segunda-feira, 20 de julho de 2015

Dispositivo de Proteção Contra Surtos (DPS) - Artigo Técnico
Emerson F. Tormann07:02

Por André Caetano Magalhães

RESUMO

Este artigo demonstra o Dispositivo de Proteção contra Surtos(DPS), que tem por finalidade proteger instalações elétricas e equipamentos eletroeletrônicos em que nela estiverem ligados. Por ser um pais de grande extensão territorial e localizado entre os trópicos, o Brasil é palco de muitas descargas atmosféricas, surgindo assim, a necessidade de proteger os equipamentos eletroeletrônicos contra os surtos de tensão provenientes de descargas atmosféricas.

O DPS é um equipamento elétrico indicado pelas normas: ABNT NBR 5410 e ABNT NBR 5419, apesar de seu pequeno uso. O mesmo tem uma percepção e atuação rápida a um pico de tensão na rede, descarregando para a terra de forma direta, os pulsos de alta tensão, evitando assim, acidentes envolvendo pessoas, falhas em equipamentos, ou até mesmo a inutilização total de equipamentos eletroeletrônicos.

INTRODUÇÃO

Com o grande desenvolvimento tecnológico nos últimos anos no mundo, a população em geral passou a utilizar vários equipamentos eletroeletrônicos sofisticados, visando assim, mais conforto e facilidade em seu dia-a-dia. Podemos citar alguns exemplos: computadores, televisores, telefones, impressoras etc. De posse dessa gama de equipamentos, surge a necessidade de proteção contra fenômenos elétricos, tais como descargas atmosféricas, surtos transitórios de tensão que podem ocorrer com o chaveamento do sistema elétrico de potência, entre outros. Utilizando essa proteção corretamente, evita-se a perda de equipamentos, desviando os surtos elétricos para a terra através do aterramento.

O raio é um impulso elétrico de uma descarga atmosférica para a terra, colocando em risco pessoas, edificações, equipamentos, etc. O Sistema de Proteção contra Descargas Atmosférícas (SPDA) é destínado a proteger uma estrutura (edificação) e as pessoas em que nela se encontrarem, dos efeitos das descargas elétricas, desviando as mesmas para a terra, mas não protege instalações elétricas nem equipamentos eletroeletrônicos.

No Brasil, há um grande prejuízo com a queima de instalações elétricas e equipamentos eletroeletrônicos, devido aos efeítos das descargas atmosféricas. Isto ocorre devido à falta de utilização do DPS ou ao seu mau dimensionamento nas áreas de proteção.

Trata-se de um aparelho de baixo custo e que evita a queima de instalações elétricas e equipamentos eletroeletrônicos. Seu uso é justificável pois quando tal dispositivo é instalado corretamente, reduz consideravelmente os perigos e riscos de danos, conforme indicação das normas: ABNT NBR 5410 e ABNT NBR 5419. O equipamento tem a capacidade de evitar qualquer tipo de dano às instalações elétricas e aos equipamentos alimentados por elas, descarregando para a terra os pulsos de alta tensão causados por raios e manobras na rede elétrica feitas pelas concessionárias.

DEFINIÇÃO

Segundo a NBR IEC 61643-1, os DPS's são dispositivos destinados a limitar as sobretensões transitórias (chamado atenuador de tensão ou supressor de surto) ou a desviar correntes de surto (chamado comutador de tensão ou curto-circuitante).

São equipamentos que permanecem invisíveis ao circuito quando em regime normal atuam rapidamente quando detectam um surto. São aínda destinados à proteção de equipamentos ligados em redes de energia elétrica e também a equipamentos ligados nas redes de sinal.

Existem tecnologias díferentes para confecção dos mesmos, sendo cada uma para determinada fnalidade.


COMPONENTES PARA CONSTRUÇÃO DO DPS

Sua construção é baseada em dois tipos de componentes, os curto-circuitantes (construídos com centelhadores a gás ou centelhadores a ar) e os não curto-circuitantes (construídos com varistores de ZnO “Óxído de Zínco” ou de SiC “Carbeto de Silício”).

CENTELHADORES

São Constituídos de dois eletrodos separados entre si e têm como dielétrico o ar ou o gás. Alguns podem ter até três eletrodos, neste caso o mesmo é conectado à terra para desviar os surtos.

Os mesmos apresentam uma baixa velocidade de condução (tempo de resposta) e alta capacidade de condução de corrente. As características de baixa capacitância e ausência de corrente de escoamento tornam o centelhador ideal para a utilização em redes de comunicação com baixas tensões.

Algumas aplicações típicas são redes de telefonia e cabos coaxiais de antenas de rádio comunicação.

São aplicados na Classe I.

VARISTORES

São resistores com valor de resistência elétrica dependente da tensão. A sua resistência não é constante e resulta de uma relação não linear entre tensão e corrente.

Como regra geral o diâmetro do varistor determina o valor de corrente de impulso suportável a espessura do varistor, a tensão e a massa do varístor a capacídade de energía.

Os mesmos apresentam alta velocídade de condução e boa capacídade de corrente

São aplicados em todas as classes: Classe I, II e III.


TERMOFUSÍVEIS

São elementos metálícos que se fundem por excesso de corrente ou temperatura. A aplicação deste elemento nos protetores é para evítar um provável CURTO-CIRCUITO provocado pelo térmíno de vída dos elementos de proteção. Estes elementos são indispensáveis na fabrícação do DPS, garanííndo o têrmíno de vida como circuíto aberto.

TlPOS DE DPS

Existem três tipos de DPS:

- DPS comutador de tensão ou curto-circuitante
São dispositivos que tem a propriedade de mudar bruscamente o valor de sua ímpedâncía, de muíto alto para pratícamente desprezível, em função do aparecimento de uma anormalidade, ou seja, um surto de corrente em seus terminais. O mesmo desvia os surtos para a terra.

- DPS atenuador de tensão ou supressor de surto
São díspositívos que têm a propríedade de mudar gradatívamente o valor de sua ímpedâncía, de muíto alto para praticamente desprezíve\, em função do aparecimento de uma anormaüdade, ou seja, um surto de tensão em seus termínais. O mesmo limíta a sobretensão transitória, desviando os surtos para a terra.



- DPS combinado
Incorpora no mesmo disposítivo as propriedades dos DPS”s comutadores e dos atenuadores de tensão.

Para que cada componente (centelhador e o varistor) opere adequadamente é precíso ínserír resistores e mdutores para a devída coordenação de operação de cada um dos componentes.

CLASSIFICAÇÃO DO DPS

Segundo a NBR IEC 61643-1, um DPS é classificado em cada nível de proteção conforme as especificações de construção do fabricante e, principalmente, a função dos parâmetros de ensaio a que é submetido.

Estabeleceu três típos: CLASSE I, CLASSE II e CLASSE III e estes devem ser ínstalados de maneira coordenada, produzindo um efeito cascata, ou seja, primeiramente, são instalados os DPS's com maior capacídade de exposição aos surtos, depois os com capacidade média e, finalmente, os DPS mais sensíveís no equipamento que se deseja proteger.

Classe I

- DPS destinado à proteção contra sobretensões provocadas por descargas atmosfêrícas diretas sobre edíñcação ou em suas proximidades, com alta capacídade de exposição aos surtos, com capacidade mínima de 12,5kA de corrente de impulso (límp).

- DPS ensaiado em condíções de corrente que melhor simule o primeiro golpe da descarga atmosféríca, limp {ka} sob carga Q {A.s} (surtos conduzidos). A literatura ínternacíonal adota como onda que melhor simula o impulso para este tipo de ensaio aquela que tem tempo de frente (T1) de 10µs ao atingir 90% da corrente máxima do ensaio e tempo de cauda (T2) de 350µs para atingir 50% da mesma corrente. Daí curva 10/350.

Classe II

- DPS destinado à proteção contra sobretensões de origem atmosféríca transmítidas pela linha externa de alimentação, ou seja, cargas índíretas, assim também contra sobretensões de manobra, com capacidade mínima de exposíção aos surtos, de 5kA de corrente nominal (In).

- DPS ensaíado em condíções de corrente que melhor símule os golpes subsequentes das descargas atmosférícas e as cond¡- ções de influência índireta nas ínstalações, In (surtos índuzídos). Tem tempo de frente de 8us e de cauda 2ous. Daí a curva 8/2o.

Classe lII

- DPS destínado à proteção dos equípamentos eletroeletrônícos, sendo uma proteção ñna, de ajuste, proporcíonando uma menor tensão resídual e, consequentemente, uma proteção efetíva para os equípamentos.

Por ser um dispositívo atenuador de ajuste de tensão, utílizado em níveís ínternos de proteção, este DPS é ensaíado com forma de onda combínada, ísto é, com um “gerador combo', círcuíto aberto. Aplica~se no DPS um ímpulso de tensão (Ucc) de 1,2/5ops e um impulso de corrente (In) de 8/2ops em curto-circuíto. Dessa relação de valores aplícados (V,I), obtém-se um resultado conhe~ cido como ímpedãncía ñctícía (Zf), que não pode ultrapassar 2

aplicação das classes de DPS por zona de proteção

APLICAÇÃO DO DPS

Classe I

Indica-se a aplícação imedíatamente próxíma a entrada das edifícações, no local em que o condutor adentra a edificação. Com vínculo direto à BEP (Barra de Equipotencialízação Princípal). Protege toda a instalação contra os efeitos de uma descarga atmosférica direta na edificação, na rede de distribuição da concessionária ou no aterramento da instalação.

Classe II

Indica-se a aplicação junto aos quadros de dístríbuição, sejam eles príncipais ou secundáríos e, neste caso, devem ser vínculados ao BEP, BEL (Barra de Equípotencialização LocaD ou PE (Condutor de Proteção) mais próxíma

São colocados nos quadros de dístríbuíção para proteger os circuitos que se orígínam deste quadro contra as sobretensões resíduaís do DPS Classe l ou sobretensões induzídas na instalação causadas por descargas atmosféricas remotas.

Classe III

Indica-se a aplicação em pontos onde haja a necessidade de uma proteção mais añnada com níveis de proteção adequado a equipamentos com maíor sensibílídade, ou seja, proteção com níveís de energia residual menor que os encontrados nos díspositívos de Classe lI.

Têm a função de proteger os equípamentos eletrônícos contra sobretensões orígínadas dentro da própría ínstalação, causadas pela variação de tensão que se originam da partida de motores, acíonamento de dísjuntores ou outros tipos de comutação. São aplícados junto aos equipamentos da tecnología da ínformação (ETI) e outros, com corrente de consumo ínferior a 10 A, conexão em séríe com a carga.

SELEÇÃO DO DPS

Os DPS devem atender à IEC 61643-1 e ser selecíonados com base, no mínímo, nas seguintes característícas: nível de proteção, máxíma tensão de operação contínua, suportabílidade a sobre-tensões temporárías, corrente nomínal de descarga e/ou corrente de ímpulso e suportabílídade à corrente de curto-circuito. Além disso, quando utilizados em mais de um ponto da instalação (em cascata), os DPS devem ser selecionados levando-se em conta também sua coordenação (NBR 541o, 2005, p. 123).

As condições a serem satisfeitas, na seleção do DPS, são apresentadas a seguir:

NÍVEL DE PROTEÇÃO (Up)

É o maior valor de tensão atingido nos terminais de um DPS antes que ele atue. Quando descarregar uma corrente para a terra, o Up não pode exceder o valor da tensão admissivel do equipamento a ser protegido.

MÁXIMA TENSÃO DE OPERAÇÃO CONTÍNUA (Uc)

É o valor de tensão que um DPS pode estar permanentemen- te ligado, sem comprometer o seu funcionamento. É a tensão nominal do DPS. Deve-se considerar a tensão nominal da rede (Um) e as tolerâncias possiveis.

A determinação da máxima tensão de operação continua do DPS (Uc) depende do conhecimento do modo de proteção e do esquema de aterramento da instalação deve ser igual ou superior aos valores indicados na Tabela 1.



SOBRETENSÕES TEMPORÁRIAS

Caracteriza por uma sobretensão de frequência fundamental de duração relativamente longa, superiores a dezenas de milis- segundos.

Corrente nominal de descarga (In) e Corrente de impulso (Iimp)
Corrente nominal de descarga (In) são valores de pico da corrente conduzida por um DPS com a forma de onda 8/20µs. Essa corrente é usada para ensaio dos DPSs tipo II e III.

Corrente de impulso (Iimp) é uma corrente padronizada na forma de onda 10/350µs referente a um impulso de corrente. Seus parâmetros são: valor de pico, carga, energia específica. Ela simula o “stress” causado pela corrente do próprio raio. O DPS tipo I deve ter a capacidade de desviar estas correntes determinadas vezes sem se destruir.

SUPORTABILIDADE A CORRENTE DE CURTO-CIRCUITO

Com a possibilidade de falha do DPS, sua suportabilidade a correntes de curto-circuito, deve ser igual ou superior à corrente de curto-circuito presumida no ponto em que foi instalado.

COORDENAÇÃO DOS DPS

Os fabricantes de DPS devem fornecer, em sua documentação, instruções claras e suñcientes sobre como obter coordenação entre os DPS dispostos ao longo da instalação.

INFORMAÇÕES QUE DEVEM SER FORNECIDAS PELO FABRICANTE DO DPS

- Nome do fabricante ou marca comercial e modelo.
- Método de montagem ou modo de proteção, preferencial- mente acompanhado de croqui orientativo de posicionamento na instalação.
- Tensão máxima de operação continua Uc, que é a tensão nominal do DPS (um valor para cada modo de proteção), e frequência nominal.
- Classiñcação de ensaio (classe I, II ou III) e parâmetros de descarga.
- Corrente máxima Imáx (kA), parâmetro da onda em que o DPS foi ensaiado.
- Corrente de impulso Iimp (kA) e Carga Q (A.s), para o DPS classe I (valor para cada modo de proteção).
- Corrente de descarga nomínal In (kA) para DPS classe II (valor para cada modo de proteção).
- Nível de proteção de tensão Up (valor para cada modo de proteção).
- Suportabilidade a sobretensões temporárias.
- Suportabilidade a correntes de curto-circuito no ponto de instalação.

PARÂMETROS MÍNIMOS OUE DEVEM CONSTAR DOS DADOS DE PLACA DO DPS

DPS Classe I
Uc, Up, Imáx, Iimp, Q e curva 'T1/T2' de ensaio.

DPS Classe II
Uc, Up, Imáx, In, Q e curva 'T1/T2' de ensaio.

DPS Classe III
Uc,Up,Uoc, Imáx, In.



FALHA DO DPS E PROTEÇÃO CONTRA SOBRECORRENTES

A possibilidade de falha interna, fazendo com que o DPS entre em curto-circuito, impõe a necessidade de dispositivo de proteção contra sobrecorrentes, para eliminar tal curto-circuito.

O posicionamento do dispositivo de proteção contra sobrecorrentes (DP) -A proteção contra sobrecorrentes destinada a eliminar um curto-circuito que ocorra por falha do DPS pode ser disposta:

- na própria conexão do DPS, representada pelo DP da figura 15-a, sendo que esse DP pode ser inclusive o desligador interno que eventualmente integra o DPS;
- no circuito ao qual está conectado o DPS, representado pelo DP da figura 15-b, que corresponde geralmente ao próprio dispositivo de proteção contra sobrecorrentes do circuito.

Uma terceira opção, que oferece maior probabilidade de se obter tanto continuidade de serviço quanto continuidade de proteção, é aquela descrita na figura 15-c. Neste caso, são usados dois DPS's idênticos (DPS1 e DPS2), cada um protegido por um DP específico, inserido na conexão do DPS respectivo, sendo os dois DP's também idênticos. A maior confiabilidade do esquema decorre, portanto, da redundância adotada.

INDICAÇÃO DE ESTADO DO DPS

Quando o DPS, devido à falha ou deñciência, deixar de cum- prir sua função de proteção contra sobretensões, esta condição deve ser evidenciada:

- por um indicador de estado; ou
- por um dispositivo de proteção à parte.

Indicações de operação: verde (operando) e vermelho (fora de operação).


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Fonte: Lumière Electric edição 205 - abril 2015

» André Caetano Magalhães é engenheiro eletricista, com especialização em Engenharia Elétrica com Ênfase em Sistema de Automação. É também técnico em Processamento de Dados e, desde 2014 atua com elaboração e execução de projetos elétricos residenciais e industriais.


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Sobre o blogueiro Emerson F. Tormann Possuo conhecimentos avançados em engenharia de redes de computadores e infra estrutura de servidores (o famoso CPD). Cabeamento estruturado: lógica, elétrica estabilizada (nobreak/gerador) e telefonia (centrais telefônicas). CFTV e sistemas de monitoramento e inspeção remotos. Facebook e Twitter