Dispositivos de Proteção contra Surtos (DPS)
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Wagner Barbosa
Dispositivos de Proteção contra
Surtos (DPS)
Objetivos
• A Clamper
• Os surtos elétricos e suas causas
• O que é um DPS? Para que serve?
• Critérios para especificação de um DPS
• Exemplos de aplicação
• A Clamper é uma companhia S.A. de capital
fechado estabelecida em 1991. Matriz
localizada em Lagoa Santa (região
metropolitana de Belo Horizonte), no estado
de Minas Gerais – Brasil.
• Filial no México-DF;
• Atuação em todo Brasil e em outros 15 países
da América Latina e na África, além dos EUA.
• Fabricante especialista em Dispositivos de Proteção contra Surtos -
DPS.
A Clamper
• A Clamper tem um histórico de mais de 23 anos de êxito na fabricação
de DPS e em soluções para a proteção desde
equipamentos profissionais até dispositivos residenciais.
• Possuímos Laboratório próprio para ensaios
em DPS através de geradores que reproduzem
o efeito elétrico dos raios e dos surtos.
• Produzimos mais de 300 modelos de DPS para
aplicação nos segmentos de energia, óleo e gás,
automação, telecomunicações, dentre outros.
Quem somos?
ISO 9001:2008
Sistema de Gestão da Qualidade ISO 9001:2008. 459975 QM08
DPS certificados segundo UL, CIDET, NOM/ANCE, Anatel, NBR/IEC
Certificados
Tensão Elétrica (60Hz)
Surto Elétrico
O surto elétrico
Os surtos elétricos são os distúrbios mais
comuns nas instalações elétricas.
Distúrbios menos comuns:
Sobretensão temporária (Swell) – Aumento
da tensão à frequência industrial com
duração de meio ciclo até alguns segundos.
Subtensão (Sag)- Redução na tensão RMS
à frequencia industrial com duração de 1
ciclo de 60Hz até alguns segundos
(também conhecido como afundamento de
tensão).
O surto elétrico
Fontes de problemas
de qualidade nos
sistemas e nas empresas
Fontes de surtos elétricos:
- Naturais (raios);
- Provocados por chaveamento /comutação de
equipamentos na própria instalação, outras próximas e
ou concessionárias de serviço público (energia,
telecomunicações, etc.).
O surto elétrico
Comutação ou
chaveamento de grandes
cargas reativas conectadas
à mesma rede de energia.
“Liga e desliga”
Causas de surtos elétricos
Falta de energia, incluindo os
religamentos, também são grandes
causadores de surtos elétricos.
“Apagões”
Causas de surtos elétricos
Descarga direta
Quando uma descarga atinge
diretamente uma instalação ou a
rede de energia, grande parte da
energia do raio é transferida para
as instalações e/ou rede de
energia ocasionando surgimento
de sobretensões transitórias nos
diversos circuitos de energia e de
dados.
Causas de surtos elétricos
Descarga indireta
Ocorre quando a descarga atinge
as proximidades de uma
instalação, rede de energia ou de
sinais de dados. A existência de
diferentes formas de acoplamento
permite que parte da energia do
raio seja transferida para as
instalações, rede de energia ou de
sinais de dados ocasionando
surgimento de sobretensões
transitórias nos diversos circuitos
de energia e de dados.
Causas de surtos elétricos
Exemplo básico de diferentes fontes de danos a uma estrutura e de distribuição da corrente de descarga atmosférica dentro de um sistema
S1 → descarga atmosférica próxima à linha que adentra a estrutura;
S2 → descarga atmosférica nas linhas que adentram a estrutura;
S3 → descarga atmosférica próximo à estrutura;
S4 → descarga atmosférica na estrutura.
Corrente no
cabo do Pára-
raios (I)
Probabilidade
de ocorrência
Tensão induzida
Vp
(circuito aberto)
Corrente Induzida
Ip
(circuito fechado)
175kA 1% 32.200 Volts 621 A
100kA 5% 18.400 Volts 355 A
60kA 15% 11.040 Volts 213 A
20kA 50% 3.680 Volts 71 A
Descargas indiretas
Densidade de descargas atmosféricas NG – Mapa do Brasil (descargas atmosféricas/km²/ano) Fonte INPE
Densidade de raios
2009/2010
• Minas Gerais
– Belo Horizonte: Ng = 12,24
– Congonhas: Ng = 13,73
• São Paulo
– São Caetano do Sul: Ng = 22,8
• Rio de Janeiro
– Porto Real (cidade entre as duas maiores metrópolis do país): Ng = 27
Fonte: INPE
Efeitos dos surtos elétricos
1 de 10
Semicondutores
A maioria dos dispositivos semiconductores utilizados
atualmente nos circuitos eletrônicos de equipamentos
em geral não possuem tolerância suficiente para
suportar sobretensões transitórias que excedam a
tensão nominal.
Isolamento da instalação elétrica
As sobretensões transitórias podem causar disrupção
no isolamento tanto nas instalações como nos
equipamentos, tendo como efeitos, disturbios
temporários na operação, falhas instantâneas ou
danos nos circuitos mais sensíveis.
DPS é um dispositivo destinado a
limitar sobretensões transitórias e
desviar correntes de surto.
“ O que é um DPS?”
O que proteger?
Normas técnicas aplicáveis • NBR 5410 – Instalações elétricas de baixa tensão
• NBR IEC 61643-1 – Dispositivos de proteção contra surtos em baixa tensão – Parte 1 – Dispositivos
de proteção conectados a sistema de distribuição de energia de baixa tensão – Requisitos de
desempenho e métodos de ensaios
• IEC 62305 - Protection Against Lightning. ( em tradução para o Português – substituirá a NBR 5419 –
Proteção de estruturas contra descargas atmosféricas)
• IEC 61643-12 - Surge protective devices connected to low-voltage power distribution systems –
Selection and application principles.
• UL 1449 – Surge Protective Devices - Underwriters Laboratories Inc. Standard for Safety.
• IEEE C62.41 - Guide on the Surge Environment in Low-Voltage (1000 V and less) AC Power Circuits.
Zonas de proteção
I, II II III
CATEGORIA
IEEE C62.41 B A C
Tensão de impulso
suportável requerida
para a instalação (kV)
NBR 5410
0,8 1,5 2,5 4
ZPR0
ZPR1 ZPR2 ZPR3
I IEC
Tensão de impulso
suportável para
ensaio do DPS (kV) 10 6
Zonas de proteção Ao instalar DPS secundários esse desvio de corrente para o equipamento
será menor, aumentando a confiabilidade da proteção.
d≥ 10m
Critérios para especificação de um DPS
• Classificação do DPS em função da aplicação/instalação (I, II, III)
• MCOV - Máxima tensão de operação contínua
• Suportabilidade dos equipamentos a surtos elétricos
• Nível de proteção
• Sobrecorrente (Capacidade de curto circuito)
• Sobretensão temporária
• Esquemas de conexão
Comparativo entre as formas de onda
Classe I 10/350µs
Classe II 8/20µs
Máxima tensão de operação contínua - Uc
Tabela 49 – ABNT NBR 5410:2004 - Valor mínimo de UC exigível do DPS, em função do esquema de aterramento
Conselho:
Utilizar preferencialmente DPS com tensão
nominal superior a tensão entre fases do
sistema, para evitar uma operação indevida nos
casos de sobretensões temporárias .
Máxima tensão de operação contínua - Uc
Nível de proteção - Up
Tabela 31 – ABNT NBR 5410:2004 - Suportabilidade a impulso exigível dos componentes da instalação.
Nível de proteção - Up
Influência do comprimento dos cabos
de conexão
Influência do comprimento dos cabos de conexão
Condutor mínimo: Classe I: 16mm2
Classe II: 4mm2
Análise experimental
Seção do condutor: 10mm²
Análise experimental
– O pico de corrente medido, à esquerda, é de 100 kA e
o pico de tensão medido, à direita, é de 6,8 kV.
• Quando o DPS é instalado no ponto de entrada, considerar
ΔU= 1kV/metro;
• Quando o comprimento for menor ou igual a 0,5m, UP/F=
1,2 x UP;
• Quando o DPS está conduzindo apenas surtos induzidos,
ΔU pode ser desprezado.
Onde:
ΔU → queda de tensão indutiva nos condutores de equipotencialização;
UP/F → surto de tensão entre os condutores vivos e a barra de
equipotencialização.
Influência do comprimento dos cabos de conexão
Sobrecorrente
Sobretensões temporárias
Esquemas de conexão
Esquemas de conexão
Tecnologias de proteção
Centelhadores a gás
Varistor de óxido metálico Diodo de avalanche
Spark Gap
Comparativo entre as
tecnologias de proteção
Elemento Tempo de
atuação
I Máximo @
8/20s Fc Características relevantes
Spark Gap
Centelhador a
gas
De 0,1 a
10 s
(depende
del dV/dt)
De 5kA até
560kA
(depende
do modelo)
8,2
Grande capacidade de condução de corrente;
Alta tensão disruptiva;
Baixa capacitância paralela (<2pF); e
Mais Lento (Se comparado ao MOV).
Varistor de
Óxido de Zinco 25 ns
De 100A a
200kA
(depende
do
diâmetro)
2,4
Vida longa (media superior a 5 anos);
Grande variedade de opções de corrente e tensão; bom
tempo de resposta (se comparado ao Spark Gap ou
centelhador a gas).
Diodo de
Avalanche de
Silicio
1ps
De 5A a
20kA
(depende
do modelo
e da
tensão)
1,4
Vida infinita (desde que a corrente de impulso não seja
ultrapassada);
Extremamente rápido; e
Níveis preciosos de limitação de tensão
Coordenação entre DPS
Coordenação entre DPS
d ≥ 10 m
1 μH/m
d < 10 m
Módulo de coordenação
Exemplos de aplicação (residencial)
conforme IEC 61643-12
Exemplo de aplicação (residencial)
Exemplo de aplicação (industrial)
Exemplo de aplicação (industrial)
Exemplo de aplicação (industrial)
Exemplo de aplicação
Wagner Almeida Barbosa
(31) 3689-9568
www.clamper.com.br
OBRIGADO