Como uma fábrica de médio porte reduziu em 65% as falhas de equipamentos com os DPS da SINGI

Contexto do cliente

Um fabricante de componentes industriais de médio porte no Texas, com 350 funcionários, opera uma planta de 45.000 pés quadrados com 180 máquinas CNC, linhas de montagem automatizadas e um laboratório central de qualidade. A planta funciona 24 horas por dia, 7 dias por semana, para cumprir os prazos de entrega de clientes dos setores automotivo e aeroespacial. Nos últimos dois anos, a direção se esforçou para reduzir os custos de produção e melhorar a pontualidade das entregas, à medida que as penalidades contratuais começavam a corroer as margens.

Quais problemas a planta enfrentava antes de instalar os DPS?

A planta ficava em uma região com tempestades frequentes na primavera e no verão. Surtos de energia da rede elétrica e raios próximos danificavam repetidamente a eletrônica sensível dentro dos controles CNC, dos PLCs e dos inversores de frequência. Cada incidente provocava um desligamento de emergência. A linha de produção parava por horas enquanto os técnicos localizavam a placa com falha, substituíam-na e executavam os diagnósticos.

Somente em 2022, a planta registrou 14 falhas relacionadas a surtos. Os custos diretos de reparo e substituição totalizaram US$ 86.000. O tempo de máquina ociosa custou outros US$ 240.000 em produção perdida. A equipe de manutenção também gastou cerca de 200 horas por ano em reparos não planejados, afastando-a da manutenção preventiva. As rejeições de qualidade aumentaram porque reiniciar as máquinas após um surto resultava em calibração imprecisa.

Tentativas anteriores incluíram adicionar fontes de alimentação ininterrupta (UPS) aos servidores e instalar reguladores de tensão em algumas máquinas. Esses dispositivos filtravam ruído de baixo nível, mas não conseguiam lidar com transientes de alta energia, como surtos induzidos por raios. Como o painel de distribuição principal da planta não tinha proteção contra surtos, a energia transiente se propagava por todo o sistema de fiação, alcançando os equipamentos conectados independentemente dos filtros locais.

Por que a planta escolheu os DPS da SINGI?

Após avaliar três fornecedores, o engenheiro elétrico da fábrica escolheu os dispositivos de proteção contra surtos (DPS) da SINGI. Dois fatores motivaram a decisão.

• Conformidade com a IEC 61643-11: Os DPS da SINGI atendiam às classificações Tipo 1 e Tipo 2, cobrindo tanto descargas diretas de raios quanto surtos de manobra. O engenheiro valorizou o fato de os produtos terem sido testados de acordo com normas internacionais, garantindo desempenho confiável em condições reais.
• Baixo nível de proteção de tensão (Up): Os DPS da SINGI ofereciam um nível de proteção de tensão abaixo de 1,5 kV, baixo o suficiente para proteger CLPs e controles CNC sensíveis. Outros fornecedores tinham valores de Up mais altos que ainda podiam danificar relés de estado sólido.

A fábrica também escolheu a SINGI porque a linha de produtos incluía tanto proteção CA quanto CC com design modular, simplificando futuras atualizações do painel. O distribuidor forneceu suporte técnico e ajudou com estudos de coordenação.

Como o sistema de DPS foi implementado?

O projeto durou seis semanas, da auditoria ao comissionamento.

1. Avaliação do local: Um engenheiro inspecionou o sistema elétrico e identificou o quadro de distribuição principal, os painéis secundários e as localizações dos equipamentos críticos. Usando a avaliação de risco de descargas atmosféricas da instalação, ele especificou um DPS Tipo 1 na entrada de serviço principal e DPS Tipo 2 em cada painel secundário.
2. Instalação da proteção principal: A equipe montou um DPS Tipo 1 da SINGI no quadro de distribuição principal com condutores curtos e retos para minimizar a indutância dos cabos. Eles também melhoraram o eletrodo de aterramento e conectaram o terminal de terra do DPS à malha de terra existente.
3. Adição de proteção distribuída: Unidades Tipo 2 foram instaladas em cinco painéis secundários que alimentam a área de CNC, a linha de montagem e o laboratório de qualidade. Cada unidade foi ligada em paralelo com a carga e protegida por um disjuntor dedicado.
4. Verificação e comissionamento: Após a instalação, os técnicos testaram a resistência de aterramento e verificaram que a janela de indicação de cada DPS mostrava status normal. Eles também revisaram a coordenação entre dispositivos a montante e a jusante para garantir que a unidade Tipo 1 absorvesse a maior parte da energia.

Um desafio foi o espaço limitado no antigo painel principal. A equipe resolveu isso usando o formato compacto para trilho DIN do DPS e reorganizando os cabos folgados não utilizados. Isso reduziu o tempo de instalação em cerca de 20% em comparação com a estimativa inicial.

Quais resultados a planta alcançou?

Após um ano completo de operação, as falhas relacionadas a surtos na fábrica caíram de 14 para 4. Os incidentes restantes ocorreram em equipamentos ainda não cobertos pelo sistema de DPS, o que levou a equipe a estender a proteção a essas linhas.

• A taxa de falhas de equipamentos caiu 65%: De 14 incidentes de surto em 2022 para 4 em 2023.
• Paradas não planejadas reduzidas em 42%: As paradas de produção relacionadas a surtos caíram de uma média de 18 horas por evento para 6 horas, totalizando 52 horas economizadas por ano.
• Custos de manutenção reduzidos em US$ 112.000: As despesas de reparo e substituição caíram de $86.000 para $24.000, além da economia de mão de obra com menos chamados de serviço.
• Entregas no prazo melhoraram de 92% para 98%: A planta entregou mais pedidos dentro do prazo, sem interrupções causadas por surtos.

O sistema de DPS se pagou em cinco meses, incluindo instalação e materiais. A fábrica também registrou menos rejeições de qualidade após reinícios de linha, porque as máquinas não perdiam mais a calibração durante eventos de energia.

O que diz o gerente da planta?

"Antes de instalarmos os DPS da SINGI, uma única tempestade podia nos parar por um turno inteiro. Agora nem pensamos nisso. A decisão se provou por si só apenas no orçamento de manutenção do primeiro ano." – Gerente de Engenharia da Fábrica

"O suporte técnico da equipe da SINGI fez a diferença. Eles nos orientaram no estudo de coordenação e nos ajudaram a dimensionar os dispositivos corretamente. Não era uma caixa na parede; era uma solução projetada." – Engenheiro Elétrico Sênior

Lições e recomendações

Outras instalações industriais que enfrentam problemas semelhantes de qualidade de energia podem tirar três lições práticas deste projeto.

• Instale DPS na entrada principal de serviço E nos subpainéis. A proteção apenas no painel principal deixa surtos internos e transientes subsequentes sem controle. A proteção em camadas garante que a eletrônica sensível veja apenas baixa tensão residual.
• Combine a classificação do DPS com a exposição real a raios. Um DPS Tipo 1 com capacidade para corrente de raio é obrigatório onde uma descarga direta é possível. Apenas um Tipo 2 pode não sobreviver a uma descarga direta, como mostram estudos sobre danos a DPS por correntes contínuas.
• Mantenha os condutores curtos e verifique o aterramento. O efeito protetor do DPS depende fortemente da qualidade da instalação. A fiação longa aumenta o nível de tensão protegido, portanto siga os limites de comprimento de fiação do fabricante e teste a resistência de terra antes da entrada em operação.

Se o projeto fosse repetido, a fábrica estenderia a cobertura de DPS a todos os painéis conectados desde o primeiro dia e registraria as leituras dos contadores de surtos mensalmente. O engenheiro observou que adicionar contadores forneceria melhores dados para refinar o cronograma de manutenção.

Referências

IEC 61643-11:2011 Dispositivos de proteção contra surtos de baixa tensão – Parte 11: DPS conectados a sistemas de alimentação de baixa tensão. https://webstore.iec.ch/publication/61643-11

Investigation of Lightning Effects on Solar Power Plants – SPD Analysis. https://arxiv.org/abs/2511.06523

Ground Potential Rise and SPD Damage Caused by Lightning Initial Continuous Current. https://xs.glgoo.net/scholar?q=initial+continuous+current+SPD+damage