2 de agosto de 2021

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Como saber se o DPS precisa ser substituído?

Entenda como identificar o momento em que o DPS precisa ser trocado

Autor: 26 de novembro de 2020julho 27th, 2021Artigos técnicos
Como saber se o DPS precisa ser substituído?

Durante o webinário “Stringbox: normas e boas práticas”, realizado em 10 de novembro, foi aborda, entre outros temas, a importância do DPS (dispositivo protetor de surto) nas instalações fotovoltaicas. O webinário apresentado teve um foco muito grande na importância da stringbox externa e um dos aspectos abordados foi a facilidade que ela oferece para a manutenção do protetor de surto, em oposição ao DPS interno encontrado em alguns inversores. Uma conclusão importante é que a presença do DPS interno no inversor fotovoltaico é benéfica, mas podemos nos beneficiar de mais segurança quando existe um DPS externo, desde que ele seja coordenado com o interno. A apresentação, bem como o artigo “Stringbox com DPS é necessária ou não? O que diz a NBR 16690?” ressaltou a necessidade de manutenção do DPS quando o dispositivo chega ao final da vida útil. Uma dúvida, que ainda acomete muitos profissionais do mercado, acabou sendo levantada: como saber se chegou o momento de substituir o DPS?

Tipos de DPS

Antes de responder à dúvida, vamos relembrar que existem três tipos ou classes de protetores de surto que podemos empregar nas instalações fotovoltaicas e elétricas em geral: I, II e III. Os protetores de surto são classificados de acordo com os métodos de ensaio de desempenho, conforme a norma NBR IEC 61643-1 – Dispositivos de proteção contra surtos em baixa tensão. Os dispositivos de classe I são recomendados para locais de alta exposição a surtos eletromagnéticos diretos, como linhas de entrada de locais protegidos por SPDA (sistema de proteção de descargas atmosféricas). Os dispositivos de classes II e III são adequados para impulsos de menor duração e são recomendados para locais com menor exposição, normalmente no interior de instalações ou locais que vão receber indiretamente os efeitos das descargas atmosféricas. Os protetores de surto de classe I são normalmente do tipo “comutador de tensão”, conforme definição da NBR IEC 61643-1. Esses dispositivos apresentam alta impedância (circuito aberto) quando nenhum surto está presente e são comutados rapidamente para o estado de baixa impedância (circuito fechado) em resposta a um surto. Nesta categoria enquadram-se os protetores baseados em centelhadores e outros dispositivos de comutação “curto-circuitantes”, que têm um comportamento do tipo aberto ou fechado. Os protetores de classes II e III são do tipo “limitador de tensão”, também conforme a terminologia encontrada na norma. Esses dispositivos apresentam alta impedância (circuito aberto) quando nenhum surto está presente, mas reduzem continuamente a impedância com o aumento do surto eletromagnético. Esses dispositivos podem ser baseados em varistores (classe II) ou diodos zener (classe III), que fazem o fechamento gradual do circuito de desvio para a terra conforme a intensidade do surto presente em seus terminais.

Figura 1: Elementos internos dos protetores de surto das classes I, II e III.

Figura 1: Elementos internos dos protetores de surto das classes I, II e III.

O DPS de classes II e III são usados como complementos de proteção em locais já atendidos por um DPS de classe I. Nas instalações em geral é muito comum o uso somente do DPS de classe II em locais de baixa exposição, com distâncias de no máximo 10 metros do equipamento a ser protegido. O DPS de classe III é usado sempre próximo ao equipamento a ser protegido. É o que oferece o menor grau de proteção, sendo usado em situações de baixíssima exposição ou em coordenação com dispositivos das demais classes.

Varistor: o elemento atuante do DPS classe II

O DPS classe II é adotado na totalidade dos sistemas fotovoltaicos, tanto na string-box CC como no quadro de conexão CA. Ele tem a função de proteger principalmente o inversor, que é um componente caro e sensível do sistema fotovoltaico. O DPS pode ser também encontrado dentro do próprio inversor – neste caso, pode ser coordenado com um DPS externo, o que aumenta a proteção e torna mais fácil a manutenção, como comentamos no início do artigo.

Figura 2: DPS de classe II localizado no interior de um inversor fotovoltaico (Solis 125K 5G), fazendo a proteção da entrada de corrente contínua. Fonte: Solis

Figura 2: DPS de classe II localizado no interior de um inversor fotovoltaico (Solis 125K 5G), fazendo a proteção da entrada de corrente contínua. Fonte: Solis

O elemento atuante do DPS classe II é o varistor, que é um componente eletrônico que apresenta uma impedância variável em função do nível de tensão encontrado em seus terminais. O varistor se apresenta praticamente como um circuito aberto quando a tensão sobre ele é pequena, mas gradualmente converte-se para um circuito fechado conforme a tensão se eleva. Esse comportamento faz com que ele seja um dispositivo limitador de tensão, capaz de limitar sobretensões e desviar correntes elétricas transitórias presentes nas instalações elétricas.

Figura 3: imagem de um varistor de óxido metálico, componente eletrônico que funciona como um grampeador de tensão. Fonte: Wikipedia

Figura 3: imagem de um varistor de óxido metálico, componente eletrônico que funciona como um grampeador de tensão. Fonte: Wikipedia

Verificação do estado do DPS

Agora que sabemos o que há dentro do DPS de classe II, vamos responder à pergunta inicial do artigo: como saber se o DPS precisa ser substituído? É difícil saber quando e como o DPS vai atuar e com que velocidade ele vai se desgastar, pois isso depende da frequência e da intensidade dos surtos causados por descargas atmosféricas ou outras causas (como manobras da rede de distribuição de energia elétrica) no local onde o dispositivo é empregado. Após sucessivas atuações o varistor vai se desgastando e precisa ser reposto, quando sua impedância e sua capacidade de limitação de tensão já são reduzidas. Um DPS à base de varistor pode conduzir entre 10 e 20 vezes sua corrente nominal e uma ou duas vezes sua corrente máxima [2]. Nos protetores comerciais o varistor é localizado em um módulo removível, que pode ser substituído, como mostra a figura abaixo. Uma janela de sinalização de estado indica a situação do dispositivo. Um sinal verde significa que o dispositivo ainda se encontra dentro da validade, ao passo que uma sinalização vermelha indica que o DPS já não oferece qualquer proteção e precisa ter o seu varistor substituído.

Figura 4: Módulo com varistor removível e janela de sinalização de estado de um DPS de classe II para aplicação fotovoltaica. Fonte: DEHN/Proauto

Figura 4: Módulo com varistor removível e janela de sinalização de estado de um DPS de classe II para aplicação fotovoltaica. Fonte: DEHN/Proauto

A figura abaixo ilustra o funcionamento do dispositivo de sinalização de estado do DPS. Mais do que sinalizar o estado, o mecanismo mostrado na figura tem a função de isolar o varistor da instalação elétrica quando este atinge o final da sua vida útil, impedindo que ele se sobreaqueça e origine um incêndio. O princípio de funcionamento do sistema é a abertura de um contato por meio do derretimento de um ponto de solda. Quando o varistor tem sua impedância diminuída, uma corrente começa a circular pelo dispositivo mesmo na ausência de surtos de tensão. Quando a intensidade da corrente atinge um nível crítico o contato se abre pela pressão de uma mola, isolando o dispositivo e provocando simultaneamente a mudança da posição da bandeira de sinalização (elemento verde na figura abaixo).

Figura 5: Sistema de abertura do varistor e de sinalização do estado do DPS. Fonte: DENH/Proauto

Figura 5: Sistema de abertura do varistor e de sinalização do estado do DPS. Fonte: DENH/Proauto

Um detalhe chama a atenção na figura acima: a presença de um fusível de extinção segura de arco elétrico junto ao varistor. Este elemento não é encontrado em todos os protetores de surto disponíveis no mercado, mas sua presença é desejável para evitar a formação de arco elétrico no momento da abertura do contato. Esse recurso consiste em uma proteção adicional para as instalações que empregam DPS de classe II.

Aprenda mais

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Referências

  • [1] NBR IEC 61643-1 – Dispositivos de proteção contra surtos em baixa tensão – Parte I
  • [2] Especificação de DPS – Boletim Obo Bettermann – Eng. Sérgio Roberto Santos
  • [3] Dispositivos de Proteção contra Surtos (DPS) – O Setor Elétrico – Outubro, 2012 – Eng. Sérgio Roberto Santos
Marcelo Villalva

Marcelo Villalva

Especialista em sistemas fotovoltaicos. Docente e pesquisador da Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (FEEC) da UNICAMP. Coordenador do LESF - Laboratório de Energia e Sistemas Fotovoltaicos da UNICAMP. Autor do livro "Energia Solar Fotovoltaica - Conceitos e Aplicações".

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