Proteção contra sobretensão nos armários de controle de automação industrial

Por Lisa Eitel | 19 de junho de 2021

Instalações automatizadas comandadas por gabinetes de controle industriais dependem dos componentes desses gabinetes para funcionar de maneira confiável, mesmo diante de variações de potência. Esses componentes incluem fontes de alimentação locais, CLPs, registradores de dados, redes e outros equipamentos de comunicação, além de E/S — todos vulneráveis ​​aos efeitos prejudiciais do surto de tensão.

Também conhecidos como sobretensão, os surtos de tensão podem surgir de:

• Eventos abruptos de energia no chão de fábrica, como grandes motores sendo desligados ou ligados • Sobretensões cíclicas causadas por cargas indutivas ou capacitivas desligadas ou ligadas • Variações induzidas pelo sistema nas linhas de distribuição de serviços públicos excedendo uma pequena porcentagem • Eventos externos, como quedas de raios

Sejam sobretensões cíclicas, picos transitórios com duração de alguns microssegundos a milissegundos ou aumentos (ou quedas) de tensão, todas as sobretensões podem causar danos substanciais (e até mesmo falha total) dos componentes do gabinete de controle... bem como das máquinas e equipamentos que dependem desse controle gabinete. Os caminhos para sobretensões nos gabinetes de controle ocorrem ao longo dos condutores de entrada e de saída.

Curto-circuito em um dispositivo de medição após uma sobretensão

É por isso que os protetores contra surtos industriais para proteção contra danos por sobretensão são essenciais. Esses protetores contra surtos são instalados em gabinetes de controle e desviam sobretensões prejudiciais de equipamentos caros e sensíveis... incluindo aqueles conectados para transmissão de sinais digitais e analógicos, bem como energia CC e CA.

O termodispositivos de proteção contra surtos ou SPDs é um termo abrangente que se refere à ampla gama de componentes que protegem os sistemas de automação industrial contra surtos de tensão. Os SPDs restringem a sobretensão transitória e redirecionam as ondas de corrente — para reduzir a magnitude da sobretensão até que ela seja gerenciável e segura. Os dois principais subtipos de componentes do SPD incluem pára-raios e protetores contra surtos.

Pára-raios industriais instalar em subestações de energia da concessionária e em outros locais de redução de tensão… conforme explicado, para proteger o equipamento contra os efeitos de comutação e sobretensão originada por raios. Na verdade, o Código Elétrico Nacional (NEC) define um pára-raios como um dispositivo de proteção capaz de restringir a sobretensão, desviando ou descarregando a corrente de sobretensão - e eliminando o fluxo de corrente, mantendo a capacidade de repetir essas funções para futuras sobretensões. Os pára-raios conectam-se ao equipamento que protegem em paralelo. Isso permite que o pára-raios restrinja os surtos de tensão através do equipamento... e redirecione a corrente elétrica com segurança para o terra.

Os surtos de tensão, conforme definido pela IEEE 1100-2005, incluem aumentos de tensão e transientes. Imagem de controle de sobretensão e subtensão montada em trilho DIN via Shutterstock

Protetores contra surtos industriais também servem para proteger componentes elétricos e eletrônicos contra sobretensão - mas fazem isso restringindo a tensão fornecida aos componentes por curto-circuito ou bloqueio de corrente. Isso, por sua vez, reduz a tensão a um nível seguro. Esses protetores contra surtos industriais permitem que a corrente elétrica apropriada ao projeto flua da fonte para vários componentes industriais conectados. Então, se a tensão da fonte aumentar ou aumentar (e subir acima de um limite aceito), o protetor contra surtos redireciona a eletricidade adicional para o fio de aterramento. Em muitos protetores contra surtos, é um varistor de óxido metálico ou MOV que redireciona o excesso de tensão.

As concessionárias de energia transmitem eletricidade como corrente alternada porque os transformadores podem facilmente diminuir e aumentar essa tensão. O problema é que a energia CA exige a inclusão de equipamentos de qualidade de energia.

Os dispositivos industriais de proteção contra surtos se enquadram em três categorias básicas.

• DPS de baixa tensão • DPS de média tensão • DPS de alta tensão

Os SPDs de alta e média tensão geralmente usam restrição para lidar com sobretensões. Em contraste, os SPDs de baixa tensão adotam três abordagens diferentes.