Proteção

Os Dispositivos de Proteção contra

Surtos (DPS) são dispositivos elétricos com a

finalidade de proteger instalações elétricas e os

equipamentos alimentados por elas contra surtos

de tensão e corrente, causados por descargas

atmosféricas ou chaveamentos internos.

Os DPSs são parte das medidas necessárias

para a proteção de uma estrutura contra os

efeitos de uma descarga atmosférica e eles

deverão estar em toda instalação elétrica de baixa

tensão. Por este motivo as informações sobre a

utilização dos DPSs estão contidas nas normas

brasileiras ABNT NBR 5410-2004 e ABNT NBR

5419-2005, e as suas características são tratadas

na ABNT NBR / IEC 61643-1- 2005.

Os DPSs são divididos, de acordo com a sua

aplicação, em três tipos – I, II e III – sendo instalados

76 O Setor Elétrico / Outubro de 2012

Por Sérgio Roberto Santos*

Dispositivos de Proteção contra Surtos (DPS)

Zonas de proteção contra raios, características e aplicações do dps do tipo i

a partir da sua origem até os equipamentos que

se deseja proteger. Para o projeto de um sistema

de proteção contra surtos, é preciso conhecer as

características necessárias para cada tipo de DPS.

Este artigo não discorre sobre os três tipos de

DPSs existentes ou faz uma comparação entre

eles, mas trata dos principais aspectos e detalhes

do DPS do tipo I.

Zonas de proteção contra raios Para se especificar corretamente um

Dispositivo de Proteção contra Surtos (DPS), é

preciso utilizar o conceito de Zonas de Proteção

contra Raios (ZPR) – ver Figura 1.

ZPRs são regiões eletromagneticamente

definidas (Figura 2) que possibilitam determinar o

valor do campo eletromagnético no seu interior

criado por descargas atmosféricas. Desta forma é

possível definir valores máximos de tensões e de

correntes induzidas em cada uma destas zonas.

O valor do campo eletromagnético criado

pela descarga atmosférica se reduz ao passarmos

de uma ZPR para outra de índice superior, pois

na fronteira entre as ZPRs existem estruturas

metálicas interligadas e equipotencializadas que

formam uma blindagem, natural ou proposital,

entre estes ambientes. Um equipamento

está cada vez mais protegido quanto mais

“internamente” ele se encontrar dentro das

respectivas ZPRs.

Existem basicamente cinco ZPRs: ZPR0A,

ZPR0B, ZPR1, ZPR2 e ZPR3. Partindo de fora

para dentro em uma edificação, a intensidade da

indução da corrente da descarga atmosférica em

77O Setor Elétrico / Outubro de 2012

um condutor é máxima nas ZPR0A e ZPR0B, se

reduz na ZPR1, é mínima na ZPR2 e desprezível

na ZPR3. O que diferencia as ZPR 0A e 0B é o

fato de na primeira um objeto ou pessoa poder

ser atingido por uma descarga atmosférica

direta, enquanto na segunda esta possibilidade é

reduzida, pois esta zona está dentro do volume

de proteção de um Sistema de Proteção contra

Descargas Atmosféricas (SPDA).

O que define a fronteira entre as ZPRs é

a própria estrutura que constrói o ambiente,

sejam as ferragens das paredes externas de uma

edificação ou as internas de um apartamento ou

sala, até chegar à caixa metálica de um painel.

Desde que interligadas e aterradas, as ferragens

de um prédio, por exemplo, constituem uma

Zonas de proteção contra raios

ZPR0A

ZPR0B

Transição ZPR0B – ZPR1 → DPS Tipo I

ZPR1

Transição ZPR1 – ZPR2 → DPS Tipo II

ZPR2

Transição ZPR2 – ZPR3 → DPS Tipo II

ZPR3

características

Zona externa à edificação. Local passível de ser

atingido por uma descarga atmosférica direta. Não

existe nenhuma blindagem contra interferências

causadas por pulsos eletromagnéticos criados por

descargas atmosféricas.

Zona sob a influência de um SPDA externo, mas

ainda sem a proteção de uma blindagem.

Zona interna à edificação. A energia das descargas

atmosféricas é relativamente baixa.

Zona interna à edificação. Somente podem aparecer

pequenos surtos.

Zona interna à edificação (ou o interior de um

armário metálico). Nenhuma corrente induzida

em seu interior (causada por uma descarga) ou

existência de surtos de tensão.

blindagem metálica que define o que chamamos

de fronteiras entre zonas (ZPR).

Os DPSs são utilizados justamente na

transição de uma ZPR para outra, de modo a

impedir que uma corrente seja conduzida entre

dois ambientes, já que a própria blindagem entre

as ZPRs limita as tensões e correntes induzidas.

A partir da proteção criada pela aplicação

das ZPRs, resta então voltar para a utilização dos

DPSs a fim de impedir que correntes elevadas,

criadas por descargas atmosféricas, atinjam os

equipamentos por meio de condutores que

passem de uma ZPR para outra.

Para podermos aplicar estes conceitos na

prática, é preciso especificar os DPSs dos tipos I,

II e III.

Figura 1 – Zonas de Proteção contra Raios (ZPR).

Figura 2 – Zonas de Proteção contra Raios (ZPR).

Proteção 78 O Setor Elétrico / Outubro de 2012

Características do DPS tipo I Os DPSs do tipo I protegem toda a instalação

contra os efeitos de uma descarga atmosférica

direta na edificação, na rede de distribuição da

concessionária ou no aterramento da instalação.

Este tipo de DPS tem o objetivo de realizar

a equalização de potenciais entre os condutores

normalmente energizados, que entram em uma

edificação e a barra de equipotencialização

principal.

Dessa forma, os DPSs do tipo I realizarão

a equipotencialização principal dos condutores

normalmente energizados, já que os outros

condutores (tubulações de gás ou agua, etc.)

serão ligados diretamente ao barramento de

equipotencialização principal.

Devido à sua aplicação, o DPS tipo I deve ser

projetado, construído e ensaiado para conduzir

uma parcela da própria corrente da descarga

atmosférica e, por isso, deve ter uma capacidade

de energia superior aos DPSs tipos II e III quando

aplicados na mesma edificação.

A especificação completa de um DPS,

independentemente do seu tipo, deve conter

principalmente sua capacidade de corrente e

seu nível de proteção. Estas características em

conjunto definirão o comportamento do DPS

quando ele atuar para desviar as correntes

de surto diretamente para o sistema de

aterramento.

Ao contrário dos outros dois tipos de DPSs,

os do tipo I são ensaiados em laboratório com a

aplicação de uma corrente com a forma de onda

10/350 µS (Figura 3). Esta corrente é denominada

corrente de impulso e diferencia-se de outras

correntes conduzidas pelos DPSs tipo II e III por

ser uma parcela da própria corrente da descarga

atmosférica e não de uma corrente, total ou

parcial, induzida por ela.

Mais importante do que definir a intensidade

da corrente que o DPS deve conduzir é especificar

o período em que esta corrente deve ser

conduzida. Os DPSs tipo I conduzem a corrente

de impulso por um período significativamente

maior do que os dos tipos II e III conduzem a

corrente de surto. Por este motivo os DPS tipo I

são muitas vezes chamados de “descarregadores

de corrente de raio”, enquanto os DPSs tipo

II e III são considerados “protetores contra

sobretensão”.

Enquanto um DPS ideal deveria ter uma

capacidade de condução de corrente infinita e

um nível de proteção igual a zero, um DPS real

com suas limitações tecnológicas, que se refletem

no custo do dispositivo, deve apresentar os

seguintes valores máximos: Iimp = 50 KA (10/350

µS) e Up ≤ 4 KV.

A corrente máxima para um DPS tipo I é

estabelecida levando-se em consideração uma

corrente máxima para o projeto de um SPDA de

200 KA, corrente esta que se divide em 50% da

corrente, conduzidos diretamente para o sistema

de aterramento e 50% também conduzidos para

o sistema de aterramento (Figura 4), mas por

meio dos condutores internos da edificação

atingida pela descarga.

Considerando-se o pior caso em que

a instalação é alimentada por apenas dois

condutores de energia e nenhum condutor de

sinal ou serviço (água, esgoto, gás, etc.), a parcela

da corrente entrando na edificação, 100 KA (50%

de 200 KA da corrente total), divide-se em dois

condutores, cada um conduzindo 50 KA, que

será a corrente conduzida para o sistema de

aterramento pelo DPS tipo I.

As considerações feitas anteriormente no

tocante aos valores máximos de corrente que

os DPSs tipo I devem conduzir são objeto de

inúmeras controvérsias entre os profissionais

envolvidos na área de proteção contra surtos,

principalmente entre fabricantes de DPS, dentro

e fora do Brasil. Atualmente, o maior consenso

existente aponta para a utilização dos critérios

supracitados. Esta filosofia está consagrada

nas normas técnicas de diversos países,

principalmente aqueles que utilizam normas IEC,

que consideram como um parâmetro razoável

utilizar estes valores para estimativa da corrente

máxima na especificação de um DPS tipo I.

Já o nível de proteção de um DPS tipo I, ou

a máxima tensão que deve aparecer em seus

terminais durante a condução da corrente de

surto, deverá ser aquele que os componentes

da instalação, equipamentos eletroeletrônicos

incluídos, devem suportar no exato ponto em

que os DPSs tipo I são instalados. Neste caso

a tensão máxima nos terminais de um DPS

tipo I não poderá ultrapassar 4 KV (pulso de

tensão com a forma de onda 1,2/50 µS), sendo

benéficos –mas não indispensáveis – valores de

tensão menores que 4 KV. Este valor máximo

não é uma decisão do fabricante, mas sim um

valor determinado em normas, como na própria

ABNT NBR 5410-2004.

Quando é necessária a instalação de DPSs

tipos I e II no mesmo quadro ou quando a

distância dos condutores entre estes DPSs for

inferior à distância de coordenação informada

pelo fabricante, é fundamental a utilização de

DPSs tipo I especiais, com menor nível de

Proteção 80 O Setor Elétrico / Outubro de 2012

proteção, para permitir a coordenação entre as

atuações dos DPSs tipo I e II.

Por conta das suas características intrínsecas,

a utilização de diversas formas de centelhadores

(Figura 5) foi privilegiada na construção de DPSs

tipo I, a ponto de se considerar centelhador

sinônimo de DPS tipo I, o que nunca correspondeu

à realidade.

Existem no mercado DPSs tipo I fabricados

à base de varistores e ainda é possível, mas não

é comum, a utilização de diodos supressores na

fabricação deste tipo de DPS.

Supressores de óxido metálico e de

varistores apresentam um grande volume quando

comparados a centelhadores para a mesma

intensidade de corrente. Por isso, os DPSs para

correntes acima de 10 KA (10/350 µS) são

fabricados principalmente com a utilização de

centelhadores.

Pela sua utilização em quadros de entrada, em

que o nível de curto-circuito é o mais elevado, um

ponto importante a observar no comportamento

de um DPS tipo I é a sua capacidade de

interromper as correntes que se seguem ao

surto, sejam elas as correntes de regime (60 Hz),

sejam correntes de curto-circuito.

Existem muitas soluções no mercado

que ainda utilizam o arco de um “gap” aberto

para interromper as correntes de seguimento.

As tecnologias mais modernas utilizam

centelhadores com placas de carbono ou

circuitos eletrônicos de disparo para garantir

menores níveis de proteção e a interrupção das

correntes de seguimento.

O que definirá se um DPS será tipo

I, II, III ou até mesmo se será classificado

simultaneamente em dois tipos, DPS tipo I +

II (Figura 6), será a série de ensaios que será

aplicada a eles para confirmar se o seu projeto,

desenvolvimento e concepção atenderam aos

requisitos definidos em norma, permitindo a

instalação destes DPSs na fronteira entre as

ZPRs OA e I.

Conclusão Os dispositivos de proteção contra surtos

que conduzem uma parcela da própria corrente

da descarga atmosférica para o sistema de

aterramento são classificados como DPS tipo

I. Estes DPSs têm características especiais,

principalmente com relação à sua onda de

ensaio, que devem ser observadas no projeto

de um sistema de proteção contra descargas

atmosféricas para que este dispositivo cumpra a

sua função.

Figura 3 – Formas de ondas características para ensaio de DPSs.

Figura 4 – Divisão da corrente de uma descarga atmosférica.

Figura 5 – DPS Tipo I – Centelhador. Figura 6 – DPS Tipo I + II – Varistor de óxido de zinco.

Glossáriocapacidade de curto-circuito – DPSs devem

conduzir correntes de curto-circuito até que elas

sejam interrompidas pelo próprio DPS ou por um

dispositivo de proteção contra sobrecorrentes

internas ou externas.

corrente de impulso (iimp) – Uma corrente

O Setor Elétrico / Outubro de 2012

padronizada na forma de onda 10/350 µS referente

a um impulso de corrente. Seus parâmetros são:

valor de pico, carga, energia específica. Ela simula

o “stress” causado pela corrente do próprio raio.

O DPS tipo I deve ter a capacidade de desviar

estas correntes determinadas vezes sem se

destruir.

corrente de seguimento (if) – A corrente de

seguimento é a corrente conduzida pelo DPS

após uma descarga, cuja fonte é a rede elétrica

à qual o DPS está conectado. A corrente de

seguimento é diferente da corrente nominal do

sistema e depende das impedâncias existentes

no circuito. A corrente de seguimento é

diferente da corrente nominal do sistema

e depende das impedâncias existentes no

circuito.

corrente nominal de descarga (in) – Valores

de pico da corrente conduzida por um DPS com

a forma de onda 8/20µS. Essa corrente é usada

para ensaio dos DPSs tipo II e III.

dps tipo i – DPS cujo projeto o possibilita

desviar correntes de impulso causadas por

descargas atmosféricas diretas na instalação.

dps tipo ii – DPS cujo projeto o possibilita

desviar correntes de surto causadas por

descargas atmosféricas indiretas ou surtos de

manobra.

dps tipo iii – DPS cujo projeto o possibilita

desviar correntes de surto causadas por eventos

internos à instalação, incluindo a atuação de DPSs

tipo I e II.

ligação equipotencial – Uma conexão elétrica

de baixa impedância que une partes metálicas de

uma instalação, incluindo condutores externos à

edificação, eliminando ou reduzindo a diferença de

potencial entre elas.

ligação equipotencial para proteção contra

descargas atmosféricas – Medida essencial

para minimizar os perigos de fogo e explosão

em cômodos ou edifícios a serem protegidos.

Esta ligação é obtida por meio de condutores

de equipotencialização ou DPSs que são

conectados ao SPDA externo da edificação,

unindo o SPDA, a estrutura metálica do prédio

ou cômodo e os condutores de energia ou

sinal que entram ou saem da edificação.

nível de proteção (up) – O mais alto valor de

tensão atingido nos terminais de um DPS antes

que ele atue.

tempo de resposta (tr) – O tempo de resposta

caracteriza o tempo necessário para o elemento

de proteção usado no DPS começar a atuar. O

tempo de resposta pode variar dentro de certos

limites dependendo da inclinação da função dv/dt

do surto de tensão ou di/dt do surto de corrente.

tensão nominal (vn) – A tensão nominal é a

tensão para qual um dispositivo é projetado. Ela

pode ser a tensão DC ou o valor RMS de uma

tensão alternada senoidal.

tensão residual (vr) – O valor de pico da

tensão residual que aparece nos terminais do

DPS durante a condução da corrente de surto.

Zona de proteção contra raios (Zpr) – O termo

zona de proteção contra raios refere-se àquelas

áreas na qual o ambiente eletromagnético causado

pelo raio pode ser definido e controlado.

Referências• ABNT NBR 5410-2004 – Instalações elétricas de

baixa tensão. ABNT – Associação Brasileira de Normas

Técnicas.

• ABNT NBR 5419-2005 – Proteção de estruturas

contra descargas atmosféricas. ABNT –Associação

Brasileira de Normas Técnicas.

• ABNT NBR IEC 61643-1:2007 – Dispositivos

de proteção contra surtos em baixa tensão. Parte

1: Dispositivos de proteção conectados a sistemas

de distribuição de energia de baixa tensão. ABNT

– Associação Brasileira de Normas Técnicas.

• SANTOS, S. R. S. Os dispositivos de proteção contra

surtos. Portal Abracopel. Disponível em: <http://www.

abracopel.org.br>.

• SANTOS, S. R. S. Zonas de proteção contra raios. Portal

Abracopel. Disponível em: <http://www.abracopel.org.br>.

• SANTOS, S. R. S. Especificação de um dispositivo

de proteção contra surtos (DPS). Portal Abracopel.

Disponível em: <http://www.abracopel.org.br>.

• SANTOS, S. R. S. Segurança e confiabilidade em

sistemas fotovoltaicos. Revista O Setor Elétrico. São

Paulo, p. 96 - 99, 30 nov. 2011.

• TBS, Dispositivos de Proteção contra Sobretensões –

DPS; OBO Bettermann.

*Sérgio Roberto Santos é engenheiro eletricista especializado em proteção de equipamentos eletrônicos contra surtos de tensão. Atualmente é gerente de vendas na OBO Bettermann do Brasil Ltda.