Proteção contra descargas atmosféricas (raios)

Você sabia? Anualmente, caem milhões de descargas atmosféricas (raios) no mundo inteiro e o Brasil é o campeão em quedas de raios, segundo o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). A descarga atmosférica é um fenômeno natural com consequencias destrutivas, resultando em vítimas fatais e em bilhões de gastos com a reparação dos danos causados pelas descargas atmosféricas.

As descargas atmosféricas causam sobretensões transitórias que são sobretensões é um pulso ou onda de tensão que sobrepõe a tensão nominal da rede.

Os efeitos das descargas atmosféricas  podem ser direto ou indireto;

– o efeito direto é quando o raio cai diretamente sobre as edifícações e/ou instalações elétricas, sua energia é muito elevada e destruidora.

– o efeito indireto é quando o raio cai em um ponto e a sobretensões induzida chega até as instalações elétricas.

A descarga atmosférica direta ou indireta pode ter consequências destrutivas nas instalações elétricas, mesmo a diversos quilômetros do ponto da queda.

Como se proteger contra estes efeitos?

Para responder as diferentes necessidades nas instalações elétricas, a proteção contra os efeitos das descargas atmosféricas pode ser realizada com ajuda de equipamentos/dispositivos  a serem instalados na parte externa  ou interna das edificações.

– na parte externa pode ser adotado um Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas (SPDA) que são utilizados para evitar os incêndios e as degradações que poderão ser ocasionadas por um impacto direto da descarga atmosférica sobre a edificação (pára-raio, gaiola de Faraday,…)

– na parte interna são utilizados Dispositivos de Proteção contra Surtos (DPS), ao qual dedicamos este artigo, obrigatório pela norma ABNT NBR 5410, na edição de 2014, para proteger as instalações elétricas e os equipamentos eletroeletrônicos. Lembrando que o DPS não protege contra sobretensões temporárias, somente transitórias.

A função do DPS é escoar a sobretensão causada pela descarga atmosférica e limitar a sobretensão (afim de não danificar os receptores).

Dispositivos de proteção de surto (DPS) usam 2 diferentes tecnologias adaptadas para cada efeito de descarga atmosférica.

–       Tipo chaveamento de tensão : dispositivo spark gap (centelhador) é principalmente usado contra efeito de descarga direta

–       Tipo limite de tensão : varistor ou diodo ceifador (semi condutor) principalmente usado contra efeito de descarga indireta

Eles são isntalados em trilho DIN e no mercado podemos encontrar DPSs nas versões:

– 1P, 1P+N, 2P, 3P, 3P+N e 4P,

– Classe I, Classe II, Classe I+II em um único dispostivo e Classe III.

Existem três Classes de DPS:

– Classe I – destinado à proteção contra sobretensões causadas por descargas atmosféricas diretas, com uma grande capacidade de escoamento, recomendados para instalações em locais de alta exposição à descargas atmosféricas,  na entrada da distribuição elétrica das edificações com SPDA.  O DPS Classe I é caracterizado por uma onda de corrente 10/350µs.

– Classe II – com uma capacidade de escoamento menor que o do Classe I, recomendados para proteção das instalações elétricas e equipamentos eletroeletrônicos em edificações sem SPDA, mas que podem sofrer os efeitos indiretos das descargas atmosféricas. O DPS Classe II é caracterizado por uma onda de corrente 8/20µs.

– Classe III – eles são destinados a proteção fina dos receptores sensíveis (computadores,…), possuem  uma capacidade baixa de escoamento, devem ser instalados a jusante de um DPS Classe II.  O DPS Classe I é caracterizado por uma onda de corrente  combinada 1,2/50µs e 8/20µs.

Os três tipos de classe não são comparáveis, cada uma possui sua particiularidade.

Onde instalar e como selecionar?

 Conforme item 6.3.5.2.1 – “Uso e localização dos DPSs” na norma ABNT NBR 5410, existem alguns critérios a serem seguidos:

“a) quando o objetivo for a proteção contra sobretensões de origem atmosférica transmitidas pela linha externa de alimentação, bem como a proteção contra sobretensões de manobra, os DPS devems er instalados junto ao ponto de entrada da linha na edificação ou no quadro de distribuição principal, localizado o mais próximo possível do ponto de entrada; ou

b) quando o objetivo for a proteção contra sobretensões provocadas por descargas atmosféricas diretas sobre a edificação ou em suas proximidades, os DPS devem ser instalados no ponto de entrada da linha na edificação.”

– Quando existir SPDA na edificação deve ser instalados DPS Classe I (efeitos diretos) e Classe II (efeitos indiretos) no quadro principal e DPS Classe II nos quadros terminais.

– quando não existir SPDA na edificação, deve ser instalado o DPS Classe II nos quadros de distribuição e se existir equipamentos sensíveis a mais de 30m do quadro onde esteja instalado um DPS Classe II, deve ser instalado um DPS Classe III próximo a equipamento sensível.

Os DPS deverão estar dispostos conforme figura 13 da norma ABNT NBR 5410, abaixo:

Os DPS devem estar conforme a norma ABNT NBR IEC 61643-1 e ser selecionadas conforme descrito no item 6.3.5.2.4 “Seleção dos DPS” da norma ABNT NBR 5410, que mencionam as seguintes características:

– nível de proteção U_p

– máxima tensão de operação contínua Uc (veja tabela 49 da norma)

– corrente nominal de descarga e corrente de impulso (Iimp)

– suportabilidade à corrente de curto-circuito

– coordenação dos DPS

Lembrando que para determinar a intensidade do DPS destinado à proteção de uma instalação elétrica contra os efeitos das descargas atmosféricas (baixo risco, médio risco e alto risco), é necessário levar em conta os critérios próprios do local, e as características dos equipamentos  à serem protegidos. Temos que avaliar:

– a probabilidade de queda de raios no local

– natureza da rede

– presença de para-raio na instalação

– o custo e a sensibilidade dos equipamentos

– o custo da parada do equipamentos

-…

“Notas

a)     A ligação ao BEP ou à barra PE depende de onde, exatamente, os DPS serão isntalados e de como o BEP é implementado, na prática. Assim, a ligação será no BEP quando:

–       o BEP se situar a montante do quadro de distribuição principal (com o BEP localizado, como deve ser, nas proximidades imediatas do ponto de entrada da linha na edificação) e os DPS forem instalados então junto do BEP, e não no quadro; ou

–       os DPS forem isntalados no quadro de distribuição principal da edificação e a barra PE do quadro acumular a função de BEP.

Por consequência, a ligação serra na barra PE, propriamente dita, quando os DPS forem instalados no quadro de distribuição e a barra PE do quadro não acumular a função de BEP.

b)     A hipótese configura um esquema que entra TN C e que prossegue instalação adentro TN C, ou que entra TN C e em seguida para a TN S (aliás, como requer a regra geral de 5.4.3.6). O neutro de entrada, necessariamente PEN, deve ser aterrado no BEP, direta ou indiretamente (ver figura G.S). A passagem do esquema TN C a TN S, com a separação do condutor PEN de chegada em condutor neutro e condutor PE, seria feita no quadro de distribuição principal (globalmente, o esquema é TN-C-S).

c)     A hipótese configura três possibilidade de esquema de aterramento: TT (com neutro), IT com neutro e linha que entra na edificação já em esquema TN-S.

d)     Há situações em que um dos dois esquemas se torna obrigatório, como a do caso relacionaod na alínea b) de 6.3.5.2.6.”

Norma  ABNT NBR 5410 (Figura 13 – Esquemas de conexão DPS no ponto de entrada da linha de energia ou no quadro de distribuição principal da edificação)

Dispositivos de desconexão dos DPS

Um dispositivo de desconexão  (disjuntor) é necessário para garantir  a segurança da instalação. Cada DPS deve obrigatoriamente ser associado a um dispositivo de desconexão a montante em série.

Este dispositivo assegura:

– continuidade de serviço quando o DPS chegar ao fim de sua vida,

– também permite isolar facilmente o DPS, quando for substituído preventivamente.

Após ter determinado o tipo de DPS adaptado à instalação, é necessário escolher um dispositivo de desconexão (disjuntor) apropriado. A capacidade de interrupção deve ser compatível com a capacidade de interrupção no ponto da instalação e também totalmente coordenado com o DPS. O fabricante deve garantir esta cooordenção e fornecer uma lista de escolha para os quais os testes foram realizados.

Fontes:

ABNT NBR 5410: Instalações elétricas de baixa tensão

Electrical installation guide, Technical collection, Schneider Electric, 2010

Catálogo Acti9 a eificência que você merece, Schneider Electric, 2010

Tags: choques, dispositivos, eletricidade, proteção, raio, raios