O transporte ferroviário utiliza diversos equipamentos de automação, sinalização e comunicação ao longo das vias para garantir segurança, desempenho e redução nos custos de transporte. Esses equipamentos possuem funções vitais no sistema e podem ser danificados parcialmente ou totalmente devido aos raios e surtos elétricos, fato esse que ocasiona atrasos nas entregas, grandes prejuízos financeiros, além de expor ao risco de acidente os envolvidos no transporte e a sociedade em geral.
Para evitar danos e dar longevidade à vida útil dos equipamentos, devem ser utilizados os dispositivos de proteção contra surtos elétricos (DPS), que são essenciais na proteção dos equipamentos conectados à rede elétrica e/ ou de sinal contra os raios e surtos elétricos. Na ocorrência de um surto, o DPS limita a tensão do surto a um valor suportável pelo equipamento, além de se tornar um caminho seguro para o escoamento da corrente elétrica gerada pelo surto.
A probabilidade de danos na ferrovia é proporcional a densidade de raios na região em que ela está. O índice Ng, ferramenta utilizada na norma NBR 5419:2015, torna- se de extrema importância nessa avaliação, pois, ele determina a quantidade de raios por km² por ano que se conectam ao solo em uma determinada região.
Em uma linha de bitola larga, trilhos separados por uma distância de 1,6 m, conforme definido no Plano Nacional de Viação, e que possui 3.000 km de comprimento estando situada em uma região com índice Ng de 9, podemos, de forma superficial, apontar que esta linha receberá 1 descarga a cada 2,31 anos. Vejamos:
– Estimativa da área de exposição a descargas diretas é dada por:
Período entre descargas diretas nos trilhos é dada por:
Esse período é reduzido consideravelmente se da ótica das descargas laterais, ou seja, descargas próximas aos
trilhos.
Desta forma, temos:
Então,
É notável que esse aumento no número de possibilidades de interação das descargas com o sistema de transporte ferroviário impactará diretamente nos custos com manutenção, disponibilidade e segurança caso medidas de proteção não sejam implementadas da forma correta.
Em virtude dessas possibilidades, a norma ABNT NBR 13184:2012 recomenda que, para especificação de DPS para proteção em linhas de energia, devem ser seguidos os requisitos da norma ABNT NBR 5410. Em locais de alta exposição aos surtos elétricos, onde existem a possibilidade de raios conectarem diretamente às linhas de energia, edificação (abrigos e bastidores), trilhos onde estão conectados sensores e equipamentos, devem ser utilizados DPS que atendam à classe I de proteção contra surtos de acordo com a norma ABNT IEC 61643-1. Contudo, para proteções contra surtos elétricos em linhas de energia produzidos por descargas atmosféricas laterais, manobras na rede de distribuição, chaveamentos de grandes máquinas reativas, dentre outros, o ideal é a utilização de DPS classe II que atendam a mesma norma.
A seleção dos DPS ideais ao sistema deve levar em consideração algumas características, tais como: (I) Nível de proteção (Up); (II) Tensão máxima de operação contínua (Uc); (III) Corrente de descarga nominal (In) e/ou corrente de impulso (Iimp). Como exemplo, podemos adotar as seguintes indicações de proteção para os sistemas:
• Proteção do sensor de descarrilamento – DD
Os sensores de descarrilamento são instalados juntos aos trilhos e, normalmente, estão próximos às máquinas de chave. Devido ao local de instalação, os DD estão expostos às descargas diretas e a proteção coordenada de DPS classe I e II se torna viável. A proteção primária, feita pelos DPS classe I com tecnologia GDT, deve estar localizada próxima ao sensor do DD, desta forma, surtos conduzidos pelos trilhos serão bloqueados antes de chegaram ao abrigo (house). A proteção classe II deve ser instalada no ponto de entrada das linhas dos sensores de descarrilamento no abrigo, essa prática garantirá baixos níveis de tensão que chegarão à interface de controle e sinalização.
• Proteção do circuito de via – CDV
Os circuitos de via são responsáveis por indicar a localização da composição na via e é um equipamento que também está exposto diretamente às descargas atmosféricas diretas, já que os condutores que levam os sinais es tão conectados diretamente aos trilhos. Para proteção do CDV devem ser instalados DPS classe I, com tecnologia comutador de tensão, próximo às conexões do CDV aos trilhos, nas caixas de junção, e a instalação de DPS classe II na entrada do sinal no abrigo.
• Proteção da máquina de chave
As máquinas de chave são responsáveis por alterar a trajetória do trem de uma linha para outra adjacente e possuem além da alimentação elétrica, a linha de sinal. A figura [AAA] traz um diagrama simplificado demonstrando a instalação de DPS para proteção conta surtos elétricos da máquina de chave.
• Sinaleiros
O sistema de sinalização visual é de muita importância o funcionamento do sistema ferroviário e por muitas vezes está exposto aos surtos elétricos induzidos por descargas atmosféricas próximas de onde o equipamento está instalado. Desta forma, deve ser instalado DPS classe I/II em todo sistema, a Figura BBB demostra o local de instalação desses DPS.
Módulos de coordenação podem ser requeridos para sincronizar a atuação de diferentes DPS, principalmente, quando há tecnologia de proteção distintas. Basicamente, se os cabos de conexão entre dos DPS forem inferiores à 10 metros um módulo de coordenação será exigido. A Figura ZZZ demostra tal cenário:
• Sistema de detectores de roda quente (HWD – Hot Wheel Detectors) e detectores de roda fria (CWD – Cold Wheel Detectors)
Esses detectores fazem parte do sistema de controle de temperatura de rolamentos (Hot Box) e de rodas (Hot Wheel) e são instalados ao longo da linha, onde realizam a medição da temperatura através da radiação infravermelha emitida pelas rodas e rolamentos, quando o trem passa pelos sensores. Quando fora dos parâmetros, emitem um alarme para o maquinista e para o centro de controle, alertando a necessidade de manutenção corretiva. Nesse caso, devem ser previstos DPS classe I junto aos sensores nos trilhos e DPS classe I/II na entrada do sinal nos abrigos, além de DPS para proteção das linhas de dados.
• Proteção para linhas de sinais / comunicação
Além da alimentação elétrica dos equipamentos, devem ser previstos DPS para proteção das linhas de dados que trafegam comunicação entre os dispositivos, maquinista, centros de controle, quando esses são transmitidos por cabos metálicos.
Os DPS devem ser dimensionados conforme o sinal transmitido, tipos de conectores utilizados. Redes ethernet, comunicação RS485, RS232, RS422, equipamentos que comunicam por antenas com cabos coaxiais (conectores tipo N, BNC, bornes, outros), devem ser protegidos com a utilização de DPS apropriados para cada aplicação.
A conformidade da especificação e aplicação de DPS em sistemas ferroviários, de acordo com os requisitos e recomendações das normas e boas práticas, evitam danos e consequentemente perdas irreparáveis a esses sistemas e à sociedade. A CLAMPER em seu site institucional (www.clamper.com.br) disponibiliza para download o livro “Proteção de Equipamentos Elétricos e Eletrônicos contra Surtos Elétricos em Instalações”, onde traz uma literatura com informações gerais sobre os surtos elétricos, além de orientações para o dimensionamento de protetores contra surtos elétricos nas instalações, incluindo uma seção para proteção de equipamentos instalados em sistemas ferroviários.
*Informe Publicitário
Excelente ponto de vista.