Cinco métodos de proteção contra surtos elétricos

Métodos para proteção contra surtos elétricos

1. Dispositivos de proteção contra surtos (DPS) em paralelo conectados através de linhas de energia

Em condições normais, os varistores dentro do protetor contra surtos permanecem em um estado de alta impedância. Quando a rede elétrica é atingida por um raio ou sofre surtos transitórios devido a manobras de chaveamento, o protetor responde em nanossegundos, fazendo com que os varistores passem para um estado de baixa impedância, limitando rapidamente a sobretensão a um nível seguro. Se ocorrerem surtos ou sobretensões prolongadas, o varistor se degrada e aquece, acionando um mecanismo de desconexão térmica para evitar incêndios e proteger os equipamentos.

2. Protetores contra surtos do tipo filtro em série, conectados em linha com os circuitos de energia.

Esses protetores fornecem energia limpa e segura para equipamentos eletrônicos sensíveis. Surtos de raios carregam não apenas energia massiva, mas também taxas de aumento de tensão e corrente extremamente acentuadas. Embora os DPS paralelos possam suprimir a amplitude dos surtos, eles não conseguem suavizar suas frentes de onda abruptas. Os DPS do tipo filtro em série, conectados em linha com os circuitos de energia, utilizam MOVs (MOV1, MOV2) para limitar as sobretensões em nanossegundos. Além disso, um filtro LC reduz a inclinação das taxas de aumento de tensão e corrente do surto em quase 1.000 vezes e reduz a tensão residual em cinco vezes, protegendo dispositivos sensíveis.

3. Instalação de varistores de limitação de tensão entre fases e linhas para limitar sobretensões de surto

Este método funciona bem para iluminação, elevadores, condicionadores de ar e motores, que possuem maior capacidade de suportar surtos. No entanto, é menos eficaz para eletrônicos compactos modernos com alta integração. Por exemplo, em sistemas monofásicos de 220 V CA, os varistores são normalmente instalados entre o neutro e o terra para absorver picos de tensão induzidos por raios. A eficácia da proteção depende inteiramente da seleção e da confiabilidade do varistor.

A tensão de fixação é definida com base na tensão de pico da rede (310V), levando em consideração:
- Flutuações na rede de 20%,
- Tolerância de 10% nos componentes,
- Fatores de confiabilidade de 15% (envelhecimento, umidade, calor).
Assim, os níveis típicos de proteção variam de 470V a 510V. Surtos abaixo de 470V passam sem serem afetados.

Embora os equipamentos elétricos padrão (por exemplo, motores, iluminação) suportem 1.500 V CA (pico de 2.500 V), os eletrônicos modernos operam com ±5 V a ±15 V, com tolerâncias máximas abaixo de 50 V. Picos de alta frequência abaixo de 470 V ainda podem se acoplar através das capacitâncias parasitas em transformadores e fontes de alimentação, danificando circuitos integrados. Além disso, devido à tensão residual do varistor e à indutância dos terminais, surtos fortes podem elevar os níveis de proteção para 800 V a 1.000 V, colocando os componentes eletrônicos em risco ainda maior.

4. Aprimorando a proteção com transformadores de ultra-isolamento (método de isolamento)

Um transformador de isolamento blindado é inserido entre a fonte de alimentação e a carga para bloquear ruídos de alta frequência, permitindo, ao mesmo tempo, um aterramento secundário adequado. A interferência de modo comum, relativa ao terra, acopla-se através da capacitância entre os enrolamentos. Uma blindagem aterrada entre os enrolamentos primário e secundário desvia essa interferência, reduzindo o ruído de saída.

5. Método de Absorção

Componentes absorventes suprimem surtos alternando entre alta e baixa impedância quando as tensões limite são excedidas. Dispositivos comuns incluem:
- Varistores – Capacidade limitada de condução de corrente.
- Tubos de descarga de gás (GDTs)– Resposta lenta.
- Diodos TVS / Tubos de Descarga de Estado Sólido – Mais rápido, mas com desvantagens em termos de absorção de energia.