Jordan Engenharia

Sistema de proteção de descargas atmosféricas

1 - Os raios podem atingir - nos de várias maneiras:
a - Através de descargas diretamente nos edifícios e fabricas danificando as instalações.
b - Através de rede elétrica, causando sobre tensões na rede e conseqüente queima de aparelhos eletrônicos
c - Através de rede telefônica e de dados, causando sobre tensões na rede e conseqüente queima de aparelhos eletrônicos

2 - Como existem milhares quilômetros de linhas elétricas
Portanto a chance de surtos na linha é proporcionalmente muito maior do que no sistema de descargas diretas

3 - Muitas vezes os surtos de tensão na área urbana são decorrente de manobras de linha, devido a transf. de chaves na subestação portanto estes tipos de incidência quantidade muito maior.


4- nas instalações de baixa tensão, os surtos são limitados pelo para raio de linha/trafo e impedâncias dos cabos/ trafos cubículos para valores abaixo de 6/8 kv

5- SURTOS
São transitórios que ocorrem na rede.
CURVA DE UM SURTO NA REDE

VD. tensão disruptiva ( sparkover voltage ) : máx. tensão do dispositivo de .proteção antes de condução
V. res. tensão residual (discharge voltage) : máx. tensão do dispositivo após início de condução
Clamping Voltage : é a mesma que tensão disruptiva

6 - DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO

>A - CENTELHADORES A GÁS

São constituídos de dois/ três eletrodos dentro de um tubo de vidro ou material cerâmica, separado por uma dist. de +/- 1mm, volume cheio de gás( argônio,..)
Quando ocorre um surto, aumenta os n. ions, e acelera os movimentos de elétrons, até avalanche que conduz a disrupção do gás
Uma vez ocorre condução, os valores de tensão cai para valores de glow (luminescente)
Se a fonte fornecer corrente crescente o arco se estabelece
Se fonte não conseguir continuar a corrente, e a tensão ficar abaixo do arco, o efeito se extingue

VANTAGEM
Tem uma grande capacidade de condução de corrente(+/-20ka)
Tem uma vida longa
Tem capacitância baixa, não interfere na operação de alta freqüência

DESVANTAGEM
Baixa proteção para frente de onda inclinada
Geralmente produz curto a terra
Produz oscilação em alta freqüência, devido a brusca queda de tensão



LIGAÇÃO EM SÉRIE

Queima do fusível , suspende a alimentação do equipamento.
LIGAÇÃO EM PARALELO



Queima do fusível interrompe alimentação do protetor de surtos, caso haja novos surtos não existirá proteção ativa.

B - CENTELHADORES A AR.

São 2 tipos
1-Tipo aberto
São protetores tipo carvão porém anti econômico capacidade de condução baixa.
2- Tipo encapsulados
São eletrodos de latão dentro de um tubo de vidro com abertura para ambiente
São defensores de 1. linha pois suporta alta corrente

C – VARISTORES

São resistores cuja a resistência varia de acordo com a tensão aplicada vdr.( voltage dependant resistor)
I = Kva a= função não linear.

1-Varistor SiC carboneto de silício
São varistores convencionais de linha, que se forem ligados permanentemente a rede admitem uma corrente de fuga, a qual causa sobre aquecimento do varistor é por isso ele precisa estar ligado com um centelhador em série(gap).

2- Varistor ZnO Óxido de Zinco
São varistores feitos de cerâmica de alta tecnologia que alem de ZnO possuem Bi/Co/Al/Sn...
O varistor é constituído por micro varistores ligados em série, a tensão é dada pela altura e a largura dará a potência ou corrente de condução
O tempo de resposta dos varistores estão na casa de alguns NS. Portanto são extremamente rápidos.

PROTEÇÃO COMBINADA

1- Varistor/ centelhador em série
É o para raio de válvula
Desvantagem: podem queimar o varistor

2- Em paralelo
É o caso ideal
O centelhador descarrega a maior parte de energia enquanto para surtos pequenos, o varistor atua descarregando
É limitando para um valor suportável.



7 - SEGREDOS DE PROTEÇÃO

1- Fazer a coordenação de proteção.
2- Instalar o aterramento equipotencial e eficiente.
3- Para pc's usar em conjunto, filtro lc para supressão de pulsos de valores pequenos aos valores inferiores valores de condução dos varistores.
4- Uso de transformadores isoladores que limitam surtos para equipamentos sensíveis.

Sistema de proteção de surtos de tensão

1.1 - Introdução

- Os equipamentos de telecomunicações, informática e microprocessadores de um modo geral estão sujeitos a sobretensões elétricas, conduzidas pelo cabo telefônico ou cabo lógico, cabo de alimentação de energia e pelo próprio aterramento.
Para evitar danos ao equipamento, é necessário protegê-lo efetivamente utilizando um enfoque de sistema, pois todos os circuitos de alimentação, dados e voz estão dentro do gabinete, e proteger apenas um deles apenas reduzirá parcialmente os danos.
Adicionalmente, devemos levar em conta os nivéis das sobretensões incidentes, a energia associada a estas sobretensões, os níveis de suportabilidade que os vários circuitos apresentam e aspectos de segurança contra choques elétricos e de interligação de terras.

1.2 - Terras de instalação

- As funções do aterramento são:

. Caminho para escoamento das sobretensões e sobrecorrentes.
. Segurança contra choque elétrico nos operadores.

Por questão de segurança e de funcionamento da proteção o terra do equipamento deverá ser vinculado as blindagens dos cabos existentes e as massas metálicas do ambiente. (Em caso de duas massas metálicas ligadas em terras diferentes haverá perigo de choque elétrico).
Podemos compartilhar um único aterramento devido ao espaço disponivél reduzido apenas para equipamentos similares tais como, centrais telefônicas, centro de processamento de dados,fax, telex, modens e etc., o único cuidado a ser tomado é que os equipamentos deverão ser conectados a um único ponto de terra.

- Entrada do cabo telefônico.
O par telefônico apresenta tensões normais de operação até cerca de 154V de pico (48Vcc + 75 Vef) sem extensor de enlance, com baixas correntes de curto-circuito, tipicamente de ordem de centenas de mA, sendo que na área de informática estas tensões poderão variar na maioria dos caso de 5 a 24V.
O protetor tradicionalmente usado desde meados do século foi o centelhador a carvão com "gap"de ar de 3 milésimos de polegadas, que apresentou um desempenho aceitável como protetor de centrais e equipamentos eletromecânicos, contudo, com a eletronização dos equipamentos de telecomunicações e informática, a vulnerabilidade a sobretensões aumentou consideravelmente, demonstrado na prática pelo desempenho de campo destes equipamentos, mesmo utilizando o centelhador a gás, cuja tensão de disparo pode ser substancialmente inferior à do centelhador à carvão.
Esta maior vulnerabilidade pode ser compensada através da proteção secundária que consiste basicamente de componentes a estado sólido mantendo a tensão em valores suportáveis para o equipamento, enquanto o centelhador absorve a maior parte da energia do transiente.
Estes protetores são denominados híbridos, por incorporarem tecnologias do centelhador a gás e de componentes a estado sólido, tentar manter a tensão em valores da ordem de 350V (CPH-1-T) ou28V (RS-23/6), em vez de até 1000V, que é a especificação para centelhadores a gás.

- Rede de Alimentação de Energia

A rede de alimentação de energia apresenta uma diferença importante em relação ao par telefônico ou rede de dados, devido a apresentar baixa impedância, e consequentemente altas correntes de curto-circuito, da ordem de 20 vezes o valor nominal, ou seja, para um quadro de força com capacidade de 40A, podemos ter correntes de curto-circuito da ordem de 800A.
Quando utilizamos protetores tal como centelhadores que quando operam curto circuitam a linha teremos a existência da corrente subsequente, ou seja, quando um transiente provoca a condução em um centelhador no inicio de um semi-ciclo, por menor que seja a energia do transiente o centelhador será submetido a uma corrente alta até a próxima passagem por zero da corrente, quando ela poderá ser interrompida.

Esta corrente subsequente trás os seguintes problemas:

1) Mesmo em transientes de baixa energia,que poderiam ser facilmente absorvidos pelo protetor, a corrente subsequente provocará a abertura desnecessária dos fusíveis ou disjuntores que protegem a rede de energia.
2) Estes valores altos de corrente podem erodir os eletrodos dos centelhadores a gás, aumentando a tensão sem sinais externos visivéis, e curto-circuitar sumariamente centelhados a carvão.
3) Os centelhadores a gás não são submetidos a teste com estes valores de tensão e corrente, de modo que não há garantia de que a corrente seja interrompida, destruindo o centelhador sendo necessária sua substituição.

Para contornar o problema da corrente subsequente, é necessário utilizar componentes de proteção tipo grampeadores, geralmente a estado sólido que não curto-circuitam a linha, e oferecem um nivél de proteção da ordem de 400V em rede de 110Vef, por não apresentar corrente subsequente, este protetor não necessitará de troca de fusíveis durante sua operação normal, não interrompendo assim o serviço do equipamento.


BIBLIOGRAFIA:
MTM – ENG. MANOEL
PROF. DUILIO M. LEITE
PALESTRA ENG.DANIEL HSU