Workshop-Dispositivos de prote o contra surtos

DPS Dispositivos de proteção contra Surtos

Introdução Com a evolução dos eletrônicos sua sensibilidade a surtos elétricos (raios) é muito maior, necessitando cuidados especiais nas instalações elétricas.

DPS contra danos nos eletrônicos A solução existe – os eletrônicos não precisam ser desligados das tomadas para não “queimar” durante as tempestades.

O uso de DPS pode eliminar o dano causado por “raios” nos eletrônicos e, em média, custará 4% ou menos do valor do aparelho ou do prejuízo causado pela sua indisponibilidade.

O que é DPS? Dispositivo de Proteção contra Surtos (DPS) é o dispositivo destinado a limitar sobretensões transitórias e desviar correntes de surto. [ABNT NBR IEC 61643-1:2007]

Obrigatoriedade de uso de DPS No item 5.4.2.1.2., da norma técnica ABNT NBR 5410:2004, está previsto: “A proteção contra sobretensões requerida em 5.4.2.1.1 deve ser provida: a) por dispositivos de proteção contra surtos (DPS), conforme 6.3.5.2; ou b) por outros meios que garantam uma atenuação das sobretensões no mínimo equivalente àquela obtida conforme a alínea anterior).”

Princípio de funcionamento dos DPS

Tempo de duração Evento Tempo de desarmamento de um disjuntor termomagnético

Duração 0,010s = 10x10-3s = 10ms 100 vezes menor que 1 segundo

Duração de um surto induzido por um raio

0,000020s = 20x10-6s = 20μs 1 milhonésimo de 20 segundos

Tempo de resposta de um varistor de óxido de zinco

0,000000025s = 25x10-9s = 25ns 1 bilhonésimo de 25 segundos

Tempo de resposta de um diodo de avalanche de silício

0,0000000001s = 100x10-12s = 100ps 1 trilhonésimo de 100 segundos

Distúrbios em sistemas elétricos

Surto ou sobretensão?

Sobretensão Também conhecida como sobretensão permanente ou semipermanente, é uma tensão cujo o valor de crista é maior que o valor correspondente à tensão de operação máxima de um sistema ou equipamento elétrico.

O DPS não deve atuar nesse tipo de distúrbio.

Surto É uma sobretensão transitória caracterizada por uma elevação brusca de tensão e de curtíssima duração. Ela é muito maior e mais rápida que a sobretensão prmanente ou semi-permanente.

O DPS deve atuar nesse tipo de distúrbio.

Causas (mais conhecidas) dos surtos elétricos Descargas atmosféricas (raios)

Chaveamentos e apagões

Causas (muito comuns) dos surtos elétricos Em industrias ocorrem milhares de surtos em uma hora devido ao acionamento de cargas como motores, máquinas de solda, elevadores, etc.

Esses surtos podem não queimar os equipamentos, porém podem reduzir sua vida útil.

Raios Os surtos (efeitos dos raios) podem chegar aos aparelhos, conectados às redes elétricas e de sinal (telefonia e tv a cabo), de duas formas:

Descarga direta

Descarga indireta

Corrente Induzida Ip (circuito fechado)‫‏‬

Tensão induzida Vp (circuito aberto)‫‏‬

Probabilidade de ocorrência

Corrente no cabo do Pára-raios (I)‫‏‬

Estudo de caso (na África do Sul)

175kA 1% 32.200V 0,6kA

100kA 5% 18.400V 0,3kA

60kA 15% 11.040V 0,2kA

20kA 50% 3.680V 0,1kA

Valores típicos de surtos no Brasil Grandezas

Tensão (voltagem) Corrente (amperagem) Frequência Tempo

Valores máximos em uma casa

Valores típicos de surtos induzidos

127 V (fase/neutro)

4.000 V (4kV)

60 A

1.200 A (1,2kA)

60 Hz

20.000 Hz (20kHz)

Permanente

0,00002 s (20μs) Fonte: UFMG

Pára-raios externo (SPDA) Projetados para proteger a estrutura física do imóvel e, em parte, as pessoas que nele estão.

A função é escoar a energia do raio para a terra.

A instalação de SPDA deve seguir, rigorosamente a norma técnica e ser executada por técnicos especializados e com ART. O pára-raios externo não protege os aparelhos eletroeletrônicos, pois não elimina os surtos elétricos.

Protegendo (?) seus equipamentos Filtros de linha e estabilizadores não oferecem proteção contra surtos elétricos.

Estabilizadores apenas mantém a tensão em um valor fixo sem oscilações e filtros de linha apenas atenuam ruídos causados por interferência eletromagnética e radiofrequencia.

Tecnologias de proteção

Centelhador a gás

Spark Gap

Varistor de óxido metálico

Diodo de avalanche

Onde instalar zonas de proteção

DPS Classe I e Classe I,II SCL

GCL

VCL Slim

DPS Classe II VCL Slim

VCL NEMA

VCL Plugável

DPS Classe III e-CLAMPER Computer Tel

e-CLAMPER Computer Cable

Como definir quantos DPS utilizar?

Instalação

Compatibilidade com dispositivo DR Nenhuma falha do DPS ainda que eventual, deve comprometer a efetividade da proteção contra choques provida a um circuito ou à instalação.

Quando os DPS forem instalados junto ao ponto de entrada da linha elétrica na edificação ou no quadro de distribuição principal, o mais próximo possível do ponto de entrada, e a instalação for aí dotada de um ou mais dispositivos DR, os DPS podem ser posicionados a montante ou a jusante do(s) dispositivo(s) DR, respeitadas as seguintes condições: 29

Coordenação de DPS - Proteção em cascata Mesmo com a instalação de DPS, existe uma pequena parcela da corrente de surto que chega ao equipamento. Essa parcela pode ser suportada pelo equipamento dependendo da sua suportabilidade a surtos.

Coordenação de DPS - Proteção em cascata Ao instalar DPS secundários esse desvio de corrente para o equipamento será menor, aumentando a confiabilidade da proteção.

Infraestrutura: condutor PE (aterramento) É a ligação elétrica intencional com a terra através de um condutor de proteção (popularmente conhecido como fio terra) e hastes metálicas cravadas no solo.

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Infraestrutura: condutor PE (aterramento) A função principal do aterramento é a de proteger as pessoas contra choque elétrico. Por norma a resistência de aterramento deve ser menor que 10 ohms.

A resistência de aterramento não possui influência na atuação dos DPS!

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Infraestrutura: equalização de potencial Em instalações onde existam equipamentos de tecnologia da informação (ETI), uma adequada equalização de potenciais é necessária e em alguns casos é a única alternativa para proteção de equipamentos e operadores.

Para maior compreensão vamos analisar um equivalente físico:

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Exemplo de Barramento de Equipotencialização Principal (BEP)

Fonte: Termotécnica

Tudo deve ser conectado ao BEP

ABNT NBR 5410:2004

Comprimento dos cabos, conforme NBR 5410 O comprimento máximo dos condutores de interligação do DPS, tanto da fase (a) quanto ao BEP ou barra PE (b) deve ser de 50 cm.

Dimensionamento dos cabos, conforme NBR 5410 A seção nominal mínima dos condutores no ramal do DPS será de 4mm² para DPS classe II. Quando o DPS for destinado à proteção contra descargas diretas (classe I), a seção mínima é 16mm².

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 (DP), para eliminar tal curtocircuito.

Quando se faz necessário instalar DP Quando a suportabilidade a correntes de curto-circuito do DPS, provida pelo DP que o integra, for inferior à corrente de curto-circuito presumida no ponto em que se pretende instalá-lo.

Exemplo: A Icc do aqui apresentado é maior que 5kA.

Dispositivo de Proteção contra sobrecorrentes (DP), também conhecido, popularmente com “fusível backup” Se Icc > 5 kA no ponto de instalação do DPS, utilizar DP (fusível backup): • de 63 a 100 A, associado à VCL Slim (monobloco) • de 63 a 125 A, associado à VCL SP (plugável) Obs.: fusíveis NH ou Diazed, tipo gL/gG.

Roteamento de cabos dos ETI

Segregação dos cabos de entrada e saída dos DPS

Certo ou errado?

CERTO! DPS instalado após o disjuntor geral; Comprimento dos cabos é menor que 50 cm; Cabos “limpos” não se misturam com’ cabos “sujos” ou e “terra”.

Certo ou errado?

ERRADO! O comprimento dos cabos de aterramento é maior que 50 cm

Cabos limpos se misturam com cabos sujos;

Certo ou errado?

CERTO! Comprimento dos cabos é menor que 50 cm; Cabos “limpos” não se misturam com cabos sujos.

Neutro e terra são equalizados no barramento de equipotencialização local (BEL)

Critérios de seleção (TEÓRICO) Corrente nominal de descarga (In) e corrente de impulso (Iimp) Características dos DPS para destinação em proteção contra sobretensões:

Simultaneamente, provocadas por descargas diretas e transmitidas pela linha externa

Apenas por descargas diretas sobre a edificação ou em suas proximidades

Apenas transmitidas pela linha externa de alimentação ou de manobra

In

X

Iimp

X

X

Capacidade mínima de corrente do DPS usado entre fase e neutro ou entre fase e terra

Iimp =12,5 kA, 6,25 As (10/350) e In =5 kA (8/20)‫‏‬

Iimp =12,5 kA, 6,25 kA (10/350)‫‏‬

In =5 kA (8/20)‫‏‬

monofásico

Iimp =25 kA 12,5 As (10/350) e In =10 kA (8/20)‫‏‬

Iimp =25 kA, 12,5 kA(10/350)‫‏‬

In =10 kA (8/20)‫‏‬

trifásico

Iimp =50 kA 25 As (10/350) e In =20 kA (8/20)‫‏‬

I =50 kA, 25imp kA (10/350)‫‏‬

In =20 kA (8/20)‫‏‬

Classe I e II, simultaneamente

Classe I

Classe II

Corrente aplicada nos DPS

Capacidade mínima de corrente do DPS usado entre neutro e PE no esquema de conexão 3

Classe de acordo com a IEC 61.643-11

X

Critérios de seleção (PRÁTICO) – VCL Slim

Exemplos de aplicação Que modelo de VCL seria aplicado para casas e apartamentos apresentados nessa foto? (a tensão é 127/220V)

VCL 275V 20 kA Slim

Alternativa VCL 275V 45 kA Slim A escolha de um modelo de capacidade maior apenas proporcionará maior vida útil da proteção!

Exemplos de aplicação Que modelo de VCL seria aplicado na entrada (após a medição) ou QGBT das construções apresentadas?

Obs.: a tensão é 127/220V. VCL 275V 12,5/60 kA Slim

Guia Prático de PROTEÇÃO RESIDENCIAL Oferecemos, em nossa homepage, um software que auxilia na especificação dos DPS necessários para proteger todos os aparelhos de uma casa.

Uc = Máxima tensão de operação contínua

Onda 8/20 Simula um surto induzido, ou seja já amortecido ou causado por uma descarga indireta.

t1

t2

Imáx (8/20) = Corrente de descarga máxima Significa quanta corrente de surto (raio) o DPS pode suportar uma única vez.

In (8/20) = Corrente de descarga nominal Significa quanta corrente de surto (raio) o DPS pode suportar por vinte vezes.

Onda 10/350 Simula a corrente do raio (descarga direta).

Iimp (10/350) = Corrente de impulso Significa quanta corrente de raio o DPS pode suportar uma única vez.

Só é informada quando o DPS for Classe I (NBR IEC 61.643).

Comparativo de formas de onda

Up = Nível de proteção Significa quanta tensão residual o DPS vai “deixar passar” para o aparelho protegido, quando estiver circulando a In (corrente de descarga nominal).

Afinal, quanto surto os aparelhos suportam?

Suportabilidade a impulso exigível dos componentes da instalação.

Fonte: NBR 5410:2004

Nível de proteção Graficamente pode-se entender melhor por que o DPS garante os aparelhos eletroeletrônicos.

Afinal, quanto surto os aparelhos suportam?

Suportabilidade a impulso exigível dos componentes da instalação.

Fonte: NBR 5410:2004

Características técnicas do VCL Slim VCL Slim Monobloco

Classe IEC 61643

Modelo

Corrente de Corrente de Corrente de descarga descarga impulso nominal máxima (10/350) (8/20) (8/20)

Nível de proteção (In)

Tensão residual (5 kA)

In

Imax

Iimp

Up

Ures

VCL 275V 12kA Slim

II

5 kA

12 kA

não aplicável

0,9 kV

0,9 kV

VCL 275V 15kA Slim

II

5 kA

15 kA

não aplicável

0,95 kV

0,95 kV

VCL 275V 20kA Slim

II

10 kA

20 kA

não aplicável

1,5 kV

1,1 kV

VCL 275V 30kA Slim

II

10 kA

30 kA

não aplicável

1,3 kV

1,0 kV

VCL 275V 45kA Slim

II

20 kA

45 kA

não aplicável

1,5 kV

1,0 kV

VCL 275V 12,5/60kA Slim

I, II

30 kA

60 kA

12,5 kA

1,5 kV

0,8 kV

Nota1: Os modelos de 275V podem ser aplicados tanto em 127V (fase/neutro) quanto em 220V (fase / neutro).

Nota 2: Os modelos 175V e 460V deverão ser aplicados, conforme a conveniência técnica e orientação profissional.

e-CLAMPER: a proteção que você pluga e usa.

Proteção individual e simultânea dos aparelhos eletroeletrônicos contra surtos elétricos conduzidos pela rede elétrica, telefônica e de TV.

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e-CLAMPER: O único DPS de 2 pinos que oferece a proteção completa.

A linha plugue e use utiliza o sistema exclusivo Clamper Signal Line Full Protection (SLFP), que garante a proteção completa da linha de sinal através a utilização do neutro aterrado a tomada elétrica de 2 pinos, independente da posição em que ela se encontra, dispensando o terra individual na tomada elétrica para essa finalidade.

e-CLAMPER Computer Tel

e-CLAMPER Computer Cable

Outros tipos de DPS

Série 700

DCL Slim

PRBT

DPS classe II, III composto por 1 ou 2 estágios (Faster).

DPS classe II composto por diodo de avalanche (SAD).

É utilizado na alimentação de Fontes de PLC´s, Relógios de ponto, portão eletrônico e câmeras de CFTV.

Extremamente rápido e possui corrente máxima de descarga de 10 ou 20kA.

DPS classe II composto por Varistor e Óxido de Zinco (MOV) voltado para proteção d equipamentos de distribuição, como transformadores e disjuntores religadores.

Outros tipos de DPS

Série 800

Módulos de proteção

Série 900

DPS aplicados nas linhas de sinal para proteção de equipamentos de telefonia e comunicação de dados e circuitos fechados de TV.

Esses módulos são utilizados no distribuidor geral (DG) para proteção de centrais telefônicas contra surtos provenientes das linhas tronco ou ramais.

DPS utilizados na proteção de equipamentos de instrumentação e controle de processos contra surtos provenientes das linhas de sinal de campo. Existem protetores voltados para linhas de sinais analógicos e digitais.

Existem modelos com conexões por bornes, coaxial BNC, F, N e conexões jack RJ45 e RJ-11.

MUITO OBRIGADO Suporte técnico ao cliente suporte@clamper.com.br 0800 70 30 555

Centelhador a gás Fail-safe

Bipolar

Tripolar

Varistor: construção e gráficos

Curva tensão x corrente

Varistor: construção e gráficos

Varistor: construção e gráficos Curva de degradação

Diodo de Avalanche: gráfico

Perda de neutro em circuito monofásico

Perda de neutro em circuito monofásico

Perda de neutro em circuito trifásico

I

Perda de neutro em circuito trifásico

I

Esquema de conexão Entrada

Sinal

PE

I

Saída

Sinal

Série 900 (instrumentação e controle)

DPS em Linhas de Sinal (Telefonia)

Tronco

Ramais

DG Proteção elétrica

I

DG

DPS em Linhas de Sinal (CFTV) Energia Vídeo Comando

I

DPS em Linhas de Sinal (CFTV) Energia Vídeo Comando

I

Esquema de conexão

I

Exemplos de aplicação Proteção de um circuito de portão eletrônico de uma residência em uma

região urbana. A tensão do circuito é 220 volts (fase-fase) e o sistema de aterramento é TNC e a corrente do circuito é menor que 10 A.

01 VCL 275V 20 kA Slim por fase no QDC. 01 DPS 722.B.010.127 Faster próximo ao circuito do portão.

Placa do portão eletr.

I

Classe I, II: VCL Slim

Sinalização remota

Equipamento

Classe I, II: VCL Slim

Supervisório EQUIPAMENTO

PLC

I

Linha Plugue & Use: Computer Protector

Computer Protector PRO G

I

PRBT Clamper Modelo para rede convencional

Modelo para rede isolada

Disponíveis em modelos de 10 e 20 kA com tensões de 280V e 440 V

I

PRBT Clamper

I

Cuidados na instalação de DPS em linhas de energia VCL 460V 12,5/60 kA (classe I,II)

VCL N/PE (classe II) padrão NEMA Tensão de alimentação 127 V

Conexão de neutro

I

Especificação dos DPS Corrente de Descarga Máxima Corrente máxima (Imax) é o valor de crista de uma corrente através do DPS com uma forma de onda 8/20 (classe II). Imax é maior que In.

t1 t2

Especificação dos DPS

Máxima tensão de operação contínua É a tensão de serviço do DPS. Esse valor deve ser superior à tensão do circuito.

I

Especificação dos DPS Corrente de Descarga Nominal Corrente Nominal (In) é o valor de crista da corrente pelo DPS, com uma forma de onda de corrente 8/20. (Classe II)

I

Especificação dos DPS Atenção para os equipamentos!!

Durante o surto, os DPS limitam o surto elétrico a uma tensão chamada nível de proteção (Up) ou tensão residual (clamping) SE:

U P  Vimpulsodoaparelho  Aparelho protegido

I

175kA 1% 32.200 Volts 621 A 100kA 5% 18.400 Volts 355 A 60kA 15% 11.040 Volts 213 A 20kA 50% 3.680 Volts

71 A

Tópicos Introdução Descargas atmosféricas DPS - Funcionamento e tecnologias Classes de proteção Modelos de DPS classe I/II (SCL, GCL e VCL) Especificação de DPS Instalação de DPS em linhas de energia Cuidados na instalação de DPS em linhas de energia Série 700 e coordenação com VCL Linha Plugue e Use PRBT DCL Slim DPS em linhas de sinal Série 800 Módulos de Proteção Série 900