DPS na entrada da linha elétrica

A aplicação de Dispositivo de proteção contra surtos (DPS) na NBR5419:2015 é separada em dois contextos que podem ser aplicados individualmente ou integrados. O DPS na entrada das linhas de energia e sinal em uma estrutura está tipicamente relacionado à possibilidade de ocorrência de descarga direta na estrutura ou nas linhas elétricas. Ele tem a capacidade de lidar com a energia associada à corrente da descarga atmosférica. Para isso, o DPS deve ser classe I, ou seja, produzido e testado para suportar correntes com forma de onda 10/350µs, que é a forma de onda padronizada para ser a mais próxima da forma de onda real da descarga atmosférica. No entanto, essa forma de onda é muito irregular no caso real, principalmente devido ao fato de a descarga atmosférica ser composta por vários impulsos consecutivos, cada um com suas características.

  Figura 1 – Forma de onda 10/350µs

A necessidade de DPS classe I nas entradas das linhas elétricas é determinada na análise de risco, cuja estrutura de cálculo é definida na parte 2 da NBR5419:2015. Se na análise de risco for necessário um sistema de proteção contra descargas atmosféricas (SPDA) para controlar os riscos associados à descarga direta na estrutura, será necessário instalar DPS classe I na entrada das linhas elétricas. Essa necessidade surge devido à elevação abrupta do potencial no eletrodo de aterramento, que estará interligado ao barramento de terra (PE) do quadro de distribuição principal (QDP). Esse potencial no QDP pode facilmente exceder a capacidade de isolação dos componentes instalados nesse ponto, resultando no rompimento dessa isolação, gerando centelhamento, e possivelmente causando incêndio e danos que podem levar à perda de vidas humanas. O DPS terá a capacidade de promover a interligação do barramento de terra aos condutores vivos de entrada, limitando o potencial a um valor menor do que a suportabilidade dos componentes no QDP.

Figura 2 – DPS na entrada da linha de energia

A suportabilidade dos componentes (U_w) é definida pela NBR5410, no caso da instalação elétrica em baixa tensão, em função da tensão nominal e do local da instalação. Por exemplo, para um sistema trifásico 127/220V, na entrada da instalação, o U_w é igual a 4kV. Nesse exemplo, teríamos que limitar a tensão entre fase e terra, por exemplo, em 4kV. Essa limitação irá determinar um dos parâmetros de especificação do DPS classe I. Todo fabricante de DPS classe I apresenta impresso no dispositivo e em seus dados técnicos o valor de U_p como a tensão de proteção. Essa tensão, no caso do DPS à base de varistor (limitador de tensão), é estabelecida nos seus terminais na sua atuação. No caso do DPS à base de centelhador (comutador de tensão), é a tensão até a sua atuação.

As limitações impostas na instalação do DPS podem influenciar a escolha entre um DPS com base em varistor ou centelhador. Quando a corrente da descarga atmosférica é conduzida pelo DPS, ela também circula pelos seus condutores de ligação. Essa corrente impulsiva passa pela indutância desses condutores e pode gerar uma tensão (U_l) elevada da ordem de 1kV por metro. Se a tensão de proteção do DPS (U_p) for de 2,5kV, como no exemplo dado anteriormente de U_w, aparentemente não teríamos problema, já que U_p é menor que U_w. No entanto, se a ligação do DPS for realizada com um condutor de 2 metros (a+b na figura 3), teríamos a seguinte condição em função do tipo de DPS: Se for um DPS com base em centelhador, a maior tensão entre o condutor fase e terra seria de 2,5kV, mantendo a instalação segura (U_p < U_w). No entanto, se o DPS for à base de varistor, a tensão entre fase e terra seria a soma da tensão U_p (2,5kV) e a tensão nos condutores de ligação (2kV), resultando em uma condição insegura, onde U_p +U_l (4,5kV) não seria menor que U_w (4kV).

Figura 3 – Ligação do DPS

Nesse exemplo prático, seria necessário utilizar um DPS classe I à base de centelhador. Para a utilização de um varistor, seria necessário limitar o comprimento da ligação a um valor inferior a 1,5 metros. Uma maneira de alcançar isso é fazendo a ligação conforme mostrado na figura 4. Assim, o comprimento seria apenas de 1 metro (b), tornando a instalação segura, já que U_p + U_l (3,5kV) seria menor que U_w (4kV).

Figura 4 – Ligação alternativa do DPS

Assim como os demais componentes da instalação elétrica, o DPS exige o conhecimento de suas especificidades para uma adequada especificação. Aqui, aprendemos como selecionar o DPS pela sua tecnologia e pela escolha apropriada de U_p. No futuro, trataremos das demais características que são fundamentais para sua correta especificação, como é o caso da corrente impulsiva (I_imp). Acompanhe esta coluna para obter um entendimento completo.

Sobre o autor:

José Barbosa é engenheiro eletricista, relator do GT-3 da Comissão de Estudos CE: 03:064.010 – Proteção contra descargas atmosféricas da ABNT / Cobei responsável pela NBR5419. | www.eletrica.app.br