Capacidade de absorção de energia de resistores a óxido metálico considerações teóricas e métodos de avaliação

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Título:
Capacidade de absorção de energia de resistores a óxido metálico considerações teóricas e métodos de avaliação
Autor: Manuel Luís Barreira Martinez
Luiz Cera Zanetta Júnior 1951-
Assuntos: ENGENHARIA ELÉTRICA
Notas: Tese (Doutorado)
Descrição: Este texto, que discorre sobre a capacidade de absorção de energia de resistores a óxido metálico, é iniciado com um breve histórico e estado da arte sobre o tema pára-raios para sistemas de potência. São apresentadas as principais normas queregem o problema, sob o ponto de vista internacional. O papel desempenhado pela normalização dentro do contexto da transferência tecnológica é levantado e são discutidos os principais pontos relativos ao processo de desenvolvimento dasatividades normativas. Em seqüência, são abordados os principais problemas associados com a determinação da capacidade de absorção de energia pelos pára-raios a óxido metálico, com base, em específico, no tradicional ensaio de descarga de linhasde transmissão, desenvolvido para modelar o comportamento dos pára-raios convencionais a carboneto de silício. Fórmulas para a determinação das grandezas de interesse no processo de absorção de energia pelos pára-raios a óxido metálico semcentelhadores são apresentadas, e um exemplo retirado de um catálogo é desenvolvido. Deste modo, fica demonstrada a necessidade de se elaborar um método capaz de melhor quantificar a capacidade de absorção de energia dos resistores e,conseqüentemente, dos pára-raios a óxido metálico. Uma introdução geral sobre matérias primas, processo de manufatura, as principais características elétricas, tais como, correntes de fuga sua evolução com o tempo e o impacto dos impulsos decorrente, ou seja, aspectos relacionados com
os mecanismos de degredação são apresentadas. As bases teóricas sobre o projeto e manufatura de resistores a óxido metálico, bem como, sua aplicação geral na construção de pára-raios para sistemas depotência são discutidas. No entanto, o principal ponto desenvolvido aborda os aspectos teóricos responsáveis pela definição, primeiramente, da capacidade de adsorção de energia do conjunto resistores e invólucro, uma característica de longaduração e, ) finalmente, pela capacidade de absorção de energia somente do resistor frente à choques térmicos, determinada por algumas de suas particularidades estruturais, uma característica de curta duração. Dentro deste contexto, sãoapresentados o dimensionamento básico de um resistor, o comportamento térmico, na forma de modelos matemáticos para os resistores e para o conjunto resistor e invólucro, que constituem as Características Térmicas dos Pára-raios, ou seja,Capacidade de Absorção de Energia, para Fenômenos de Longa Duração. É desenvolvido um conjunto de equações relativas ao desempenho termo-mecânico dos resistores, à princípio, uniformes e a seguir dotados de uma descontinuidade elétrica central,ou seja, de um Hot Spot. Os modelos apresentados permitem levantar as principais características transitórias de desempenho frente a impulsos de corrente de curta duração e deste modo são responsáveis pela definição, de limites máximos para asregiões de funcionamento normal dos resistores frente às suas principais solicitações
térmicas. Conforme demonstrado, os modelos desenvolvidos sugerem que dentro de uma faixa moderada de temperatura - máximo '1000 GRAUS'Celsius - os processos defalha envolvendo os resistores a óxido metálico são definidos pela existência de choques térmicos, fenômenos que, no caso de resistores não uniformes, trabalham com a possibilidade de concentração de corrente e a ausência de fusão localizada dematerial. Em seqüência, são apresentados os principais modelos para a avaliação da capacidade de absorção de energia pelos resistores a óxido metálico. As características Potência Consumida e Dissipada versus Temperatura, Energia Adsorvidaversus Tensão aplicada para resistores uniformes e para um caso particular de não uniformidade são abordadas. Métodos para o levantamento das não uniformidades elétricas nos resistores a óxido metálico são apresentados e, dentre estes, o que ) aborda o conceito de solicitação de corrente é detalhado. O Método de Solicitação de Corrente, um conceito empírico é discutido sob a luz de evidências laboratoriais, seus principais parâmetros são investigados e o comportamentoesperado, confirmado através de resultados de ensaios destrutivos em um conjunto de resistores. A aplicação de um conjunto de modelos estatísticos, em específico do Método da Máxima Verossimilhança e da utilização da Distribuição de WeibullSimétrica, técnicas comumente utilizadas em ensaios dielétricos é apresentada. Modelos empíricos e analíticos para a
determinação da capacidade de absorção de energia dos resistores a óxido metálico são definidos. Para haver uma plenaconcordância entre as visões empírica e analítica é necessário ter um extremo cuidado quando dos procedimentos para a medição da tensão e conseqüentemente da energia associada ao impulso de corrente. Paralelamente, é abordada a extrapolação dosresultados obtidos, o que é plenamente possível, pois é sempre possível prever, com razoável grau de acerto, os limites de suportabilidade térmica em função das constantes mecânicas dos resistores. No entanto, este procedimento deve ser sempreencarado com reservas uma vez que o modelo desenvolvido trabalha com o conceito de absorção adiabática de energia. Baseado nas considerações sobre os mecanismos físicos associados ao processo de concentração de corrente e nos resultados obtidosem laboratório, um método de ensaio e cálculo para determinar a capacidade de absorção de energia dos resistores a óxido metálico é apresentado. Um conjunto de considerações sobre os modelos estudados neste texto é apresentado e os limitesrelacionados com a capacidade de absorção de energia delineados. Uma análise destes limites resulta na adequabilidade de se trabalhar considerando o resistor como um projeto único; a inclusão das condições de contorno impostas pelos colares ) isolantes dos resistores é um bom exemplo disto. Portanto, justifica-se de modo simbólico a opção que prioriza a adoção de uma linha que
venha a privilegiar a suportabilidade frente a um único impulso que tem pelo menos comovantagem a possibilidade de explorar de modo separado as solicitações impostas aos resistores. Convém ressaltar que esta opção está ligada às necessidades básicas de projeto de resistores a óxido metálico e portanto reflete uma parteextremamente peculiar de todo o processo. Dentro deste contexto, é necessário ter em mente que posteriores simplificações de um processo completo que envolve mais etapas do que as delineadas neste texto possam ser suficientes para os clintesexternos às fábricas - usuários e laboratórios. Um conjunto de possíveis aplicações para as técnicas desenvolvidas é discutido com base em exemplos ligados aos segmentos de manufatura e especificação de pára-raios. Finalmente, o presentetrabalho demonstra que a capacidade de absorção de energia dos resistores a óxido metálico, dentro de limites de tempo de descarga razoáveis, independe da forma dos impulsos de corrente. A possível relação entre a capacidade de absorção deenergia e a amplitude de corrente de descarga, mesmo quando se considera a falta de resultado de ensaio é equacionada
Data de criação/publicação: 2000
Formato: 229 p.
Idioma: Português

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Capacidade de absorção de energia de resistores a óxido metálico considerações teóricas e métodos de avaliação

Manuel Luís Barreira Martinez Luiz Cera Zanetta Júnior 1951-

2000

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