Dispositivos de Proteção Elétrica

O DPS (Dispositivo de Proteção contra Surtos) é um equipamento eletroeletrônico projetado para proteger instalações elétricas e equipamentos contra sobretensões transitórias, como aquelas causadas por descargas atmosféricas ou manobras na rede elétrica.

Os Dispositivos de Proteção contra Surtos (DPS) desempenham um papel essencial na proteção de instalações elétricas e equipamentos dentro de um ambiente corporativo ou num ambiente industrial.

Um projeto de proteção das instalações elétricas tem a finalidade de desviar o excesso de energia para o sistema de aterramento, minimizando os efeitos das sobrecargas dentro das instalações e também preservando equipamentos sensíveis para que não sejam expostos a tensões além de seus limites de operação, mantendo sua integridade e funcionalidade.

A instalação de DPS é fundamental para proteger todos os ambientes que dependem de uma operação contínua e sem falhas, como indústrias, Data Centers, edifícios comerciais e ambientes corporativos, onde as paradas podem representar grandes prejuízos com perdas de prazo e lucro cessante.

O que é e para que serve um DPS ?

O DPS (Dispositivo de Proteção contra Surtos) tem a função de descarregar no aterramento correntes indesejadas e tensões que ultrapassam o limite suportado pelos equipamentos, quando ocorre uma sobretensão na rede de alimentação ou quando tensões são injetadas nos cabos por meio de induções eletromagnéticas.

Essas sobretensões podem ser causadas por descargas atmosféricas, manobras na rede elétrica ou outros eventos transitórios, e, sem a devida proteção, podem alcançar e danificar equipamentos conectados, resultando em falhas ou até queima de componentes sensíveis.

Como funciona um DPS ?

O mecanismo de acionamento de proteção de um Dispositivo de Proteção contra Surtos é baseado na detecção de sobretensões transitórias e atua automaticamente para desviar o excesso de energia para o aterramento, protegendo os equipamentos conectados.

O Dispositivos possuem componentes internos, como varistores de óxido de zinco (MOV), diodos de avalanche de silício (SAD) ou centelhadores, que permanecem inativos em condições normais de operação, ou seja, enquanto a tensão da rede elétrica está dentro dos limites especificados.

No entanto, quando ocorre uma sobretensão, como aquelas causadas por descargas atmosféricas ou manobras na rede elétrica, a tensão excede o limite de disparo do DPS, acionando o seguinte mecanismo:

1. Detecção da Sobretensão: Quando a tensão da rede ultrapassa o nível seguro para os equipamentos, o DPS detecta essa sobretensão. O componente ativo, como o varistor, que possui uma resistência muito alta em condições normais, sofre uma redução drástica de resistência.
2. Condução da Corrente Excessiva: Após a detecção, o DPS passa a conduzir a corrente excedente diretamente para o aterramento. Nesse momento, o varistor ou diodo entra em modo de condução, desviando a corrente elétrica para o terra, evitando que o surto chegue aos equipamentos protegidos.
3. Dissipação da Energia: Os dispositivos direcionam a energia excedente do surto para o sistema de aterramento, onde ela é dissipada de forma segura. Isso impede que a sobretensão percorra os circuitos eletrônicos, prevenindo danos aos dispositivos conectados à rede.
4. Retorno ao Estado Normal: Após o evento de sobretensão, quando a tensão volta aos níveis normais, o DPS retorna ao seu estado inativo, com os componentes internos voltando a ter uma alta resistência. O dispositivo se “desconecta” da rede até que uma nova sobretensão ocorra.

Esse ciclo de proteção ocorre muito rapidamente, em questão de microssegundos, o que garante a proteção eficiente dos equipamentos contra picos de tensão repentinos.

Dependendo do tipo de DPS, ele pode suportar vários eventos de sobretensão antes de necessitar de substituição ou manutenção.

Como proteger uma edificação contra os efeitos de uma descarga atmosférica?

A proteção completa de uma edificação contra surtos de tensão não pode ser realizada apenas com o uso de DPS. A eficiência do sistema de proteção depende de uma integração interdisciplinar entre diferentes subsistemas:

1. DPS e SPDA (Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas): O SPDA, responsável por receber e descarregar as descargas atmosféricas ao solo, trabalha em conjunto com o DPS. Enquanto o SPDA protege a estrutura física da edificação, o DPS protege os sistemas internos e os equipamentos eletrônicos de surtos induzidos pela descarga atmosférica. Sem o DPS, surtos gerados pelo SPDA durante uma descarga podem se propagar pelos sistemas elétricos e de comunicação, danificando os equipamentos.
2. DPS e Instalações Elétricas: O DPS deve ser devidamente integrado às instalações elétricas da edificação, em especial nos quadros de entrada e distribuição de energia. A correta distribuição do DPS em níveis de proteção dentro da instalação, especialmente em pontos de entrada e em equipamentos críticos, garante uma proteção abrangente contra surtos.
3. DPS e Equalização de Potenciais: Para que o DPS funcione corretamente, é imprescindível que o sistema de aterramento e a equalização de potenciais estejam adequados. A equalização de potenciais evita diferenças de potencial entre diferentes partes metálicas da instalação, minimizando a circulação de correntes indesejadas e melhorando a eficiência do DPS na condução de surtos para o aterramento.
4. DPS e Cablagem Estruturada: O DPS também pode ser aplicado na proteção da infraestrutura de redes, atuando diretamento no cabeamento estruturado e aterrando eletrocalhas metálicas por onde passam as redes de comunicação e automação. Sobretensões podem ser induzidas em cabos de rede, resultando em perda de dados e queima de componentes. A utilização de DPS específicos para sistemas de comunicação, como DPS para linhas de dados e redes, garante que a integridade da rede de cabos seja preservada, mesmo em eventos de surtos.

Requisitos básicos de um Projeto de DPS:

Proteção em Cascata:

A Proteção em cascata é uma estratégia de proteção contra sobretensões que consiste na instalação de Dispositivos de Proteção contra Surtos (DPS) em diferentes pontos de uma instalação elétrica, formando camadas sucessivas de proteção.

O objetivo é garantir que os surtos de tensão sejam gradualmente reduzidos e dissipados à medida que avançam pelos diferentes estágios da instalação, oferecendo uma proteção completa desde a entrada principal de energia até os equipamentos mais sensíveis.

Níveis de Proteção em um Projeto de DPS:

Classes de Proteção em Cascata

1. Primeira Classe: DPS de Classe I (Entrada Principal de Energia)
   • Local de Instalação: Geralmente no quadro geral de entrada de energia, próximo à conexão com a rede elétrica.
   • Função: Dissipar grandes surtos, como aqueles causados por descargas atmosféricas diretas ou indiretas. Este DPS protege toda a instalação contra sobretensões de alta intensidade.

Na NBR 5410 (Instalações Elétricas de Baixa Tensão), os termos a montante e a jusante referem-se à posição de instalação do DPS (Dispositivo de Proteção contra Surtos) em relação a outros dispositivos de proteção, como disjuntores e fusíveis, no circuito elétrico.

DPS a Montante

Quando utilizar: A instalação do DPS a montante é usada principalmente quando se deseja proteger a instalação contra sobretensões vindas da rede elétrica externa, como aquelas causadas por descargas atmosféricas indiretas ou manobras na rede de distribuição. É recomendada para garantir a proteção global da instalação.

O que significa: Quando o DPS está a montante, ele é instalado antes de outros dispositivos de proteção, como disjuntores ou fusíveis, em relação à fonte de alimentação.

Aplicação: A instalação a montante é indicada quando o DPS precisa proteger toda a instalação, incluindo os disjuntores, de uma sobretensão que pode ocorrer a partir da rede de alimentação externa.

Esse tipo de instalação é comum em locais próximos à entrada de energia do edifício.

DPS a Jusante

• O que significa: Quando o DPS está a jusante, ele é instalado depois dos dispositivos de proteção, como disjuntores ou fusíveis, no sentido do fluxo de corrente elétrica.
• Aplicação: A instalação a jusante é usada para proteger equipamentos sensíveis, como servidores, sistemas de automação ou aparelhos eletrônicos, contra sobretensões residuais que possam ter passado pelos dispositivos de proteção instalados a montante.
• Quando utilizar: O DPS a jusante é normalmente utilizado para proteger circuitos ou equipamentos específicos, garantindo que mesmo as menores sobretensões que possam chegar a eles sejam dissipadas. Isso é comum em quadros de distribuição secundários ou próximos a equipamentos críticos, oferecendo uma camada adicional de proteção.

• 2 – Segunda Classe: DPS de Classe II (Quadros de Distribuição Secundários)

• Local de Instalação: Nos quadros de distribuição de circuitos internos ou secundários.
• Função: Reduzir as sobretensões que passaram pelo DPS de Classe I ou que se originaram dentro da instalação. Essa camada oferece proteção intermediária e garante que a tensão seja mantida em níveis aceitáveis para os circuitos secundários.

• 3 – Terceira Classe: DPS de Classe III (Pontos Próximos aos Equipamentos)

• Local de Instalação: Próximo aos equipamentos eletrônicos sensíveis, como servidores, computadores, sistemas de automação, etc.
• Função: Proteger equipamentos críticos contra surtos residuais de baixa intensidade que ainda possam estar presentes após a atuação dos DPS anteriores. Esta camada final garante a máxima proteção dos dispositivos conectados.

1. Dimensionamento Adequado dos DPS

• Escolher o tipo de DPS correto (Classe I, II ou III) de acordo com o nível de proteção necessário. O DPS de Classe I é recomendado para áreas expostas a descargas atmosféricas diretas, enquanto o DPS de Classe II é adequado para proteção contra surtos indiretos, e o DPS de Classe III é usado para proteção mais precisa em pontos próximos aos equipamentos sensíveis.
• Dimensionar o nível de tensão de operação contínua máxima (Uc) de forma compatível com a rede elétrica. Isso evita o disparo acidental do DPS durante oscilações normais da rede.
• Definir corretamente o nível de corrente de surto (Imax) que o DPS pode suportar. Este valor deve ser escolhido considerando as características da instalação e a probabilidade de surtos intensos.

2. Posicionamento Estratégico dos DPS

• Instalar os dispositivos o mais próximo possível da entrada de energia da instalação (em painéis de entrada) para proteger contra surtos originados na rede de alimentação.
• Usar a proteção em camadas (proteção em cascata), fazer o dimensionamento e instalação em diferentes pontos da rede elétrica, como nos quadros de distribuição e nas tomadas de equipamentos críticos. A proteção em várias camadas ajuda a dissipar surtos progressivamente, minimizando o impacto em cada estágio.
• Instalar DPS específicos para cabos de dados e redes de comunicação, como sistemas de cabeamento estruturado e automação. Estes dispositivos protegem contra sobretensões induzidas por descargas atmosféricas ou surtos na rede de energia.

3. Correlação com o Sistema de Aterramento

• Garantir que o sistema de aterramento da edificação esteja com valores de resistência o mais baixo possíveis e de preferência baixa impedância também, pois baixa resistência a custo de grandes impedâncias não são ideais nesse cenário, pois o DPS depende do aterramento para dissipar o excesso de energia.
• Verificar a equalização de potenciais para minimizar diferenças de potencial elétrico dentro da instalação. Esse procedimento é fundamental para minimizar a circulação de corrente dentro das instalações e assegurar ao DPS as melhores condições para desviar essas correntes diretamente para o aterramento.
• Aterrar o DPS e SPDA (Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas), Instalar a caixa de equalização de potenciais com o BAP(Barramento de aterramento predial) e conectar ao aterramento em um único ponto. Todos os DPS do Projeto devem estar aterrados no mesmo potencial na mesma malha do SPDA para evitar diferença de potencial e circulação de corrente.

4. Instalação Correta

• Minimizar o comprimento dos cabos entre os dispositivos e o sistema de aterramento. Quanto mais curto o cabo de conexão, menor a indutância e maior a eficiência do DPS em desviar a sobretensão.
• Certificar-se de que os condutores de aterramento utilizados para conectar os dispositivos com o aterramento tenham seção transversal adequada para suportar as correntes de surto.
• Realizar uma instalação robusta e segura, seguindo as recomendações dos fabricantes e normas técnicas, como a NBR 5410 (Instalações Elétricas de Baixa Tensão) e a NBR 5419 (Proteção de Estruturas contra Descargas Atmosféricas).

Considerações sobre Projetos de DPS:

Um projeto de proteção elétrica eficiente não se limita apenas à instalação de DPS, ele deve ser parte de uma abordagem integrada que inclua:

• SPDA (Sistema de Proteção contra Descargas Atmosféricas) com Laudo de SPDA atualizado;
• Sistema de aterramento bem dimensionado com a manutenção em dia e Laudo de aterramento atualizado;
• Equalização de potenciais.

Para garantir que todos esses sistemas funcionem de maneira eficiente, é essencial contratar uma empresa de Engenharia especializada.

Uma empresa com expertise pode desenvolver um projeto completo e integrado, levando em consideração todos os aspectos técnicos necessários para mitigar riscos e garantir a proteção de sua infraestrutura elétrica e de comunicação.

Além disso, uma empresa de engenharia qualificada pode emitir os laudos a ART e especificar as melhores marcas e fabricantes de DPS, garantindo que os dispositivos utilizados sejam de qualidade reconhecida pelo mercado. A escolha de uma marca confiável é crucial, pois isso garante que os DPS suportem adequadamente os surtos de sobretensão e ofereçam uma proteção duradoura e eficiente. Marcas com reputação sólida, certificações e reconhecimento técnico são essenciais para a segurança dos seus sistemas.

Sugestões de Artigos Técnicos Complementares:

• Compatibilidade eletromagnética (EMC): Desafios e Soluções em Projetos de Cabeamento Estruturado
• Projeto de SPDA: Por que contratar e principais etapas
• Aterramento Elétrico: Fundamentos, Tipos e Importância para a proteção dos Sistemas Elétricos – Guia Completo

Considerações Finais:

Os Dispositivos de Proteção contra Surtos (DPS) são essenciais para garantir a segurança e a integridade de sistemas elétricos e eletrônicos, protegendo-os contra sobretensões transitórias, como aquelas causadas por descargas atmosféricas ou manobras na rede elétrica.

Sua correta instalação, dimensionamento e integração com outros sistemas, como o SPDA, a equalização de potenciais e o sistema de aterramento, são fundamentais para assegurar que as sobretensões sejam devidamente direcionadas e dissipadas, evitando danos a equipamentos críticos e garantindo a continuidade operacional.

Agradecimentos

Agradecemos por dedicar seu tempo para ler nosso artigo sobre DPS. Esperamos que as informações fornecidas tenham sido úteis e que tenham esclarecido a importância da proteção contra surtos para a segurança de suas instalações.

Se precisar de mais informações ou desejar discutir um projeto de proteção completo, nossa equipe de Engenharia está à disposição para ajudar. Entre em contato.