O que é TOV e por que este parâmetro é tão importante em um DPS?

Descargas atmosféricas, operações cotidianas como partida e parada de motores, e chaveamentos das concessionárias e subestações locais são fontes geradoras de surtos elétricos. Para evitar que estas causem danos e degradação precoce aos equipamentos, os DPS devem ser aplicados nas instalações elétricas. O princípio de funcionamento de um DPS, na teoria, é bem simples:

1. Em condição normal de operação do circuito elétrico, a grande impedância interna do DPS evita a passagem da corrente nominal do circuito, se comporta como uma chave aberta.
2. Toda vez que a tensão entre os terminais do DPS supera o valor Uc, rompe-se esta impedância e ocorre a condução da corrente nominal do circuito, se comportando como uma chave fechada.

Ao focar no conceito 2, nota-se uma pequena questão: o DPS vai conduzir toda vez que a tensão superar os valores estabelecidos para Uc. Isto pois, na prática, outros fatores além de surtos elétricos podem causar a elevação da tensão além do limite de isolação de um DPS, por exemplo:

• Falta (perda) de neutro em uma instalação;
• Mistura de linhas de tensão (comum durante tempestades, quando fios de alta tensão podem ser derrubados sobre fios de média ou baixa);
• Oscilações de tensão em função da variação da carga local;
• Operações com banco de capacitores;
• Tensão desregulada ou má regulação da tensão;
• Acionamento de fornos elétricos a arco ou equipamentos com mesmo princípio de funcionamento;
• Fluxos de correntes desbalanceados;
• Baixa qualidade da energia entregue pela concessionária.

Algumas dessas causas são raras, especialmente se as instalações elétricas são bem cuidadas. Entretanto, outras independem da vontade dos eletricistas locais, visto que podem acontecer no trajeto da concessionária, por exemplo.

De qualquer modo, por que isto seria um problema? O DPS conduzir uma sobretensão temporária deveria ser algo fantástico, visto que também protegeria os equipamentos elétricos a jusante deste efeito.

Embora pareça algo positivo, na verdade não é. Antes de explicar tecnicamente, é preciso elucidar dois conceitos: transitório e temporário. O primeiro é um efeito de curta duração, passageiro, como os surtos elétricos. Por sua vez, o segundo é um efeito finito que pode durar de alguns segundos até vários minutos, como um rompimento de neutro, que levará algum tempo para ser reparado. Assim, podemos definir que:

• Sobretensões transitórias são finitas e duram em média alguns microssegundos.
• Sobretensões temporárias são finitas e duram de segundos a minutos.

E onde entram os DPS nesses conceitos? Os DPS são fabricados com objetivo de desviar surtos elétricos, logo, estão preparados para conduzir altas correntes em um curto período. Vamos supor que um DPS seja construído para desviar até 20 surtos com uma intensidade qualquer e duração de 1 microssegundo, sem estragar. Agora imagine que o mesmo DPS seja submetido a um novo ‘surto’ de mesma intensidade, mas com a duração de 1 segundo (este ‘surto’ na verdade é uma sobretensão temporária). Seria como se o DPS atuasse 1.000.000 de vezes!

E detalhe, o DPS irá chegar ao final de sua vida útil bem antes da sobretensão temporária acabar. Assim, ao criar um caminho de baixa impedância, poderá gerar outros problemas para o circuito (arcos elétricos e incêndios, por exemplo), caso seu mecanismo de desconexão não seja de alta qualidade. Está claro que a sobretensão temporária é um problema para todos os DPS instalados no circuito elétrico geral. Felizmente, a norma NBR IEC 61643-11 – que traz os requisitos básicos para construção de um DPS – prevê este tipo de problema por meio de um parâmetro pouco conhecido: TOV (ou UT).

O termo TOV vem da abreviação do inglês “Temporary Overvoltage”. Seu parâmetro demonstra o comportamento do DPS quando submetido a um ensaio de sobretensão temporária. São feitos ensaios com vários tempos pré-definidos: 200 milissegundos, 5 segundos e 120 minutos.

A tensão utilizada no ensaio é o resultado da multiplicação de fatores pré-estabelecidos por esta norma (Anexo B) com a tensão de ensaio de referência Uref (Anexo A), em que esta considera o modo de proteção do DPS, a tensão nominal da rede e o valor máximo permitido para as flutuações da rede. Por exemplo, para 5 segundos a tensão de ensaio deverá ser 1,32 x Uref e para 120 minutos este valor aumenta para √3 x Uref.

Após este ensaio a capacidade de TOV de um DPS pode, resumidamente, ser classificada em 3 resultados:

• A falha insegura, que significa que o DPS não resistiu ao valor de sobretensão temporária e também não conseguiu desconectar-se do circuito sem causar danos a sua integridade. Normalmente, nesta situação, o DPS também é considerado reprovado no ensaio e não consegue certificação para ser comercializado.
• A falha segura (safe failure), que significa que, apesar de não resistir ao valor de sobretensão temporária, o DPS consegue desconectar-se do circuito sem causar danos ou prejudicar seu funcionamento.
• A suportabilidade (withstand), que significa que o DPS não se danificou durante o ensaio de sobretensão e continua operacional, podendo de forma segura exercer sua função de descarregador de surtos. O DPS também não terá impacto no comportamento da rede em sobretensão, ou seja, ele será indiferente para o circuito, como se não existisse.

Bons produtos devem trazer em suas fichas técnicas seus comportamentos durante sobretensões, permitindo aos projetistas e compradores avaliarem a durabilidade desta solução.

Figura 1: Exemplo de comportamento de DPS durante uma sobretensão. Fonte: DEHN.

Especialmente no Brasil, onde é comum que o sistema elétrico passe por muitas oscilações de tensão, ter um DPS com uma boa característica de TOV pode representar uma grande economia a longo prazo, uma vez que estes terão uma durabilidade maior que as soluções com um TOV inferior. Vale lembrar que alguns fabricantes sugerem aumentar o valor de Uc para contornar este problema de sobretensão temporária, algo que não é indicado por dois motivos:

• Normalmente Uc maiores trazem consigo um Up maior;
• Não é interessante deixar que a tensão eleve muito antes de desviar os surtos, pois isto pode comprometer a durabilidade do equipamento a jusante.

Em seu próximo projeto, lembre-se: um DPS com um bom comportamento perante as TOV, munido de testes e certificados de qualidade, traz segurança e longevidade às instalações elétricas.

*Nikolas Lemos
Coordenador de Suporte DEHN da Termotécnica Para raios.