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1 IV ENADSE DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO CONTRA SURTOS CONCEITOS E APLICAÇÕES Nome Empresa Eng. Renato de Brito Sanchez 2014

2 1. Conceitos ESCOPO 2. Aspectos normativos 3. Aplicações: Corrente Alterna 4. Aplicações: Corrente Contínua 5. Aplicações: Sistemas Fotovoltaicos Nome Empresa

3 CONCEITOS Nome Empresa

4 COMO APARECEM OS SURTOS DE TENSÃO? São várias as causas dos surtos de tensão em uma instalação elétrica. As mais comuns e, portanto de destaque são: Descargas por acúmulo de Eletricide Estática. Nome Empresa Descargas elétricas atmosféricas (raios). Induções eletromagnéticas. Manobras e chaveamentos. Os surtos aparecem nas seguintes formas: Surtos induzidos ou Indiretos. Surtos conduzidos ou Diretos.

5 DISTÚRBIOS EM SISTEMAS ELÉTRICOS O surto de tensão caracteriza-se por um grande e repentino aumento de tensão na rede elétrica. Sendo um pulsodecurtaduração(<1ms). Incidência direta de um raio *Não confundir surto com ruído. São fenômenos distintos. Incidência indireta de raios Harmônicas Nome Empresa Ruídos Pequenos cortes Chaveamentos em alta tensão Distúrbio temporário, duração > 200 ms Surto (Transiente), duração < 1 ms

6 DISTÚRBIOS EM SITEMAS ELÉTRICOS O DPS atua somente neste distúrbio Sobretensão transitória Sobretensão temporal Nome Empresa

7 MANOBRAS DE CIRCUITO DE POTÊNCIA SURTOS INDUZIDOS O chaveamento de circuitos de potência também podem induzir sobretensões transitórias nas instalações adjacentes. Nome Empresa ABERTURA DE DISJUNTOR

8 DESCARGAS ATMOSFÉRICAS INCIDÊNCIA DIRETA E INDIRETA As sobretensões transitórias são geras através dos campos magnéticos propagados quando há a incidência de raios que por sua vez induzem esses distúrbios transitórios na instalação e em seus componentes. Nome Empresa DIRETA INDIRETA

9 FORMAÇÃO DAS CARGAS NAS NUVENS A forma mais comum de explicar a formação s cargas e o modelo s nuvens é a representação bipolar: a nuvem como um enorme bipolo com cargas positivas na parte superior e as negativas na inferior. Nome Empresa

10 INDUÇÃO DE CARGAS POSITIVAS NO SOLO Nome Empresa bors. Esse bipolo tem uma altura de 10 a 15 km e extensão de alguns km2. A diferença de temperaturaentreabaseeotetonuvem(65 a 700 C) provoca a formação de correntes nas Essas correntes de ar deslocando as partículas provoca o atrito e consequentemente carregamento, formando o bipolo.

11 DESCARGAS ATMOSFÉRICAS Descarga atmosférica: descarga elétrica de origem atmosférica entre uma nuvem e a terra ou entre nuvens, consistindo em um ou mais impulsos de vários quilo ampères(ka). Freqüência CORRENTES ELÉTRICAS 15kA a 200kA Nome Empresa % 50 % 10 % 5 % 1 % Valor de pico de corrente de raios ka

12 Máximo 200 ka (ka) CURVA CARACTERÍSTICA DE UMA DESCARGA ATMOSFÉRICA 300 kwh 95% gasto na expansão do ar 1% energia acústica 1% energia eletromagnética 1% na forma de luz 2% dissipados no solo Nome Empresa DP S 300 kwh = Aprox. 70 chuveiros ligados por uma hora (ms)

13 SISTEMA DE PROTEÇÃO CONTRA DESCARGAS ATMOSFÉRICAS - SPDA DEFINIÇÃO: Sistema completo composto de um sistema externo e de um sistema interno de proteção destinado a proteger uma estrutura contra os efeitos s descargas atmosféricas. Sistema externo de proteção: sistema que consiste em subsistema de captores, subsistema de Nome Empresa condutores de desci e subsistema de aterramento. Sistema interno de proteção: conjunto de dispositivos que reduzem os efeitos elétricos e magnéticos corrente de descarga atmosférica dentro do volume a proteger (DPS Dispositivo de Proteção contra Surtos).

14 FUNÇÃO DO SPDA O SPDA tem como objetivo encaminhar a energia do raio, desde o ponto que ele atinge a edificação até o aterramento, o mais rápido e seguro possível. OSPDAnãopáraoraio,nãoatrairaiosetambémnãoevitaqueoraiocaia. Nome Empresa O SPDA protege o patrimônio(edificação), as instalações e as pessoas que estão dentro desta mesma edificação.

15 FUNÇÕES DO PARA-RAIO Neutralizar, pelo poder de atração s pontas, o crescimento do gradiente de potencial elétrico entre o solo e as nuvens, por meio do permanente escoamento de cargas elétricas do meio ambiente para a terra. Nome Empresa Oferecer à descarga elétrica que for cair em suas proximides um caminho preferencial, reduzindo os riscos de sua incidência sobre as estruturas.

16 PÁRA-RAIOS: COMO ELES FUNCIONAM? Nome Empresa As descargas elétricas s nuvens de tempestades se dirigem para o solo. Um campo elétrico que sai do pára-raio intercepta a carga e completa um circuito. O resultado é uma grande carga de eletricide, chama de raio. O pára-raio dissipa esta carga ao levá-la para o solo.

17 TIPOS DE PARA-RAIO Existem basicamente dois tipos de PARA-RAIO: Hastes ou do tipo Franklin. Gaiola de Faray. Nome Empresa

18 VALE LEMBRAR QUE O SPDA tem o papel de proteger a EDIFICAÇÃO. A proteção INSTALAÇÃO ELÉTRICA E EQUIPAMENTOS é função dos dispositivos de proteção contra surtos (DPS). Nome Empresa

19 DEFINIÇÃO Os DPS são usados para proteger as instalações elétricas de ataques de raios com incidência direta ou indireta nas edificações ou por induções oriuns de manobras como: seccionamento de linhas de potência, comutação de motores. Trata-se de um dispositivo destinado a limitar sobretensões transitórias e desviar correntes de surto. Nome Empresa ABNT NBR IEC :2007

20 CONSIDERAÇÕES INICIAIS Por que não nos preocupávamos antes? Antigamente os equipamentos tinham características mais robustas, as instalações eram compostas por equipamentos eletromecânicos como motores, transformadores, etc. Hoje em dia ca vez mais as casas, comércios e Indústrias estão repletos de equipamentos sensíveis... Nome Empresa A instalação de DPS em instalações elétricas passou a ser orienta por normas técnicas emtodoomundo. Os Dispositivos de Proteção contra Surtos estão sendo amplamente divulgados, pois se trata de uma alternativa simples e acessível para a proteção contra sobretensões transitórias, podendo ser adicionados à instalações existentes sem alterações significativas.

21 CONSIDERAÇÕES INICIAIS ComamesmaveemênciacomqueexigeainstalaçãodeDPSnamaioriasinstalaçõeselétricasdebaixa tensão, a norma NBR 5410 deixa claro que a proteção contra SURTOS de tensão causados por descargas atmosféricas ou manobras não deve ser executa simplesmente com a instalação do DPS. Essa proteção deve ser composta de três medis: Nome Empresa Aterramento corretamente projetado e instalado. Equipotencialização. Instalação coordena de DPS.

22 Segurança para as Vis... CONSIDERAÇÕES INICIAIS Nome Empresa Segurança para os Investimentos...

23 CONSIDERAÇÕES INICIAIS Antes de aborrmos os aspectos planta, a seleção, instalação e a aplicação do DPS, devemos apresentar os tipos existentes de DPS, as subdivisões em áreas (zonas de proteção) do ambiente de aplicação e o valor de impulso de suportabilide dos equipamentos a serem protegidos. Nome Empresa

24 TIPOS DE DPS: VARISTOR E CENTELHADOR Os Dispositivos de Proteção contra Surtos para alimentação podem ser equipados com dois tipos de componentes de proteção: Varistor ou Centelhador, podendo ter variantes com as duas tecnologias combinas. Nome Empresa

25 TIPOS DE DPS: VARISTOR E CENTELHADOR VARISTOR (NÃO CURTO-CIRCUITANTES): pode ser considerado como uma resistência variável que à tensão nominal possui um altíssimo valor ôhmico, mas sua resistência rapimente cai a zero caso ocorra um surto de tensão. Nome Empresa

26 DPS COM CARACTERÍSITCA NÃO CURTO-CIRCUITANTE ANALOGIA Nome Empresa

27 TIPOS DE DPS: VARISTOR E CENTELHADOR CENTELHADOR (CURTO-CIRCUITANTES): dois eletrodos separados pelo ar ou por um gás. Quando um surto de corrente ocorre, um arco elétrico surge entre os dois eletrodos e a corrente cai abaixo, por exemplodos10a. Nome Empresa

28 DPS COM CARACTERÍSITCA CURTO-CIRCUITANTE ANALOGIA Nome Empresa

29 TIPOS DE DPS: VARISTOR E CENTELHADOR QUADRO COMPARATIVO Nome Empresa

30 DEFINIÇÃO DE CLASSE Classe I: Indica-se a aplicação imediatamente próxima a entra s edificações, no local em que o condutor adentra a edificação. Com vinculo direto à BEP(Barra de Equipotencialização Principal). Classe II: Indica-se a aplicação junto aos quadros de distribuição, sejam eles principais ou secundários. Nome Empresa Classe III: Indica-se a aplicação em pontos onde há a necesside de uma proteção mais afina com níveis de proteção adequados a equipamentos com maior sensibilide, ou seja, proteção com níveis de energia residual menor que os encontrados nos dispositivos de Classe II.

31 DENOMINAÇÃO CLASSE = TIPO Os termos CLASSE e TIPO podem ser usados sem distinção e considerados sinônimos, sendo que nossa literatura prefere a adoção do termo CLASSE Dependendo do tipo de proteção a oferecer, o DPS pode ser classificado em três classes, CLASSE I, Nome Empresa CLASSE II e CLASSE III, pode inclusive ser combinados CLASSE I+II. AClassedoDPSidentificaoensaioaoqualomesmofoisubmetidoquantoacorrentededescarga(NÍVEL DE ENERGIA).

32 CLASSE I DEFINIÇÃO DE CLASSE Forma de on de corrente 10/350 µs CLASSE II Forma de on de corrente 8/20 µs Nome Empresa Comparando as ons é possível observar que há muito mais energia controla pelo DPS Classe I.

33 CLASSE III DEFINIÇÃO DE CLASSE Nome Empresa Os dispositivos de Classe III são os mais rápidos e eliminam surtos residuais. Forma de on combina: Surto de tensão em 1.2/50 µs Surto de corrente em 8/20 us

34 ZONAS DE PROTEÇÃO -LPZ Baseado na norma IEC , podemos dividir o ambiente eletromagnético associado a uma descarga de um raio como zonas(áreas), as chamas LPZ(Lightning Protection Zones). Nome Empresa

35 RELAÇÃO ENTRE LPZ (LIGHTNING PROTECTION ZONES), CATEGORIA DE INSTALAÇÃO Nome Empresa

36 NBR 5410:2004: ESQUEMA DE INSTALAÇÃO DO DPS Nome Empresa

37 COORDENAÇÃO ENTRE DPS Para a máxima eficiência de um DPS devemos manter a coordenção entre os modelos onde devemos analisar: Distâncias verticais e horizontais e o DPSeopontoàserprotegido; Nível de proteção ou isolação dos equipamentos e instalação em questão. Nome Empresa

38 COORDENAÇÃO ENTRE DPS Quadro principal Quadro secundário 01 LPZ 0 lv(6 kv) Contator de Energia DPS Tipo 1. U Quadro Nome Empresa secundário 02 LPZ 1 DPS Tipo 2 ~. DPS Tipo 3. Quadro de Zona lll(4 kv) LPZ 2 LPZ 3 Quadro de ll(2.5 kv) l (1.5 kv) Distribuição / Interruptor Eletrodomésticos Ap. Eletrônicos sensíveis U

39 INSTALAÇÃO DOS DPS Nome Empresa A secção dos condutores (cobre) de ligação não deve ser inferior a: DPSClasseIeI+II:6mm²(16mm²conformeNBR5410) DPSClasseII:4mm² DPSClasseIII:1,5mm²

40 INSTALAÇÃO DOS DPS Nome Empresa

41 INSTALAÇÃO DOS DPS Nome Empresa

42 COORDENAÇÃO DPS x DR Preferencialmente, os DPS devem ser instalados à montante do dispositivo DR. Se por qualquer razão os DPS forem instalados à jusante do dispositivo DR, este sempre deve ser do Tipo S (impulsos de corrente de3ka). Nome Empresa INSTALAÇÃO A JUSANTE INSTALAÇÃO A MONTANTE

43 PASSOS PARA ESPECIFICAR UM DPS 1º -Verificar as zonas de proteção instalação Nome Empresa 2º - Verificar qual é a suportabilide a impulso dos componentes instalação 3º -Selecionar o DPS de acordo com o nível de proteção

44 1 PASSO: OBRIGATORIEDADE DE INSTALAÇÃO E VERIFICAÇÃO DA ZONA DE PROTEÇÃO. Nome Empresa

45 2 PASSO: VERIFICAR A SUPORTABILIDADE A IMPULSO DOS COMPONENTES DA INSTALAÇÃO Para os demais níveis de proteção é importante que seja feito um estudo que aponte o nível de suportabilide instalação e dos equipamentos a serem protegidos. Nome Empresa

46 NÍVEL DE PROTEÇÃO Up 3 PASSO: NÍVEL DE PROTEÇÃO Up Durante a ocorrênciade um surtoelétrico, o DPS limitaa tensãotransitóriado surtoelétricoa umatensão chama nível de proteção(up) ou tensão residual (clamping). Nome Empresa U P < Vimpulso doaparelho = Equipamento protegido

47 CARACTERÍSITICAS A SE ATENTAR AO ESPECIFICAR UM DPS Tensão nominal [Un]: tensão nominal de alimentação rede protegi (Ex.: 230V). É necessário conhecerovalortensãonominaldosistemaaserprotegidoetercertezadequeun<uc. Tensãodeoperaçãocontínua[Uc]:ÉovalordetensãoabaixoqualéseguroqueoDPSnãoiráintervir e,deveserpelomenosiguala110%tensãonominal. Nome Empresa Nível de tensão de Proteção [Up]: Representa o valor máximo de tensão que permanece nas extremides do DPS durante sua intervenção. Se um DPS tem Up < 1,2kV, significa, por exemplo, que uma on de 20kA será limita a um valor máximo de 1,2kV.

48 CARACTERÍSTICAS A SE ATENTAR AO ESPECIFICAR UM DPS Para entender melhor esta informação Nível de tensão de Proteção[Up], podemos imaginar o DPS como uma chave em série com uma resistência e que quando submetido a sobretensão transitória essa chave se fecha, permitindo a circulação de corrente e através Lei de Ohmpodemos entender a tensão Up como o produto impedância do DPS pela corrente drena através dele. Nome Empresa

49 CARACTERÍSITICAS A SE ATENTAR AO ESPECIFICAR UM DPS Nome Empresa Surto

50 VALOR DE U c EXIGÍVEL DO DPS EM FUNÇÃO DO ESQUEMA DE ATERRAMENTO Nome Empresa

51 CARACTERÍSTICAS A SE ATENTAR AO ESPECIFICAR UM DPS Fusíveis de back-up para sistemas AC: SeF1>250A,F2deveráserde250A SeF1 250A,F2nãoénecessário SeF1>160A,F2deveráserde160A SeF1 160A,F2nãoénecessário SeF1>125A,F2deveráserde125A SeF1 125A,F2nãoénecessário Nome Empresa

52 CARACTERÍSTICAS A SE ATENTAR AO ESPECIFICAR UM DPS Fusíveis de back-up para sistemas FOTOVOLTAICOS Nome Empresa

53 ASPECTOS NORMATIVOS Nome Empresa

54 ONDE SÃO PREVISTOS OS ENSAIOS DOS DPS A norma ABNT NBR IEC :2007 determina todos os padrões de desempenho, testes e parâmetros de especificação de um DPS para aplicações em sistemas AC. Nome Empresa

55 ONDE SÃO PREVISTOS OS ENSAIOS DOS DPS A norma pren :2010 determina todos os padrões de desempenho, testes e parâmetros de especificação de um DPS para aplicações DC em sistemas fotovoltaicos. Nome Empresa

56 ONDE SÃO PREVISTOS OS DISPOSITIVOS ELÉTRICOS CLC/TS Instalações elétricas de baixa tensão é a norma que determina os requisitos para especificação e aplicação de DPS em instalações DC de sistemas fotovoltaicos. Nome Empresa

57 ONDE SÃO PREVISTOS OS DISPOSITIVOS ELÉTRICOS ABNT NBR 5410:2004 Instalações elétricas de baixa tensão é a norma que determina os requisitos para especificação e aplicação de DPS em instalações CA de baixa tensão. Nome Empresa

58 APLICAÇÕES: Nome Empresa CORRENTE ALTERNADA

59 EXEMPLOS DE ESQUEMA DE INSTALAÇÃO EM AC Nome Empresa MODELOS CLASSE I / CLASSE I + II

60 EXEMPLOS DE ESQUEMA DE INSTALAÇÃO EM AC Nome Empresa MODELOS CLASSE II

61 EXEMPLOS DE ESQUEMA DE INSTALAÇÃO EM AC Nome Empresa MODELO CLASSE III

62 EXEMPLOS DE ESQUEMA DE INSTALAÇÃO EM AC Nome Empresa MODELO CLASSE III

63 EXEMPLO DE APLICAÇÃO EM AC SEM INSTALAÇÃO DE DPS Nome Empresa

64 EXEMPLO DE APLICAÇÃO EM AC SEM INSTALAÇÃO DE DPS Nome Empresa

65 EXEMPLO DE APLICAÇÃO PARA PROTEÇÃO DE MÁQUINAS E EQUIPAMENTOS Nome Empresa

66 APLICAÇÕES: Nome Empresa CORRENTE CONTÍNUA

67 + - APLICAÇÃO DE INSTALAÇÃO COM NEGATIVO ISOLADO DPS1 Nome Empresa DPS2 DPS3 CONEXÃO EM Y

68 + - APLICAÇÃO DE INSTALAÇÃO COM NEGATIVO ISOLADO Nome DPS1 Empresa DPS2 CONEXÃO EM V

69 + - APLICAÇÃO DE INSTALAÇÃO COM NEGATIVO ISOLADO! DPS3 Nome Empresa DPS1 DPS2 CONEXÃO EM MODO COMUM E DIFERENCIAL

70 + - APLICAÇÃO DE INSTALAÇÃO COM NEGATIVO ATERRAMENTO Nome Empresa DPS1 A instalação com conexão única é aplica se o DPS estiver próximo do ponto de conexão entre POSITVO (+) e o aterramento elétrico. CONEXÃO EM ÚNICA

71 APLICAÇÃO DE INSTALAÇÃO COM NEGATIVO ATERRAMENTO + - DPS2 Nome Empresa DPS1 A instalação com conexão em L é aplica se o DPS estiver a uma distância maior que 10m do próximo do ponto de conexão entre POSITVO (+) e o aterramento elétrico. CONEXÃO EM L

72 APLICAÇÕES: Nome Empresa SISTEMAS FOTOVOLTAICOS

73 EXEMPLO DE INSTALAÇÃO FV EM EDIFICAÇÃO SEM PÁRA-RAIOS Exemplo de instalação protegi pelo lado DC com DPS específico para DC fotovoltaico e pelo lado AC com um DPS específico para instalações com topologia TT. Nome Empresa

74 APLICAÇÃO DE DPS EM INSTALAÇÃO FOTOVOLTAICAS PREDIAIS Inversor instalado próximo aos módulos FV no telhado. Inversor instalado próximo a entra de energia. Nome Empresa * INSTALAÇÃO DE MICRO E MINI GERADORES.

75 APLICAÇÃO DE DPS EM MICRO E MINI GERADOR FOTOVOLTAICO Nome Empresa

76 APLICAÇÃO DE DPS EM USINA FOTOVOLTAICA Nome Empresa

77 EXEMPLO DE APLICAÇÃO SEM DPS EM UFV Nome Empresa

78 EXEMPLO DE APLICAÇÃO DE DPS EM UFV Nome Empresa

79 IV ENADSE OBRIGADO! Nome Empresa DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO CONTRA SURTOS CONCEITOS E APLICAÇÕES Eng. Renato de Brito Sanchez 2014