Proteção contra surtos: o que deve ser observado?

A proteção eficaz contra surtos não é simplesmente instalada. Tem que ser coordenado individualmente – ao sistema que deve ser protegido e às condições ambientais predominantes no local. Por esta razão, o design e o conceito devem ser consistentes. Isto significa que muitos detalhes devem ser levados em consideração, desde a consideração das normas e estipulações até a classificação de acordo com a zona de proteção contra raios.

Padrões de proteção contra raios e surtos

As normas nacionais e internacionais fornecem um guia para estabelecer um conceito de proteção contra raios e sobretensões, bem como o design dos dispositivos de proteção individuais.

Proteção contra raios de acordo com IEC 62305:

Parte 1: Características dos relâmpagos

Na Parte 1 desta norma [1], são levadas em consideração as propriedades características dos raios, a probabilidade de ocorrência e o potencial de perigo.

Parte 2: Análise de risco

A análise de risco de acordo com a Parte 2 desta norma [2] descreve um processo com o qual, em primeiro lugar, é analisada a necessidade de proteção contra raios para um sistema físico. Várias fontes de danos, por exemplo, um raio direto no edifício, entram em foco, assim como os tipos de danos resultantes:

• Impacto na saúde ou perda de vidas

• Perda de serviços técnicos para o público

• Perda de objetos insubstituíveis de significado cultural

• Perdas financeiras

Os benefícios financeiros são determinados da seguinte forma: como o custo total anual de um sistema de proteção contra raios se compara aos custos de danos potenciais sem um sistema de proteção? A avaliação de custos é baseada nos gastos com planejamento, montagem e manutenção do sistema de proteção contra raios.

Partes 3 e 4: Auxílios de planejamento e especificações

Se a avaliação de risco determinar que a proteção contra raios é necessária e econômica, então o tipo e o escopo das medidas específicas de proteção podem ser planejados com base nas Partes 3 [3] e 4 [4] desta norma. O nível de proteção contra o raio determinado pela gestão de risco é decisivo para determinar o tipo e o alcance das medidas.

Para estruturas físicas que exigem um nível extremamente elevado de segurança, quase todos os ataques devem ser capturados e conduzidos com segurança. Para sistemas onde um risco residual mais elevado é aceitável, os choques com amplitudes mais baixas não são capturados.

Proteção contra surtos de acordo com IEC 60364-4-44

Esta norma [5] descreve as condições nas quais os dispositivos de proteção contra surtos devem ser usados ​​em sistemas de baixa tensão para proteger a instalação elétrica contra surtos de tensão. A área de aplicação é assim limitada a sobretensões causadas por influências atmosféricas ou como consequência de procedimentos de comutação que são transmitidos pelo sistema de alimentação. Não são consideradas as descargas atmosféricas diretas num sistema estrutural, apenas as descargas atmosféricas nas linhas de abastecimento ou nas suas proximidades.

Da mesma forma, os sistemas estruturais com risco de explosão, bem como as aplicações estruturais que possam causar danos ao meio ambiente (por exemplo, sistemas petroquímicos ou centrais nucleares) não estão incluídas na aplicação da norma. Para estes processos, deve ser utilizada exclusivamente a norma de descarga atmosférica IEC 62305.

Dispositivos de proteção contra surtos devem ser usados ​​se a sobretensão transitória puder ter efeitos no seguinte:

• Vidas humanas, por exemplo, sistemas de segurança, hospitais

• Instituições públicas e culturais, por exemplo, perda de serviços públicos, centros de TI, museus

• Atividades industriais ou empresariais, por exemplo, hotéis, bancos, sistemas de produção, fazendas.

Medidas e equipamentos básicos de proteção

Para proteger consistentemente um sistema estrutural contra descargas atmosféricas e sobretensões, são necessárias várias medidas de proteção ou equipamentos adaptados entre si. Uma ampla divisão pode ser feita da seguinte forma:

• Proteção externa contra raios

• Proteção interna contra raios

• Aterramento e ligação equipotencial

• Sistema SPD coordenado

Proteção externa contra raios

A proteção externa contra raios (Fig. 15) tem como objetivo desviar os raios que se aproximam do objeto a ser protegido e transmitir a corrente do raio do ponto de impacto para a terra. Como tal, nenhum dano pode ser causado por efeitos térmicos, magnéticos ou elétricos. A proteção externa contra raios é sistemática: consiste no pára-raios, nos pára-raios e no sistema de aterramento.

Proteção interna contra raios

O sistema interno de proteção contra raios deve evitar a formação perigosa de faíscas dentro do sistema. As faíscas podem ser causadas por correntes atmosféricas no sistema externo de proteção contra raios ou em outras partes condutoras do sistema estrutural.

O sistema interno de proteção contra raios consiste na ligação equipotencial e no isolamento elétrico dos sistemas externos de proteção contra raios.

A ligação equipotencial da proteção contra raios é uma combinação de medidas que evitam diferenças de potencial. Eles conectam principalmente o sistema de proteção contra raios a instalações metálicas, sistemas internos, bem como sistemas elétricos e eletrônicos dentro do sistema. Isto ocorre por meio de linhas de ligação equipotencial, dispositivos de proteção contra surtos ou centelhadores de isolamento.

Aterramento e ligação equipotencial

O sistema de aterramento tem como objetivo distribuir e descarregar para a terra a corrente captada pelo raio. Aqui, o tipo de sistema de aterramento é mais importante que a resistência de aterramento. A corrente do raio é um pulso muito curto que se comporta como uma corrente de alta frequência. Uma ligação equipotencial eficaz também é importante. A ligação equipotencial conecta todas as partes eletricamente condutoras entre si através de condutores – os condutores ativos são protegidos por dispositivos de proteção contra surtos. Ao fazer isso,protege contra todos os tipos de acoplamentos.

Sistema SPD coordenado

Um sistema SPD coordenado é entendido como um sistema multinível de dispositivos de proteção contra surtos que são coordenados entre si.

As etapas a seguir são recomendadas para obter um sistema SPD de alto desempenho.

• Dividir o sistema estrutural em zonas de proteção contra raios

• Incorporar todas as linhas que cruzam entre diferentes zonas na ligação equipotencial local usando SPDs adequados

• Coordenar diferentes tipos de SPDs: os dispositivos devem endereçar-se seletivamente para evitar sobrecarga de componentes individuais

• Use linhas de alimentação curtas para a conexão paralela de SPDs entre condutores ativos e a ligação equipotencial

• Colocar linhas protegidas e desprotegidas separadamente

• Somente equipamentos de aterramento através do respectivo SPD (recomendado)

Zonas de proteção contra raios

A decisão de onde instalar dispositivos de proteção contra surtos dentro de um sistema estrutural é baseada no conceito de zona de proteção contra raios explicado na Parte 4 da norma de proteção contra raios IEC 62305 [4].

Ele divide os sistemas estruturais em zonas de proteção contra raios (ZPR), e o faz de fora para dentro, com níveis decrescentes de proteção contra raios. Em zonas externas só podem ser utilizados equipamentos resistentes. Porém, em zonas internas também podem ser utilizados equipamentos sensíveis. As zonas individuais são caracterizadas e nomeadas da seguinte forma:

ZLP 0A

Uma área desprotegida fora de um edifício onde raios diretos são uma possibilidade. Acoplamento direto de correntes atmosféricas em linhas, campo magnético não atenuado do raio

ZLP 0B

Área externa ao edifício protegida da queda direta de raios por meio de um terminal aéreo. O campo magnético não atenuado do raio apenas induziu correntes de surto nas linhas.

ZLP 1

Área dentro do edifício que ainda pode estar sujeita a sobretensões de alta energia ou correntes de sobretensão e fortes campos eletromagnéticos

ZLP 2

Área dentro de um edifício que ainda pode estar sujeita a sobretensões ou correntes de sobretensão e campos eletromagnéticos que já foram significativamente enfraquecidos.

ZLP 3

Área no interior do edifício que só pode estar sujeita a sobretensões ou correntes de sobretensão extremamente baixas ou quase nulas e a campos eletromagnéticos muito fracos ou inexistentes.

Todas as linhas que cruzam entre zonas devem usar dispositivos de proteção contra surtos coordenados. Os seus valores de potência baseiam-se na classe de proteção a atingir, a qual é determinada de acordo com especificações legais ou através de análise de risco. Quando se trata de selecionar dispositivos de proteção contra surtos, use o padrão como base, assumindo que 50% da corrente do raio será descarregado para o terra. O outro 50% da corrente do raio é direcionado para a instalação elétrica através da rede principalligação equipotencial e a partir daí deve ser conduzida longe do sistema SPD.