Guia Técnico de Painéis de Controle Como evitar mau funcionamento das máquinas e danos aos eletrônicos provocados por surtos de tensão?
Índice Introdução 4-7 1 2 3 Dispositivos de Proteção contra Surtos 8-9 Qual é a aparência de um Dispositivo de Proteção contra Surtos (DPS)? 9 Como um DPS funciona? 9 Aplicações dos Dispositivos de Proteção contra Surtos 10-13 Circuitos de alimentação CA 11 Foco em Regras para cabeamento de um DPS CA em um painel de controle de máquina 12 Circuitos de tensão muito baixa 13 Guia de escolha 14-15 Para selecionar: o DPS de acordo com a tensão do circuito 15 Para selecionar: contatores e DPS para atenuação dos surtos de chaveamento 15 3
As máquinas sofrem surtos di Em caso de falha, o diagnóstic Os surtos são dificilmente observáveis e têm múltiplas consequências sobre máquinas e processos. Alguns são sérios, com riscos de lesões às pessoas, enquanto que outros afetam apenas os materiais. Em muitos casos, os usuários têm dificuldades para investigar as causas. Algumas situações relevantes Comportamento estranho Os controles de máquinas algumas vezes tornam-se imprevisíveis causando, como piores consequências, informações erradas no visor alfanumérico, velocidade excessiva de motores com avaria mecânica. Paradas inesperadas Paradas de ventilação, elevador ou iluminação, causando riscos para as pessoas. Paradas de outros equipamentos, causando superaquecimento, resfriamento excessivo, inundações com danos à instalação e ao edifício. Paradas de máquinas, causando perda de produção, etc. Colapso elétrico e eletrônico Os dispositivos eletrônicos geralmente são sensíveis a surtos provocados pelas linhas de alimentação, sensores e linhas de comunicação. A sobretensão pode destruir componentes eletrônicos ou causar flashes entre as trilhas de circuitos impressos. Em algumas situações, o colapso pode transformar-se em um incêndio. 4
ariamente. o correto é sempre realizado? Eles são invisíveis e transitórios: os surtos causam mau funcionamento e danos A diferença é uma questão de energia. 230 V Tensão Os surtos provocados por raios geram milhares de volts Os surtos de chaveamento geram centenas de volts Tempo Surtos atmosféricos Em um surto provocado por um raio, a energia é grande. Ela é suficiente para destruir componentes eletrônicos e até mesmo vaporizar condutores. Exemplo: dano à placa-mãe de um modem provocado por surto atmosférico através de linha de telecomunicação. Surtos industriais > São causados por: chaveamento de bancos de capacitores, bobinas de contatores ou outras comutações de cargas indutivas acionamentos de motores. > Suas consequências: superposição de ruído em sinais analógicos que geram falsas indicações (ex.: temperatura errada) alteração de dados nas memórias menor velocidade de transmissão devido a repetições reinicialização do sistema, etc. A energia proveniente de surtos industriais é menor, mas ainda causa inconvenientes. 5
Painel de Controle - Guia Técnico Como evitar mau funcionamento das máquinas e danos aos eletrônicos provocados por surtos de tensão? Como são gerados os surtos atmosféricos? Um raio pode cair nas proximidades de uma linha de energia elétrica: é a radiação eletromagnética da corrente da descarga atmosférica que produz uma corrente elevada e uma sobretensão na rede de alimentação de energia elétrica. Raio na rede aérea de energia elétrica ou linha de telecomunicação. A sobrecorrente e sobretensão podem espalhar-se por diversos quilômetros a partir do ponto de impacto. Impacto direto de raio no edifício. Um raio pode cair próximo a uma edificação. O potencial de terra em torno do ponto de impacto aumenta perigosamente. Aterramento da instalação Em todos os casos, a sobretensão fluirá da linha de energia ou de telecomunicação para a terra, ou no sentido contrário, dependendo de qual condutor seja afetado pela descarga atmosférica. Onde a proteção deve ser instalada? Para-raios? Ele só fornece proteção contra incêndios para a edificação ao forçar a sobretensão a fluir para a terra utilizando um condutor seguro. A proteção reforçada contra surtos na distribuição elétrica é fortemente recomendada. A proteção dos equipamentos contra surtos pode ser: coletiva, em painéis principais e distantes individual, em cada painel de controle de máquinas. 6
Como são gerados os surtos industriais? Linhas de energia poluídas por surtos. Quadro de distribuição Correntes de chamada elevadas, durante o chaveamento de capacitores. Sobretensões elevadas, durante a ativação simultânea de múltiplas bobinas de contatores. Banco de capacitores Harmônicas, geradas por inversores de frequência. Onde a proteção deve ser instalada? Proteção por DPS na derivação especial do barramento a montante (Canalis) ou nos painéis de controle. Quadro de distribuição Redução das perturbações por meio de: contatores específicos para capacitores com resistores de atenuação integrados filtros de bobinas para contatores. Banco de capacitores Filtros de indutores/capacitores reduzem a distorção harmônica na linha de alimentação causada por alguns inversores de frequência. 7
Painel de Controle - Guia Técnico Como evitar mau funcionamento das máquinas e danos aos eletrônicos provocados por surtos de tensão? Dispositivos de Proteção contra Surtos (DPS) 1 8
Qual é a aparência de um Dispositivo de Proteção contra Surtos (DPS)? Zoom: Tecnologia de cartucho O DPS é composto por um varistor ou um tubo de gás. Versão cartucho iprd 3P+N DPS versão cartucho: Com varistores integrados em cartuchos conectáveis, para facilitar a manutenção. Como um DPS funciona? L U = Un L U > Un iquick PRD 3P+N Tecnologia combinada: O disjuntor de desconexão integrado isola automaticamente o DPS quando seus cartuchos precisam ser substituídos. Desta forma, o desconector oferece continuidade do serviço para o restante da instalação. O DPS atua como uma válvula: Ele está fechado (alta impedância) quando a tensão é normal (U = Un). Ele é aberto (condutor) em caso de surto. Varistor: sua resistência diminui quando a tensão aumenta. Tubo de gás: um arco condutor surge entre os eletrodos acima de uma determinada tensão. 230 VCA Carga a ser protegida > 230 VCA, mas não destrutiva Carga a ser protegida O que acontece quando a tensão principal excede a tensão máxima permanente" (Uc do DPS)? Desconector DPS Um desconector é um disjuntor dedicado que isola o circuito do DPS quando o cartucho do varistor chega ao fim da sua vida útil ou durante a manutenção. A corrente de surto é desviada diretamente à terra e, assim, o pico de tensão é reduzido para um valor não perigoso para a instalação elétrica, a qual é cabeada em paralelo. Após um determinado número de surtos, dependendo da sua intensidade, o varistor será curto-circuitado e precisará ser substituído. A informação é geralmente fornecida por um indicador mecânico disponível no frontal do cartucho. 9
Painel de Controle - Guia Técnico Como evitar mau funcionamento das máquinas e danos aos eletrônicos provocados por surtos de tensão? Aplicações dos Dispositivos de Proteção contra Surtos 2 10
Quais meios de proteção selecionar? 1 Circuitos de alimentação CA Implementação O DPS e seu desconector são conectados entre o disjuntor de entrada (geralmente ao bloco de distribuição) e o barramento terra. Corrente de descarga Disjuntor de entrada Bloco de distribuição Placa do painel de controle Uma vez que o surto de tensão estará limitado entre esses dois pontos, os circuitos da máquina estarão protegidos. Desconector DPS Barramento terra Circuitos de controle da máquina e de energia Dica do especialista A impedância do circuito do desconector + DPS deve ser a mais baixa possível. As ligações dos cabos devem ser as mais curtas possíveis para assegurar o menor pico de tensão residual durante o fluxo de corrente. 50 cm de cabo por fase asseguram uma tensão residual 500 V, o que é aceitável. Escolha de... Tipos de DPS CA de acordo com o risco Área muito exposta ou edificação equipada com um para-raios (mesmo no caso de uma linha de energia subterrânea). Edificação com rede elétrica aérea total ou parcial. Contra surtos residuais regenerados automaticamente que surgem ao longo de 20-30 metros de um cabo conectado a um quadro já protegido. Desconector do DPS > Risco muito alto > Risco normal > Risco muito alto e normal Classe I Classe I+II DPS Classe I / I+II Classe II DPS Classe II Classe III DPS Classe III É escolhido na oferta indicada pelo fabricante do DPS, visando assegurar a sua coordenação elétrica com a proteção a montante conhecida ou presumida. Assim, o acionamento durante raios será evitado. De preferência instalar o DPS no quadro principal. Sozinho ou como complemento de um DPS classe I. Instale o DPS no quadro principal ou no quadro secundário Como um complemento de um DPS Classe I+II ou Classe II. A ser posicionado próximo à carga a ser protegida. Graças à tecnologia combinada, a seleção de um desconector separado não é mais necessária. 11
Painel de Controle - Guia Técnico Como evitar mau funcionamento das máquinas e danos aos eletrônicos provocados por surtos de tensão? Foco em... Regras para cabeamento de um DPS CA em um painel de controle de máquina Exemplo em um: Quadro Pragma de plástico Exemplo em um: Painel metálico Prisma Plus Entrada Bloco de distribuição DPS Entrada 1 2 3 Barramento terra primário Área para compontentes de proteção e controle 1 Terra Barramento terra secundário Terra 1 2 3 L1 (cabo L mais longo) 12 cm L2 (ligação interna) 0 cm L3 (cabo de terra do DPS) 5 cm L1 + L2 + L3 < 50 cm 1 O chassi metálico é utilizado como um condutor Conecte o cabo com uma arruela de pressão para garantir um contato perfeito. Essa solução só é possível com painéis que atendam à norma ABNT NBR IEC 60439-1. Os Dispositivos de Proteção contra Surtos da Schneider Electric para aplicações CA Coordenação elétrica perfeita entre o desconector e o DPS. Cabeamento mais rápido. A segurança é mantida uma vez que o desconector é ativado em caso de cartucho defeituoso ou ausente. Desconexão rápida do DPS antes do teste dielétrico da distribuição ou placa de controle. iquick PRD 40r 3P+N (ref. A9L16294) A tecnologia iquick PRD 40r oferece desempenhos melhores do que a tecnologia tradicional. 12
2 Circuitos de tensão muito baixa DPS ipri de 4 canais protegendo as entradas de um controlador: Sensor eletrônico Cabo blindado ENTRADA DPS em série SAÍDA Controlador lógico programável 1 Princípio de cabeamento de um DPS para uso em série. ENTRADA ipri SAÍDA 2 4 sensores binários com polaridade comum são protegidos por um DPS ipri de 4 canais. ENTRADA ipri SAÍDA 3 2 sensores analógicos ou linhas de dados sem polaridade comum são protegidos por um DPS ipri de 4 canais. ipri 4 canais (ref. A9L16339) Dica do especialista Instale o DPS no painel de controle, próximo do bloco de terminais do sensor. 13
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Para selecionar: O DPS de acordo com a tensão do circuito Alimentação CA Classe I + II (+ desconector) Classe II Classe III Alto risco. Para uma única máquina em um abrigo isolado e exposto (bomba, turbina eólica...). Icc máx.: 10 ka Risco normal, para proteção da máquina. Icc máx.: 10 ka Para proteção complementar da máquina quando uma proteção global Classe I ou II já é fornecida pela distribuição elétrica. Icc máx.: 10 ka C120N - 80 A iprf1 12.5r iquick PRD 20r Derivação de proteção contra surtos comum 1P+N (ref. A9L16632) 1P+N (ref. A9L16295) 3P (ref. A9L16633) 3P (ref. A9L16296) 3P+N (ref. A9L16634) 3P+N (ref. A9L16297) Canalis KN (ref. KNBQPRD) Canalis KS (ref. KSBQPRD) iquick PRD 8r 1P+N (ref. A9L16298) 3P (ref. A9L16299) 3P+N (ref. A9l16300) Derivação de proteção contra surtos comum Canalis KN (ref. KNBQPF) Canalis KS (ref. KSBQPF) Tensão muito baixa CA/CC Gama de DPS para cabos de alimentação, de sensores ou de dados que passam junto a condutores de alta tensão ou ao ar livre. Gama de DPS para linha de telecomunicação analógica, compatível com ADSL. Alta tensão CC DPS CC para gerador fotovoltaico Tensão máxima permanente: 53 VCC 37 VCA Corrente de linha máxima: 300 ma ipri Tensão máxima permanente: 180 VCC 130 VCA iprc 4 canais (ref. A9L16339) 1 canais (ref. A9L16337) Tensão máxima permanente: 600 VCC para 16434 1000 VCC para 16436. PRD40r 600CC PRD40r 1000CC (ref. 16434) (ref. 16436) Contatores e supressores para atenuação de surtos de chaveamento Contatores para bancos de capacitores Gama LC1D.K: contatores de 3 polos para chaveamento de capacitores Os capacitores são chaveados em 2 fases: Fase 1: contatos auxiliares fechados, os resistores de atenuação (cabos brancos resistivos) limitam a corrente de chamada. Fase 2: menos de 1 segundo depois, os contatos principais são fechados, encurtando os resistores de atenuação. A corrente total flui. Módulos supressores para bobinas de contator LA4D.., LAD4 módulos supressores para contatores TeSys D A bobina do contator gera transientes durante o chaveamento. Eles podem ser absorvidos por um módulo supressor ligado em paralelo. Vários tipos de supressores (RC, varistores, diodos volantes) para escolher de acordo com a tensão CA ou CC e aumento aceitável do tempo de abertura do contator. 15
Links úteis Entendendo os princípios de proteção, projetando sistemas de proteção Escolhendo o DPS adequado http://www.schneider-electric.com.br http://www.electrical-installation.org/wiki/protection_against_voltage_surges_in_lv Documentos úteis Projetando uma rede de distribuição de acordo com as normas IEC Electrical installation guide According to IEC international standards Make the most of your energy www.schneider-electric.com.br Schneider Electric Brasil Ltda Av. das Nações Unidas, 18.605 04753-100 - Santo Amaro - São Paulo - SP Tel.: 0800 7289 110 www.schneider-electric.com.br 2012 - Schneider Electric - All rights reserved. As informações deste documento estão sujeitas a alterações técnicas sem prévio aviso. CPTG002_BR_03-2015