Problema em conseguir um varistor para montagem em pesquisa de mestrado

[Mateus_AF]

Boa tarde a todos,

Para minha pesquisa de mestrado estou montando uma reprodução em escala de uma linha de transmissão compensada com TCSC (capacitor série controlado por tiristor) e venho tendo alguns problemas com a parte de proteção. Talvez alguém aqui saiba me ajudar. A seguir, uma breve descrição do que é o sistema.

Em linhas de transmissão muito longas, como as que chegam a 1000 km de comprimento, a indutância dos cabos se torna tão grande que a reatância indutiva total da linha causa sérias limitações ao fluxo de potência. Para resolver isso, exsite um recurso chamado compensação série, basicamente coloca-se um capacitor em série com a linha de forma que a reatância capacitiva anule parcialmente a reatância indutiva da linha.

Outra vertente da compensação série é o TCSC, que tem o mesmo intuito do sistema convencional, com a vantagem de se conseguir variar o valor da reatância capacitiva e consequentemente a compensação.

 

A figura anexa mostra um módulo básico de tcsc, em paralelo com o capacitor há um pequeno indutor e em série à este há tiristores em antiparalelo. Dependendo do angulo de disparo dos tiristores a reatância equivalente do módulo pode ser variada entre valores indutivos ou capacitivos.

Em paralelo ao módulo há um varistor que protege o capacitor contra sobretensões e em paralelo a todo o sistema há um disjuntor que serve como proteção de retaguarda.

 

Sobre a montagem que pretendo fazer:

Na minha montagem, a linha transmissão será representada por um grande indutor de 50mH, que já foi fabricado. O capacitor usado na compensação será de 420 uF, como não encontrei esse valor comercial, montei um banco com 7 capacitores de 60uF em paralelo. Os tiristores foram substituídos por um triac, pois a potência do sistema é baixa e não justifica a utilização de tiristores. O disparo dos triacs será feito por um sistema microcontrolado.

 

O problema está sendo com a proteção, pois é possível que sejam provocadas sobrecargas no sistema para simular algumas situações reais, e no circuito prático, se a tensão nos teminais do tcsc ultrapassar duasa três vezes o valor nominal, o varistor deve by-passar todo o módulo apenas nos instantes em que essa tensão for alta, conforme pode ser visto na imagem (gráficos).

Se a sobrecarga for rápida e a corrente cair, o varistor deve parar de conduzir e o sitema voltar para a atuação normal.

 

O PROBLEMA:

Preciso de algo que funcione como o varistor, ou de um varistor que atenda as necessidades do trabalho. Varistores utilizados em equipamentos eletrônicos não servem pois queimam sempre que atuam, portanto estou procurando por soluções.

Na minha montagem a tensão nominal sobre o capacitor não deve passar de 30V portanto o limiar para atuação da proteção deve ficar entre 60 e 90 V. Essa faixa de valores não danificará os capacitores já que a tensão máxima admissivel em regime permanente é de 380 V, a proteção servirá apenas para representar o sistema de forma mais fiel.

[Sérgio Lembo]

Agora, vendo melhor o seu circuito deu para entender melhor. Sobre a questão do varistor queimar ou não, até mesmo os parrudos industriais vão pro saco quando a potencia dissipada neles ultrapassa sua capacidade ou quando a corrente, mesmo que de curta duração fica estúpida demais. Como em toda tese, vais ter que fazer um longo e detalhado desenvolvimento matemático das forças envolvidas e dos estresses nos componentes do circuito, incluindo aí os capacitores e tb os varistores. Nos datasheets dos varistores aparece quantos joules eles conseguem resistir nos picos como tb quantos watts conseguem dissipar em regime constante. Varistores não são fusíveis de alta tensão, mas como todo componente arrebentam quando o estresse ultrapassa a capacidade.

[albert_emule]

O problema do varistor é que ele atua igual a um diodo zener, só que sem polarização.

Ele funciona como um zener, mas chega num ponto que não suporta a dissipação e explode. 

 

E o problema de atuar como um zener, é que ele vai dissipar uma potência brutal em cima de seu próprio corpo. 

Pois se o varistor começar a atuar em 300V, se circular 10 amperes, você terá de dissipação em cima do varistor os 300V vezes os 10 amperes... 3000 watts...

 

O ponto chave para a sua questão é que o componente tem que atuar como chave Liga-desliga. Tal como relé e contatora. 

Só assim o componente não dissipará imensa potência em cima de seu próprio corpo, pois quando tiver chaveado, por mais que tenha corrente, a tensão de queda entre os terminais será de Zero V e por isso não haverá dissipação.

 

A segunda questão é que simplesmente chavear, pode ocasionar um curto-circuito.

Então você pode usar um reator série que fará uma limitação de corrente.

A solução para seu caso é uma contatora em série com reator limitador de corrente.

Ou relé. Qualquer coisa que funcione de forma semelhante. 

 

E claro que deve haver um sistema eletrônico que acionará a contatora quando necessário. 

Você vai usar um transformador que irá abaixar a tensão da linha para níveis baixos, onde servirá como forma de medição.

Acho que isso já existe. Se não me engano se chama transformador de potencial, ou transformador de medição. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

[Mateus_AF]

Agradeço os comentários de todos, mas acho que não há solução factível pro meu problema, pois preciso de um sistema que responda em no máximo micro segundos, já que em um único semiciclo ele tem que entrar e sair de condução, e esse tempo só seria conseguido com um sistema 100% analógico e por uma chave semi-condutora, creio que qualquer chave física levaria alguns milissegundos para fechar, principalmente se depender de um sinal vindo de um sistema de medição.

[Renato.88]

Só se no lugar do relé usar um tiristor.

[albert_emule]

Essa sua ideia de controle de reatância capacitância por ângulo de fase é muito boa.

Pensei logo em estabilizar geradores feito com motores de indução operando em modo isolado. 

 

 

 

 

[Mateus_AF]

O problema é que o tiristor dependeria de um sistema de medição e outro de disparo, esse atraso no bypass já traria problemas à fidelidade da minha montagem em relação ao sistema real 

 

[albert_emule]

11 minutos atrás, Mateus_AF disse:

Agradeço os comentários de todos, mas acho que não há solução factível pro meu problema, pois preciso de um sistema que responda em no máximo micro segundos, já que em um único semiciclo ele tem que entrar e sair de condução, e esse tempo só seria conseguido com um sistema 100% analógico e por uma chave semi-condutora, creio que qualquer chave física levaria alguns milissegundos para fechar, principalmente se depender de um sinal vindo de um sistema de medição.

 

https://www.alibaba.com/product-detail/GXH-Series-Spark-gap-Gas-Discharge_60222954608.html

 

Tem estes tubos de descargas de gás.

Existem deles em diversas configurações.

 

Se não me engano, eles atuam quando a tensão ultrapassa certo limite que vem informado nos dados técnicos. 

O gás interno ioniza, o que faz com que o gás se torne um condutor. Daí o tubo provoca o By-pass. Mas o tubo desliga quando a tensão passa pelo zero V da senoide. 

É como uma válvula Tiratron, só que não tem gate controle.

 

Pesquise também por válvula Tiratron. É bem legal o funcionamento.

É com base em ionização de gás, o que permite que funcione em tensões muito elevadas. Mas funciona basicamente semelhante a um tiristor. Só que não é semi-condutor. 

 

 

[Ricardo S Ferreira]

Lembrei-me também das pastilhas usadas em DPS, porém tem a questão da tensão de isolação. 

[Mateus_AF]

Obrigado pelas sugestões. Vou olhar tudo com cuidado, mas a tensão de disparo dessas proteções costumam ser muito elevadas. E meu sistema precisa ser protegido em cerca de 80 volts.