Qual o dispositivo utilizado para proteção contra surtos elétricos?

Dispositivo de Proteção contra Surtos ou DPS

O DPS ou Dispositivo de Proteção contra Surtos é um dispositivo de proteção muito utilizado em redes de fornecimento de energia elétrica, redes de telefonia, comunicação e barramentos de controle automático.

Ele é projetado para limitar as sobretensões transitórias de origem atmosférica e desviar os surtos de corrente para a terra, de modo a limitar a amplitude desta sobretensão a um valor que não seja perigoso para a instalação elétrica onde o mesmo esteja instalado.

O DPS conectado em paralelo possui alta impedância e uma vez que a sobretensão transitória apareça no sistema, a impedância do dispositivo diminui de modo que a corrente de surto seja forçada a passar pelo DPS, ignorando o equipamento sensível (Figura abaixo).

Figura 1 – Atuação do DPS em um circuito

Como visto, o DPS é um componente do sistema de proteção da instalação elétrica que é conectado em paralelo no circuito da fonte de alimentação das cargas com o intuito de proteger este circuito e pode ser usado em todos os níveis de uma rede de fornecimento de energia.

Existem 3 tipos de dispositivos de proteção de surto, como é descrito abaixo:

1 – Dispositivo de Proteção contra Surto Tipo 1

O DPS Tipo 1 é recomendado no caso específico de edifícios industriais ou residenciais que são protegido por um sistema de proteção contra raios ou uma gaiola gradeada.

Ele protege instalações elétricas contra raios diretos e é capaz de descarregar a corrente de retorno do raio espalhando-se do condutor de terra para os condutores da rede.

O DPS tipo 1 é caracterizado por uma onda de corrente de 10/350 µs.

Os dispositivos de proteção contra surtos de tensão do tipo 1 devem cumprir os mais elevados requisitos relativos à amplitude e à energia específica de picos de corrente, uma vez que devem também realizar a proteção contra os efeitos de quedas de raios diretos.

No ambiente de instalação típico da distribuição principal os requisitos de resistência a curto-circuito são frequentemente também muito elevados. Para cumprir estes requisitos , é necessária uma tecnologia de alto desempenho como a tecnologia de centelhador.

2 – Dispositivo de Proteção contra Surto Tipo 2

O DPS Tipo 2 é o principal sistema de proteção aplicável em todas as instalações elétricas de baixa tensão. Instalado em cada quadro elétrico, evita a propagação de sobretensões nas instalações elétricas e protege as cargas. O DPS tipo 2 é caracterizado por uma onda de corrente de 8/20 µs.

Os dispositivos de proteção contra surtos de tensão do tipo 2 são habitualmente instalados em subdistribuições ou quadros de comando de máquinas. Estes dispositivos têm o poder desviar sobretensões induzidas de quedas de raios ou operações de comutação, mas não descargas atmosféricas diretas.

Por isso, a entrada de energia é consideravelmente mais reduzida. Além disso, as sobretensões induzidas por operações de comutação são frequentemente muito dinâmicas. Neste caso é indicada uma tecnologia com comportamento de resposta rápido, por exemplo, a tecnologia de varistor.

3 – Dispositivo de Proteção contra Surto Tipo 3

Os DPS tipo 3 possuem baixa capacidade de descarga e devem, portanto, obrigatoriamente ser instalados como um complemento ao DPS Tipo 2 e nas proximidades de cargas sensíveis. O Tipo 3 é caracterizado por uma combinação de ondas de tensão (1,2 / 50 μs) e ondas de corrente (8/20 μs).

O dispositivo de proteção de surto tipo 3 normalmente é instalado imediatamente antes dos equipamentos finais que devem ser protegidos. Devido às diferentes condições de instalação, existem DPS do tipo 3 em muitos formatos diferentes a citar:

– DPS para montagem em trilho de fixação (DIN)
– DPS para a montagem em tomadas
– DPS para montagem direta em uma placa de circuito impresso do equipamento final

4 – Que dispositivos de proteção contra surtos devem ser escolhidos e onde devem ser instalados?

A proteção contra raios deve ser abordada de um ponto de vista geral. Dependendo da aplicação (grandes instalações industriais, Datacenters, hospitais, etc.), um método de avaliação de risco deve ser usado para orientar na escolha da proteção ideal (sistema de proteção contra raios, dispositivos de proteção contra surtos).

Em outros casos (habitação, escritórios, edifícios não sensíveis a riscos industriais), é mais fácil adotar o seguinte princípio de proteção:

Um dispositivo de proteção contra sobretensão Tipo 2 será instalado na entrada da instalação elétrica. Então, a distância entre o dispositivo de proteção contra surtos e o equipamento a ser protegido deve ser avaliada.

Quando esta distância exceder 30 metros, um dispositivo adicional de proteção contra surtos (tipo 2 ou tipo 3) deve ser instalado próximo ao equipamento.

Quando o edifício for equipado com um sistema de proteção contra descargas atmosféricas, um dispositivo de proteção contra sobretensão Tipo 1 deverá ser instalado na extremidade de entrada da instalação. Neste caso, existem dispositivos de proteção contra surtos combinando Tipo 1 e Tipo 2 no mesmo componente.

5 – Dimensionamento de dispositivos de proteção contra surtos

O dimensionamento do dispositivo de proteção contra surto Tipo 2 depende principalmente da zona de exposição (moderada, média, alta): existem diferentes capacidades de descarga para cada uma dessas categorias (Imax = 20, 40, 65 kA (8/20)).

Para dispositivos de proteção contra surto Tipo 1, o requisito mínimo é uma capacidade de descarga de Icpm = 12,5 kA (10/350) e valores mais altos podem ser exigidos pela avaliação de risco quando esta é solicitada. Aqui Icpm significa corrente a máxima potência.

6 – Como escolher os dispositivos de proteção associados aos dispositivos de proteção contra surtos?

Finalmente, o dispositivo de proteção associado ao dispositivo de proteção contra surtos (disjuntor ou fusível) será escolhido de acordo com a corrente de curto-circuito no local de instalação.

Em outras palavras, para um painel elétrico residencial, um dispositivo de proteção com uma corrente de custo circuito Icc <6 kA será escolhido. Já para aplicações de escritório, o Icc é geralmente <20 kA.

Os fabricantes devem fornecer a tabela para a coordenação entre o dispositivo de proteção contra surtos e o dispositivo de proteção associado. Cada vez mais dispositivos de proteção contra surtos incorporam o dispositivo de proteção no mesmo gabinete.

Abaixo é possível visualizar um princípio de seleção simplificado (excluindo avaliação de risco completa)

Condutor de descarga combinado ou combinação de condutores de descarga?

As descargas atmosféricas são simuladas com picos de corrente com a forma de impulso 10/350 μs. As sobretensões de comutação e quedas de raios distantes são simuladas com picos de corrente com a forma de impulso 8/20 μs.

De acordo com os requisitos da norma de produto IEC 61643-11, um DPS tipo 2 só pode desviar impulsos 8/20. Um DPS tipo 1 é concebido tanto para impulsos 8/20 μs como para impulsos 10/350 μs. Vendo dessa forma, cada DPS tipo 1 é também um DPS tipo 2.

Por isso, a atribuição da classe de verificação II a um DPS tipo 1 é uma informação redundante e não confere uma qualificação adicional. Frequentemente, este tipo de DPS se designa de condutores de descarga combinados (DPS tipo 1/2).

São condutores de descarga que cumprem as duas classes de verificação. Por outro lado, com uma combinação de condutores de descarga como a FLT-SEC-T1+T2, um centelhador com comutação de tensão (DPS tipo 1/2) diretamente coordenado é conectado em paralelo com um varistor com limitação de tensão (DPS tipo 2).

Dois condutores de descarga autônomos asseguram um comportamento de resposta ideal, a melhor proteção da instalação e uma longa vida útil dos componentes.

Proteção contra sobretensão para tecnologia de medição, comando e regulagem

A diversidade de aplicações diferentes representa um desafio especial para a proteção contra sobretensão para a tecnologia de medição, comando e regulagem.

Tipos de sinal diferentes, interfaces e sistemas de bus de campo requerem um produto à medida e um espectro abrangente de produtos. Por isso, estão disponíveis circuitos de proteção diferentes, otimizados especialmente para a aplicação.

Em primeiro lugar se distingue entre duas formas de sinal: circuitos fechados independentes (loops) e sinais com um condutor de referência comum ou um condutor de retorno comum.

Por motivos associados à imunidade contra interferências, os circuitos fechados independentes (loops) são frequentemente concebidos com isolamento de potencial de terra.

Proteção contra sobretensão para a tecnologia da informação

No setor da tecnologia de informação, as diferentes interfaces trabalham com níveis de sinal baixos com altas frequências. Isso as torna especialmente sensíveis a sobretensões e pode provocar a destruição de componentes eletrônicos de instalações TI.

Por isso, os dispositivos de proteção contra surtos de tensão têm de ter um comportamento de transmissão de sinais de alta qualidade, caso contrário devem ser esperadas falhas na transmissão de dados. As interfaces encontradas seriam por exemplo as seguintes: Ethernet, interfaces seriais e de telecomunicações.

Proteção contra sobretensão para instalações de transmissão e recepção

Os campos de aplicação típicos no setor das instalações de transmissão e recepção são a conexão de antena de equipamentos de rádio e televisão, a comunicação por vídeo, bem como instalações de rádio móveis.

Cabos de antenas muito longos que se estendem além da edificação, bem como as antenas em si, estão sujeitos a descargas atmosféricas diretas. Através do trajeto do cabo podem passar sobretensões até as interfaces sensíveis das instalações de transmissão e recepção.

Referências para DPS:

• Catálogo DPS Phoenix Contact
• http://engineering.electrical-equipment.org/electrical-distribution/how-choose-surge-protection-device.html
• http://www.electrical-installation.org/enwiki/The_Surge_Protection_Device_(SPD)

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Formado em Engenharia Elétrica pela UNESP (Universidade Estadual Paulista) com Pós Graduação MBA em Gestão de Projetos pela FGV (Fundação Getúlio Vargas) e certificação internacional em Gestão de Projetos pelo PMI (Project Management Institute). Também possui certificação Green Belt em Lean Six Sigma. Atuou na implantação dos pilares de Engenharia de Confiabilidade Operacional e Gestão de Ativos Industriais em grandes empresas como Votorantim Metais (CBA) e Votorantim Cimentos. Como Gerente de Projetos pela Siemens e Citisystems, coordenou vários projetos de automação e redução de custos em empresas como Usiminas, JBS Friboi, Metso, Taesa, Cemig, Aisin, Johnson Controls, Tecsis, Parmalat, entre outras. Possui experiência na implementação de ferramentas Lean Manufacturing em empresas como: Faurecia, ASBG, Aisin Automotive, Honda, Unicharm e Flextronics. Atualmente é Diretor de Projetos na empresa Citisystems e membro do Conselho de Administração da Inova, organização gestora do Parque Tecnológico de Sorocaba.

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