Cálculo de corrente surto de DPS (dispositivo de proteção contra surtos)

Um DPS (dispositivo de proteção contra surtos) deve conduzir correntes de muita intensidade e curta duração, desviando-as da parte da instalação que ele deve proteger.

Após a sua atuação durante um surto, o dispositivo de proteção contra surtos deve voltar ao seu estado inicial de alta impedância, quando idealmente ele não conduz nenhuma corrente.  As correntes de surto se dividem em: 

• Corrente de impulso de descarga para os ensaios de DPS classe I: IIMP corresponde ao valor de pico de uma corrente de descarga que passa pelo DPS com uma transferência de carga específica Q e uma energia específica W/R durante um tempo especificado. Normalmente IIMP  corresponde a uma onda na forma 10/350 µs;
• Corrente nominal de descarga para os ensaios de DPS classe II: IN corresponde ao valor de pico de uma corrente que passa pelo DPS com uma forma de onda 8/20 µs. 

Muito importante para a definição da corrente de surto para o DPS é diferenciar a sua tecnologia.

Dispositivos de proteção contra surtos baseados em centelhadores ou diodos conduzem infinitas vezes uma corrente de surto sem se degradar. Por isso, eles são especificados com apenas uma corrente. 

DPS baseados em varistores (Figura 1) conduzem a corrente de surto algumas vezes até se degradarem. Por isso eles são especificados com duas correntes: 

• IMÁX → Corrente máxima, corresponde ao valor de corrente que o DPS (varistor) consegue conduzir duas vezes antes de perder totalmente a sua vida útil. 
• IN → Corrente nominal, corresponde ao valor de corrente que o DPS (varistor) consegue conduzir 20 vezes antes de perder totalmente a sua vida útil.

Desta forma, quando se especifica um DPS que utiliza centelhador ou diodo, basta indicar a intensidade da corrente que ele pode conduzir.

Mas quando se especifica um dispositivo de proteção contra surtos que utiliza varistor é preciso indicar o valor da corrente nominal e o valor da corrente máxima, ou ao menos não escrever apenas I = X kA, mas sim IN = X kA ou IMÁX = X kA. 

Além da corrente de impulso e da corrente nominal de surto, existem outras correntes que serão citadas aqui apenas para conhecimento:

• Corrente subsequente  IF: corrente de pico fornecida pela rede de alimentação elétrica e que passa pelo DPS após um impulso de corrente de descarga. Esta corrente pode ser considerada algo semelhante a uma corrente de fuga. Ela não é calculada por ser algo indesejável, cabendo ao DPS interrompê-la;
• Corrente de carga nominal  IL: valor máximo eficaz da corrente permanente que pode alimentar uma carga resistiva conectada à saída protegida de um DPS. A corrente de carga nominal normalmente é especificada para DPS classe III, porque eles estão em série com o equipamento protegido (Figura 2). Então se queremos proteger uma televisão, por exemplo, a IL do DPS classe III na tomada da televisão será igual à corrente consumida pela TV multiplicada por um fator de segurança. 

Exemplo: DPS classe III para proteger um notebook:

1 notebook = 5A   I L do DPS = 5A X 1,1 = 5,5 A

Cálculo da corrente de impulso para DPS classe I

Os DPS classe I conduzem uma parcela da corrente do raio que tende a entrar na edificação. Determinar o nível do SPDA:

Nível I = 200 kA Nível II = 150 kA Nível III / Nível IV = 100 kA 

Metade da corrente que desce pelos captores do SPDA para o aterramento retorna para a instalação através de um sistema de aterramento remoto, energia, sinal, tubulações metálicas (Figura 3).

Corrente que retorna para a instalação:

50% da corrente que retorna no Nível I = 200 kA / 2 = 100 kA 

Nível II = 150 kA / 2 = 75 kA  Nível III / Nível IV = 50 kA 

Cada dispositivo de proteção contra surtos classe I necessita conduzir a parcela da corrente que retorna através dele. Por isso, considerando apenas os DPS de energia, divide-se a corrente que retorna pelo número de fases e o neutro.

O neutro, mesmo aterrado, conduz a corrente de surto através dele.

Exemplo: Sistema trifásico com neutro aterrado na entrada, em um prédio com SDPA nível I de proteção: 

• Nível I = 200 kA 
• Retorna para a edificação: 100 kA 

As fases com o neutro irão conduzir:

• 100 kA / 4 = 25 kA 

Então necessitamos de três DPS classe I com IIMP = 25 kA. Como o neutro está aterrado na entrada, não precisaremos de um DPS classe I para o neutro. Se a opção for um DPS classe I centelhador sua corrente será de 25 kA. 

Se a opção for um DPS classe I varistor sua corrente será:

IN = 25 kA (10/350µs) ou IMÁX = 25 kA (10/350µs)

No primeiro caso:

IN = 25 kA (10/350 µs) e IMÁX = 50 kA (10/350 µs).

No segundo caso:

IN = 12,5 kA (10/350 µs) e IMÁX = 25 kA (10/350 µs)

Para os DPS de sinal o cálculo seria mais complexo porque existem inúmeros tipos de DPS de sinal. A experiência mostra que não é necessário calcular a corrente do DPS de sinal, porque cada fabricante disponibiliza um ou dois modelos no máximo de dispositivo de proteção contra surtos classe I para sinal.

Então, não faz sentido calcular a corrente como, por exemplo, 8,7 kA (10/350 µs),  se os modelos utilizados têm especificação de corrente de 15 kA (10/350 µs). 

Cálculo da corrente para DPS classe II ou III

As correntes induzidas que podem aparecer para um dispositivo de proteção contra surtos classe II ou III dependem de inúmeros fatores, como: 

• Intensidade da corrente do raio original;
• Desenho dos cabos dentro da instalação;
• Distância entre o ponto de impacto e o quadro onde está o DPS.

Por isso, o que se faz é estimar que as correntes de surto têm intensidade entre 1 kA (8/20 µs) e 10 kA (8/20µs). Do ponto de vista prático, a recomendação é que devem ser utilizados os seguintes valores para os DPS classe II ou III:

• DPS com centelhadores e diodos (utilizados nos DPS classe III):  basta IN;
• DPS com varistores, normalmente os que são utilizados como classe II: precisamos indicar claramente se especificamos IN ou IMÁX, melhor ainda se indicarmos os dois;
• É preciso ficar muito claro que o valor da corrente não depende do tipo de DPS (centelhador, varistor ou diodo). O valor da corrente é o que vai aparecer no quadro que deve ser protegido durante a ocorrência do surto.

Recomendações gerais

DPS classe II

Instalações pequenas (lojas, escritórios, apartamentos, etc). Locais onde os cabos têm comprimento relativamente curto, pequenos laços de indução: 

IN = 5 kA ou 10 kA (8/20µs) – se for um varistor IMÁX será o dobro.

Instalações maiores (indústrias, casas, shopping centers, indústrias). Locais onde os cabos têm comprimento relativamente grande e laços de indução significativos:  

IN = 20 kA (8/20µs) – se for um varistor IMÁX será o dobro

DPS classe III

Para o dispositivo de proteção contra surtos classe III seria suficiente uma corrente nominal de:  

IN = 5 kA, no máximo IN = 10 kA