2.4 DISPOSITIVO DE PROTEÇÃO CONTRA SURTOS DPS
2.4.4 Como escolher um DPS – elementos técnicos
2.4.4.1 Termos técnicos importantes
Para escolher o melhor DPS para uma dada aplicação, é necessário conhecer as normas técnicas aplicáveis, no caso do Brasil pelo menos a NBR 5410 (2004) e a NBR 5419 (2015). Além disto, tem alguns termos técnicos importantes de serem levados em consideração:
Tensão nominal de operação (Un); Tensão de operação continua (Uc); Corrente de operação contínua (Ic); Tensão residual (Ures);
Nível de proteção (Up); Tempo de resposta desejado;
Máxima corrente que o dispositivo é capaz de suportar (Isx); Corrente nominal de descarga (In);
Corrente de impulso (Iimp);
Tensão nominal de operação (Un): Indica a tensão nominal para a qual o dispositivo foi projetado para operar. Este valor deve ser compatível com a tensão nominal da rede elétrica, valor eficaz entre fase e o ponto neutro, de um sistema. No Brasil, é permitido as distribuidoras de energia variar o valor da tensão nominal de operação em 10% para mais ou para menos.
O valor de Un normalmente não aparece na plaqueta de identificação de um DPS, mesmo assim, deve ser levado em consideração (ABNT NBR 5410, 2004); (FINDER, 2012).
Tensão de operação continua (Uc): Corresponde ao valor da tensão que pode ser aplicada ao dispositivo de forma continua. Como a tensão nominal de operação pode variar (dentro dos seus limites) é preciso construir dispositivos capazes de operar de forma normal, dentro dos limites de variação. O dispositivo de proteção contra surtos deve ser especificado para o próximo valor de Uc, imediatamente acima de Un, isto é, Un < Uc (ABNT NBR 5410, 2004); (FINDER, 2012).
A Tabela 2, indica o valor mínimo de Uc em função do sistema de distribuição envolvido.
Tabela 2 - Valor mínimo para Uc com relação ao sistema aterramento
DPS ligado entre Esquema de aterramento adotado
TN TT IT (com neutro) IT (sem neutro)
Fase – Neutro 1,1 ∗ 𝑈𝑛 1,1 ∗ 𝑈𝑛 1,1 ∗ 𝑈𝑛 𝑁ã𝑜 𝑠𝑒 𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎 Fase – Terra 1,1 ∗ 𝑈𝑛 1,1 ∗ 𝑈𝑛 𝑈𝑙 𝑈𝑙 Neutro – Terra 𝑈𝑛 𝑈𝑛 𝑈𝑛 𝑁ã𝑜 𝑠𝑒 𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎 Fase – PEN 1,1 ∗ 𝑈𝑛 𝑁ã𝑜 𝑠𝑒 𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎 𝑁ã𝑜 𝑠𝑒 𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎 𝑁ã𝑜 𝑠𝑒 𝑎𝑝𝑙𝑖𝑐𝑎 Fase – Fase 1,1 ∗ 𝑈𝑙 1,1 ∗ 𝑈𝑙 1,1 ∗ 𝑈𝑙 1,1 ∗ 𝑈𝑙 Fonte: (FINDER, 2012, p. 20)
Corrente de operação contínua (Ic): No caso de um dispositivo real, o mesmo constantemente é atravessado por uma pequena corrente de fuga, na ordem dos microampères. É sempre recomendável observar estes valores, a fim de que o valor da corrente de fuga não venha a interferir no funcionamento de equipamentos eletrônicos mais sensíveis (ABNT NBR 5410, 2004); (FINDER, 2012).
Tensão residual (Ures): Corresponde ao valor da tensão residual medida entre os terminais do DPS durante seu acionamento. Este valor está relacionado ao nível de proteção que se deseja obter. A tensão residual deverá ser imediatamente inferior ao valor comercial de Up (ABNT NBR 5410, 2004); (FINDER, 2012).
Nível de proteção (Up): Define a capacidade de o dispositivo limitar as sobretensões para valores aceitáveis pelas cargas elétricas sensíveis. Expressa o valor máximo da tensão que permanecera no dispositivo durante a sua operação. Por exemplo: se o DPS for caracterizado como Up≤1,2kV, significa que o surto de tensão será limitado em 1,2kV, inicialmente. A Tabela 3 indica o nível de proteção à ser adotado dado o tipo de componente a proteger na instalação. Quando o nível de proteção exigido não puder ser atendido com um só conjunto de proteção, deverão ser providos dispositivos suplementares, devidamente coordenados (ABNT NBR 5410, 2004); (FINDER, 2012).
Tabela 3 - Suportabilidade a impulso exigível dos componentes da instalação
Fonte: (ABNT NBR 5410, 2004, p. 71)
Tempo de resposta desejado: Refere-se ao tempo que o dispositivo leva para entrar em operação, após identificar o surto. Este tempo de resposta obrigatoriamente deve ser milhares de vezes mais rápido que o período do surto, a fim de garantir a proteção adequada (ABNT NBR 5410, 2004); (FINDER, 2012).
Máxima corrente que o dispositivo é capaz de suportar (Isx): Corresponde a suportabilidade à corrente de curto-circuito. Trata-se da máxima corrente que o dispositivo é capaz de suportar e extinguir, até o primeiro cruzamento por zero, do semi-ciclo. É um valor de corrente, ao qual o DPS é capaz de extinguir de maneira autônoma. Se o valor de Isx, for inferior ao valor da corrente de curto-circuito no ponto de instalação, faz-se necessário proteger o dispositivo com fusíveis, por exemplo. Agora, se o valor da corrente de curto-circuito for inferior ao valor de Isx, a proteção do dispositivo pode não ser possível. Para os dispositivos conectados entre neutro e terra a capacidade de interrupção de corrente subsequente deve ser de no mínimo 100A (ABNT NBR 5410, 2004); (FINDER, 2012).
Corrente nominal de descarga (In): Condiz a capacidade de corrente elétrica que o dispositivo é capaz de conduzir durante sua operação. Quando o DPS for destinado a proteção contra sobretensões de origem atmosférica ou manobras, transmitidos pela linha de alimentação, In não deve ser inferior a 5kA, para cada modo de proteção (In≥5kA). Todavia In não deve ser inferior a 20kA (In≥20kA) em redes trifásicas, ou 10kA (In≥10kA) em redes
monofásicas, quando utilizado entre neutro e terra (PE) (ABNT NBR 5410, 2004); (FINDER, 2012).
Corrente de impulso (Iimp): Quando o dispositivo for destinado a proteção contra sobretensões provocadas por descargas atmosféricas diretas sobre a edificação ou próximas, Iimp deve ser preferencialmente calculada. Quando Iimp não puder ser calculada, deverá no mínimo ser inferior a 12,5kA para cada modo de proteção (In≥12,5kA). Todavia Iimp não deve ser inferior a 50kA (In≥50kA) em redes trifásicas, ou 25kA (In≥25kA) em redes monofásicas, quando utilizado entre neutro e terra (PE) (FINDER, 2012).
Tabela 4 - Valores máximos dos parâmetros das descargas atmosféricas correspondentes aos níveis de proteção (NP)
Fonte: (ABNT NBR 5419-1, 2015, p. 17)
A melhor alternativa consiste em determinar a intensidade dos surtos em determinado ponto da instalação. De acordo com Sueta (2016), a corrente da descarga atmosférica, quando conduzida para terra, divide-se entre o sistema de aterramento, as partes condutoras externas e as linhas externas, diretamente ou através de DPS conectados a elas.
Figura 22 - Corrente de descarga atmosférica conduzida para terra
Fonte: (SUETA, 2016, p. 25)
Sendo 𝐼𝑓 = 𝑘𝑒∗ 𝐼 a fração da corrente de descarga atmosférica em cada parte condutora ou linha externa, o fator 𝑘𝑒 dependerá de (ABNT NBR 5419-1, 2015):
Número de caminhos paralelos;
Impedâncias convencionais de aterramento para as partes enterradas ou suas resistências de aterramento para as partes aéreas, onde estas partes se conectem com outras partes enterradas;
Impedância convencional de aterramento (conventional earthing impedance) do subsistema de aterramento, isto é, a relação entre os valores de pico da tensão e da corrente do eletrodo de aterramento, os quais, em geral, não acontecem simultaneamente (SUETA, 2016).
Para instalação enterrada:
𝑘𝑒 = 𝑍
𝑍1+ 𝑍 ∗ (𝑛1+ 𝑛2 ∗𝑍𝑍1 2)
Para instalação aérea:
𝑘𝑒 = 𝑍
𝑍2+ 𝑍 ∗ (𝑛2+ 𝑛1∗𝑍𝑍2 1)
(1)
Onde:
Z= Impedância convencional de aterramento do subsistema de aterramento;
Z1= Impedância convencional de aterramento das partes externas ou linhas externas enterradas; Z2= Resistência de terra do arranjo de aterramento que conecta a linha aérea à terra;
n1= Número total de partes externas ou linhas instaladas enterradas; n2= Número total de partes externas ou linhas instaladas aéreas;
I= Corrente da descarga atmosférica pertinente ao nível de proteção (NP) considerado.
Os valores de Z1 são obtidos com o auxílio da Tabela 7. Quando não se conhecer a resistência de terra do ponto de aterramento (Z2), o valor de Z1 pode ser utilizado, levando em conta a resistividade do solo no ponto de aterramento, ver Tabela 7.
O valor da corrente da descarga atmosférica pertinente ao nível de proteção (NP) considerado é obtido da através da Tabela 5, para sistemas de baixa tensão em redes aéreas, e da Tabela 6, para linhas de sinais aéreas. No caso de sistemas de baixa tensão enterrados e de linhas de sinais subterrâneos, os valores informados podem ser divididos por dois (ABNT NBR 5419-1, 2015).
Tabela 5 - Surtos devido às descargas atmosféricas previsto em sistemas de baixa tensão
Tabela 6 - Surtos devido às descargas atmosféricas previstos em sistemas de sinais
Fonte: (ABNT NBR 5419-1, 2015, p. 63)
Tabela 7 - Valores de impedância convencionais de aterramento Z e Z1