação da direção em que ocorre as descargas. Isso é possível pela medida do campo magnético gerado pela descarga, conforme mostra a figura 6.

Sistema LPP (mais antigo).

O sistema é formado por duas ou mais estações separadas por distâncias entre 200 e 300 km que enviam seus sinais a uma central de análise.

Um outro sistema usado na detecção de descargas é o IMPACT (Improved Accuracy from Combined Technology). Esse sistema, criado em 1994 pela fusão das empresas de tecnologia de indicação de direção (LLP) e tempo de chegada (LPATS) se baseia tanto nas informações sobre a direção do local da descarga como do tempo.

A RINDAT

Para a detecção de descargas atmosféricas no Brasil, em 1994 foi feito um convênio de cooperação técnico-científica entre a CEMIG (Companhia Energética de Minas Gerais), a COPEI (Companhia Paranaense de Energia), através do SIMEPAR (Sistema Meteorológico do Paraná) e FURNAS (Furnas Centrais Elétricas S.A. ) com a finalidade de se integrar os sistemas de detecção de descargas atmosféricas operados por essas empresas, resultando assim a RIDAT - Rede Integrada de Detecção de Descargas Atmosféricas no Brasil.

Em 2003, com a inclusão do INPE essa rede passou a ser chamada RINDAT ou Rede Integrada Nacional de Detecção de Descargas Atmosféricas. Na figura 7 temos um mapa de distribuição das estações sensoras, obtidos no próprio site da RINDAT (www.rindat.com.br).

Mapa das estações sensoras do RINDAT.

As centrais de processamento ficam em Curitiba, Belo Horizonte e Rio de janeiro, sendo usados 3 tipos de sensores, conforme a seguinte tabela:

As diferenças entre os sistemas LPATS III e IV estão principalmente na forma de processamento da localização de descargas e no número mínimo de sensores usados.

Conclusão

O monitoramento constante das descargas atmosféricas é de fundamental importância para as empresas de geração e distribuição de energia. Tanto pelo aspecto preventivo como corretivo, saber que um problema pode ser causado em determinado local ou foi causado, permite colocar em alerta as equipes de manutenção já próximas desse local.

Os leitores interessados no assunto podem encontrar no site da RINDAT (www.rindat.com.br) mais informações sobre o assunto e além disso ter acesso a uma imagem que mostra os locais em que ocorreram descargas elétricas nos últimos 15 minutos.

Além da informação sobre a aproximação de tempestades ou sua localização, a disposição dessas descargas também permite delinear a atividade mais intensa de frentes ou linhas de instabilidades.

Para os que desejarem saber mais, recomendamos a leitura das lições de eletrostaticas de nosso Curso de Eletrônica, vol 1, Eletrônica  Básica.