SOBRETENSÃO
saiba como se proteger
O QUE É UMA DESCARGA ELÉTRICA?
Descargas atmosféricas são relâmpagos que produzem uma
quantidade extremamente grande de energia elétrica pulsada de
milhares de ampères (e milhares de volts).
São de alta frequência (aproximadamente 1 megahertz), e também
de curta duração (de um microssegundo a um milissegundo).
Entre 2000 e 5000 tempestades estão se formando
constantemente ao redor do mundo.
Estas tempestades são acompanhadas por descargas
atmosféricas que representam sério perigo para pessoas
e equipamentos.
Raios atingem o solo a uma média de 30 a 100 descargas
por segundo, isto é, 3 bilhões de descargas atmosféricas
por ano.
EFEITOS NAS INSTALAÇÕES
ELÉTRICAS
Descargas atmosféricas danificam
sistemas elétricos e eletrônicos,
especialmente
transformadores,
medidores e eletrodomésticos, tanto
em instalações residenciais como
industriais.
O custo dos reparos dos danos causados pelas
descargas atmosféricas é muito alto. Mas é difícil
estimar as consequências de:
• Perturbações causadas a computadores e redes de
telecomunicações;
• Falhas geradas no funcionamento dos programas dos
controladores lógicos programáveis e sistemas de
controle.
Além disso, o custo das perdas operacionais pode ser
muito maior do que o valor do equipamento destruído.
IMPACTOS DAS DESCARGAS
ATMOSFÉRICAS
Descargas atmosféricas podem afetar as instalações elétricas
(e/ou comunicações) de uma edificação de duas maneiras:
 Pelo impacto direto da descarga atmosférica na edificação (ver
Fig. J5 a);
 Pelo impacto indireto da descarga atmosférica na edificação.
, tanto em instalações residenciais
como industriais.
 Uma descarga atmosférica pode cair próximo a uma linha de
energia elétrica (ver Fig. J5 c). É a radiação eletromagnética da
corrente da descarga atmosférica que induz uma corrente
elevada e uma sobretensão na rede de alimentação de energia
elétrica.
Descargas atmosféricas danificam sistemas
elétricos e eletrônicos,
especialmente
 Nos últimos dois
casos, as correntes
e tensões
transformadores,
medidores
e perigosas
eletrodomésticos,
tanto em
instalações
transmitidas pela
rede de alimentação
de energia
elétrica.
residenciais como industriais.
são
 Uma descarga atmosférica pode cair próximo a uma edificação
(ver Fig. J5 d).
 O potencial de terra ao redor do ponto de impacto aumenta
perigosamente.
Raios são um fenômeno elétrico
de alta frequência que causa
sobretensões em todos os
elementos condutores
especialmente em cabos e
equipamentos elétricos.
PRINCÍPIO DE PROTEÇÃO CONTRA
SOBRETENSÃO
O princípio básico para proteção de uma instalação contra o risco
de uma descarga atmosférica é evitar que a energia da perturbação
atinja equipamentos sensíveis. Para atingir este objetivo, é
necessário:
• Capturar a corrente de descarga e canalizá-la à terra através do
caminho mais direto (evitando a proximidade de equipamentos
sensíveis);
•Efetuar a ligação equipotencial da instalação;
Esta ligação equipotencial é realizada por meio de
condutores de equipotencialidade completada por
Dispositivos de Proteção contra Surtos (DPS).
Minimizar efeitos indiretos e induzidos por meio da
instalação de DPS e/ou filtros.
Para eliminar ou limitar as sobretensões são
utilizados dois sistemas de proteção: são conhecidos
como sistema de proteção de edificações (para a
parte externa das edificações) e sistema de proteção
de instalação elétrica (para o interior das
Edificações).
VOCÊ SABIA?
O sistema de proteção de uma edificação contra os
efeitos dos raios deve incluir:
 Proteção das estruturas
atmosféricas diretas;
contra
descargas
 Proteção das instalações elétricas contra descargas
atmosféricas diretas e indiretas.
SISTEMA DE PROTEÇÃO DA EDIFICAÇÃO
A função do sistema de proteção da edificação é proteger
contra descargas atmosféricas diretas. O sistema consiste em:
 Dispositivo de captura: sistema de proteção de descarga atmosférica
(para-raios);
 Condutores de descida projetados para conduzir a corrente de
descarga à terra;
Aterramento: cabos condutores à terra conectados juntos tipo "pé-degalinha);
 Conexões entre todas as estruturas metálicas (ligação equipotencial) e
os condutores de terra.
Quando a corrente de descarga
atmosférica flui em um condutor, se
aparecerem diferenças de potencial
entre o condutor e a estrutura aterrada
localizada nas proximidades, podem
formar-se
descargas
disruptivas
destruidoras.
OS TRÊS TIPOS DE SISTEMAS DE PROTEÇÃO
CONTRA DESCARGA ATMOSFÉRICA
Três tipos de proteção da edificação são utilizados:
O PARA-RAIOS SIMPLES
O para-raios com haste é uma ponta metálica instalada
no topo da edificação. É aterrado através de um ou mais
condutores (geralmente de cobre) (ver Fig. J12).
OS TRÊS TIPOS DE SISTEMAS DE PROTEÇÃO
CONTRA DESCARGA ATMOSFÉRICA
O sistema de proteção de uma edificação contra
os efeitos dos raios deve incluir:
•Proteção das instalações elétricas contra
descargas atmosféricas diretas e indiretas.
•Proteção das estruturas contra descargas
atmosféricas diretas;
OS TRÊS TIPOS DE SISTEMAS DE
PROTEÇÃO CONTRA DESCARGA
ATMOSFÉRICA
TMOSFÉRICA
PARA-RAIOS
COM CABOS ESTICADOS
Estes cabos são esticados sobre a estrutura que deve ser
protegida. São utilizados para proteger estruturas especiais:
áreas de lançamento de foguetes, aplicações militares e
proteção de linhas aéreas de alta tensão (ver Fig. J13).
PARA-RAIOS COM CONDUTORES EM MALHA (Gaiola Faraday)
Esta proteção consiste em multiplicar de maneira simétrica os condutores ao
redor de toda a edificação (ver Fig. J14). Este tipo de proteção contra descargas
atmosféricas é utilizado em edificações altamente expostas, abrigando
instalações altamente sensíveis como equipamentos eletrônicos e informática.
proteção da edificação não protege a
instalação elétrica: portanto, é
obrigatório prover um sistema de
CONSEQUÊNCIAS DA PROTEÇÃO DAS EDIFICAÇÕES
PARA OS EQUIPAMENTOS DAS INSTALAÇÕES
ELÉTRICAS
 50% da corrente de descarga atmosférica descarregada pelo
sistema de proteção das edificações retorna para as redes de
aterramento da instalação elétrica (ver Fig. J15): a elevação de
potencial das estruturas excede com muita frequência a
capacidade de suportabilidade do isolamento dos condutores nas
diferentes redes (BT, telecomunicações, cabo de vídeo, etc.).
Além disso, o fluxo da corrente através dos condutores de descida
gera sobretensões induzidas nas instalações elétricas.
SISTEMA DE PROTEÇÃO DAS INSTALAÇÕES
ELÉTRICAS
• O objetivo principal do sistema de proteção da
instalação elétrica é limitar as sobretensões a
valores que sejam aceitáveis pelo equipamento.
O SISTEMA DE PROTEÇÃO DAS
INSTALAÇÕES ELÉTRICAS CONSISTE
DE:
 Um ou mais DPS dependendo da configuração da
edificação;
 Ligação equipotencial: malha metálica de partes
condutoras expostas.
IMPLEMENTAÇÃO
O procedimento para proteger as instalações elétricas e de comunicação de
uma edificação é o seguinte:
BUSCA DA INFORMAÇÃO
Identifique todas as cargas sensíveis e sua localização na edificação.
Identifique os sistemas elétricos e eletrônicos e seus respectivos pontos de
entrada na edificação.
Verifique se na edificação ou nas proximidades há um sistema de proteção
contra
descargas atmosféricas.
Familiarize-se com as normas e regulamentos aplicáveis no local da
edificação.
Avalie o risco de ocorrência de descargas atmosféricas de acordo com a
localização geográfica, tipo de alimentação de energia, densidade de
descargas atmosféricas, etc.
IMPLEMENTAÇÃO DA SOLUÇÃO
Realize a ligação equipotencial em forma de malha na estrutura.
Instale um DPS no painel BT de entrada.
Instale um DPS adicional em cada painel de subdistribuição
localizado nas proximidades do equipamento sensível (ver Fig.
J16).
DISPOSITIVO DE PROTEÇÃO CONTRA
SURTOS (DPS)
O Dispositivo de Proteção contra Surtos é um componente do
sistema de proteção das instalações elétricas.
Este dispositivo é conectado em paralelo no circuito de
alimentação das cargas a serem protegidas (ver Fig. J17). Também
pode ser utilizado em todos os níveis da rede de alimentação de
energia.
Este é o sistema de proteção contra sobretensão mais eficiente e
mais utilizado.
PRINCÍPIO
O DPS é projetado para limitar sobretensões transitórias de
origem atmosférica e desviar correntes de surto a terra, de
modo a limitar a amplitude dessa sobretensão a um valor
que não seja perigoso para a instalação elétrica e para o
conjunto de manobra.
O DPS ELIMINA A SOBRETENSÃO:
No caso de uma sobretensão que exceda o limite
operacional, o DPS:
Conduz a energia à terra, em modo comum;
Distribui a energia a outros condutores vivos, em modo
diferencial.
Em modo comum, entre fase e neutro ou terra;
Em modo diferencial, entre fase e neutro.
OS TRÊS TIPOS DE DPS:
DPS Classe I
O DPS Classe I é recomendado para o caso específico de setores de serviço e
industriais, protegidos por um sistema de proteção contra descargas
atmosféricas ou uma gaiola em malha.
Ele protege as instalações elétricas contra descargas atmosféricas diretas.
Pode descarregar a corrente de retorno a partir da descarga, espalhando-se
do condutor de terra aos condutores da rede. O DPS Classe I é caracterizado
por uma onda de corrente de 10/350 .
 DPS Classe II
O DPS Classe II é o sistema de proteção principal para todas as
instalações elétricas de baixa tensão. Instalado em cada quadro
de distribuição, evita a propagação de sobretensões nas
instalações elétricas e protege as cargas. O DPS Classe II é
caracterizado por uma onda de corrente de 8/20 .
 DPS Classe III
Estes DPS possuem baixa capacidade de descarga. Portanto,
obrigatoriamente devem ser instalados como suplemento ao
DPS Classe II e nas proximidades de cargas sensíveis. O DPS
Classe III é caracterizado por uma combinação de ondas de
tensão (1,2/50 ) e ondas de corrente (8/20 ).
PROJETO DE SISTEMA DE PROTEÇÃO DAS
INSTALAÇÕES ELÉTRICAS
REGRAS DE PROJETO
Para um sistema de distribuição elétrica, as características principais
utilizadas para definir o sistema de proteção contra descargas atmosféricas
e selecionar o DPS para proteger uma instalação elétrica em uma edificação
são:
• DPS
• Quantidade de DPS;
• Classe;
• Nível de exposição, para definir a corrente de descarga máxima Imáx. do
DPS.
• Dispositivo de desconexão
• Corrente de descarga máxima Imax;
• Corrente de curto-circuito Isc no ponto da instalação.
 O diagrama lógico da Figura J20 mostra esta regra de projeto.
As outras características para escolha de um DPS são prédefinidas para uma instalação elétrica.
• número de polos do DPS;
• nível de proteção Up;
• tensão máxima em regime permanente Uc.
Esta subseção J3
descreve com grandes
detalhes o critério para
escolha do sistema de
proteção de acordo com
as características da
instalação, do
equipamento a ser
protegido e do ambiente.
ELEMENTOS DO SISTEMA DE
PROTEÇÃO
LOCALIZAÇÃO E CLASSE DE DPS
A classe do DPS a ser instalado na origem da instalação depende da presença ou
não de um sistema de proteção contra descargas atmosféricas. Se a edificação
possuir um sistema de proteção contra descargas atmosféricas (conforme IEC
62305), um DPS Classe I deve ser instalado.
Para DPS instalado na entrada da instalação, as normas de instalação ABNT NBR
5410 estabelecem valores mínimos para as 2 características seguintes:
 Corrente de descarga nominal In = 5 kA (8/20)
 Nível de proteção Up (em In) < 2,5 kV.
;
O número de DPS
determinado por:
adicionais
a
serem
instalados
é
 Tamanho do local e a dificuldade de assegurar a equipotencialidade. Em
locais grandes, é essencial instalar um DPS na entrada de cada quadro
terminal.
 Distância que separa cargas sensíveis a serem protegidas pelo dispositivo
de proteção de entrada. Quando as cargas estiverem situadas a mais de 30
m do dispositivo de proteção de entrada será necessário prover proteções
finas o mais próximo possível das cargas sensíveis.
 Risco de exposição. No caso de um local muito exposto, o DPS de entrada
não pode garantir um fluxo grande de corrente de descarga e um nível de
proteção de tensão suficientemente baixo. Geralmente um DPS Classe I é
acompanhado por um DPS Classe II.
- A tabela na Figura J21 mostra a quantidade e classes de DPS a serem instalados
com base nos dois fatores definidos acima.
DPS EM CASCATA
A associação em cascata de vários DPS permite que a energia seja
distribuída entre diversos DPS, conforme mostrado na Figura J22,
na qual as três classes de DPS são fornecidas para:
 CLASSE I: quando a edificação possui um sistema de proteção
contra descargas atmosféricas e localizado na entrada da
instalação, absorve uma quantidade muito grande de energia;
 CLASSE II: absorve sobretensões residuais;
 CLASSE III: se necessário, fornece proteção fina aos
equipamentos mais sensíveis localizados muito próximos às
cargas.
• O desempenho do Up
"instalado" deve ser
comparado com a
suportabilidade a impulsos
das cargas.
• O DPS possui um nível de
proteção Up intrínseco,
isto é, definido e testado
independentemente da
instalação. Na prática, para
a escolha do desempenho
de Up do DPS deve ser
considerada uma margem
de segurança que leve em
conta as sobretensões
inerentes à instalação do
DPS (ver Fig. J27).
NOTA:
Se o nível de proteção da tensão estipulado não pode ser atingido pelo DPS de
entrada, ou se os equipamentos sensíveis são remotos (ver seção 3.2.1), DPS
adicionais coordenados podem ser instalados para atingir o nível de proteção
necessário.
NÚMERO DE POLOS
•Dependendo da disposição do esquema de aterramento, é necessário prover
uma arquitetura de DPS que garanta proteção em modo comum (MC) e modo
diferencial (MD).
NOTA:
• SOBRETENSÃO DE MODO COMUM
Uma forma básica de proteção é instalar um DPS em modo comum
entre fase e o condutor de PE (ou PEN), qualquer que seja o tipo de
esquema de aterramento utilizado.
•SOBRETENSÃO DE MODO DIFERENCIAL
Nos esquemas TT e TN-S o aterramento do neutro resulta em uma
assimetria devida a impedâncias de terra, que conduzem ao
aparecimento de tensões de modo diferencial, mesmo que a
sobretensão induzida por uma descarga atmosférica seja de modo
comum.
DPS 2P, 3P e 4P (ver Fig. J29)
• Estes são adaptados aos esquemas de aterramento TT e TN-S.
• Eles fornecem proteção somente contra sobretensões de modo
comum.
SELEÇÃO DE UM DPS CLASSE I
CORRENTE DE IMPULSO LIMP
•Onde não há normas nacionais ou normas específicas para o tipo de edificação a
ser protegida: a corrente de descarga impulsional Iimp deve ser no mínimo de
12,5 kA (forma de onda de 10/350 ) por ramal de acordo com a norma ABNT
NBR 5410-6.3.5.2.4.
•Onde houver regulamentação: a norma IEC 62305-2 defi ne 4 níveis: I, II, III e IV
A tabela na Figura J31 mostra os diferentes níveis de Iimp no caso da norma.
CORRENTE SUBSEQUENTE AUTOEXTINGUÍVEL LFI
Esta característica aplica-se somente a DPS com tecnologia spark gap. A
corrente subsequente autoextinguível Ifi deve sempre ser superior do que a
corrente presumida de curto-circuito Isc no ponto da instalação.
Seleção de um DPS Classe II
Corrente de descarga máxima Imax
A corrente de descarga máxima Imax é definida de acordo com o nível de
exposição estimado relativo à localização da edificação.
O valor da corrente de descarga (Imax) é determinado através de análise de risco
(ver tabela à Figura J32).
ESCOLHA DO DISPOSITIVO DE PROTEÇÃO CONTRA
CURTO-CIRCUITO (DPCC) EXTERNO
RISCOS A SEREM EVITADOS NO FINAL DA VIA ÚTIL DOS DPS
• DEVIDO AO ENVELHECIMENTO
No caso de fim de vida natural devido a envelhecimento, a proteção é do tipo térmico.
DPS com varistores devem possuir um desconector interno que desative o DPS.
Nota: fim de vida devido a descontrole térmico não se aplica a DPS com tubo de
descarga de gás ou spark gap encapsulado.
• DEVIDO A UMA FALHA
As causas de fim de vida útil devido a falhas de curto-circuito são:
•Capacidade de descarga máxima excedida.
Esta falha resulta em curto-circuito forte.
•Uma falha devida aos sistemas de distribuição (alternância neutro/fase, desconexão
do neutro).
•Deterioração gradual do varistor.
As últimas duas falhas resultam em curto-circuito impedante.
A instalação deve estar protegida de danos
resultantes destes tipos de falhas: o desconector
interno (térmico) definido acima não tem tempo para
se aquecer e, portanto, de operar. Deve ser instalado
um dispositivo especial denominado "Dispositivo de
Proteção contra Curtos-circuitos" externo (DPCC
externo), capaz e eliminar curtos-circuitos. Pode ser
implementado por disjuntor ou fusíveis.
Os dispositivos de proteção (térmicos e de curtocircuito) devem estar coordenados com o DPS para
garantir operação confiável, isto é:
 garantir a continuidade do serviço;
 suportar as ondas de corrente das descargas
atmosféricas;
 não gerar tensão residual excessiva.
 garantir proteção efetiva contra todos os tipos de
sobrecorrentes:
 sobrecarga em seguida a descontrole térmico do
varistor;
 curto-circuito de baixa intensidade (impedante);
 curto-circuito de alta intensidade.
CARACTERÍSTICAS DO DPCC EXTERNO
O DPCC externo deve estar coordenado com o DPS. É projetado para satisfazer
duas restrições:
Suportabilidade a corrente de descarga atmosférica:
A suportabilidade a corrente de descarga atmosférica é uma característica
essencial dos DPS externos.
O dispositivo deve ser capaz de manter os seguintes ensaios normalizados:
- não disparar em 15 correntes impulsionais sucessivas a In,
-disparar com Imax (ou Iimp) sem ser deteriorado.
Suportabilidade às correntes de curto-circuito
A capacidade de interrupção é determinada pelas normas de instalação
(norma ABNT NBR 5410):
O DPCC externo deve possuir uma capacidade de interrupção igual ou superior
do que a corrente de curto-circuito presumida Isc no ponto da instalação (de
acordo com a norma ABNT NBR 5410).
PROTEÇÃO DA INSTALAÇÃO CONTRA CURTOSCIRCUITOS
O curto-circuito impedante, em particular, dissipa uma grande
quantidade de energia e deve ser eliminado o mais
rapidamente possível para evitar danificar a instalação e o
DPS.
 A associação correta entre o DPS e seu DPCC externo deve
ser fornecida pelo fabricante (em catálogos).
MODO DE INSTALAÇÃO DO DPCC EXTERNO
•
O DPCC é descrito "em série" (ver Fig. J33) quando a proteção é
realizada pelo dispositivo de proteção geral da rede a ser protegida (por
exemplo, disjuntor de conexão a montante de uma instalação).
• Dispositivo "em paralelo"
O DPCC é descrito como "em paralelo" (ver Fig. J34) quando a proteção é
realizada especificamente por um dispositivo de proteção associado com o DPS.
•O DPCC externo é denominado "disjuntor de desconexão" se a função é
realizada por um disjuntor.
•O disjuntor de desconexão pode ou não estar integrado ao DPS.
Nota:
No caso de um DPS com tubo de descarga de gás ou spark gap encapsulado, o
DPCC permite que a corrente seja interrompida imediatamente após o uso.
GARANTIA DE PROTEÇÃO
O DPCC externo deve estar coordenado com o DPS, testado e garantido
pelo fabricante do DPS em conformidade com a norma ABNT NBR IEC
61643-1. Também deve ser instalado de acordo com as recomendações
do fabricante.
Quando este dispositivo está integrado, a conformidade com a norma
ABNT NBR IEC 61643-1 garante naturalmente a proteção.
RESUMO DAS CARACTERÍSTICAS DOS DPCC
EXTERNOS
Uma análise detalhada das características é fornecida na seção J6.4. A tabela na
Figura J36 mostra, em um exemplo, um resumo das características de
acordo com os diversos tipos de DPCC externos.
TABELA DE COORDENAÇÃO ENTRE DPS E
DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO
A tabela na Figura J37 mostra a coordenação entre disjuntores
(DPCC externos) para DPS Classe I e Classe II da Schneider
Electric para todos os níveis de corrente de curto-circuito.
A coordenação entre DPS e seus disjuntores de desconexão,
indicada e garantida pela Schneider Electric assegura proteção
confiável suportabilidade a onda de descarga atmosférica,
proteção reforçada contra correntes de curto-circuito
impedantes, etc.)
Método de escolha simples e efetivo:
Você precisa instalar um DPS em um painel de
distribuição
TABELA DE COORDENAÇÃO ENTRE DPS E
DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO
Método de
escolha simples
e efetivo:
Você precisa
instalar um DPS
em um painel de
distribuição.
TABELA DE COORDENAÇÃO ENTRE O DPS
TABELA DE COORDENAÇÃO ENTRE O DPS
...e seu disjuntor
de desconexão
INDICAÇÃO DE FIM DE VIDA ÚTIL
Indicadores de fim de vida útil estão associados com o desconector
interno e externo do DPCC do DPS para informar ao usuário que o
equipamento não está mais protegido contra sobretensões de origem
atmosférica.
Indicação local
Esta função geralmente é exigida pelas normas de instalação.
A indicação de fim de vida útil é fornecida por um indicador (luminoso ou
mecânico) ao desconector interno e/ou DPCC externo.
Quando o DPCC externo é implementado por um dispositivo fusível, é
necessário prover fusíveis com um pino percussor e uma base equipada
com um sistema de disparo para garantir esta função.
Disjuntor de desconexão integrado
O indicador mecânico e a posição da alavanca permitem a indicação
natural do fim de vida útil.
Indicação local e relatório remoto
O DPS iQuick PRD da Schneider Electric é do tipo "pronto para
conectar" com disjuntor de desconexão integrado.
Indicação local
O DPS iQuick PRD (ver Fig. J48) é equipado com indicador
mecânico de estado:
• o indicador mecânico (vermelho) e a posição da alavanca do
disjuntor de desconexão indicam o desligamento do DPS;
• o indicador mecânico (vermelho) em cada cartucho indica o fim da
vida útil do
cartucho.
RELATÓRIO REMOTO (ver Fig. J49)
O DPS iQuick PRD é equipado com um contato de indicação
que permite o relatório
remoto de:
• fim da vida útil do cartucho;
• um cartucho faltante e quando foi recolocado;
• uma falha na rede (curto-circuito, desconexão do neutro,
inversão de fase/neutro);
• comutação manual local.
Como resultado, o monitoramento remoto da condição de
operação dos DPS
instalados torna possível garantir que esses dispositivos
de proteção que estão em standby estejam sempre
prontos para operar.
MANUTENÇÃO NO FINAL DA VIDA ÚTIL
Quando o indicador de fim de vida útil indica desativação, o DPS (ou
o cartucho correspondente) deve ser substituído.
No caso do DPS iQuick PRD a manutenção é facilitada:
• O cartucho ao final da vida útil (a ser substituído) é facilmente
identificável pelo departamento de manutenção.
• O cartucho ao final da vida útil pode ser substituído em completa
segurança porque um dispositivo de segurança proíbe o
fechamento do disjuntor de desconexão se estiver faltando um
cartucho.