Surge Protection Devices (SPDs): How They Work

Os dispositivos de proteção contra surtos (DPS) ajudam a proteger os equipamentos elétricos limitando as sobretensões transitórias que podem danificar ou destruir componentes sensíveis. Eles desviam as correntes de surto para longe das cargas críticas, a fim de evitar interrupções e paradas. Este artigo apresenta uma visão geral de como os DPS funcionam para proteger os sistemas de distribuição de energia e os equipamentos conectados.

Fontes e efeitos de surtos  

Os surtos de energia, ou sobretensões transitórias, podem ter origem em fontes naturais e artificiais. As descargas atmosféricas são uma causa natural comum de surtos. Manobras de comutação, flutuações da rede elétrica e perturbações EMI/RFI provenientes de equipamentos vizinhos são fontes típicas de surtos artificiais.  

Os surtos introduzem energia que pode sobrecarregar os circuitos e degradar os equipamentos ao longo do tempo. Eles frequentemente têm magnitude suficientemente elevada para causar danos imediatos, como arcos nos contatos, perfuração do isolamento e falhas de chips. Os efeitos tendem a ser cumulativos, reduzindo a vida útil total por meio de uma deterioração gradual, mesmo que não ocorra imediatamente um dano catastrófico.

 Princípios de funcionamento do DPS

Os elementos básicos de um DPS incluem:

•Centelhadores - Dois eletrodos espaçados que criam um entreferro. Durante o funcionamento normal, o entreferro impede o fluxo de corrente. Quando a tensão aumenta o suficiente para ionizar o entreferro, ocorre uma descarga disruptiva que redireciona a corrente de surto para o terra. Os centelhadores são frequentemente utilizados para lidar com surtos de alta energia.

•Varistores - Resistores cerâmicos de óxido metálico que apresentam resistência variável em função da tensão aplicada. Na tensão normal, a resistência é alta. À medida que a tensão aumenta, a resistência diminui substancialmente, criando um caminho de baixa impedância para a terra. Os varistores são eficazes, mas podem se degradar ao longo do tempo com a exposição à energia dos surtos.

•Diodos de avalanche - Diodos de silício que atingem a ruptura por avalanche em um limite de tensão especificado, limitando eficazmente o surto e conduzindo o excesso de corrente para o terra. Oferecem resposta rápida, mas capacidade limitada de suportar energia.

•Tubos de descarga de gás - Contêm um gás inerte que se ioniza em um nível de tensão selecionado para redirecionar as correntes de surto. Têm alta capacidade de corrente de surto, mas resposta mais lenta do que os varistores ou os diodos de avalanche.

Os componentes são dispostos de modo a proporcionar um caminho de cada fase para o terra. Os DPS monitoram a tensão nesses caminhos e são ativados quando um surto perigoso é detectado, a fim de desviar a energia do equipamento conectado. Eles se rearmam automaticamente assim que a tensão retorna a um nível normal.

Classificação e aplicações dos DPS

Os DPS são classificados pela capacidade máxima de corrente de surto e pelo nível de proteção de tensão (VPL) para atender a diferentes aplicações. Os DPS Tipo 1 são instalados nas entradas de serviço para lidar com surtos de alta energia. Os DPS Tipo 2 são frequentemente utilizados mais a jusante para proteger os equipamentos de distribuição e os circuitos derivados críticos. Os DPS Tipo 3 protegem a eletrônica sensível e apresentam os menores valores de VPL e de corrente de surto.

Os DPS corretamente selecionados e instalados ajudam a proteger sistemas elétricos inteiros e as cargas conectadas dos efeitos prejudiciais dos surtos e transientes de energia. Eles melhoram a qualidade e a confiabilidade da energia, ao mesmo tempo que reduzem os custos do ciclo de vida, maximizando a vida útil dos equipamentos e minimizando os tempos de parada. Os DPS devem ser combinados cuidadosamente com as tensões de operação e os níveis de surto de uma determinada aplicação para garantir uma proteção ideal.