O que acontece dentro de um protetor contra surtos durante um raio?

O que Acontece Dentro de um Dispositivo de Proteção Contra Surtos Durante um Raio?

Durante um raio, os dispositivos de proteção contra surtos (DPS) desempenham um papel crucial na proteção de equipamentos elétricos contra sobretensões transitórias (ou seja, surtos). Abaixo estão os principais processos e mecanismos que ocorrem dentro de um DPS durante esses eventos:

1. Detecção e Resposta ao Surto

Quando um surto causado por um raio entra no sistema de energia, o dispositivo de proteção contra surtos detecta rapidamente essa tensão anormal. Geralmente, os DPS têm uma tensão de limiar definida; uma vez que a tensão detectada excede esse limite, o protetor ativa seu mecanismo de proteção.

2. Absorção e Dissipação de Energia

Os DPS absorvem e dissipam a energia do surto para evitar que ela chegue aos equipamentos elétricos conectados. Mecanismos comuns de absorção e dissipação incluem:

a. Varistores de Óxido Metálico (VOMs)

• Princípio de Funcionamento: VOMs são materiais resistentes não lineares cuja resistência muda com a tensão aplicada. Sob tensões de operação normais, os VOMs apresentam alta resistência; quando a tensão excede um certo limite, sua resistência cai bruscamente, permitindo a passagem de corrente.

• Dissipação de Energia: Os VOMs convertem a energia elétrica excessiva em calor e a dissipam. Embora os VOMs tenham características de auto-recuperação e possam continuar a funcionar após múltiplos surtos pequenos, eles podem falhar após surtos grandes ou frequentes.

b. Tubos de Descarga de Gás (TDGs)

• Princípio de Funcionamento: TDGs são tubos selados preenchidos com gás inerte. Quando a tensão entre as duas extremidades excede um certo valor, o gás interno ioniza, criando um caminho condutor para a corrente.

• Dissipação de Energia: Os TDGs dissipam a energia do surto através do plasma criado pela ionização do gás e apagam automaticamente o plasma assim que a tensão retorna ao normal, restaurando a isolamento.

c. Diodos de Supressão de Tensão Transitória (DSTs)

• Princípio de Funcionamento: DSTs permanecem em um estado de alta resistência sob tensões de operação normais. Quando a tensão excede sua tensão de ruptura, o diodo muda rapidamente para um estado de baixa resistência, permitindo a passagem de corrente.

• Dissipação de Energia: DSTs dissipam a energia do surto através do efeito de avalanche em suas junções PN internas e são adequados para surtos pequenos de resposta rápida.

3. Divisão de Energia e Aterramento

Os DPS não apenas absorvem a energia do surto, mas também a desviam para linhas de aterramento para reduzir ainda mais o impacto nos equipamentos. Mecanismos específicos incluem:

• Circuitos de Divisão: Os DPS são projetados com circuitos de divisão especializados para direcionar a sobretensão para a linha de aterramento, impedindo que ela entre diretamente nos dispositivos de carga.

• Sistema de Aterramento: Um bom sistema de aterramento é fundamental para garantir o funcionamento eficaz dos DPS. O sistema de aterramento deve fornecer um caminho de baixa impedância para dissipar rapidamente a energia do surto no solo.

4. Recuperação Pós-Surto

Após o evento de surto, o DPS precisa retornar ao seu estado de operação normal. Diferentes tipos de protetores têm diferentes mecanismos de recuperação:

• VOMs: Se o surto não causar danos permanentes ao VOM, ele retornará automaticamente a um estado de alta resistência assim que a tensão se normalizar.

• TDGs: Assim que a tensão retorna ao normal, o plasma dentro do TDG se apaga automaticamente, restaurando o estado isolante.

• DSTs: Após a tensão se normalizar, os DSTs também retornam automaticamente a um estado de alta resistência.

5. Modos de Falha e Proteção

Embora os DPS sejam projetados para lidar com surtos, eles ainda podem falhar em casos extremos. Para garantir a segurança, muitos DPS incluem recursos adicionais:

• Dispositivos de Desconexão Térmica: Quando um VOM ou outro componente superaquece e falha, o dispositivo de desconexão térmica interrompe o circuito para prevenir incêndios e outros perigos.

• Luzes Indicadoras/Alarmes: Alguns DPS vêm equipados com luzes indicadoras ou alarmes para notificar os usuários se o protetor está funcionando corretamente.

Conclusão

Durante um raio, os dispositivos de proteção contra surtos protegem os equipamentos elétricos através das seguintes etapas:

• Detecção de Surto: Identificar situações onde a tensão excede os limites normais.

• Absorção e Dissipação de Energia: Utilizar componentes como VOMs, TDGs e DSTs para converter a energia do surto em calor ou outras formas de energia.

• Divisão para Linhas de Aterramento: Direcionar a sobretensão para as linhas de aterramento para minimizar o impacto nos equipamentos.

• Retorno ao Estado Normal: Após o surto, o protetor retorna ao seu estado de operação normal.

• Proteção contra Falhas: Fornecer medidas adicionais de segurança em casos extremos para prevenir danos adicionais.