APRESENTAÇÃO 5419 04

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Parte rápida Parte lenta
Conclusão: a equalização de potencial é uma medida de proteção efetiva contra
perturbações lentas, de longa duração e grandes energias, perigosas para 
equipamentos e pessoas; porem, pouco eficaz para a proteção de equipamentos
que, em geral, não suportam surtos rápidos!
AÇÃO DOS CAMPOS SOBRE
OS CONDUTORES
Ação do campo elétrico sobre os eletrons
Livres de um condutor
Campo elétrico paralelo ao fio acelera 
eletrons livres: induz corrente.
Ação do campo elétrico sobre os eletrons
Livres de um condutor
Ação do campo elétrico sobre os eletrons
Livres de um condutor
Campo elétric perpendicular ao fio 
não induz corrente!!
Ação do campo elétrico sobre os eletrons
Livres de um condutor
Blindagem dos bons condutores
E
Campo elétrico sempre perpendicular 
a condutores perfeitos
Motivo: campo elétrico paralelo à chapa + condutividade infinita
Corrente infinita !!! Não é possível
Blindagem dos bons condutores
E
Fio próximo a superfície condutora 
não induz tensão (está blindado)
Mas, na borda induz!!!!!
dV = 0
dV = 0
INDUTÂNCIA DE UM CONDUTOR
I(t)
r1 
h
)
r
r
.h.ln(2.10L
1
27
Henry
r2
INDUTÂNCIA DE UM CONDUTOR
I(t)
r1 
h
)
r
r
.h.ln(2.10L
1
27
Henry
r2
V = L . (DI/Dt)
Tensão
Exemplo
Isurto
Exemplo
Tensão
Isurto
Maior dI/dt
Maior
Tensão
Exemplo
dI/dt=0
nula
INDUTÂNCIA DE UM CONDUTOR
I(t)
l D
H 5,1
mm 1
mm 1000
75,0)
.4
ln(..0002,0












H
mm
mm
mm
mm
mmH
L
D
l
D
l
lL
Supressor de surto
Indutores 
em série
com DPS
Vsurto
INDUTÂNCIA MÚTUA ENTRE CONDUTORES
I(t)
r1 
r2
h
)
r
r
.h.ln(2.10M
1
27
Henry

V = M . (DI/Dt)=
INDUTÂNCIA MÚTUA ENTRE CONDUTORES
I(t)
d
S = a.ba
b
Quando
d >> a, b
V 
V = (DH /Dt) . 0. S
0 4.p.10
7 Henry/m
H(t) = I(t)/2p d [A/m]
(campo magnético)
Exemplo
*LEMP = Lightning ElectroMagnetic Pulse
*
.................
.................
Se o prédio fosse um paiol de pólvora, eu colocaria vários
fios robustos de cobre na fundação do prédio, longitudinal e
transversalmente, e os conectaria com outros fios verticais até o teto.
Estes, se de cobre, poderiam ser embutidos dentro da parede
por razões de segurança contra roubos. O teto deverá ser protegido
por uma rede de fios, algo mais apertada do que nas fundações. todo o chumbo do
telhado, as calhas de água, bem como todas as outras partes metálicas externas,
devem ser conectadas a esse sistema de condutores.
..............
Se, no entretanto, o prédio protegido dessa maneira tiver dentro dele
canos de água ou de gás, comunicações telegráficas, ou qualquer outro metal
conectado com grandes sistemas metálicos externos, poderá ocorrer descargas
entre esses metais e o interior do prédio.
Para evitar isso, é suficiente que o sistema de condutores
de raios seja bem conectado aos tubos de água, gás, etc., e, como as junções
dos canos de gás são frequentemente maus condutores, todos os alimentadores de
gás devem ser conectados separadamente aos condutores de raios.
NÍVEIS USUAIS DE IMUNIDADE DE
EQUIPAMENTOS DE TELECOMUNICAÇÕES
O nível de proteção depende:
- Do grau de imunidade dos equipamentos a serem protegidos
- Do Risco Tolerável
NÍVEIS DE IMUNIDADE PARA
EQUIPAMENTOS DE COMUTAÇÃO
CONFORME ITU-K-34
TENSÕES E CORRENTES DENTRO 
DE PRÉDIOS ATINGIDOS POR
DESCARGAS ATMOSFÉRICAS
Mesmo com proteção externa
e aterramento perfeito!
ATERRAMENTO IDEAL: 0 OHM !!!!
Vigas condutoras interconectadas
dI/dt A D B
C
Tensões em aberto 
Para dI/dt=120 kA/us
Vab=M.dI/dt
A 6960
B 3840
C 240
D 51600
5m
3mPRÉDIO COM FERRAGEM 
MAIS DENSA
dI/dt A D B
C
Tensões em aberto 
Para dI/dt=120 kA/us
Vab=M.dI/dt
A 432
B 1188
C 168
D 64560
5m
3mPRÉDIO COM FERRAGEM 
MAIS DENSA
dI/dt A D B
C
Tensões em aberto 
Para dI/dt=120 kA/us
Vab=M.dI/dt
A 5028
B 2832
C 636
D 12000
5m
3m
3m
CONCLUSÃO: NECESSÁRIO PROTEGER INTERNAMENTE!
QUANTO PROTEGER? DEPENDE DO EQUIPAMENTO E RISCO TOLERÁVEL
PRÉDIO COM FERRAGEM 
MAIS DENSA
TÉCNICAS DE PROTEÇÃO INTERNA 
CONTRA RAIOS
- Novos paradigmas: 
-blindar & bloquear surtos 
* blindar sala
* uso de estruturas de sustentação 
de cabos como elementos 
de blindagem.
- Emprego adequado de DPSs
FATO #1
Em média, dois raios/ano!!!
Não tem fio terra!
E nada acontece!!!!
Logo:
- Malha de aterramento ( pode até ajudar)
mas não é fundamental para proteção 
contra raios!!
FATO #2
10m
2kA / 2us 100%
20kA / 1us 80%
70kA / .5us 8%
5m
50m
Rat=0 Ohm
Equipamento
IEC-664-1
120/240V
Classe II
1,5kV
2kA / 2us 100%
1,1kV
20kA / 1us 80%
21.5kV
70kA / .5us 8%
75kV
Área de indução
Logo:
- Malha de aterramento, mesmo com 
resistência nula, não impede indução 
magnética e portanto 
não garante proteção!!
FATO #3
Velho paradigma: usar supressor de surto, DPS,
para desviar surto para a malha de terra!!
20kA / 1us 80%
21,5kV
1,1kV
PORQUE RESTOU 1,1kV
SE TERRA E DPS IDEAIS?
Motivo:
indutância dos condutores
1,5uH/m
70kA / .5us 8%
75kV
8kV
CARAMBA !!!!
NOVO paradigma: usar supressor para BARRAR 
a entrada de surto no equipamento!!
Condutores mais curtos
Menor indutância
Maior eficiência
de bloqueio!!
75kV
800V
30cm
70kA / .5us 8%
GENERALIZAÇÃO DO CONCEITO...
CA
“Avião” 1
“Avião” 3
“Avião” 2
1- Construir “AVIÕES” (REGIÕES BLINDADAS*)
CA
*Pode ser um único equipamento,
um conjunto de equipamentos interligados, um container metálico,
uma sala de equipamentos, um prédio ou vários prédios!
“Avião 1
“Avião” 3
“Avião” 2
DPS Blindagem
2- FECHAR ENTRADAS DE CABOS ou UNIFICAR “AVIÕES”
CA
ZONA 1
ZONA 3
ZONA 2
DPS
3- ATERRAR PRÓXIMO AOS PONTOS DE ENTRADA
CA
OS 4 PILARES DO 
NOVO PARADIGMA DE PROTEÇÃO INTERNA:
BLINDAR
(equipamentos, cabos, salas)
PROTEGER ENTRADAS/SAÍDAS 
DE CABOS COM DPSs
EVITAR LOOPS
aterrar
(próximo às entradas dos cabos)
Mas...malhas de aterramento
levam 10 a 30 us para estabilizar
Comportamento para surtos (raios)diferente de
comportamento para sinais lentos (60Hz).
Análise de segurança pessoal: 
pode ser feito com base no comportamento 
em regime
Proteção de equipamentos: necessário 
conhecer comportamento transitório
Malhas de aterramento podem reduzir 
correntes pelas blindagens, o que é bom
se a blindagem não for suficientemente fechada.
BLINDAGENS:
-blindagem de salas
-eletrocalhas, leitos
-eletrodutos
-blindagens abertas (MRT´s)
INDUTÂNCIA DE UM CONDUTOR
I(t)
r1 
h
)
r
r
.h.ln(2.10L
1
27
Henry
r2
V = L . (DI/Dt)
INDUTÂNCIA MÚTUA ENTRE CONDUTORES
I(t)
r1 
r2
h
)
r
r
.h.ln(2.10M
1
27
Henry

V = M . (DI/Dt)=
INDUTÂNCIA MÚTUA ENTRE CONDUTORES
I(t)
d
S = a.ba
b
Quando
d >> a, b
V 
V = (DH /Dt) . 0. S
0 4.p.10
7 Henry/m
H(t) = I(t)/2p d [A/m]
(campo magnético)
CONTAINER METÁLICO
DPSs na entrada de CA
kH típico = 0.01 [1/ m ]d
I0
campo magnético, 
sem atenuação:
H = I0/2p d [A/m]
campo magnético dentro da blindagem:
Hatenuado = H /(10SF/20)
INCIDÊNCIA INDIRETA NA BLINDAGEM
~10cm~60cm
Fitas de cobre
Espessura>0,2mm
Garantir conexão 
galvânica em cada 
cruzamento das fitas e 
com os suportes do 
piso suspenso
Canaletas metálicas de 
dados e de energia
Conectar com malha
MRTs: malhas de redução de tensão
RECOMENDAÇÕES:
1- Cablagem deve ficar o mais rente possível da MRT
2- Evitar áreas próximas aos pontos de entrada dos surtos
3- Evitar áreas próximas às bordas
4- Quanto menor a periodicidade da malha melhor seu efeito
5- Se disponível, usar chapas galvanizadas sobre lã de vidro 
(usadas para isolação térmica em salas com ar-condicionado)
6- Entrar (sair) com todos os cabos por um lado só
7- Conectar MRT com ferragem do andar no ponto de entrada 
de cabos
8- Se possível isolar MRT das ferragens, exceto no ponto de entrada dos cabos.
USO DE ESTRUTURAS DE 
SUSTENTAÇÃO DE CABOS 
COMO ELEMENTOS 
DE BLINDAGEM
29
/m
EXEMPLOS DE APLICAÇÃO DE 
SUPORTES DE CABOS COMO 
ELEMENTOS DE BLINDAGEM
Solo condutor perfeito
esteira 
existente
placa 
metálica
saídas/entradas
de cabos 
protegidas 
eletrodutos 
metálicos
caixa 
metálica
térreo
piso superior
bandejas
"postiças"
bastidores
Terra #1 Terra #2
V1 V2
Vterras
|V1 + V2|=Vterras
PROBLEMA:
COMO INTERLIGAR MALHAS DE PRÉDIOS DIFERENTES?
Terra #1 Terra #2
V1 V2
Iterras
|V1+V2|=(dI/dt)*Ltubo<<Vterras
Ltubo<<<Lterras
Duto enterrado é melhor ainda!
Ver dia 2 do curso
SOLUÇÃO:
USAR ELETRODUTO METÁLICO!
ATENÇÃO PARA CAIXAS DE PASSAGEM!!!
PROBLEMA!
SOLUÇÃO!
DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO 
CONTRADE SURTOS
“DPS”
Tensão suportável pelo equipamento
É uma característica do equipamento, normalmente fornecida no seu manual ou
através da referência a uma norma de ensaios.
No caso brasileiro:
Regulamento anexo à Resolução 442 (ver se tem selo da Anatel)
Outros casos:
Ver, por exemplo, normas IEC 60664-1 ou ITU-T Rec. K20 e K21
OBJETIVOS DOS PROTETORES DE SURTOS (DPS):
Limitar tensões conforme suportabilidade dos equipamentos
DPS´s:
São dispositivo não lineares, cuja 
resistência Ôhmica diminui com o aumento 
da corrente pelo mesmo.
PRINCÍPIOS MAIS USADOS EM DPS’s:
- Centelhadores (descargas em gases)
- Varistores:
-Carbeto de silício
-Óxidos metálicos
- Diodos:
- Diodos de selenio
- Diodos de avalanche: Zener, SAD
- Híbridos: combinação dos três princípios. 
Parâmetros básicos:
-Tensão de trabalho Uc: tensão máxima a que o PDS pode ser submetido sem entrar 
em condução (exemplo: 24V, 127V, 220V, 480V). Deve levar em conta flutuações da 
rede, impulsos periódicos 
(ver slide seguinte).
-Corrente de pico: máxima corrente que o PDS pode suportar; depende da classe do 
PDS 
Classe 1: onda 10/350
Classe 2: onda 8/20
OBS 1: indiretamente está associado à energia e à carga total que o PDS pode suportar
OBS 2: ver “derrating”
-Nível de proteção Up: tensão nos terminais do PDS quando percorrido pela corrente 
de pico; 
CENTELHADORES:
-Princípio básico: ionização de gases
Amp
Volt
R
tensão de manutençãoGERADOR DE 
IMPULSO DE 
CORRENTE
IMPULSO 
RÁPIDO
CENTELHADORES:
- Suportam altas correntes :
100kA, 10/350us
- Tempo de resposta “lento”: 100ns a 1us
- Nível de proteção: 
baixo para sinais lentos
da ordem de kV para sinais rápidos
(aumenta com o dV/dt)
- Uma vez disparados, apresentam baixa
impedância: cuidado com circuitos indutivos.
-Perigoso usar em circuitos DC 
de baixa impedância.
CENTELHADOR
baixa corrente
CENTELHADOR
baixa corrente
Simbologia:
CENTELHADOR
alta corrente
Vida útil limitada por:
- Corrente de pico do surto.
- Interrupção de corrente de CA.
Exemplo:
Isurto=50kA, 10/350us
20.000 operações s/ CA
30 operações c/ CA
VARISTORES
montagens
VARISTORES:
- Princípio básico: micro diodos
Área: controla corrente máxima
Espessura: controla tensão de trabalho e
nível de proteção.
Volume: controla
energia
VARISTORES (cont.)
- Suportam altas correntes e energias médias:
até 100kA, 8/20us
- Tempo de resposta rápido: <25ns, incluindo 
terminais próprios (sem cabos de conexão)
- Tensão residual : centenas de Volt
- Alta capacitância: uso limitado em linhas
de sinais
- Tensão máxima de trabalho: deve levar 
em conta flutuações da rede (swells)
VKI .
Vida útil limitada por:
- Máxima absorção de energia.
- Curvas de “derrating”: 
relacionam valor de pico, número 
e duração dos impulsos.
- Dissipação de potência média
(sobretensões da rede e/ou impulsos 
periódicos).
“DERRATING”: redução da vida útil em função
do número, duração e intensidade dos impulsos.
SADs:
- Princípio básico: junção p-n
- Suporta potências médias 
(normalmente onda tipo 8/20)
- Tempo de resposta rápido: <5ns
- Tensão residual reduzida: 400V p/240Vca
- Podem ser postos em associações 
série / paralelo
- Baixa capacitância
DIODO SUPRESSOR
www.littelfuse.com/designcenter
BAIXA CORRENTE ALTA CORRENTE: 10kA, 8/20
PROTETORES COAXAIS
DPS a GÁS ou DIODO
l/4 (SINTONISADO)
HÍBRIDOS
Combinação de características favoráveis de 
dois ou mais tipos de DPSs.
Exemplos:
- Associação de varistores (rápidos) com
centelhadores (mais lentos) porem capazes 
de operar com grandes potências, para 
proteção de entrada de CA.
- Associação de centelhadores com SADs
(mais rápidos) para proteção de sinais.
DPS
DPS 
PROTEÇÃO EM CASCATA
DU DU
IN UG UV US OUT
PROTEÇÃO EM CASCATA
Surto Centelhador Varistor Diodo supressor
Tempo de resp tip.. 500 ns
Corrente de desc.. Tip.. 10 kA
< 25 ns
2 kA
< 10 ns
0,2 kA
UN = 24 V
kV 10
5
0
0 20 40 60 µs
V 800
600
400
200
0
µs0 1 2
V 800
600
400
200
ns
0
0 100 200 ps.0 100 200
V 800
600
400
200
L L
COORDENAÇÃO DE PROTETORES de CA:
-Indutores concentrados
limite de corrente
ocupa espaço
aquecimento
dependência da forma de onda
-Indutância dos cabos da instalação
nem sempre possível (>10m)
dependência da forma de onda
pode não funcionar
-Coordenação eletrônica
ABNT NBR-5410 (2004)
O comprimento dos condutores destinados a conectar o DPS (ligações fase-
DPS, neutro-DPS, DPS-PE
e/ou DPS-neutro, dependendo do esquema de conexão) deve ser o mais
curto possível, sem curvas ou laços. De preferência, o comprimento total,
como ilustrado na figura 15-a, não deve exceder 0,5 m.
Se a distância a + b indicada não puder ser inferior a 0,5 m, pode-se adotar
o esquema da crowbar.
PROBLEMA!!!
Protection of Electronic Equipment Inside Buildings:
A Hidden Source of Damages
A. R. Panicali J. Pissolato Filho C. F. Barbosa J. C. O. Silva N. V. B. Alves
Proelco Unicamp CPqD APTEMC Termotécnica
Campinas, Brazil Campinas, Brazil Campinas, Brazil S. J. Campos, Brazil Belo Horizonte, Brazil 
As discussed in IEC 62305-4: S1: DIRECT FLASH 
TO STRUCTURE
These external currents flow through the SPDs at power entrance.
Adapted from IEC 60364-5-53
a + b <0.5 m b <0.5 m
Therefore SPD connections should be kept as short as possible
in order to avoid inductive effects!
Adapted from IEC 60364-5-53
a + b <0.5 m b <0.5 mHowever, no specific reccomendation is givem on the length of the
MET/Grounding connection!
?
?
Ibb
Lbt Vbt
50% of lightning
stroke
to the building
Let Lbt denote the inductance of the MET/GROUND connection.
As current flows through Lbt it gives rise to Vbt!
S1: DIRECT FLASH 
TO STRUCTURE
Ibb
Lbt Vbt Vbt
50% of lightning
stroke
to the building
Green wire transfers Vbt to the equipment pannel...
S1: DIRECT FLASH 
TO STRUCTURE
Ibb
Lbt Vbt
...leading to a possible flashover...
50% of lightning
stroke
to the building
S1: DIRECT FLASH 
TO STRUCTURE
Ibb
...causing Ibb to flow through the green wire!As a result
Vbb will be added to the SPD protection level!
Lbt Vbt
Vbb
50% of lightning
stroke
to the building
S1: DIRECT FLASH 
TO STRUCTURE
Similar effects may occur when power lines are hit 
by lightning!
Lbt Vbt
S1: DIRECT FLASH 
TO STRUCTURE
S3: DIRECT FLASH 
TO POWER LINE
Vbb
Ibb
Lbt Vbt
Vbb
S3: DIRECT FLASH 
TO POWER LINE
S1: DIRECT FLASH 
TO STRUCTURE
>Lbt, >Vbt FLASHOVER >Ibb, > Vbb
So, the longer the MET/ground cable...
Vbb
Ibb
Even for perfectly conducting floor!!!!
EXPERIMENTAL CONFIRMATION
basic setup
UNICAMP HV laboratoryEmulates flash to a power line: 
(ideal) SPD not shown!
Vbb
Grounded equipment
frame
Lbt
Vbt
1-Electrical panel box distant from the floor (no flashover)
1-Electrical panel box distant from the floor
(no flashover):
Vbb
(V
b
b
)
Charring of paper sheets and 
cracking of floor tiles
due to flashover.
2- Electrical panel box on the floor, 
over floor tiles and paper sheets:
Note polarity inversion
due to change in current
derivative!
2- Electrical panel box on the floor, 
over floor tiles and paper sheets:
(V
b
b
)
WITH FLASHOVER
Vbb
Coordinated SPD installed at the entrance of the equipment frame
Protective Measures
Protective Measures
Equipment frame properly insulated from the floor
Protective Measures*
Low transfer impedance cable supports between MET and the equipment frame
* Additional protective measures described in the paper.
Para l >10m, reflexão pode dobrar a tensão sobre equipamento
l >10m
Up 2.Up
Iraio
30 a 50% Iraio
50 a 70% Iraio
Sem DPS 30 a 50% da corrente do raio
passa por dentro do equipamento!!!
Iraio
30 a 50% Iraio
50 a 70% Iraio
Com DPS instalado errado: 30 a 50% da corrente do raio
passa por dentro do equipamento!!!
Motivo: indutância da conexão de terra!!
Iraio
30 a 50% Iraio
50 a 70% Iraio
Com DPS instalados corretamente:
tensões internas reduzidas ao nível
de suportabilidade dos equipamentos!!!
OBS: corrente do raio se divide pelos DPS.
DPS
Iraio
100% Iraio
Sem malha de terra toda a corrente 
do raio passa pelo
DPS o qual tem que suportar maiores 
energias
DPS
BEP
DPS
DPS & BEP na entrada
não impedem tensões 
induzidas internamente!!!
BEP
DPS
<< 5kV