Os Dispositivos de Proteção contra Surtos (DPS) são fundamentais para a proteção das instalações elétricas. Entender como eles são projetados nos ajuda assim a compreender melhor os aspectos fundamentais da proteção contra surtos.
Os DPS
A proteção de uma instalação elétrica, de energia ou sinal, contra sobretensões transitórias e correntes de surto, é uma necessidade descrita nas normas técnicas ABNT NBR 5419 [1] e ABNT NBR 5410 [2]. Para isso, elas apresentam os DPS (imagem 1) como dispositivos destinados a prover proteção contra sobretensões transitórias nas instalações de edificações. Eles cobrem tanto as linhas de energia quanto as linhas de sinal. Protegem as instalações elétricas também contra as correntes de surtos. Além de limitar a magnitude da tensão no ponto onde ele está instalado em valores compatíveis com a tensão nominal suportável de impulso (Uw), suportabilidade, esperada nesses pontos, conforme a tabela 31 da norma técnica ABNT NBR 5410:2004/2008.
As duas normas, mais do que introduziros DPS, apresentam porquê e como eles devem ser utilizados, seguido pelas suas características (tipo ou classe) e os parâmetros principais (corrente de surto (In), nível de proteção (Up), tensão máxima de operação contínua (Uc), etc para especificá-los. Em função disso, cabe aos fabricantes de DPS desenvolver portanto produtos que atendam às determinações das normas, simultaneamente, com eficácia e eficiência, dentro de um custo que seja assimilado pelo mercado.
A norma técnica dos DPS
Enquanto as normas citadas são normas de instalação, existe uma série de normas específicas sobre os DPS. A série IEC 61643, cujos documentos estão sendo gradativamente publicados pela ABNT, iniciada pela norma ABNT NBR IEC 61643-11[3] [4], que se aplica aos dispositivos de proteção contra os efeitos diretos e indiretos das descargas atmosféricas ou contra as sobretensões transitórias, sendo projetados para serem conectados aos circuitos de corrente alternada em 50/60 Hz e aos equipamentos de tensão nominal até 1000 V eficazes. Ela define características de desempenho, métodos normalizados de ensaio assim como os valores nominais aplicáveis desses dispositivos que contêm pelo menos um componente não linear e são utilizados para limitar os surtos de tensão e para escoar as correntes de surto.
Projeto de um DPS
Todos os diferentes modelos de DPS atuam como chaves abertas que se fecham quando ocorre um aumento das tensões em seus terminais. A partir desse princípio geral seus fabricantes escolhem portanto qual a tecnologia mais adequada para a destinação do DPS. Em função da sua classe (I, II e III), será definido se o DPS utilizará individualmente centelhadores, varistores (imagem 2) e diodos, ou dois ou três desses componentes em conjunto, como o elemento não linear do dispositivo. A definição de qual, ou quais, utilizar envolve questões técnicas (eficiência) e econômicas (custo), sendo um fator decisivo no projeto do DPS.
Durante todo o processo de desenvolvimento, o fabricante do DPS utiliza laboratórios de alta tensão (imagem 3), próprios, contratados ou ambos, para ensaiar o desempenho de seus protótipos, verificando dessa forma se eles se comportarão como desejado. A exatidão dos parâmetros do DPS é a garantia que de que ele irá cumprir assim as suas funções. Além de não representar um risco para a instalação que ele deverá proteger.
DPS para linhas de sinal
Outro aspecto fundamental no desenvolvimento de um DPS é a sua destinação. Se ele será utilizado para a proteção de linhas de energia ou de sinal. Nesse caso, além dos parâmetros específicos para a proteção também deve ser analisado como o protetor influenciará a transmissão dos sinais. Isso é necessário porque o DPS de sinal (imagem 4) não pode atenuar o sinal transmitido além de valores previamente definidos, normalmente em 3dB [5]. Neste caso, a utilização de varistores pode ser problemática, já que esses componentes têm características capacitivas que reduzem a impedância do DPS para correntes de alta frequência em regime permanente, a própria corrente do sinal transmitido.
DPS para aplicações específicas
Além do desenvolvimento de um modelo de DPS para cada protocolo de comunicação, os fabricantes de DPS devem desenvolver ainda protetores para outras aplicações. Como a proteção contra surtos de Sistemas Fotovoltaicas (SFV) ou Estações de Carregamento Veicular (ECV) (imagem 5). Para isso, é necessário portanto que a engenharia do fabricante estude profundamente as características do sistema que será protegido, suas tensões e correntes de trabalho, sua filosofia de proteção contra sobrecorrentes, o ambiente onde serão instalados etc. Neste caso, os engenheiros do fabricante visitam projetistas, fabricantes e instaladores desses sistemas, além de participar das comissões que elaboram as suas respectivas normas técnicas.
Os aspectos elétricos, as dimensões do DPS e o material do seu invólucro também devem ser estudados. Para que ele possa ser instalado dentro de critérios e confiabilidade e segurança adequados.
Conclusões
Como um dispositivo de proteção, o DPS deve ficar durante um longo tempo em repouso, devendo atuar rapidamente na presença de um surto. Voltando quase imediatamente ao seu estado inicial ao final da sobretensão em seus terminais. Por isso, seu fabricante utiliza seu conhecimento sobre componentes não lineares, centelhadores, varistores e diodos supressores. Para escolher qual o mais adequado, acomodá-lo em um invólucro seguro e provê-lo dos conectores apropriados.
Sabendo que seu dispositivo se destina portanto a proteger instalações e equipamentos, sendo meio e não fim, os fabricantes de DPS estudam profundamente aquilo que pretendem proteger. Tudo para que os seus produtos sejam os mais seguros e confiáveis possíveis, dentro dos critérios das normas técnicas que eles obrigatoriamente devem proteger.
Notas
1] ABNT NBR 5419:2015 Proteção contra descargas atmosféricas.
2] ABNT NBR 5410:2004: Versão Corrigida 2008.Instalações elétricas de baixa tensão.
3] Santos, Sergio Roberto Silva. As normas técnicas sobre os dispositivos de proteção contra surtos. Universidade Abracopel. https://abracopel.org/download/as-normas-tecnicas-sobre-os-dispositivos-de-protecao-contra-surtos/.
4] ABNT NBR IEC 61643-11: 2021 Versão Corrigida: 2022. Dispositivos de proteção contra surtos de baixa tensão Parte 11: Dispositivos de proteção contra surtos conectados aos sistemas de baixa tensão – Requisitos e métodos de ensaio.
5] Esse parâmetro é conhecido como frequência de corte (Fg). Ele define a resposta a frequência do DPS, sendo equivalente a frequência que ocasiona uma perda de inserção (aE) de 3 dB sob certas condições de ensaio (conforme a norma IEC 61643-21). Ao menos que indicado de outra forma, seu valor se refere a sistemas de 50Ω.
