Wagner Barbosa

Dispositivos de Proteção contra

Surtos (DPS)

Objetivos

• A Clamper

• Os surtos elétricos e suas causas

• O que é um DPS? Para que serve?

• Critérios para especificação de um DPS

• Exemplos de aplicação

• A Clamper é uma companhia S.A. de capital

fechado estabelecida em 1991. Matriz

localizada em Lagoa Santa (região

metropolitana de Belo Horizonte), no estado

de Minas Gerais – Brasil.

• Filial no México-DF;

• Atuação em todo Brasil e em outros 15 países

da América Latina e na África, além dos EUA.

• Fabricante especialista em Dispositivos de Proteção contra Surtos -

DPS.

A Clamper

• A Clamper tem um histórico de mais de 23 anos de êxito na fabricação

de DPS e em soluções para a proteção desde

equipamentos profissionais até dispositivos residenciais.

• Possuímos Laboratório próprio para ensaios

em DPS através de geradores que reproduzem

o efeito elétrico dos raios e dos surtos.

• Produzimos mais de 300 modelos de DPS para

aplicação nos segmentos de energia, óleo e gás,

automação, telecomunicações, dentre outros.

Quem somos?

ISO 9001:2008

Sistema de Gestão da Qualidade ISO 9001:2008. 459975 QM08

DPS certificados segundo UL, CIDET, NOM/ANCE, Anatel, NBR/IEC

Certificados

Tensão Elétrica (60Hz)

Surto Elétrico

O surto elétrico

Os surtos elétricos são os distúrbios mais

comuns nas instalações elétricas.

Distúrbios menos comuns:

Sobretensão temporária (Swell) – Aumento

da tensão à frequência industrial com

duração de meio ciclo até alguns segundos.

Subtensão (Sag)- Redução na tensão RMS

à frequencia industrial com duração de 1

ciclo de 60Hz até alguns segundos

(também conhecido como afundamento de

tensão).

O surto elétrico

Fontes de problemas

de qualidade nos

sistemas e nas empresas

Fontes de surtos elétricos:

- Naturais (raios);

- Provocados por chaveamento /comutação de

equipamentos na própria instalação, outras próximas e

ou concessionárias de serviço público (energia,

telecomunicações, etc.).

O surto elétrico

Comutação ou

chaveamento de grandes

cargas reativas conectadas

à mesma rede de energia.

“Liga e desliga”

Causas de surtos elétricos

Falta de energia, incluindo os

religamentos, também são grandes

causadores de surtos elétricos.

“Apagões”

Causas de surtos elétricos

Descarga direta

Quando uma descarga atinge

diretamente uma instalação ou a

rede de energia, grande parte da

energia do raio é transferida para

as instalações e/ou rede de

energia ocasionando surgimento

de sobretensões transitórias nos

diversos circuitos de energia e de

dados.

Causas de surtos elétricos

Descarga indireta

Ocorre quando a descarga atinge

as proximidades de uma

instalação, rede de energia ou de

sinais de dados. A existência de

diferentes formas de acoplamento

permite que parte da energia do

raio seja transferida para as

instalações, rede de energia ou de

sinais de dados ocasionando

surgimento de sobretensões

transitórias nos diversos circuitos

de energia e de dados.

Causas de surtos elétricos

Exemplo básico de diferentes fontes de danos a uma estrutura e de distribuição da corrente de descarga atmosférica dentro de um sistema

S1 → descarga atmosférica próxima à linha que adentra a estrutura;

S2 → descarga atmosférica nas linhas que adentram a estrutura;

S3 → descarga atmosférica próximo à estrutura;

S4 → descarga atmosférica na estrutura.

Corrente no

cabo do Pára-

raios (I)

Probabilidade

de ocorrência

Tensão induzida

Vp

(circuito aberto)

Corrente Induzida

Ip

(circuito fechado)

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

Descargas indiretas

Densidade de descargas atmosféricas NG – Mapa do Brasil (descargas atmosféricas/km²/ano) Fonte INPE

Densidade de raios

2009/2010

• Minas Gerais

– Belo Horizonte: Ng = 12,24

– Congonhas: Ng = 13,73

• São Paulo

– São Caetano do Sul: Ng = 22,8

• Rio de Janeiro

– Porto Real (cidade entre as duas maiores metrópolis do país): Ng = 27

Fonte: INPE

Efeitos dos surtos elétricos

1 de 10

Semicondutores

A maioria dos dispositivos semiconductores utilizados

atualmente nos circuitos eletrônicos de equipamentos

em geral não possuem tolerância suficiente para

suportar sobretensões transitórias que excedam a

tensão nominal.

Isolamento da instalação elétrica

As sobretensões transitórias podem causar disrupção

no isolamento tanto nas instalações como nos

equipamentos, tendo como efeitos, disturbios

temporários na operação, falhas instantâneas ou

danos nos circuitos mais sensíveis.

DPS é um dispositivo destinado a

limitar sobretensões transitórias e

desviar correntes de surto.

“ O que é um DPS?”

O que proteger?

Normas técnicas aplicáveis • NBR 5410 – Instalações elétricas de baixa tensão

• NBR IEC 61643-1 – Dispositivos de proteção contra surtos em baixa tensão – Parte 1 – Dispositivos

de proteção conectados a sistema de distribuição de energia de baixa tensão – Requisitos de

desempenho e métodos de ensaios

• IEC 62305 - Protection Against Lightning. ( em tradução para o Português – substituirá a NBR 5419 –

Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas)

• IEC 61643-12 - Surge protective devices connected to low-voltage power distribution systems –

Selection and application principles.

• UL 1449 – Surge Protective Devices - Underwriters Laboratories Inc. Standard for Safety.

• IEEE C62.41 - Guide on the Surge Environment in Low-Voltage (1000 V and less) AC Power Circuits.

Zonas de proteção

I, II II III

CATEGORIA

IEEE C62.41 B A C

Tensão de impulso

suportável requerida

para a instalação (kV)

NBR 5410

0,8 1,5 2,5 4

ZPR0

ZPR1 ZPR2 ZPR3

I IEC

Tensão de impulso

suportável para

ensaio do DPS (kV) 10 6

Zonas de proteção Ao instalar DPS secundários esse desvio de corrente para o equipamento

será menor, aumentando a confiabilidade da proteção.

d≥ 10m

Critérios para especificação de um DPS

• Classificação do DPS em função da aplicação/instalação (I, II, III)

• MCOV - Máxima tensão de operação contínua

• Suportabilidade dos equipamentos a surtos elétricos

• Nível de proteção

• Sobrecorrente (Capacidade de curto circuito)

• Sobretensão temporária

• Esquemas de conexão

Comparativo entre as formas de onda

Classe I 10/350µs

Classe II 8/20µs

Máxima tensão de operação contínua - Uc

Tabela 49 – ABNT NBR 5410:2004 - Valor mínimo de UC exigível do DPS, em função do esquema de aterramento

Conselho:

Utilizar preferencialmente DPS com tensão

nominal superior a tensão entre fases do

sistema, para evitar uma operação indevida nos

casos de sobretensões temporárias .

Máxima tensão de operação contínua - Uc

Nível de proteção - Up

Tabela 31 – ABNT NBR 5410:2004 - Suportabilidade a impulso exigível dos componentes da instalação.

Nível de proteção - Up

Influência do comprimento dos cabos

de conexão

Influência do comprimento dos cabos de conexão

Condutor mínimo: Classe I: 16mm2

Classe II: 4mm2

Análise experimental

Seção do condutor: 10mm²

Análise experimental

– O pico de corrente medido, à esquerda, é de 100 kA e

o pico de tensão medido, à direita, é de 6,8 kV.

• Quando o DPS é instalado no ponto de entrada, considerar

ΔU= 1kV/metro;

• Quando o comprimento for menor ou igual a 0,5m, UP/F=

1,2 x UP;

• Quando o DPS está conduzindo apenas surtos induzidos,

ΔU pode ser desprezado.

Onde:

ΔU → queda de tensão indutiva nos condutores de equipotencialização;

UP/F → surto de tensão entre os condutores vivos e a barra de

equipotencialização.

Influência do comprimento dos cabos de conexão

Sobrecorrente

Sobretensões temporárias

Esquemas de conexão

Esquemas de conexão

Tecnologias de proteção

Centelhadores a gás

Varistor de óxido metálico Diodo de avalanche

Spark Gap

Comparativo entre as

tecnologias de proteção

Elemento Tempo de

atuação

I Máximo @

8/20s Fc Características relevantes

Spark Gap

Centelhador a

gas

De 0,1 a

10 s

(depende

del dV/dt)

De 5kA até

560kA

(depende

do modelo)

8,2

Grande capacidade de condução de corrente;

Alta tensão disruptiva;

Baixa capacitância paralela (<2pF); e

Mais Lento (Se comparado ao MOV).

Varistor de

Óxido de Zinco 25 ns

De 100A a

200kA

(depende

do

diâmetro)

2,4

Vida longa (media superior a 5 anos);

Grande variedade de opções de corrente e tensão; bom

tempo de resposta (se comparado ao Spark Gap ou

centelhador a gas).

Diodo de

Avalanche de

Silicio

1ps

De 5A a

20kA

(depende

do modelo

e da

tensão)

1,4

Vida infinita (desde que a corrente de impulso não seja

ultrapassada);

Extremamente rápido; e

Níveis preciosos de limitação de tensão

Coordenação entre DPS

Coordenação entre DPS

d ≥ 10 m

1 μH/m

d < 10 m

Módulo de coordenação

Exemplos de aplicação (residencial)

conforme IEC 61643-12

Exemplo de aplicação (residencial)

Exemplo de aplicação (industrial)

Exemplo de aplicação (industrial)

Exemplo de aplicação (industrial)

Exemplo de aplicação

Wagner Almeida Barbosa

(31) 3689-9568

www.clamper.com.br

OBRIGADO