Como evitar mau funcionamento das máquinas e danos aos

Guia Técnico de
Painéis de Controle
Como evitar mau funcionamento
das máquinas e danos aos
eletrônicos provocados por
surtos de tensão?
Índice
1
2
3
Introdução
4-7
Dispositivos de Proteção
contra Surtos
8-9
• Qual é a aparência de um Dispositivo
de Proteção contra Surtos (DPS)?
• Como um DPS funciona?
9
9
Aplicações dos Dispositivos
de Proteção contra Surtos
10-13
• Circuitos de alimentação CA
• Foco em… Regras para cabeamento de
um DPS CA em um painel de controle
de máquina
• Circuitos de tensão muito baixa
12
13
Guia de escolha
14-15
• Para selecionar: o DPS de acordo com
a tensão do circuito
• Para selecionar: contatores e DPS para
atenuação dos surtos de chaveamento
11
15
15
3
As máquinas sofrem surtos di
Em caso de falha, o diagnóstic
Os surtos são dificilmente observáveis e têm múltiplas
consequências sobre máquinas e processos. Alguns são sérios,
com riscos de lesões às pessoas, enquanto que outros afetam
apenas os materiais. Em muitos casos, os usuários têm
dificuldades para investigar as causas.
Algumas situações
relevantes…
Paradas inesperadas
• Paradas de ventilação, elevador ou iluminação,
causando riscos para as pessoas.
• Paradas de outros equipamentos, causando
superaquecimento, resfriamento excessivo,
inundações com danos à instalação e ao
edifício.
Comportamento
estranho
Os controles de
máquinas algumas
vezes tornam-se
imprevisíveis causando,
como piores
consequências,
informações erradas
no visor alfanumérico,
velocidade excessiva
de motores com avaria
mecânica.
• Paradas de máquinas, causando perda de
produção, etc.
Colapso elétrico e eletrônico
• Os dispositivos eletrônicos geralmente são
sensíveis a surtos provocados pelas linhas de
alimentação, sensores e linhas de comunicação.
• A sobretensão pode destruir componentes
eletrônicos ou causar flashes entre as trilhas de
circuitos impressos.
• Em algumas situações, o colapso pode
transformar-se em um incêndio.
4
ariamente.
co correto é sempre realizado?
Eles são invisíveis e transitórios:
os surtos causam mau
funcionamento e danos
A diferença é uma
questão de energia.
Surtos
Surtos
atmosféricos industriais
Tensão
Os surtos
provocados por
raios geram
milhares de volts
230 V
Os surtos de
chaveamento
geram centenas
de volts
Tempo
Em um surto
provocado por um
raio, a energia é
grande.
Ela é suficiente para
destruir componentes
eletrônicos e até
mesmo vaporizar
condutores.
Exemplo: dano à placa-mãe de
um modem provocado por surto
atmosférico através de linha de
telecomunicação.
> São causados por:
• chaveamento de
bancos de
capacitores, bobinas
de contatores ou
outras comutações
de cargas indutivas
• acionamentos de
motores.
> Suas consequências:
• superposição de
ruído em sinais
analógicos que geram
falsas indicações (ex.:
temperatura errada)
• alteração de dados
nas memórias
• menor velocidade de
transmissão devido a
repetições
• reinicialização do
sistema, etc.
A energia
proveniente de
surtos industriais
é menor, mas
ainda causa
inconvenientes.
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Como são gerados os surtos atmosféricos?
Um raio pode cair nas proximidades de uma linha de energia elétrica:
é a radiação eletromagnética da corrente da descarga atmosférica que
produz uma corrente elevada e uma sobretensão na rede de
alimentação de energia elétrica. Raio na rede aérea de
energia elétrica ou linha
de telecomunicação.
A sobrecorrente e
sobretensão podem
espalhar-se por
diversos quilômetros a
partir do ponto de
impacto.
Um raio pode cair próximo a uma
edificação. O potencial de terra
em torno do ponto de impacto
aumenta perigosamente.
Impacto direto de
raio no edifício.
Em todos os casos, a
sobretensão fluirá da linha
de energia ou de
telecomunicação para a
terra, ou no sentido
contrário, dependendo de
qual condutor seja afetado
pela descarga atmosférica.
Aterramento
da instalação
Onde a proteção deve ser instalada?
Para-raios?
Ele só fornece proteção contra
incêndios para a edificação ao
forçar a sobretensão a fluir para a
terra utilizando um condutor
seguro.
A proteção reforçada contra
surtos na distribuição elétrica é
fortemente recomendada.
A proteção dos
equipamentos contra
surtos pode ser:
• coletiva,
em painéis principais e
distantes
• individual,
em cada painel de
controle de máquinas.
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Como são gerados os surtos industriais?
Linhas de energia poluídas por
surtos.
Quadro de
distribuição
• Correntes de chamada
elevadas, durante o
chaveamento de capacitores.
Banco de
capacitores
• Sobretensões elevadas,
durante a ativação
simultânea de múltiplas
bobinas de contatores.
Harmônicas, geradas
por inversores de
frequência.
Onde a proteção deve ser instalada?
Proteção por DPS na derivação
especial do barramento a
montante (Canalis) ou nos
painéis de controle.
Quadro de
distribuição
Redução das perturbações por meio de:
• contatores específicos para
capacitores com resistores de
atenuação integrados
Banco de
capacitores
• filtros de bobinas para contatores.
Filtros de indutores/capacitores reduzem a distorção
harmônica na linha de alimentação causada por alguns
inversores de frequência.
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Dispositivos de Proteção
contra Surtos (DPS)
1
8
Qual é a aparência de um
Dispositivo de Proteção contra
Surtos (DPS)?
Zoom:
Tecnologia de
cartucho
O DPS é composto por
um varistor ou um tubo
de gás.
Versão cartucho iPRD 3P+N
iQuick PRD 3P+N
• DPS versão cartucho:
• Tecnologia combinada:
Com varistores integrados em cartuchos
conectáveis, para facilitar a manutenção.
O disjuntor de desconexão integrado isola
automaticamente o DPS quando seus
cartuchos precisam ser substituídos.
Desta forma, o desconector oferece
continuidade do serviço para o restante da
instalação.
Como um DPS funciona?
Varistor: sua resistência
diminui quando a tensão
aumenta.
Tubo de gás: um arco
condutor surge entre os
eletrodos acima de uma
determinada tensão.
O DPS atua como uma válvula:
• Ele está fechado (alta impedância) quando
a tensão é normal (U = Un).
Carga a
ser
protegida
Desconector
DPS
• Ele é aberto (condutor)
em caso de surto.
U > Un
> 230 VCA, mas não destrutiva
L
U = Un
230 VCA
L
Carga a
ser
protegida
Um desconector é
um disjuntor
dedicado que isola o
circuito do DPS
quando o cartucho
do varistor chega ao
fim da sua vida útil
ou durante a
manutenção.
O que acontece quando
a tensão principal excede
a “tensão máxima
permanente"
(Uc do DPS)?
A corrente de surto é desviada diretamente à
terra e, assim, o pico de tensão é reduzido
para um valor não perigoso para a instalação
elétrica, a qual é cabeada em paralelo.
Após um determinado número de surtos,
dependendo da sua intensidade, o varistor
será curto-circuitado e precisará ser
substituído. A informação é geralmente
fornecida por um indicador mecânico
disponível no frontal do cartucho.
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Aplicações dos
Dispositivos de Proteção
contra Surtos
2
10
Quais meios de proteção selecionar?
1
Circuitos de alimentação CA
Implementação
O DPS e seu desconector são conectados
entre o disjuntor de entrada (geralmente ao
bloco de distribuição) e o barramento terra.
Uma vez que o surto de tensão estará limitado
entre esses dois pontos, os circuitos da
máquina estarão protegidos.
Placa do painel
de controle
Corrente
de
descarga
Disjuntor de entrada
Bloco de distribuição
Desconector
DPS
Barramento terra
Circuitos de controle da máquina
e de energia
Dica do especialista
A impedância do circuito do desconector + DPS deve ser a mais baixa possível. As ligações dos cabos
devem ser as mais curtas possíveis para assegurar o menor pico de tensão residual durante o fluxo de
corrente. 50 cm de cabo por fase asseguram uma tensão residual ≤ 500 V, o que é aceitável.
Escolha de...
Tipos de DPS CA de acordo com o risco
Área muito exposta ou
edificação equipada com
um para-raios (mesmo no
caso de uma linha de
energia subterrânea).
Edificação com rede
elétrica aérea total ou
parcial.
Contra surtos residuais
regenerados automaticamente
que surgem ao longo de 20-30
metros de um cabo conectado
a um quadro já protegido.
> Risco muito alto
> Risco normal
> Risco muito alto e normal
Classe I
Classe I+II
DPS Classe I / I+II
De preferência
instalar o DPS no
quadro principal.
Classe II
Classe III
DPS Classe II
DPS Classe III
Sozinho ou como
complemento de um
DPS classe I. Instale
o DPS no quadro
principal ou no
quadro secundário
Como um complemento
de um DPS Classe I+II
ou Classe II. A ser
posicionado próximo à
carga a ser protegida.
Desconector do DPS
É escolhido na oferta indicada pelo
fabricante do DPS, visando assegurar a
sua coordenação elétrica com a
proteção a montante conhecida ou
presumida.
Assim, o acionamento durante raios
será evitado.
Graças à tecnologia combinada, a
seleção de um desconector separado
não é mais necessária.
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Foco em...
Regras para cabeamento de um DPS CA em um
painel de controle de máquina
Exemplo em um:
Exemplo em um:
Quadro Pragma de plástico
Painel metálico Prisma Plus
Entrada
Bloco de
distribuição DPS
1
Entrada
2
3
Barramento
terra primário
Área para
compontentes de
proteção e controle
1
Barramento
terra secundário
Terra
Terra
1
L1 (cabo L mais longo)
≈ 12 cm
2
L2 (ligação interna)
≈ 0 cm
3
L3 (cabo de terra do DPS)
≈ 5 cm
O chassi metálico é
utilizado como um
condutor
1
Conecte o cabo com uma
arruela de pressão para
garantir um contato
perfeito.
Essa solução só é possível
com painéis que atendam
à norma
ABNT NBR IEC 60439-1.
L1 + L2 + L3 < 50 cm
Os Dispositivos de Proteção contra Surtos da Schneider Electric para aplicações CA
• Coordenação elétrica perfeita entre o
desconector e o DPS.
• Cabeamento mais rápido.
• A segurança é mantida uma vez que o
desconector é ativado em caso de cartucho
defeituoso ou ausente.
• Desconexão rápida do DPS antes do teste
dielétrico da distribuição ou placa de controle.
12
A tecnologia
iQuick PRD 40r
oferece
desempenhos
melhores do que
a tecnologia
tradicional.
iQuick PRD 40r 3P+N
(ref. A9L16294)
2
Circuitos de tensão muito
baixa
DPS iPRI de 4 canais
protegendo as entradas
de um controlador:
Sensor eletrônico
ENTRADA
SAÍDA
Cabo blindado
DPS em série
ENTRADA
Controlador
lógico
programável
1
Princípio de cabeamento de um DPS para uso
em série.
2
4 sensores binários com polaridade comum são
protegidos por um DPS iPRI de 4 canais.
3
2 sensores analógicos ou linhas de dados sem
polaridade comum são protegidos por um DPS
iPRI de 4 canais.
SAÍDA
iPRI
ENTRADA SAÍDA
iPRI
iPRI – 4 canais
(ref. A9L16339)
Dica do especialista
Instale o DPS no painel de controle, próximo do bloco de terminais do sensor.
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Guia de escolha
3
14
Para selecionar:
O DPS de acordo com a tensão do circuito
Alimentação CA
Classe I + II (+ desconector)
Classe II
Classe III
Alto risco. Para uma única máquina em Risco normal, para proteção da máquina.
um abrigo isolado e exposto (bomba,
turbina eólica...).
Para proteção complementar da máquina quando
uma proteção global Classe I ou II já é fornecida
pela distribuição elétrica.
Icc máx.: 10 kA
Icc máx.: 10 kA
C120N - 80 A
Icc máx.: 10 kA
iPRF1 12.5r
iQuick PRD 20r
1P+N (ref. A9L16632) 1P+N (ref. A9L16295)
3P
(ref. A9L16633) 3P
(ref. A9L16296)
3P+N (ref. A9L16634) 3P+N (ref. A9L16297)
Derivação de proteção
contra surtos comum
iQuick PRD 8r
Derivação de proteção
contra surtos comum
Canalis KN (ref. KNBQPRD)
Canalis KS (ref. KSBQPRD)
1P+N (ref. A9L16298)
3P
(ref. A9L16299)
3P+N (ref. A9l16300)
Canalis KN (ref. KNBQPF)
Canalis KS (ref. KSBQPF)
Alta tensão CC
Tensão muito baixa CA/CC
Gama de DPS para cabos de
alimentação, de sensores ou de dados
que passam junto a condutores de alta
tensão ou ao ar livre.
Gama de DPS para
linha de
telecomunicação
analógica,
compatível com
ADSL.
DPS CC para
gerador fotovoltaico
Tensão máxima permanente: 53 VCC – 37 VCA
Corrente de linha máxima: 300 mA
iPRI
Tensão máxima permanente:
180 VCC – 130 VCA
iPRC
Tensão máxima permanente:
600 VCC para 16434 – 1000 VCC para 16436.
PRD40r 600CC PRD40r 1000CC
4 canais (ref. A9L16339)
1 canais (ref. A9L16337)
(ref. 16434)
(ref. 16436)
Contatores e supressores para atenuação de
surtos de chaveamento
Contatores para
bancos de
capacitores
Módulos supressores
para bobinas de contator
A bobina do contator
gera transientes durante
o chaveamento. Eles
podem ser absorvidos
por um módulo supressor
ligado em paralelo.
Os capacitores são chaveados em 2 fases:
• Fase 1: contatos auxiliares fechados, os
resistores de atenuação (cabos brancos
resistivos) limitam a corrente de chamada.
Gama LC1D.K:
contatores de 3 polos para
chaveamento de
capacitores
• Fase 2: menos de 1 segundo depois, os
contatos principais são fechados, encurtando
os resistores de atenuação.
A corrente total flui.
LA4D.., LAD4…
módulos supressores para
contatores TeSys D
Vários tipos de
supressores (RC,
varistores, diodos
volantes) para escolher
de acordo com a tensão
CA ou CC e aumento
aceitável do tempo de
abertura do contator.
15
Links úteis
Entendendo os princípios de proteção, projetando sistemas
de proteção
Escolhendo o DPS adequado
http://www.schneider-electric.com.br
http://www.electrical-installation.org/wiki/Protection_against_voltage_surges_in_LV
Documentos úteis
Projetando uma rede de distribuição de acordo
com as normas IEC
Electrical
installation guide
According to IEC international standards
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Tel.: 0800 7289 110
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