Como especificar DPS conforme a ABNT NBR 5419-2: 2015?

Por Hélio Sueta*

Um ponto que costuma gerar dúvidas aos usuários da ABNT NBR 5419:2015 é como especificar os Dispositivos de Proteção contra Surtos (DPS) conforme definição na análise de risco. Muitos usuários ainda confundem os resultados da análise de risco, por exemplo, como medida de proteção necessária o “uso de um conjunto de DPS coordenado projetado conforme Nível de Proteção (NP) I, II ou III-IV” com “utilizar DPS classe de ensaio 1, 2 ou 3”.

Se, ao realizar uma análise de risco conforme a parte 2 da norma, esta indicar a necessidade de instalar um conjunto de DPS coordenado projetado conforme NP I, por exemplo, para que os riscos fiquem dentro de um valor tolerável, isto significa que este conjunto de DPS deve ser especificado utilizando principalmente as regras descritas no Anexo E da parte 1 da norma (surtos devido às descargas atmosféricas em diferentes pontos da instalação).

Neste Anexo, encontramos as regras para determinação dos surtos devido às descargas atmosféricas em determinados pontos da instalação e também em função de diversas fontes de danos: S1 – aquele cujas descargas atingiram a estrutura e os surtos fluíram por meio das partes condutoras externas e linhas conectadas à estrutura; S1*- cujas correntes que atingiram a estrutura induzem surtos nas instalações e equipamentos dentro da mesma; S2 – referentes às descargas atmosféricas que atingem pontos perto da estrutura e induzem surtos na mesma; S3 – referente às descargas que atingem as linhas que adentram a estrutura; e S4 – descargas que atingem pontos pertos da linha.

A determinação do S1 depende do NP para o estabelecimento da corrente da descarga atmosférica que é esperada para a estrutura sob estudo, ou seja, 200 kA para NP I; 150 kA para NP II e 100 kA para NP III-IV. Estas correntes ao atingir a estrutura, uma parte flui para o subsistema de aterramento e pelas partes condutoras externas, mas uma parte flui pelos condutores das linhas conectadas à estrutura. Estas correntes que fluem pelos condutores são as mais importantes para a especificação dos DPS.

Os valores destas correntes vão depender se a instalação é enterrada ou aérea (fórmulas E.2 e E.3 da parte 1 da norma), da quantidade de condutores e das impedâncias convencionais de aterramento (Z e Z1), que são obtidas na Tabela E.1 da parte 1 da norma em função da resistividade do solo (aqui também será necessário ter este valor, o que não é muito fácil de ser obtido).

Os outros valores de surtos de correntes (S1*, S2, S3 e S4) são obtidos na Tabela E.2 da parte 1 para sistemas de baixa tensão e Tabela E.3 para sistemas de sinais.

Uma vez obtidos estes valores de surtos, podemos definir os valores de I_IMP e I_N, dois parâmetros importantes para especificação dos DPS. Outros parâmetros são igualmente importantes para esta especificação, por exemplo, I_MAX, U_P, U_N, U_C , entre outros.

Devem ser utilizados também os Anexos C e D da ABNT NBR 5419-4: 2015 que tratam, respectivamente, da “Seleção e instalação de um sistema coordenado de DPS” e “Fatores a considerar na seleção dos DPS”, além da ABNT NBR 5410 (atualmente em revisão), principalmente, nos itens 5.4.2 – Proteção contra sobretensões transitórias e 6.3.5 – Dispositivos de proteção contra surtos (DPS).

É importante ressaltar que muitos fabricantes de DPS classificam estes dispositivos em Tipo I, II e III para sistemas de energia. Na ABNT NBR 5419-4:2015, existe uma classificação em “DPS ensaiado com I_IMP”, que seria aquele que nos ensaios suportam as correntes impulsivas parciais das descargas com forma de onda (FO) 10/350 µs. Para linhas de energia, a corrente de ensaio I_IMP é definida para ensaio classe 1.

Os DPS ensaiados com I_N são aqueles que suportam correntes induzidas de surto com forma de onda 8/20 µs. Para linhas de energia, a corrente de ensaio I_N é definida para ensaio classe 2.

Os DPSs ensaiados com uma onda combinada são aqueles que suportam correntes induzidas de surto com forma de onda 8/20 µs e no ensaio exige-se uma corrente impulsiva correspondente a I_SC. Para linhas de energia, a combinação de ondas é definida para ensaio classe 3, em que a tensão de circuito aberto U_OC com forma de onda 1,2/50 µs e a corrente de curto-circuito I_SC com F.O 8/20 µs de um gerador de ondas são combinadas com relação-limite entre estes parâmetros de 2 Ω. Estes DPSs são aqueles que ficam geralmente na entrada dos equipamentos.

Dessa forma, não se deve confundir o DPS, que foi resultado da análise de risco, como medida de proteção e calculados conforme Nível de Proteção I, II ou III-IV com estes DPS tipo 1, 2 ou 3.

Ainda referente ao DPS da análise de risco, os parâmetros que este dispositivo influencia os riscos são o P_SPD e o P_EB, das Tabelas B.3 e B.7 da parte 2 da ABNT NBR 5419. Estes parâmetros aparecem nas componentes de risco R_C, R_M, R_U, R_V e R_Z. Desta forma, para o cálculo de R1 (Risco de perda de vida humana) e para R2 (Risco de perda de serviço ao público), os parâmetros não influenciam apenas R_A, R_B e R_W para R1 e R_B e R_W para R2.

Assim, após calcular os surtos conforme o Anexo E da parte 1, os valores encontrados das correntes podem ser menores do que os usualmente utilizados pelos fabricantes. Se isto acontecer, entramos no caso referente às notas das Tabelas citadas (B.3 e B.7 da parte 2).

Neste caso, os DPSs a serem instalados possuem características melhores de proteção comparados, por exemplo, aos calculados para NP I. As notas das Tabelas não indicam valores fixos, mas sim uma faixa (0,005 a 0,001). Se analisarmos os exemplos da parte 2 da norma, o caso do hospital, podemos verificar que, se instalarmos um DPS 1,5 vez melhor que o DPS calculado para NP I, os parâmetros P_SPD e o P_EB têm os seus valores passando de 0,01 para 0,005, ou seja, metade do valor, e se o DPS for três vezes melhor, os valores caem para 0,001, ou seja, dez vezes menor.

Isto significa que, se o meu cálculo chegar a um DPS de 10 kA e eu instalar um DPS de 15 kA, devo dividir as componentes de risco R_C, R_M, R_U, R_V e R_Z por 2 e, se instalar um DPS de 30 kA, devo dividir estas componentes por 10.

Muitos programas ou planilhas de análise de risco (inclusive a Tupan 2016, desenvolvida pela USP) não consideram esta redução, pois são muitos casos específicos e também por existirem dezenas ou centenas de fabricantes de DPS com uma variação muito grande de produtos. A forma de se fazer este ajuste é acessar as componentes de risco indicadas acima e adaptá-las para o tipo de DPS especificado para a estrutura.

*Hélio Eiji Sueta é doutor em Engenharia Elétrica e secretário da CE-003.064-10.