Medidas de Proteção contra Surtos causados por LEMP (MPS)

A incidência de descargas atmosféricas causa impulsos eletromagnéticos (LEMP) que podem danificar os sistemas internos de uma estrutura, sendo necessária a adoção de Medidas de Proteção contra Surtos (MPS). Esta proteção é baseada no

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conceito de zonas de proteção contra raios (ZPR) que teoricamente são associadas à parte do espaço ou de um sistema interno e que caracterizam a severidade do LEMP (ABNT, 2015).

O LEMP pode causar danos permanentes em sistemas elétricos e eletrônicos por meio surtos conduzidos e induzidos, transmitidos através da conexão por condutores metálicos, cujo a proteção deverá ser realizada a partir da utilização de um sistema coordenado de Dispositivos de Proteção contra Surtos (DPS). Outra causa de danos são os efeitos de campos eletromagnéticos irradiados diretamente para os próprios equipamentos, que exigem a adoção de MPS como blindagens espaciais e/ou condutores blindados, combinados com a blindagem dos invólucros dos equipamentos (ABNT, 2015).

As subseções a seguir tratam das MPS básicas estabelecidas pela Parte 4 da norma ABNT NBR 5419:2015 em sua seção 4.4. De acordo com a norma, estas medidas básicas são: aterramento e equipotencialização; blindagem magnética e roteamento das linhas; coordenação de DPS; e interfaces isolantes.

2.3.2.1 Aterramento e equipotencialização

Uma importante Medida de Proteção contra Surtos consiste na combinação entre o subsistema de aterramento que conduz e dispersa as correntes da descarga atmosférica para o solo, e a rede de equipotencialização que minimiza as diferenças de potencial e pode reduzir o campo magnético, conforme exemplificado na Figura 17. Enquanto que para o subsistema de aterramento, devem ser atendidas as prescrições da ABNT NBR 5419-3, estando interligados tanto o eletrodo em forma de anel ao redor da estrutura quanto o eletrodo natural usado nas armaduras do concreto das fundações, para a ligação equipotencial é necessária uma baixa impedância para minimizar diferenças de potencial perigosas entre todos os equipamentos dentro da ZPR, podendo ser realizada por uma malha que interliga elementos condutores da estrutura, ou partes de sistemas internos, e pela ligação de partes metálicas ou serviços condutores no limite de cada ZPR, diretamente ou usando DPS adequados (ABNT,2015).

36 Figura 17 - Rede de equipotencialização interligada com o subsistema de aterramento.

Fonte: ABNT, 2015.

Barras de equipotencialização devem ser instaladas para reduzir a tensão entre: todos os condutores de serviços que adentram uma ZPR; o condutor de proteção PE; componentes metálicos dos sistemas internos; e a blindagem magnética da ZPR na periferia e dentro da estrutura. As regras para eficiência da equipotencialização são estabelecidas nas seções 5.4.2 e 5.5 da Parte 3 da norma, enquanto que os materiais e dimensões dos componentes são dados na seção 5.6 da mesma parte (ABNT, 2015).

2.3.2.2 Blindagem magnética e roteamento das linhas

A ocorrência de falhas permanentes em sistemas internos será reduzida pela adoção de blindagem magnética que poderá minimizar o campo eletromagnético e a intensidade dos surtos induzidos, e por um roteamento adequado das linhas internas que também poderá reduzir estes surtos (ABNT,2015).

A blindagem magnética pode ser dos seguintes tipos: blindagem espacial, que define zonas protegidas, podendo ser em forma de grade, blindagens metálicas contínuas ou compreender os componentes naturais da estrutura; blindagem de linhas

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internas, que podem se restringir ao cabeamento e equipamentos; e blindagem de linhas externas, que inclui a blindagem dos cabos, dutos metálicos fechados e dutos de concreto armado. Já o roteamento de linhas internas roteará os cabos junto aos componentes naturais da estrutura que forem aterrados e/ou roteará as linhas elétricas de energia e sinal juntas (ABNT,2015).

2.3.2.3 Coordenação de DPS

Os Dispositivos de Proteção contra Surtos podem ser constituídos por centelhadores a gás, varistores, ou por uma combinação destes dois. Estes dispositivos foram desenvolvidos com a finalidade de proteger as instalações elétricas e suas cargas contra sobretensões e impulsos de corrente originados por descargas atmosféricas e chaveamentos (DE SOUSA et al., 2012; PRESTES, 2016).

A Figura 18 mostra a ligação de um DPS trifásico para proteção do sistema elétrico. Como é possível observar, a sua ligação é feita entre a linha e o terra, limitando a diferença de potencial durante uma sobretensão. Quando em operação, a alta impedância existente entre a entrada e a saída do DPS será reduzida a valores mínimos, fazendo com que a corrente de surto escorra pelo barramento de equipotencialização para o subsistema de aterramento, voltando ao seu valor de impedância inicial, quando cessado o surto.

Figura 18 - Diagrama básico de ligação de um DPS trifásico.

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A utilização de um dos esquemas de aterramento, conforme determina a norma ABNT NBR 5410:2004 e mostrado na Figura 15, é imprescindível para a atuação e o correto funcionamento dos DPS. Este tipo de equipamento possui uma vida útil dependente do número de operações e da intensidade das correntes conduzidas durante as descargas, podendo vir a ser danificado até mesmo na sua primeira atuação (DE SOUSA et al.,2012).

Os DPS são classificados segundo três classes, sendo elas: classe I, que é a proteção primária utilizada em ambientes expostos a descargas atmosféricas diretas, como áreas urbanas periféricas ou áreas rurais e instalados nos quadros primários (QGBT) de distribuição, possuindo a capacidade para drenar correntes parciais de uma descarga atmosférica; classe II, cujo os dispositivos são instalados nos quadros de distribuição e têm a capacidade de drenar correntes induzidas que penetram nas edificações, ou seja, os efeitos indiretos de uma descarga atmosférica; classe III, que são utilizados para a proteção direta de equipamentos ligados as linhas elétricas, sendo instalados próximos a estes (CLAMPER, 2016).

Tanto a Parte 4 da norma ABNT NBR 5419:2015 em seu ANEXO C subseção C.3.4, quanto a ABNT NBR 5410:2004 em sua subseção 6.3.5 (neste caso, abrange informações técnicas gerais a respeito dos DPS) tratam da coordenação entre os DPS que protegem os sistemas eletroeletrônicos de uma estrutura. Na Figura 19 é apresentada a utilização, em conjunto, das três classes de DPS existentes, proporcionando assim uma maior segurança aos sistemas internos durante a ocorrência de um surto. Desta forma a eficiência do sistema coordenado de DPS dependerá não somente da sua apropriada seleção, como também de sua correta instalação (ABNT, 2004, 2015).

39 Figura 19 - Coordenação entre DPS Classe I, Classe II e Classe III.

Fonte: FINDER, 2012.

2.3.2.4 Interfaces isolantes

Segundo a ABNT NBR 5419-3 as interfaces isolantes são dispositivos capazes de reduzir os efeitos dos LEMP nas linhas que adentram as zonas de proteção contra raios. Caso haja a necessidade de proteção dessas interfaces, a mesma será provida por DPS. A IEC 60664-1 determina as categorias de sobretensões cujo o valor deve ser coordenado com a suportabilidade das interfaces isolantes e o nível de proteção do DPS (ABNT, 2015).