CARLOS EDUARDO SILVEIRA AVILA DPS DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO CONTRA SURTOS E SUAS APLICAÇÕES EM CFTV E EM TELECOMUNICAÇÕES - PDF
CARLOS EDUARDO SILVEIRA AVILA DPS DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO CONTRA SURTOS E SUAS APLICAÇÕES EM CFTV E EM TELECOMUNICAÇÕES
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Mirella Bardini Damásio
1 UNIVERSIDADE SÃO FRANCISCO Curso de Engenharia Elétrica CARLOS EDUARDO SILVEIRA AVILA DPS DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO CONTRA SURTOS E SUAS APLICAÇÕES EM CFTV E EM TELECOMUNICAÇÕES Itatiba 2010
2 CARLOS EDUARDO SILVEIRA AVILA - RA DPS DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO CONTRA SURTOS E SUAS APLICAÇÕES EM CFTV E EM TELECOMUNICAÇÕES Monografia apresentada ao Curso de Engenharia Elétrica da Universidade São Francisco, como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Elétrica. Orientador: Prof. Dr. Geraldo Peres Caixeta Itatiba 2010
3 CARLOS EDUARDO SILVEIRA AVILA DPS DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO CONTRA SURTOS E SUAS APLICAÇÕES EM CFTV E EM TELECOMUNICAÇÕES Monografia aprovada pela banca examinadora do Curso de Engenharia Elétrica Modalidade Eletrônica da Universidade São Francisco, como requisito parcial para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Elétrica. Data da Aprovação: 13/12/2010 Banca Examidora: Prof. Dr. Geraldo Peres Caixeta (Orientador) Universidade São Francisco Prof. Ms. Renato Franco de Camargo (Examinador) Universidade São Francisco Eng. Ricardo Rafael Dalbosco (Examinador) CREA:
4 RESUMO O uso de captores, descidas, aterramentos e DPS procura evitar que as estruturas e equipamentos sejam total ou parcialmente destruídos pelos raios. Com a evolução da eletrônica, no entanto, os danos causados indiretamente pelos raios estão se tornando cada vez mais preocupantes, tanto para os usuários como para as seguradoras. De fato, quando cai um raio em uma instalação (casa, prédio, indústria etc.) adequadamente protegida contra descargas diretas, são geradas sobretensões nas redes da empresa concessionária (tanto nas linhas de média quanto nas linhas de baixa tensão), nas instalações elétricas da instalação e, possivelmente, nos prédios vizinhos. Essas sobretensões poderão causar danos nos diversos equipamentos cujos valores financeiros são maiores que os danos do próprio custo dos equipamentos atingidos. Nos locais onde não existe nenhum tipo de proteção é mais comum acontecerem problemas com sobretensões. Na maioria dos casos, a interrupção das comunicações, paradas de equipamentos ou de processos, perda de programas em processamento são mais importantes ou mais caros que o custo das placas de circuitos danificadas pelas sobretensões. O número de casos relativos às indústrias é relativamente baixo porque, nesses locais, já são tomados todos os cuidados, tanto no projeto como na manutenção dos sistemas de proteção. Já em residências, os problemas são maiores, principalmente, pela falta de aterramento e DPS. Assim serão mostradas, nesse trabalho, algumas formas de como instalar e como usar corretamente os protetores de surtos, especificamente, nos casos de sistemas de segurança e telecomunicações com alimentação em baixa tensão. Palavras-chave: Aterramento. DPS. Proteção. Elétrica.
5 ABSTRACT The use of sensors, lowered, grounding and DPS seeks to prevent the structures and equipment are wholly or partially destroyed by lightning. With the evolution of electronics, however, the damage caused indirectly by the rays are becoming increasingly worrying, both for users and for the insurers. In fact, when lightning strikes in a facility (home, building, industry, etc..) Adequately protected against direct discharges, overvoltages are generated in the networks of the operating company (both in lines of medium and low voltage lines), electrical installations the facility and possibly on nearby buildings. These surges can cause damage to various equipment whose values are greater than the financial damage to the equipment cost itself achieved. In places where there is no kind of protection is the most common problems occur with surges. In most cases, the communications disruption, downtime of equipment or processes, loss of processing programs are more important or more expensive than the cost of the circuit boards damaged by surges. The number of cases relating to the industries is relatively low because these locations are already taken all reasonable care, both in design and maintenance of protection systems. Already in homes, the problems are larger, mainly due to lack of grounding and DPS. So will be shown in this paper, some ways of how to install and how to properly use surge protectors, specifically in cases of security systems and telecommunications power supply system. Keywords: Grounding. DPS. Protection. Electrical.
6 LISTA DE ABREVIATURAS A ABNT AQ2 BEP COBEI DPS DR ETI In Im ka QGBT V SPDA ZPR Ampere Associação Brasileira de Norma Técnicas Classificação de zonas de proteção Bloco de Equipotencialização de Potencial Comite Brasileiro de Eletricidade e Iluminação Dispositivo de Proteção contra Surtos Diferencial Residual Equipamento de Telecomunicação e Informática Corrente Nominal Corrente de Impulso Quilo Ampere Quadro Geral de baixa tensão volt Sistema de Proteção contra Descargas Atmosférica Zonas de Proteção contra raios
7 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1. Transientes Indiretos 03 Figura 2. Transientes Diretos 03 Figura 3. Diferencial de Potencial 05 Figura 4. SPDA Externo 06 Figura 5. Estrutura Metálica 07 Figura 6. Terrômetro 10 Figura 7. Fundações 11 Figura 8. Bloco de equalização de Potencial 12 Figura 9. Haste de aterramento 14 Figura 10. Esquema de ligação DPS 17 Figura 11. Exemplo de Instalação de DPS AC+Cabo 18 Figura 12. Exemplo de Instalação de DPS em PABX 19 Figura 13. Operação do DPS 22 Figura 14. Gap a Gás 23 Figura 15. Gap a Ar 23 Figura 16. Diodos 25 Figura 17. Varistor de baixa e alta capacidade 26 Figura 18. PTC ou Termistor 26 Figura 19. Montagem Ajusante 28 Figura 20. Montagem Montante 28 Figura 21. Proteção para Rádio 29 Figura 22. Proteção Central PABX Grande Porte 29 Figura 23. Proteção Central PABX Pequeno e Médio Porte 30 Figura 24. Proteção para CPD 30 Figura 25. Proteção para sistema de CFTV 31 Figura 26. Caixa hermética 34 Figura 27. Proteções de surtos 35 Figura 28. Fotos de danos em DPS 36
8 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO Objetivos DISTÚRBIOS CAUSADOS POR DESCARGAS ATMOSFÉRICAS Transientes Transientes Indiretos ou Induzidos Transientes Diretos ou Conduzidos Diferencial de Potencial SOLUÇÕES, MÉTODOS E SISTEMA DE PROTEÇÃO ELÉTRICA SPDA Externo SPDA Interno COMPONENTES DE UM SISTEMA DE PROTEÇÃO Subsistema de Captores Subsistema de Descidas Subsistema de Aterramento ATERRAMENTO TIPOS DE ATERRAMENTO RECOMENDADOS NOVAS EXIGÊNCIAS PROTEÇÕES ELÉTRICAS Zonas de Proteção Contra Raio O Que São DPS? Classificação dos DPS Instalações Típicas Conforme NBR Porque Proteger? Obrigatoriedade dos DPS ESCOLHA, APLICAÇÃO ELEMENTOS SUPRESSORES APLICADOS NOS DPS DE ENERGIA E SINAL Centelhadores Centelhadores a gás Centelhadores a ar 32
9 10.2. Diodos de Avalanche ou Diodos Supressores Varistores PTC ou Termistores Termofusíveis INSTALAÇÃO DE DPS AJUSANTE E MONTANTE EXEMPLO DE PROTEÇÕES COM DPS Sistema de Proteção para um provedor de Internet via rádio Sistema de Proteção para uma central telefônica de grande porte Sistema de Proteção para Central de PABX Médio e pequeno porte Sistema de Proteção para um CPD conectado à rede ethernet Sistema de Proteção para uma central de segurança ESTUDO DE CASO DEFINIÇÕES NORMATIVAS CONCLUSÃO 62 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 63
10 9 1. INTRODUÇÃO Cerca de 100 milhões de raios caem todos os anos no Brasil. Hoje, ele é o país com maior incidência de raios em todo o mundo, o que causa enormes prejuízos a equipamentos e aparelhos eletro-eletrônicos. Apesar da proteção dos para-raios, a queda de um raio produz um campo eletromagnético que se irradia por toda região como uma descarga indireta de energia, principalmente, pelas redes elétricas e de telecomunicações. Ao atingir a rede de distribuição de energia elétrica de uma cidade, essa descarga indireta acaba provocando um aumento momentâneo de tensão, ou sobretensão transitória, que pode causar danos irreparáveis em aparelhos eletro-eletrônicos. O DPS (Dispositivo Protetor de Surto) oferece uma solução completa e de alta performance contra sobretensões conduzidas pelas linhas de energia elétrica, protegendo com total segurança os equipamentos eletro-eletrônicos. Os DPS são altamente recomendados em todas as instalações elétricas, em especial, nas regiões onde a incidência de raios é bastante elevada. Pode ser instalado nos esquemas de circuitos elétricos com sistemas de aterramento TN-C, TN-S, TN-C-S e TT, em conformidade com as principais normas da ABNT NBR Um raio pode causar danos a equipamentos eletro-eletrônicos de três maneiras: Direta: quando o raio atinge uma edificação e causa danos tanto na construção quanto nos equipamentos. A proteção, nesse caso, é feita através de para-raios, tipo Franklin e/ou gaiola de Faraday. Indireta: quando o raio cai nas proximidades de uma edificação e sua sobrecarga danifica equipamentos através de rede elétrica. A proteção contra esse problema é através de aterramento elétrico com dispositivos protetores de surtos (DPS). Interferência Eletromagnética: quando um raio cai em um edifício vizinho e gera potentes ondas eletromagnéticas capazes de induzir tensões perigosas para qualquer
11 10 equipamento eletrônico. A solução são dispositivos protetores de surtos (DPS) específicos para cada aparelho Objetivos O objetivo do respectivo trabalho é levar ao conhecimento de técnicos e profissionais da área, informações básicas para o auxílio de implantação e instalação de dispositivos de proteção de sobretensões denominados DPS. Um equipamento da tecnologia da informação nomeado pela sigla ETI (telecomunicações, informática, vigilância eletrônica, robótica e outros) ou de simples uso doméstico, só tem utilidade quando está em perfeitas condições para o uso. Se esse serviço é interrompido devido à queima dos circuitos de alimentação de energia ou sinal, o equipamento deixa de ser útil ao usuário, acarretando prejuízos frequentemente mais elevados que o valor patrimonial do equipamento ou do reparo. Os equipamentos estão sujeitos a sobretensões elétricas, conduzidas pela rede de sinal, pela rede de energia elétrica ou pelo próprio eletrodo de terra existente nas instalações. No entanto, a proteção elétrica de equipamentos visa evitar os danos elétricos provocados por transientes ou sobretensões nestes circuitos, garantindo a continuidade do serviço.
12 11 2. DISTÚRBIOS CAUSADOS POR DESCARGAS ATMOSFÉRICAS 2.1. Transientes Transientes são variações bruscas de energia que podem danificar tanto as instalações elétricas, como os equipamentos elétricos ou eletrônicos. A sua origem pode ser tanto por ocorrência de descargas atmosféricas (RAIOS), como por manobras das concessionárias. As três principais causas do surgimento de transientes nas instalações elétricas são: Transientes de origem indireta ou induzida; Transientes de origem direta ou conduzida; Transientes de origem por diferença de potencial Transientes indiretos ou induzidos Os transientes indiretos ou induzidos podem ter sua origem tanto em manobras na rede elétrica como em descargas atmosféricas. Os transientes (Figura 1) oriundos de manobras na rede elétrica podem ocorrer devido ao chaveamento de circuitos elétricos pela própria concessionária e são muito comuns no restabelecimento da energia após uma interrupção, ou ainda podem ser gerados por equipamentos interligados nessa rede, por exemplo, o acionamento de motores, inversores etc. Os transientes com origem em descargas atmosféricas com certeza são os que possuem maior capacidade de destruição. Figura 1 - Transientes Indiretos. Fonte:Embrastec.Anti-Raio.Disponível em Acesso em 20/11/2010
13 12 (1) concessionária (2) árvores (3) condutores metálicos (4) descargas atmosféricas que atingem solo (5) sistema de aterramento (6) equipamentos eletro-eletrônicos Transientes diretos ou conduzidos Quando as descargas atmosféricas atingem a instalação elétrica, o sistema de pararaios ou a estrutura, todos os elementos que compõem essa edificação, inclusive o aterramento, ficam energizados de forma diferente, ou seja, ficam em potenciais diferentes, ocorrendo fuga de corrente por todos os pontos envolvidos no fenômeno. Esse tipo de transientes (Figura 2), por serem injetados diretamente nos elementos da instalação elétrica, é muito rico em correntes, portanto, capaz de produzir um dano muito grande à instalação e aos equipamentos. Figura 2 - Transientes Diretos. Fonte:Embrastec.Anti-Raio.Disponível em Acesso em 20/11/ Diferença de potencial (Figura 3) Essa pode ser considerada a maior causa de danos por se cumprir apenas uma parte da norma, ou seja, faz-se o aterramento da instalação elétrica, telefônica ou dados, mas por vários motivos não se interliga os eletrodos dos diversos aterramentos.
14 13 Quando a descarga atmosférica atinge o solo ou é direcionada para ele, através dos eletrodos de aterramentos, o solo fica energizado, mesmo que por frações de segundos. Essa energia gera induções que percorrem de forma circular atingindo os outros eletrodos de aterramento e, consequentemente, contaminando outras partes da instalação elétrica. Figura 3 - Diferença de Potencial. Fonte:Embrastec.Anti-Raio.Disponível em Acesso em 20/11/2010
15 14 3. SOLUÇÕES, MÉTODOS E SISTEMA DE PROTEÇÃO ELÉTRICA Normas nacionais e internacionais classificam a proteção elétrica de uma edificação vertical ou horizontal em dois sistemas de proteção compreendidos como SPDA externo e SPDA interno SPDA EXTERNO (Figura 4) O SPDA externo é descrito pelas normas NBR-5419 e IEC para proteger as edificações contra efeitos diretos dos raios. Entretanto, não evita danos elétricos aos equipamentos instalados no interior da edificação. A função do para-raio é transferir o potencial do solo para a parte superior, capturar e conduzir a corrente ao eletrodo de terra, que dependendo do volume de material metálico e área dissipará a maior parte desta energia. Figura 4 - SPDA Externo. Fonte:MTM.Protetores de Surto.Disponível em em 20/11/2010 É formado por captores, barras, cabos, hastes, telhas metálicas com espessura maior que 2 mm, ferragens da estrutura da edificação, baldrames, fundações e todos os elementos metálicos das proximidades devidamente interligados pelo solo formando um único eletrodo (Figura 4). Telhas com espessura superior a 2 mm e estruturas metálicas deverão ser aproveitadas para formação do SPDA externo (Figura 5).
16 15 Figura 5 - Estrutura Metálica Fonte:MTM.Protetores de Surto.Disponível em em 20/11/2010 Métodos aprovados pela norma NBR Uma vez decidida a necessidade do SPDA externo, a norma indica somente três métodos: Método Franklin ou do ângulo de proteção. Método de Faraday ou das malhas (mais conhecido como das gaiolas). Método do modelo Eletrogeométrico ou da esfera rolante ou fictícia. Nota: Outros tipos de para-raios são proibidos e configuram uma infração a ser julgada pelo CREA ou pela polícia quando houver vítimas devido à falha na distância de atração SPDA INTERNO Para minimizar os riscos de danos elétricos aos equipamentos e à segurança de seus usuários devido ao trafego dos distúrbios elétricos conduzidos pelos cabos metálicos para o interior da edificação, a NBR-5410 de 04/2005 apresenta requisitos mínimos e conceito básico de zonas de proteção baseados na IEC Um desses requisitos é a instalação de DPS, dispositivos de proteção contra sobretensões junto ao ponto de entrada da edificação para redes de energia. Essa instalação deve atender aos ensaios pertinentes especificados na IEC e rede de sinal que deve atender aos ensaios pertinentes especificados nas normas ANATEL rede externa e UIT série K.
17 16 O processo de implantação do SPDA interno consiste em se estabelecer um modelo para os raios, permitindo a simulação e cálculo de campos eletromagnéticos, tensões e correntes transitórias gerados pelo raio; definição das zonas de proteção; escolha de uma topologia de equalização de potencial e escolha de dispositivos de proteção contra sobretensão DPS.
18 17 4. COMPONENTES DE UM SISTEMA DE PROTEÇÃO Qualquer que seja o método de proteção escolhido, um sistema de proteção tem três subsistemas de componentes: 4.1. Subsistema de Captores Tem a função de receber os raios, reduzindo ao mínimo a probabilidade da estrutura ser atingida diretamente por eles. Deve ter capacidade térmica e mecânica para suportar o calor gerado no ponto de impacto, bem como os esforços eletromagnéticos resultantes. A corrosão pelos agentes atmosféricos também deve ser levada em conta no dimensionamento, de acordo com o nível de poluição e o tipo de poluente da região Subsistema de Descidas Tem a função de conduzir a corrente do raio recebida pelos captores até o aterramento, reduzindo ao mínimo a probabilidade de descargas laterais e de campos eletromagnéticos perigosos no interior da estrutura Subsistema de Aterramento Tem a função de dispersar no solo a corrente recebida dos condutores de descida, reduzindo ao mínimo a probabilidade de tensões de toque e de passo perigosas; deve ter capacidade térmica suficiente para suportar o aquecimento produzido pela passagem da corrente e, principalmente, deve resistir à corrosão pelos agentes agressivos encontrados em diversos tipos de solos.
19 18 5. ATERRAMENTO Aterramento é o elemento ou conjunto de elementos, condutores de eletricidade, enterrados no solo, com capacidade de dispersar correntes elétricas indesejáveis que circulem em uma instalação elétrica. Figura 6 - Terrômetro Da Norma ABNT 5419 Item Do ponto de vista da proteção contra o raio, um subsistema de aterramento único integrado à estrutura é preferível e adequado para todas as finalidades, ou seja, proteção contra raio, sistemas de baixa tensão e sistema de sinal. Item Para assegurar a dispersão da corrente de descargas atmosféricas na terra sem causar sobretensões perigosas, o arranjo e as dimensões do subsistema de aterramento são mais importantes que o próprio valor da resistência de aterramento. Entretanto, recomenda-se, para o caso de eletrodos não naturais, uma resistência de aproximadamente 10 Ohms, como forma de reduzir gradientes de potencial no solo e a probabilidade de centelhamento perigoso. No caso de solo rochoso ou de alta resistividade, poderá não ser possível atingir valores próximos dos sugeridos. Neste caso, a solução adotada deverá ser tecnicamente justificada no projeto. Item Sistemas de aterramento distintos devem ser interligados através de uma ligação equipotencial de baixa impedância.
20 19 O aterramento de uma edificação vertical ou horizontal é regulamentado pelas normas NBR-5419 e NBR Todos os elementos metálicos como barras, cabos, hastes, ferragens da estrutura da edificação, baldrames e fundações (estacas) (Figura 7), telas em forma de malhas soldadas aplicadas em pisos reforçados e outras estruturas, devem ser interligados formando um único eletrodo de terra em forma de anel perimetral. Figura 7 Fundações. Fonte:MTM.Protetores de Surto.Disponível em em 20/11/2010 Nas instalações antigas, a exigência mínima é de um eletrodo em forma de anel composto de condutores metálicos e hastes devidamente dimensionadas no perímetro da construção diretamente na terra. Para eletrodos protegidos contra corrosão (imersos no concreto), poderão ser aplicados na formação do anel, condutores de cobre nu ou aço galvanizado de 16 mm². Para condutores não protegidos contra corrosão (diretamente na terra), 50 mm² para condutores de cobre nu e 80 mm² para condutores de aço galvanizado. Junto à entrada principal da rede de energia, o eletrodo de terra deverá ser conectado a um barramento de equipotencialização principal denominado como BEP (Figura 8), localizado na zona de proteção Z1 do SPDA interno conforme NBR Todos os aterramentos existentes na proximidade da edificação e a distribuição para os barramentos secundários localizados no interior das instalações são necessários para o bom desempenho e segurança dos equipamentos e usuários. Deverão ser conectados ao BEP (Figura 8) e a impedância para o eletrodo de terra a menor possível.
21 20 Figura 8 BEP Fonte:MTM.DPS.Apostila de Treinamento Pagina 5. Dimensões mínimas do BEP Largura mm Espessura... 6 mm Comprimento mm ou de acordo com o número de conexões necessárias
22 21 6. TIPOS DE ATERRAMENTOS RECOMENDADOS Tipo A: Cada descida corresponde a uma haste de terra ou eletrodo horizontal, é utilizado somente em pequenas estruturas sem responsabilidade. Tipo B: as descidas são ligadas a um eletrodo (geralmente, um cabo) enterrado formando um anel em volta de toda a estrutura. Ao aterramento tipo B, podem ser adicionadas hastes para uma maior redução da resistência, em caso de solos de altas resistividades.
23 22 7. NOVAS EXIGÊNCIAS A evolução das normas e regulamentos técnicos, os avanços tecnológicos em materiais e processos, as descobertas nas áreas de fisiologia choques elétricos e o conhecimento do fogo e suas propriedades levaram à adoção de medidas de proteção em instalações elétricas. Programas federais de certificação compulsória de produtos elétricos também contribuíram significativamente para o avanço da qualidade dos produtos. Os grandes incêndios [em edifícios] também trouxeram conhecimentos sobre causas de acidentes. As responsabilidades das concessionárias fornecedoras também aumentaram. Agora, são obrigadas a relatar a qualidade da energia entregue. Atualmente, os disjuntores e interruptores diferenciais começam a ser adotados para aumentar a segurança de instalações e usuários. Também estão se desenvolvendo os DPSs, que visam sanar o que está dentre os maiores problemas de instalações: as descargas elétricas. Estas geram campos eletromagnéticos que induzem a surtos na rede e podem levar à queima de equipamentos. Elas estão evoluindo na forma como desviam o surto para o terra. De acordo com o Procobre, esses resultados decorrem do amadurecimento do setor. As construtoras têm se conscientizado, mas ainda há grande discrepância entre edifícios e casas, o Programa Casa Segura passou a pesquisar, além de apartamentos, casas. Enquanto quase todos os apartamentos contavam com aterramento (Figura 9), apenas 22% das casas de um total de 180 tinha fio terra. A Lei , de 26/07/2006, determina a obrigatoriedade do uso do fio terra em todas as instalações. Dessa lei, também decorre a adoção da nova tomada com três pinos redondos. Figura 9 - Haste de Aterramento. Fonte:MTM.DPS.Apostila de Treinamento Pagina 3.
24 23 8. PROTEÇÕES ELÉTRICAS 8.1. Zonas de Proteção Contra Raio É importante ficar claro que para evitar os efeitos de descargas atmosféricas tem que se utilizar a proteção como CONCEITO. Para utilizar a proteção como conceito, tem que se pensar no sistema todo, tanto externo, quanto interno, ou seja, o SPDA e DPS, respectivamente. Por isso, é importante fazer a blindagem da edificação e da instalação. A norma IEC estabeleceu o índice de blindagem, utilizando zonas de proteção, LPZ (Lightning Protector Zone) ou ZPR (Zona de Proteção contra Raios), como estão sendo chamadas pelo COBEI, na nova estruturação da Norma ABNT Veja abaixo: Zonas EXTERNAS ZPR 0 Zona fora da estrutura e próxima ao volume imposto pelo SPDA, subdividida em 0A e 0B; ZPR 0A Zonas que os objetos estão expostos a descargas de raios diretas, fora do volume de proteção do SPDA. Neste caso, o campo magnético não foi atenuado. ZPR 0B Nesta zona, os objetos também estão expostos a descargas de raios diretas, porém o campo magnético foi atenuado pela presença do SPDA; está dentro do volume de proteção imposta pelo SPDA; portanto, exposta a correntes parciais do valor da descarga atmosférica; Zonas INTERNAS ZPR1 Zona em que os objetos não estão expostos a descargas de raios diretas. As correntes da descarga já foram atenuadas pela Zona 0B. Portanto, neste caso, o campo magnético foi atenuado, pois houve uma distribuição da corrente pelos elementos da edificação, SPDA e DPS Classe I, instalado entre a ZPR 0B e ZPR1. ZPR2 / ZPR 3 Zonas em que os objetos não estão expostos a descargas de raios diretas e a corrente da descarga já foi atenuada pelas demais zonas de proteção e divisões da corrente nos
25 24 circuitos e por outros DPS s Instalado no sistema. Neste caso, o campo magnético está atenuado O que são DPS? DPS é a sigla utilizada para Dispositivo de Proteção contra Surtos. O DPS é o dispositivo preconizado pela norma ABNT 5410 e 5419 para proteger as instalações elétricas e os equipamentos eletro-eletrônicos contra surtos, sobretensões ou transientes diretos ou indiretos, independentemente da origem, se por descargas atmosféricas ou por manobras da concessionária. Os Dispositivos de Proteção contra Surtos são equipamentos capazes de permanecer invisíveis aos circuitos quando em regime normal e atuar rapidamente abrindo um caminho de baixa impedância assim que for detectada uma sobretensão. Existem diferentes tecnologias de DPS, cada qual indicada para determinada situação Classificação dos DPS A Norma ABNT 5410/2004 utilizou como embasamento a NORMA IEC para classificar os DPS em cada nível de proteção. Estabelece três tipos: CLASSE I, CLASSE II e CLASSE III. Os dispositivos devem ser instalados de maneira coordenada, produzindo um efeito cascata, ou seja, primeiramente, são instalados os DPS com maior capacidade de exposição aos surtos, depois os com capacidade média e, finalmente, os DPS mais sensíveis. Veja abaixo: Classe I: DPS destinado à proteção contra sobretensões provocadas por descargas atmosféricas diretas sobre edificação ou em suas proximidades, com alta capacidade de exposição aos surtos, com capacidade mínima de 12,5 ka de corrente de impulso (I imp) conforme a Norma ABNT 5410, item d ; Classe II: DPS destinado à proteção contra sobretensões de origem atmosférica transmitidas pela linha externa de alimentação, ou seja, cargas indiretas, assim também contra sobretensões
26 25 de manobra, com capacidade mínima de exposição aos surtos, de 5kA de corrente nominal (In) conforme a Norma ABNT 5410, item d ; Classe III: DPS destinado à proteção dos equipamentos eletroeletrônicos, sendo uma proteção fina, de ajuste, proporcionando uma menor tensão residual e, consequentemente, uma proteção efetiva para os equipamentos Instalações Típicas conforme NBR-5410 Exemplo de instalação para CLASSE I e II. Figura 10 Exemplos para instalação de DPS. Fonte:MTM.DPS.Apostila de Treinamento Pagina 2.
27 26 DPS CLASSE I deve ser aplicado junto à entrada principal da rede de energia elétrica e ao barramento de equipotencialização principal, BEP, em edificações providas de pararaios, conforme exigência constante da NBR-5410 e/ou junto aos equipamentos da tecnologia da informação (ETI), como elemento secundário alimentado diretamente da cabine primária ou do quadro geral, aumentando a confiabilidade, menor tensão residual e vida longa contra sobretensões e transientes provocados por descargas atmosféricas ou induções de chaveamentos da rede de energia. DPS CLASSE II deve ser aplicado junto à entrada principal da rede de energia elétrica e ao barramento de equipotencialização principal BEP, em edificações providas (I) ou não (II) de para-raios, conforme exigência da NBR-5410 ou como dispositivo de proteção secundária, classe II, em quadros de distribuição, junto à equipamentos da tecnologia da informação (ETI) e outros, contra sobretensões e transientes provocados por descargas atmosféricas e induções de chaveamentos frequentes na rede de energia Exemplo de instalação de Classe III Figura 11 Exemplo de instalação de DPS AC+Cabo Fonte:MTM.DPS.Apostila de Treinamento Pagina 6.
28 27 Figura 12 Exemplo de Instalação de DPS em PABX. Fonte:MTM.DPS.Apostila de Treinamento Pagina 6. DPS classe III, aplicado junto aos equipamentos da tecnologia da informação (ETI) e outros, com corrente de consumo inferior a 10 A, conexão em série com a carga Por que proteger? A operação de sistemas eletrônicos pode ser severamente afetada em função da ocorrência de surtos provocados por descargas atmosféricas ou eventos de chaveamento no sistema elétrico de potência. Esses fenômenos causam, por um período curto de tempo, uma elevação brusca na tensão nominal do sistema, seja de alimentação elétrica, de comunicação de dados, de telefonia ou de automação de processos, ocasionando conseqüências, às vezes, devastadoras. No caso das descargas atmosféricas, um equipamento instalado a quilômetros de distância do local da queda do raio está sujeito a sérios riscos de queima em função da formação de campos eletromagnéticos e, consequentemente, sobretensões induzidas e conduzidas pelos cabos. Todos os equipamentos eletrônicos presentes nas instalações industriais, comerciais ou residenciais, tais como computadores, equipamentos de controle e automação, centrais telefônicas, equipamentos de TV a cabo, centrais de alarme, sistemas de telemetria e aquisição de dados, entre outros, correm risco de sofrer danos.
29 Obrigatoriedade dos DPS s A Norma ABNT 5410/2004, em seu item , estabelece que todas as edificações dentro do território brasileiro que forem alimentadas total ou parcialmente por linha área e se situarem onde há ocorrência de trovoadas em mais de 25 dias por ano, devem ser providas de DPS (zona de influências externas AQ2). Quando as partes da instalação estão situadas no exterior das edificações, expostas a descargas elétricas diretas (zona de influencia AQ3), o DPS também é obrigatório.
30 29 9. ESCOLHA, APLICAÇÃO A maioria dos equipamentos não são autônomos e conectados somente na rede de energia. Estes, além da alimentação da rede de energia, estão conectados a redes de sinal de origem externa, como: Centrais de telecomunicações de uso público ou individual; Equipamentos de Informática em rede local, externa ou ETHERNET; Sistemas de monitoração de vigilância eletrônica; Sistema de monitoração de incêndio; Automações Industriais, comerciais e residenciais; Controladores instalados em aeroportos, ferrovias, rodovias, estacionamentos e outros. A análise da proteção ideal para ETI (equipamentos da tecnologia da informação) é baseada na associação dos DPS destinados à rede de energia aos DPS destinados para a rede de sinal e à suportabilidade elétrica do equipamento. Os DPS (Figura 13) operam como chaves que se ligam e se desligam num tempo muito rápido quando submetidos a sobretensões, são bidirecionais e apresentam tensões residuais. Analisando abaixo, se a sobretensão é injetada na rede de energia, o protetor opera conduzindo o distúrbio elétrico para o terra, circulando somente pelo equipamento, a tensão residual do protetor de energia. Se a sobretensão é injetada na rede de sinal, o protetor opera conduzindo o distúrbio elétrico para o terra, circulando somente pelo equipamento a tensão residual do protetor de sinal. Se a tensão é injetada no terra, os protetores de energia e sinal operam em sentido inverso, conduzindo o distúrbio elétrico para fora da instalação utilizando a rede de energia e sinal. Somente a tensão residual do protetor de energia associada a tensão residual do protetor de sinal circula pelo equipamento.
PRINCIPAIS FONTES GERADORAS DE DISTÚRBIOS ELÉTRICOS:
Proteção Elétrica de Equipamentos Por: Manuel Martinez Luiz Engenharia de aplicação (MTM) A proteção elétrica de equipamentos consiste em soluções técnicas para evitar danos elétricos causados por distúrbios