Estudo detalhado sobre sistemas DR e DPS

UNIVERSIDADE ESTÁCIO DE SÁ
ENGENHARIA ELÉTRICA
DIANA MOTTA DOS SANTOS
HUGO CATALDI COSTA
SISTEMAS DE PROTEÇÃO: ESTUDO DETALHADO
SOBRE OS DISPOSITIVOS DR E DPS
RIO DE JANEIRO
2018

DIANA MOTTA DOS SANTOS
HUGO CATALDI COSTA
SISTEMAS DE PROTEÇÃO: ESTUDO DETALHADO
SOBRE OS DISPOSITIVOS DR E DPS
Trabalho de conclusão de curso
apresentado à Universidade Estácio de
Sá, como requisito parcial para a
obtenção do grau Bacharel em
Engenharia Elétrica.
ORIENTADOR: Prof. M.Sc. Ricardo Edson Lima
RIO DE JANEIRO
2018

Dados Internacionais da Catalogação na Publicação (CIP)
C367s Costa, Hugo Cataldi
Sistemas de proteção: estudo detalhado sobre os
dispositivos DR e DPS. / Hugo Cataldi Costa; Diana Motta dos
Santos. - Rio de Janeiro, 2018.1.
92 f. il.; 30 cm.
Inclui 1 CDROM
Trabalho Monográfico (Bacharelado em Engenharia Elétrica) -
Universidade Estácio de Sá, 2018.1.
Bibliografia: f.87-89
1.Proteção do sistema elétrico. 2.Sobretensão 3.DPS/DR
II. Título.
621.38
CDD

“A maioria das pessoas pensam no
sucesso e no fracasso como opostos,
mas eles são ambos produtos do mesmo
processo. ”
Roger von Oech

DEDICATÓRIA
Dedico ao meu marido Marcus por sua compreensão, companheirismo,
paciência, conselhos, incentivos, dicas para meu desenvolvimento emocional e por
sempre estar ao meu lado durante todo esse processo de formação.
À minha mãe Berenice, pelas palavras de incentivo, pela força dada em cada
etapa desse processo e por me ouvir com tanta paciência e carinho.
Ao meu pai Olivelton que foi a chave fundamental nessa formação, por
sempre ter me motivado a estudar, a lutar pelos meus objetivos, por ter chorado
comigo quando entrei na faculdade, por ter dito que eu era capaz e que tinha
orgulho pela formação que escolhi para a vida, e mesmo ele tenha falecido antes
que essa etapa da minha vida tivesse acabado, dedico à sua memória.
Diana Motta dos Santos
Dedico este trabalho a Deus, pois só através da fé eu pude duvidar, sofrer,
lutar, confiar e depois acreditar em algo que não era tangível.
Ao meu pai William que me mostrou que uma das coisas mais importantes na
vida é o conhecimento e que sem ele fica quase impossível alcançar qualquer coisa.
À minha mãe Penhita que me ajudou a seguir em frente, sempre me
oferecendo pequenos momentos de carinho e paz, quando todo o resto estava um
caos.
À minha esposa Thaisa por ter me ensinado que não preciso me apoiar em
ninguém, pois a força para conseguir qualquer coisa e para levantar em momentos
de fraqueza está em mim mesmo.
Hugo Cataldi Costa

AGRADECIMENTOS
Primeiramente gostaríamos de agradecer ao nosso orientador Ricardo Lima
que nos ajudou durante toda execução deste trabalho, nos fornecendo materiais e
auxiliando no desenvolvimento do mesmo;
Ao professor Gilberto Rufino pelas dicas e críticas efetuadas com intuito de
sempre darmos o nosso melhor, bem como a instituição de ensino Universidade
Estácio de Sá e todo seu corpo docente, que com muita competência nos
prepararam para esse momento;
A todos os professores integrantes da banca examinadora, de todo o coração o
nosso mais sincero, obrigado;

RESUMO
O uso de dispositivos de segurança, como, DR e DPS evita que estruturas e
equipamentos sofram danos, no entanto, os danos causados indiretamente pelos
raios, choques e também surtos de corrente ou tensão estão se tornando cada vez
mais preocupantes, tanto para os usuários como para as seguradoras. O presente
estudo apresenta o levantamento e avaliação sobre sistemas de proteção DR e
DPS, com o objetivo de apresentar instalações elétricas seguras, obedecendo as
diretrizes da NBR5410. Foram apresentados estudo sobre o funcionamento destes
dispositivos com o propósito de apresentar soluções práticas evitando assim que
sobretensões causem danos nos diversos equipamentos cujos valores financeiros
imensuráveis, e muitas vezes, são maiores que os danos do próprio custo dos
equipamentos atingidos. Assim são demonstradas, nesse trabalho, algumas formas
de como instalar e como usar corretamente os protetores de surtos e os protetores
de corrente de fuga, especificamente, nos casos de sistemas de segurança DR e
DPS. Com isto, foram sugeridas algumas propostas para melhorias nas instalações
elétricas e de processos na área de segurança em eletricidade.
Palavras-chave: DPS. DR. Proteção do sistema elétrico. Sobretensão.

ABSTRACT
The use of safety devices such as DR and DPS prevents structures and equipment
from being damaged, however, damages caused indirectly by lightning, shocks, and
current or voltage surges are becoming increasingly worrying for both users as for
insurers. The present study presents the survey and evaluation of DR and DPS
protection systems, with the objective of presenting safe electrical installations,
obeying the guidelines of NBR5410. A study was presented on the operation of these
devices with the purpose of presenting practical solutions, thus avoiding that surges
cause damages in the various equipment whose immeasurable financial values, and
often, are greater than the damages of the own cost of the equipment reached. In
this work, some ways of installing and correctly using surge protectors will be
demonstrated, specifically in the case of DR and DPS security systems. With this,
some proposals were suggested for improvements in electrical and process
installations in electricity security.
Keywords: DPS. DR. Protection of the electrical system. Overvoltage.

LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 Fonte de energia, carga, chave, e fios de interligação................................18
Figura 2 apresenta um esquema de uma instalação elétrica residencial. .................20
Figura 3 Disjuntores monopolar, bipolar, tripolar e tetrapolar....................................21
Figura 4 Tipos de Fusíveis ........................................................................................22
Figura 5 SPDA modelo Franklin e gaiola de Faraday ...............................................24
Figura 6 Formas de onda normalizadas....................................................................26
Figura 7 Ensaio Corrente de fuga .............................................................................27
Figura 8 Reações fisiológicas do trajeto de corrente da mão esquerda aos pés
..................................................................................................................................30
Figura 9 Zona tempo/corrente do trajeto de corrente da mão esquerda aos pés......30
Figura 10 Não há percurso de corrente.....................................................................31
Figura 11 Esquema TN-C .........................................................................................33
Figura 12 Esquema TN-S.........................................................................................33
Figura 13 Esquema TN-C-S......................................................................................34
Figura 14 Esquema TT com ponto de aterramento único .........................................34
Figura 15 Esquema TT com ponto de aterramento distinto para as massas ............34
Figura 16 Esquema IT...............................................................................................35
Figura 17 Dispositivo diferencial residual ..................................................................37
Figura 18 Soma vetorial de circuito trifásico..............................................................38
Figura 19 Dispositivo DR ideal simplificado ..............................................................39
Figura 20 Componentes do Dispositivo DR ..............................................................40
Figura 21 Resumo tipos de DR baseados no modo de funcionamento ....................41
Figura 22 Curva de atuação de dispositivos .............................................................42
Figura 23 Curvas dos dispositivos DR ......................................................................44
Figura 24 Interruptor DR, disjuntor DR e módulo acoplável ......................................46
Figura 25 Esquemas de ligações padronizadas........................................................52
Figura 26 Esquema DPS ideal antes da atuação......................................................53
Figura 27 Esquema DPS ideal durante a atuação ....................................................54
Figura 28 Antes e depois da atuação de um DPS em uma linha de energia ............55
Figura 29 Analogia DPS curto circuitantes e não curto circuitantes..........................56
Figura 30 Centelhador a gás.....................................................................................56
Figura 31 Simbologia centelhadores.........................................................................57

Figura 32 Representação de Centelhador a gás.......................................................57
Figura 33 Comportamento de funcionamento simplificado de GDT..........................58
Figura 34 Simbologia e varistor de varistor ...............................................................59
Figura 35 Representação de óxido de zinco .............................................................59
Figura 36 Gráfico característico V x I de um varistor.................................................60
Figura 37 Comportamento de funcionamento simplificado de um varistor................60
Figura 38 Simbologia diodos de avalanche...............................................................61
Figura 39 Termistor PTC e Simbologia .....................................................................62
Figura 40 Tipos de DPS ............................................................................................62
Figura 41 Comportamento simplificado DPS por comutação....................................63
Figura 42 Comportamento simplificado da tensão se no DPS por comutação .........64
Figura 43 Simbologia e comportamento simplificado DPS combinado em série.......64
Figura 44 Simbologia e comportamento simplificado DPS combinado em paralelo..65
Figura 45 Zonas de proteção contra surto (LPZ).......................................................67
Figura 46 Mapa de densidade de raios no Brasil ......................................................72
Figura 47 Recomendação de uso de DPS em relação a existência de SPDA..........74
Figura 48 Coordenação de DPS em cascata ............................................................75
Figura 49 Esquema para seleção de dispositivos de proteção .................................79
Figura 50 Cálculo de tensão de proteção eficaz para DPS com varistores...............80
Figura 51 Ligação em paralelo e ligação de entrada e saída....................................81
Figura 52 Ligação em V-Shape.................................................................................81
Figura 53 Instalação correta do DPS ........................................................................82
Figura 54 Esquema de instalação para DPS em sistemas TN-C e TN-S..................83
Figura 55 Esquema de instalação para DPS em sistemas TT ..................................83
Figura 56 Esquema de instalação para DPS em sistemas IT sem neutro distribuído
..................................................................................................................................84
Figura 57 Esquema de instalação para DPS em sistemas IT sem neutro distribuído
..................................................................................................................................84
Figura 58 Esquema de coordenação entre DPS e DR em sistema TT monofásico..85
Figura 59 Circuito com DPS instalado em um dos endereços pesquisados. ............92

LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Limites tempo-corrente para atuação dos DRs conforme IEC 61008 e......43
Tabela 2 Resumo das Classes para redes monofásicas ..........................................70
Tabela 3 Equivalência de nomenclatura ...................................................................70
Tabela 4 Influências externas e características dos componentes em função das ...73
Tabela 5 Recomendação de uso de DPS em relação a nível ceráunico e................73
Tabela 6 Tensão de impulso requerida .....................................................................76
Tabela 7 Valor mínimo de Uc em função do aterramento .........................................76
Tabela 8 Catálogo de DPS Classe I com características elétricas............................77
Tabela 9 Método de cálculo de In para DPS Classe II ..............................................77
Tabela 10 Catálogo de DPS Classe II com características elétricas.........................78
Tabela 11 Coleta de Dados Residenciais .................................................................90

LISTA DE QUADROS
Quadro 1 Resumo dos tipos dos dispositivos DR .....................................................45
Quadro 2 Catálogo de dispositivos DR .....................................................................49
Quadro 3 Resumo de coordenação entre DR ...........................................................50
Quadro 4 de distribuição padrão IEC .......................................................................52

SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO 16
1.1 OBJETIVOS ....................................................................................................16
1.1.2 Objetivos Específicos ...................................................................................16
1.2 JUSTIFICATIVA ..............................................................................................17
2 REFERENCIAL TEÓRICO 18
2.1 ELEMENTOS BÁSICOS DAS INSTALAÇÕES DE BAIXA TENSÃO..............18
2.2 PROTEÇÃO ....................................................................................................20
2.2.1 Disjuntores Termomagnéticos.....................................................................20
2.2.2 Fusíveis..........................................................................................................22
2.2.3 Tipos de fusíveis ...........................................................................................23
2.2.4 Sistemas de proteção contra descargas atmosféricas..............................23
2.3 ACIDENTES E ANORMALIDADES EM SISTEMAS ELÉTRICOS..................25
2.3.1 Pulsos nos Sistemas de Força.....................................................................25
2.3.2 Tipos de onda e geradores de onda ............................................................25
2.3.3 Efeitos dos pulsos de tensão nos sistemas elétricos................................26
2.3.4 Corrente de fuga............................................................................................26
2.3.5 Curto Circuito ................................................................................................28
2.3.6 Efeitos da corrente de fuga nos equipamentos elétricos ..........................28
2.4 CHOQUE ELÉTRICO......................................................................................28
2.4.1 Efeitos da corrente elétrica no corpo humano ...........................................29
2.5 ATERRAMENTO DE SISTEMAS ELÉTRICOS...............................................31
2.5.1 Esquemas de Aterramentos.........................................................................32
2.5.2 Aterramento tipo TN......................................................................................32
2.5.3 Aterramento tipo TT ......................................................................................34
2.5.4 Aterramento tipo IT .......................................................................................35
2.5.5 Aterramento de neutro..................................................................................35
3 DISPOSITIVO DIFERENCIAL RESIDUAL (dispositivo DR).........................37
3.1 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO DISPOSITIVO DR ...........................37
3.1.1 Funções Principais.......................................................................................39
3.1.2 Características Construtivas........................................................................39
3.1.3 Tipos de Dispositivo DR................................................................................40
3.2 ESPECIFICAÇÕES DO DR ............................................................................46
3.2.1 Variações do dispositivo DR ........................................................................46

3.2.2 Tipos de Aterramento em que o dispositivo DR é aplicável.....................47
3.2.3 Dimensionamento e Seleção do Dispositivo DR .......................................47
3.3 COORDENAÇÃO ENTRE DRs EM UMA INSTALAÇÃO ................................49
3.3.1 Em Relação aos disparos indesejáveis e imunidade a transitórios ........50
3.3.2 Instalações Típicas.......................................................................................51
4 DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO CONTRA SURTOS (DPS)........................53
4.1 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO...............................................................53
4.1.1 Características Construtivas.......................................................................55
4.2 TIPOS DE DPS ..............................................................................................62
4.2.1 Tipos de aterramento em que o DPS é aplicável.......................................65
4.2.2 Zonas de proteção a surto..........................................................................65
4.2.3 Especificações do DPS...............................................................................67
4.2.3.1 Parâmetros elétricos ……………………………………………………………..67
4.3 CLASSIFICAÇÃO DO DPS...........................................................................69
4.3.1 Projeto de implementação do DPS ............................................................71
4.4 SISTEMA DE PROTEÇÃO............................................................................78
4.4.1 Instalações Típicas......................................................................................79
4.4.2 Método de instalação..................................................................................81
4.4.3 Conexão com a instalação elétrica de acordo com o aterramento.........82
4.4.4 Integração com DR.......................................................................................84
4.5 NORMA E EXIGÊNCIA EM OUTROS PAÍSES..............................................85
5 CONCLUSÃO.................................................................................................86
REFERÊNCIAS..........................................................................................................87
APÊNDICE A ─ Coleta de Dados Residenciais.....................................................90

16
1 INTRODUÇÃO
Os sistemas de proteção, por IDR (Interruptor Diferencial Residual) e DPS
(Dispositivo de Proteção Conta Surtos, tem por função principal proteger as
instalações elétricas e as pessoas contra choques elétricos e sobrecorrentes.
Esses dispositivos devem ser dimensionados de forma correta, de acordo
com suas classes. O uso dos mesmos é obrigatório de acordo com as Normas
estipuladas pela ABNT, através da NBR 5410.
O sistema de proteção DR oferece proteção contra choques elétricos, por
contato direto ou indireto, nas instalações elétricas. O DPS tem a finalidade de
realizar a proteção contra sobretensões. Tais dispositivos, quando corretamente
instalados, minimizam os prejuízos às instalações.
Este estudo se propõe a apresentar a importância desses equipamentos nas
instalações, assim como suas funcionalidades, características construtivas,
instalações típicas, diagramas de instalação, tipos de classes de proteção e um
estudo de caso.
1.1 OBJETIVOS
Apresentar um documento que contenha análise extensiva sobre o dispositivo
diferencial residual (DDR) e dispositivo de proteção contra surtos (DPS), em
sistemas de energia de baixa tensão, de modo que o mesmo sirva como guia de
implementação em projetos de instalação elétrica, para engenheiros e técnicos da
área.
1.1.2 Objetivos Específicos
Apresentar estudo da ação da tensão e curtos-circuitos em equipamentos
elétricos e os efeitos da corrente elétrica no corpo humano.
Analisar os sistemas de proteção contra descargas atmosféricas (SPDA), os
sistemas de aterramento, as características construtivas, componentes e princípio de
funcionamento dos dispositivos DR e DPS;
Propor um guia didático para desenvolvimento de projetos com dispositivos
DR e DPS.

17
1.2 JUSTIFICATIVA
O que motivou a execução deste trabalho foi a necessidade de compilar o
material disponível sobre dispositivos DR e DPS, apresentando conceitos, definições
e métodos, para a aplicação em circuitos elétricos. A pesquisa é pertinente por se
apresentar de forma objetiva sob a forma de um guia prático para estudantes de
engenharia e técnicos, cuja elaboração foi baseada em textos acadêmicos e de
fabricantes. Deste modo, informações básicas, que auxiliarão na implementação e
na instalação dos DR e DPS estarão disponíveis aos profissionais e técnicos da
área.

18
2 REFERENCIAL TEÓRICO
Neste tópico são abordados, os elementos básicos das instalações de baixa
tensão. As proteções por Disjuntores eletromagnéticos, fusíveis e sistema de
proteção contra descargas atmosféricas. Os acidentes e anormalidades em sistemas
elétricos como: os pulsos no sistema de força, tipos de onda, geradores de onda,
efeitos dos pulsos de tensão nos sistemas elétricos, corrente de fuga, curto circuito,
efeito da corrente de fuga nos equipamentos elétricos. Choque elétrico e
aterramento de sistemas elétricos.
2.1 ELEMENTOS BÁSICOS DAS INSTALAÇÕES DE BAIXA TENSÃO
Para utilizar a energia elétrica, no acionamento de um dispositivo é
necessário transportá-la por fios, que devem ser ligados entre a fonte energética e o
aparelho.
Esses fios são chamados de FASE e NEUTRO (circuito monofásico) ou
FASE, FASE e NEUTRO (circuito bifásico) nos circuitos de corrente alternada
chamados de “CA”, e positivo (+) e negativo (-), no caso de circuitos em corrente
contínua “CC”. Tal é necessário para que a corrente saia do gerador, entre na carga
e retorne pelo outro fio de volta ao gerador, realizando um percurso fechado.
Os dispositivos que fornecem energia são chamados de geradores e os que
recebem de receptores ou carga. (newtoncbraga.com.br, 2018). O circuito mais
simples é formado pelos quatro elementos, apresentados na Figura 1.
Figura 1 Fonte de energia, carga, chave, e fios de interligação
Fonte: brasilescola.uol.com.br (2018)

19
A corrente só flui por um circuito ligando os aparelhos, se este estiver
fechado. Neste caso, a intensidade da corrente elétrica é a mesma antes e depois
de cada dispositivo. Quando alguma parte do circuito se encontrar aberta, o caminho
se interrompe e a corrente para de fluir deixando os aparelhos desligados.
Em uma edificação, onde os circuitos são em CA, quando é preciso ligar um
dispositivo deve-se conectar dois ou três fios que transportam energia elétrica aos
equipamentos através do cabo de força. Esses fios são chamados de “fase, neutro e
terra”, em circuitos monofásicos, ou fase, fase e terra”, em circuitos bifásicos. Os
circuitos trifásicos utilizam três fases, um neutro e um terra, totalizando cinco fios.
Neste texto, iremos tratar dos sistemas com três fios (monofásico).
Dos três fios presentes nos sistemas monofásico ou bifásico, dois deles são
responsáveis por criar um percurso fechado que faz com que a energia entre na
carga por um lado e saia pelo outro, fazendo o dispositivo funcionar. Os fios que
exercem esta função são denominados de fase e neutro.
O fio terra tem a função de proteção, tanto para os equipamentos, tão quanto
para os usuários. Uma instalação elétrica pode ser dividida em quatro partes sendo
elas: alimentação, proteção, manobra e carga, todas interligadas pelo meio de
condução da energia elétrica que são os fios ou cabos. A alimentação é a fonte de
energia do sistema. É fornecida pela concessionária local em três opções:
monofásico, bifásico ou trifásico, dependendo da carga contratada pelo cliente. A
manobra é feita por interruptores ou botoeiras que ligam ou desligam os
equipamentos.(SILVA JUNIOR, 2018)
Segundo a faecpr.edu.br, as cargas são os equipamentos que serão
conectados a instalação, tais como: televisores, micro ondas e vídeo games. A
proteção é executada por fusíveis, disjuntores termomagnéticos, dispositivos
diferenciais residuais e dispositivo de proteção contra surtos.

20
Figura 2 apresenta um esquema de uma instalação elétrica residencial.
Fonte: arcoir.com.br, (2015)
2.2 PROTEÇÃO
A ABNT NBR 5410 diz que, para garantir uma instalação elétrica segura, é
necessário a utilização de dispositivos de segurança para a proteção dos circuitos,
tanto para choques, sobretensões ou sobrecorrentes. O sistema de proteção de uma
instalação elétrica é composto, principalmente, pelos seguintes sistemas e
dispositivos: SPDA (Sistemas de Proteção contra Descargas Atmosféricas),
disjuntores termomagnéticos, fusíveis, dispositivos DR (Diferenciais Residuais) e
dispositivos DPS (Dispositivos de Proteção contra Surtos).
2.2.1 Disjuntores Termomagnéticos
Segundo a SIEMENS (pg. 4, 2016), no catálogo de mini disjuntores, “Os
disjuntores termomagnéticos são utilizados para proteger os cabos e condutores,
que compõem uma rede de distribuição de energia elétrica, contra os efeitos de
sobrecargas e curtos-circuitos. Estes dispositivos de proteção atendem à norma
NBR NM 60898-2004, que constitui a base para sua fabricação e certificações.

21
“De acordo com a norma, são especialmente projetados para serem
manipulados por usuários leigos, ou seja, para uso de pessoas não qualificadas em
eletricidade e para não sofrerem manutenção (normalmente instalações residenciais
ou similares), sendo esta a diferença fundamental em relação aos outros dispositivos
que atendem outras normas, que prestam especial atenção às instalações e
equipamentos, considerando que os operadores serão pessoas especializadas’’.
Figura 3 Disjuntores monopolar, bipolar, tripolar e tetrapolar
Fonte: Siemens, (2016)
Basicamente, ele oferece dois tipos de proteção, uma térmica e outra
magnética. Tais dispositivos possuem uma lamina bi metálica responsável pela
proteção térmica, e um indutor, responsável pela proteção magnética. De acordo
com Barbosa (2016), os disjuntores possuem quatro tipos de curvas características
para desarme, dependendo dos equipamentos usados nos circuitos protegidos.
Curva B
O disjuntor curva B desarma entre 3 e 5 vezes a corrente nominal (In). Ou
seja, se você está usando um B2 (Curva B, In=2 A), ele só desarmará entre 6 e 10
A. É recomendado usá-lo em cargas resistivas, como chuveiros e lâmpadas
incandescentes, em que a corrente de partida não é tão grande.
Curva C
O disjuntor curva C é o mais usado, mais econômico e com uma sensibilidade
mediana. Atuam entre 5 e 10 vezes a corrente nominal. Então, um disjuntor de 6 A

22
vai desarmar entre 30 e 60 A. São largamente usados em cargas mistas como
lâmpadas fluorescentes, transformadores e cargas.
Curva D
O disjuntor curva D é o menos sensível da norma. Estes equipamentos só
atuam entre 10 e 20 vezes a corrente nominal (In), ou seja, se você está usando um
D10 (Curva D, In=10 A), ele só desarmará entre 100 e 200 A. É recomendado para
cargas com características indutivas.
Curva Z
São os disjuntores mecânicos mais sensíveis, desarmam ente 2 e 3 vezes a
corrente nominal, ou seja, um disjuntor de 2 A, vai desarmar entre 4 e 6 A. São
indicados para cargas eletrônicas, circuitos que não podem ter grandes
sobrecorrentes.
2.2.2 Fusíveis
Os fusíveis são dispositivos de proteção simples e econômicos e, por isso,
amplamente utilizados. Encontrando-se presentes em instalações residenciais, em
automóveis, em equipamentos eletrônicos, máquinas, entre outros.
Os fusíveis se destinam à proteção contra correntes de curto-circuito ou
contra sobrecargas de longa duração. Sua atuação ocorre devido à fusão de um
elemento elo fusível por efeito Joule, em função da brusca elevação de corrente no
circuito, e estão representados na Figura 4.
Figura 4 Tipos de Fusíveis
Fonte: mecânica industrial, (2018)

23
2.2.3 Tipos de fusíveis
 Fusível em cilindro de vidro: Proteção entre 0,5 a 30 mA, aplicações em
equipamentos eletrônicos;
 Fusíveis de efeito rápido: São empregados em que não há variação
considerável de corrente entre a fase de partida e a de regime normal de
funcionamento. Esses fusíveis são ideais para a proteção de circuitos com
semicondutores (diodos e tiristores)
 Fusíveis de efeito retardado: São apropriados para uso em circuitos cuja
corrente de partida atinge valores muitas vezes superiores ao valor da corrente
nominal e em circuitos que estejam sujeitos a sobrecargas de curta duração. São
usados em circuitos como motores elétricos, como cargas indutivas e com as
cargas capacitivas em geral.
 Fusíveis NH: Suportam elevações de tensão durante um certo tempo sem
que ocorra fusão. São fusíveis de efeito retardo mais usados, assim como o
DIAZED. Eles são empregados em circuitos sujeitos a picos de corrente e onde
existam cargas indutivas e capacitivas.
Sua construção permite valores padronizados de corrente que variam de 6 A
1000 A. Sua capacidade de ruptura é sempre superior a 7k A, com uma máxima de
500 V.
 Fusível DIAZED (ou D): Pode ser de ação rápida ou retardada. Os de ação
rápida podem ser usados em circuitos com motores e capacitores, sujeitos a picos
de corrente. Esses fusíveis são construídos para valores de, no máximo,
200 A. Sua capacidade de ruptura é de 70 kA, com uma tensão de 500 V.
2.2.4 Sistemas de proteção contra descargas atmosféricas
O Sistema de proteção contra descargas atmosféricas ou SPDA tem a função
de neutralizar o aumento de gradiente de potencial elétrico, entre o solo e as
nuvens, ou caso seja inevitável a queda de um raio na sua região de atuação, criar
um caminho preferencial e seguro para a descarga elétrica. Vale ressaltar que o
SPDA não protege os equipamentos no interior da edificação.

24
De acordo com Pereira (2014), o sistema é composto pelos captores, cabos
de descida e pelo aterramento. Os captores podem ter um ou mais pontas, até um
total de quatro. Os materiais de que são feitos incluem o latão, o bronze e o aço
inoxidável.
As descidas devem ser contínuas, com todas as emendas soldadas. Os
cabos devem ser equalizados a cada 20 m para evitar a falta de simetria dos cabos.
Além disso os condutores devem ficar distanciados a 50 cm das esquadrias e devem
ser isolados por eletroduto rígido quando atingirem uma altura de 3 m. Antes do
sistema de aterramento, deve existir uma caixa de inspeção cuja a finalidade é
possibilitar a medida da resistência do solo, como o apresentado na Figura 5.
Figura 5 SPDA modelo Franklin e gaiola de Faraday
Fonte: BONH, (1998)
Além dos métodos citados, ainda podem ser usadas as estruturas metálicas
existentes, como telhados metálicos, que podem substituir os captores e a própria
armação metálica das colunas e vigas da construção. As referidas estruturas são
todas interligadas de modo a oferecer um caminho equipotencializado para a
descarga de um raio.
De acordo com o tipo de edificação a ser protegida, o SPDA será projetado
com diferentes níveis de proteção que vão de 1 a 4, com o valor sendo inversamente
proporcional a eficiência do sistema. O método de proteção pode ser feito por
associação de captores Franklin ou por gaiola de Faraday. O método por captor
Franklin consiste na instalação de uma ou mais hastes verticais ao longo da
construção, enquanto que no outro método a edificação fica protegida por uma

25
armação metálica. Em ambos os casos, o número e as normas para descidas são os
mesmos.
2.3 ACIDENTES E ANORMALIDADES EM SISTEMAS ELÉTRICOS
Eventualmente ocorrem acidentes ou interferências que alteram a
normalidade do sistema elétrico. Dois destes eventos podem causar prejuízos
financeiros e ferimentos aos seres humanos: os pulsos que alteram as formas de
onda de tensão e corrente, e as correntes de fuga, pulsos, surtos, transientes ou
sobretensões, que são variações bruscas de energia.
2.3.1 Pulsos nos Sistemas de Força
Os pulsos de tensão, que ocorrem no sistema energia, podem ter origem
interna, como manobra de grandes cargas, ou externa, ação direta ou indireta de um
raio, e são do tipo elétrico ou eletromagnético.
Os do tipo elétrico são denominados de Descarga Eletrostática ou
Electrostatic Discharge (ESD), pulso gerado descarga ou indução eletrostática.
Os pulsos eletromagnéticos ou Electromagnetic Pulses (EMPs) podem ser
classificados de acordo com a sua origem sendo eles: Os gerados por raios,
Lightning Electromagnetic Pulse (LEMP), os originados por picos de tensão devido a
manobras nos circuitos Switching Electromagnetic Pulse (SEMP) e os com origem
em explosões nucleares, Nuclear Electromagnetic Pulse (NEMP).
2.3.2 Tipos de onda e geradores de onda
Os pulsos que atingem os sistemas de energia, são oriundos de diversas
fontes e são modelados de forma diferente, de acordo com a origem e a intensidade.
Existem 3 tipos principais de forma de ondas utilizadas para simular transientes de
tensão: 10/350 µs, 8/20 µs e combinado de 1,2/50 µs com 8/20 µs.
O primeiro número representa o tempo de subida, enquanto que o segundo o
tempo descida da forma de onda. A onda com tempo 10/350 µs apresenta maior
energia e simula o primeiro impacto de um raio. A onda com forma 8/20 µs modela o
comportamento de surtos de tensão induzidos, como o impacto indireto de um raio.
A onda combinada é gerada artificialmente por um aparelho chamado “gerador

26
combo” que produz simultaneamente um pulso de tensão sem carga com tempo de
subida e descida de 1,2/50 µs capaz de transmitir uma corrente com forma de onda
de 8/20 µs, apresentado na Figura 6.
Figura 6 Formas de onda normalizadas
2.3.3 Efeitos dos pulsos de tensão nos sistemas elétricos
De acordo com Siemens (2017) “As sobretensões transitórias, causadas por
descargas atmosféricas (raios) ou manobras de circuitos, são causa mais frequente
da queima de equipamentos eletrônicos, tais como: televisões, computadores e
eletrodomésticos.
Além de queimar os aparelhos, os transientes também criam a “ferrugem
eletrônica” que é imperceptível, até que ocorra uma falha ou queima do
equipamento. Age corroendo os traços que permitem o fluxo de corrente nas placas
de circuito eletrônico, o que pode ocasionar perdas de dados em computadores,
falhas em placas, entre outros. (FIGUEIREDO 2014).
2.3.4 Corrente de fuga
Normalmente definida como o fluxo de corrente anormal ou indesejada em um
circuito elétrico devido a algum tipo de fuga. A corrente de fuga ocorre quando a
mesma passa a fluir para fora desse circuito original sendo escoada para outras

27
massas. Em um circuito por exemplo monofásico, no qual temos a fase e o neutro, o
neutro passa a ter corrente quando o circuito estiver em funcionamento. Quando no
circuito existe uma outra via de passagem para a corrente e a mesma deixa de fazer
o percurso original, ocorre a fuga de corrente elétrica.
As situações típicas onde pode ocorrer a fuga de corrente são:
 Nas “emendas” de fios e cabos realizados com isolamento inadequado ou
imperfeito.
 Erros na ligação das instalações.
 Danificação ou desgaste da isolação dos condutores durante a instalação da
fiação ou cabeamento por tubulações.
 Compartimentos (caixas de passagens) que acumulam água, não tendo a sua
vedação adequada.
 Fixação e montagem inadequada de luminárias, lustres, spots ou qualquer
outro equipamento de iluminação.
 Defeito de componentes em circuito ou aparelho
 Contato direto com a instalação energizada
 Contato indireto quando por exemplo ouve uma fuga para a carcaça do
equipamento
Figura 7 Ensaio Corrente de fuga
Fonte: Certificação ANVISA - NBR IEC 60601-1
De acordo com Celpe, (2016), até mesmo as paredes que “esquentam”
próximo dos interruptores ou aquelas que costumam dar choque quando tocadas
podem indicar uma possível fuga de corrente. Além do aumento no consumo, essas

28
fugas podem elevar até mesmo o risco de choque, perda de equipamentos e
incêndios”.
2.3.5 Curto Circuito
Curto-circuito são chamados desta forma pois representam o caminho mais
curto que a corrente elétrica utiliza ao circular um circuito.
Um curto-circuito ocorre quando a resistência elétrica em um circuito é muito
pequena e a corrente elétrica que o atravessa atinge uma intensidade muito
elevada. Esse aumento na corrente elétrica causa uma grande liberação de energia
e, consequentemente, um superaquecimento dos condutores. (TEIXEIRA, 2017)
Ainda segundo Teixeira (2017), a dissipação instantânea de energia que
ocorre em um curto-circuito pode gerar faíscas e explosões, ocasionando vários
danos nos circuitos elétricos, além de poder originar incêndios devastadores em
residências e indústrias.
2.3.6 Efeitos da corrente de fuga nos equipamentos elétricos
Uma das principais causas da corrente de fuga nos equipamentos acontece
quando há falha no isolamento do mesmo. Um equipamento apresenta uma certa
resistividade e, em consequência capacidade de conduzir corrente por meio dele.
Mas quando a resistividade do equipamento é alta, a corrente de fuga deverá ser
baixa, isso se prova pela lei de ohm V=R.I (V= TENSÃO, R= RESISTENCIA E I=
CORRENTE). (TOFFOLI, 2018)
Todavia, se o equipamento estiver com avarias, envelhecido ou até mesmo
danificado, sua resistência se torna menor e uma corrente significativa pode fluir. Já
os Equipamentos eletrônicos, em sua maioria, contêm filtros projetados para
proteger contra os picos e outros distúrbios elétricos.
2.4 CHOQUE ELÉTRICO
Segundo a Siemens (2003) “o choque elétrico é o efeito patofisiológico da
passagem da corrente elétrica pelo corpo humano’’. Ao atravessar o corpo humano,
a corrente elétrica faz os músculos se contraírem até a corrente cessar, no caso da

29
corrente contínua (CC), ou se for um sistema a corrente alternada (CA), os músculos
se contraem a 50 Hz ou 60 Hz.
O corpo humano tem uma resistência média de 100 k Ω (seco) ou 1,5 kΩ
(molhado). Se a tensão for conhecida, a lei de Ohm pode ser usada para calcular a
intensidade da corrente nos dois instantes. Usando como exemplo um sistema de 12
V, a corrente que circulará pelo corpo será de 1,27 mA ou 846 mA.
2.4.1 Efeitos da corrente elétrica no corpo humano
Os efeitos que os choques causam no ser humano podem variar de uma leve
sensação de formigamento, passando por queimaduras, chegando até uma parada
cardíaca, que pode levar à morte. O risco para a saúde causado por um choque leva
em consideração variáveis como: duração, intensidade da corrente e qual parte do
corpo a corrente atravessa.
Podemos dividir os efeitos do choque por limiares, sendo eles: O limiar de
sensação que ocorre a partir de 1mA, nesse instante a corrente começa a ser
percebida.
O limiar de não largar ocorre com correntes que variam de 9 a 23mA, para
homens, e 6 a 14mA, para as mulheres. O limiar de fibrilação muscular, que pode
levar a parada cardíaca é de 30mA.
Após um determinado valor de intensidade de corrente, o corpo humano para
de se contrair e relaxar na frequência da rede elétrica e os nervos passam a ficar
contraídos de forma permanente, que, dependendo do ponto do corpo que entra em
contato com o circuito, faz com que o indivíduo não consiga se soltar, conforme
demonstrado nas Figuras 8 e 9.

30
Figura 8 Reações fisiológicas do trajeto de corrente da mão esquerda aos pés
por intensidade de corrente
Fonte: Siemens (2003).
Figura 9 Zona tempo/corrente do trajeto de corrente da mão esquerda aos pés
Fonte: Siemens (2003).

31
A terra é um ponto de retorno, por este motivo caso a pessoa esteja isolada
da terra, como por exemplo usando um sapato de sola de borracha, um tapete de
borracha ou qualquer outro material isolante, segurando só um dos fios que não seja
o neutro, a corrente não terá como circular e, portanto, não haverá choque.
Sobre essa questão da isolação de sapatos de borracha (Figura 10), é um
assunto que deverá ser estudado mais a fundo pois o mesmo protege até um certo
nível de tensão.
Figura 10 Não há percurso de corrente
Fonte: FAULHABER (2018)
2.5 ATERRAMENTO DE SISTEMAS ELÉTRICOS
De acordo com Pinheiro (2013, pg. 4), o aterramento, pode ser definido como
um sistema que provê à instalação elétrica um potencial elétrico de referência e/ou
um caminho de baixa impedância para escoar as correntes provenientes do contato
acidental ou arco elétrico entre componentes que possuem diferentes potencial
elétrico, com o objetivo de proteger contra choques.
O sistema de aterramento é composto pelos condutores de aterramento, pela
barra de equipotencialização (BEP) ou terminal de aterramento principal (TAP), pela
malha de aterramento e pelos eletrodos de aterramento ou, preferencialmente,
substituindo a malha e os eletrodos de aterramento pela fundação, quando se utiliza

32
a estrutura de aço e concreto da edificação, que possuem boa condutividade quando
em contato com o solo.
2.5.1 Esquemas de Aterramentos
Os esquemas de aterramento classificam todos os tipos possíveis de ligações
que podem o ocorrer entre o condutor de proteção, o condutor neutro e os eletrodos
de aterramento. São utilizadas duas letras, com eventual utilização de uma terceira
ou quarta letra em casos específicos, para definir os esquemas (PINHEIRO, 2013).
A primeira letra representa a forma como a alimentação está ligada à terra,
geralmente o condutor neutro, com as letras T e I representando, respectivamente,
um ponto diretamente aterrado e partes vivas isoladas ou aterradas através de
impedância de valor elevado.
A segunda letra informa o modo como as massas estão ligadas a terra, e
podem ser T ou N significando: que as massas estão diretamente aterradas ou que
as massas estão ligadas a um condutor aterrado. O neutro é o condutor aterrado
nos sistemas de corrente alternada.
A letra adicional, que é utilizada em situações eventuais e tem o objetivo de
indicar a forma que o condutor neutro e o condutor e proteção estão dispostos no
circuito, sendo do tipo C ou S que representa respectivamente: a função de neutro e
proteção em um único condutor (PEN) ou em condutores distintos. Utilizando as
combinações das letras os possíveis tipos de aterramento são os: TN-C; TN-S; TN-
C-S; TT; ITS; ITC. (PINHEIRO, 2013).
2.5.2 Aterramento tipo TN
Conforme a nomenclatura definida no esquema, TN possui um ponto da
alimentação diretamente aterrado e as massas ligadas ao ponto aterrado, através de
condutores de proteção com três variações: TN-C que apresenta condutores de
proteção e de neutro em um único condutor; TN-S com condutores distintos e TN-CS
que apresenta uma parte do circuito com condutores distintos para proteção e neutro
e parte em conjunto.

33
Ao analisar as variações do esquema TN pode-se concluir que, como é
utilizado o mesmo referencial de terra para o condutor neutro e para o condutor de
proteção, as correntes provenientes de curtos ou centelhas entre o condutor fase e o
condutor neutro ou de proteção, que em algumas nomenclaturas são chamadas
correntes de falta, tem a mesma ordem de grandeza. Na Figura 11, está
apresentada desenho esquemático TN-C, segundo (NBR5410/2004).
Figura 11 Esquema TN-C
Fonte: NBR5410 (2004).
De acordo com Siemens (2003, pg.07, Módulo 04), estes esquemas
apresentam corrente de falta com mesma ordem do curto circuito fase-neutro e que
dispositivos de sobre corrente podem ser utilizados como proteção para correntes de
falta a terra se estes forem instalados em todos os condutores fase e contanto que
sejam verificadas as características de atuação dos dispositivos de sobrecorrente na
detecção de falta para terra, para garantir o funcionamento em tais situações.
Conforme Pinheiro (2014), este esquema só pode ser utilizado com
condutores rígidos maiores que 10mm e não pode ser utilizado em equipamentos
portáteis. As Figuras 12 e 13 representam esquema TN-S e TN-C-S, segundo a
NBR5410/20014.
Figura 12 Esquema TN-S
Fonte: NBR5410, (2004)

34
Figura 13 Esquema TN-C-S
Fonte: NBR5410, (2004)
2.5.3 Aterramento tipo TT
O esquema TT, Figuras 14 e 15, apresentam um ponto da alimentação
aterrado e as massas aterradas em locais distintos do aterramento da alimentação
podendo ter aterramento único feito por BEP (Barramento de Equipotencialização
Principal) ou TAP (Terminal de Aterramento Principal).
Figura 14 Esquema TT com ponto de aterramento único
Fonte: NBR5410, (2004)
Figura 15 Esquema TT com ponto de aterramento distinto para as massas
Fonte: NBR5410, (2004)

35
2.5.4 Aterramento tipo IT
De acordo com a ABNT NBR-5410, no esquema IT figura 16, todas as partes
vivas são isoladas da terra ou um ponto da alimentação é aterrado através de
impedância, as massas da instalação são aterradas, verificando-se as seguintes
possibilidades:
 Massas aterradas no mesmo eletrodo de aterramento da alimentação, se
existente;
 Massas aterradas em eletrodo (s) de aterramento próprio (s), seja porque não
há eletrodo de aterramento da alimentação, seja porque o eletrodo de aterramento
das massas é independente do eletrodo de aterramento da alimentação.
Figura 16 Esquema IT
Fonte: NBR5410, 2004.
2.5.5 Aterramento de neutro
A concessionária LIGHT, na cidade do Rio de Janeiro, obriga os seus clientes
a interligarem o condutor neutro no local da caixa de medição ou na proteção geral
de entrada, para o caso de instalações coletivas, a uma malha de aterramento
constituída de uma ou mais hastes interligadas.
De acordo com SIEMENS, (2003, pg. 09, Módulo 04), o aterramento do
neutro provido pelos consumidores alimentados em baixa tensão é essencial para
que seja atingido o grau de efetividade mínimo requerido para o aterramento do

36
condutor neutro da rede pública. Do ponto de vista da instalação o aterramento do
neutro na entrada proporciona uma melhoria na equalização dos potenciais.
Devido as exigências da concessionária, os consumidores de baixa tensão,
no Rio de Janeiro, estão limitados aos tipos de aterramentos iniciados pela letra T.

37
3 DISPOSITIVO DIFERENCIAL RESIDUAL (dispositivo DR)
Os dispositivos a corrente diferencial-residual (DR), fazem parte do sistema
de proteção de uma instalação elétrica e tem por finalidade proteger pessoas e
animais contra choques elétricos, oriundos de contato direto ou indireto. O DR,
representado na Figura 17, detecta correntes de fuga nas instalações e desliga o
circuito imediatamente, evitando acidentes tais como: incêndios, ferimentos em
pessoas, danos a instalações elétricas e perdas no circuito.
Figura 17 Dispositivo diferencial residual
Fonte: Z-COPP (2018)
3.1 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO DO DISPOSITIVO DR
Em um circuito ideal simples a corrente que sai de um polo de gerador é a
mesma corrente que entra pelo outro. Quando existe algum ponto no circuito com
fuga de corrente a corrente que sai fica maior que a corrente que entra. O DR utiliza
este princípio como condição para seus dois estados de funcionamento ativo e
inativo.
O DR funciona como um sensor que avalia a soma das correntes que entram
e saem dos condutores de um circuito. Quando o circuito está em perfeitas
condições, as duas correntes possuem o mesmo valor, a soma delas é zero, o DR
permanece no seu estado inicial de inativo e mantém o circuito ligado. Porém,
quando ocorre uma fuga de corrente, a soma da corrente no dispositivo passa a ser
diferente de zero e este passa para o seu estado de ativo desligando o circuito.

38
Figura 18 Soma vetorial de circuito trifásico
Fonte: GE, (2013)
Para o entendimento de um DR será utilizado o sistema de corrente contínua
e um dispositivo simplificado, apresentado na Figura 19, que pode ser imaginado
como uma caixa que contém um transformador toroidal, um disparador e a uma
chave. Os fios que entram e saem do circuito passam pelo meio do transformador
toroidal e os enrolamentos deste são ligados a um disparador que ativa uma chave
localizada no início do circuito e que normalmente está fechada.
Quando os fios positivo e negativo do circuito que passam por dentro do
toroidal são percorridos por uma corrente, que será denominada I+ para o condutor
positivo e I- para o negativo, geram no núcleo dos transformadores fluxos
magnéticos, com intensidades proporcionais aos valores da corrente de cada
condutor, e com sentidos opostos que resultam em um fluxo total, com intensidade
igual à soma dos dois originais, os fluxos serão chamados de Φ+, Φ- e Φt
respectivamente.
Quando I+ e I- tem mesma intensidade implicam que Φ+ e Φ- também
possuem a mesmo valor fazendo com que Φt seja igual a zero, a ausência de fluxo
no núcleo faz com que a corrente induzida no circuito do disparador seja igual a
zero, mantendo o disparador inativo. Nos casos em que as correntes I+ e I- são
diferentes a soma dos fluxos Φ+ e Φ- resultará em um Φt com valor diferente de
zero, a presença de fluxo no núcleo cria uma corrente induzida no circuito do
disparador que, ao atingir um valor pré-determinado, envia para a chave o comando
de abrir o circuito.

39
Figura 19 Dispositivo DR ideal simplificado
Fonte: Siemens, 2003
3.1.1 Funções Principais
Conforme vimos, o dispositivo DR detecta a soma fasorial das correntes que
percorrem os condutores de um circuito total ou um trecho de circuito, interrompendo
a alimentação se esta soma fasorial ultrapassar um valor pré-estabelecido (COTRIM,
2010).
O objetivo principal do DR é evitar acidentes oriundos de correntes de fuga a
terra, diretas ou indiretas. Esta característica adiciona ao DR funções secundárias
como: prevenção de incêndios, supervisão do no nível de isolamento do circuito,
economia de energia uma vez que qualquer fuga de corrente na instalação pode ser
detectada e sanada, evitando consumo indevido.
3.1.2 Características Construtivas
O dispositivo DR é constituído, basicamente, pelos seguintes elementos:
contatos fixos e móveis, transformador diferencial, disparador diferencial (relé
temporizado).
 Contatos: tem função de permitir abertura e o fechamento do circuito
 Transformador: constituído por um núcleo laminado, de material com alta
permeabilidade magnética. Com número de bobinas primárias, que são iguais e
enroladas do mesmo modo, equivalente ao número de pólos do circuito e uma
bobina secundaria destinada a detectar a corrente diferencial-residual.

40
 Disparador diferencial: É um relé polarizado composto por um ímã
permanente, uma bobina ligada à bobina secundaria do transformador e uma peça
móvel fixada de um lado por uma mola e ligada mecanicamente aos contatos do
dispositivo. Na condição de repouso, a peça móvel permanece na posição fechada,
encostada no núcleo e tracionando a mola. Em condições de funcionamento normal,
o fluxo resultante no núcleo do transformador, produzido pelas correntes que
percorrem os condutores de alimentação, é nulo, e na bobina secundaria não é
gerada nenhuma força eletromotriz. ” (CREDER 2016, pg 155).
 Botão de teste: Os DR’s são munidos de um botão de teste, que gera uma
corrente de fuga interna nos seus terminais, possibilitando verificar se o dispositivo
está funcionando e instalado corretamente.
Figura 20 Componentes do Dispositivo DR
Fonte: Voltmum, (2013)
3.1.3 Tipos de Dispositivo DR
Os dispositivos DR podem ser classificados com base em quatro
características que são: modo de funcionamento, sensibilidade, tipo de corrente de
falta detectável e característica de atuação:

41
Modo de funcionamento: Existem dois tipos: sem fonte auxiliar que utilizam
relés eletromagnéticos e com fonte auxiliar que demandam energia extra para
amplificar o sinal. Este tipo utiliza relés eletrônicos ou mistos.
Os dispositivos que possuem fonte auxiliar ainda podem ser divididos em dois
subgrupos: os dos dispositivos que abrem o circuito no caso de falha na fonte
auxiliar denominados dispositivos “de abertura forçada” e dos que mantém o circuito
ligado em caso de falha, que são mais uma vez subdivididos em dois grupos: os são
capazes de atuar em caso de corrente de fuga e os que não são capazes de atuar
quando ocorre falha na fonte. A Figura 21, demonstra os tipos de DR, conforme seu
funcionamento.
Figura 21 Resumo tipos de DR baseados no modo de funcionamento
Fonte: Revista Eletricidade Moderna (2013)
Além da forma de funcionamento, outra diferença entre os DR’s que possuem
relés eletrônicos e os eletromagnéticos reside no fato que nos eletrônicos é possível
variar a sensibilidade do dispositivo, mudando assim o valor de disparo.
Enquanto no eletromagnético, a força magnética necessária para ativar o relé
ocorre a partir de uma corrente pré-determinada, que é fixa, no eletrônico, é possível
configurar o DR para ativar com qualquer corrente desejável. De acordo com a NBR
5410, os dispositivos sem fonte auxiliar podem ser utilizados em qualquer caso,
porém, os que utilizam fonte auxiliar só são permitidos caso a proteção contra
contatos indiretos seja suprida por outro meio ou em casos que as instalações sejam
operadas, ensaiadas e mantidas por pessoas que sejam advertidas ou qualificadas

42
Sensibilidade: A sensibilidade determina o tipo de proteção a qual o DR foi
destinado, se para proteção de contatos diretos ou indiretos. Por este ponto de
vista, os DR podem ser classificados como de alta sensibilidade que podem ser
utilizados na proteção contra contatos diretos, e os de baixa sensibilidade,
destinados a proteger contra contatos indiretos ou contra incêndio. O valor que
divide esses dois tipos é o de 30 mA, sendo de alta sensibilidade os dispositivos que
atuam até 30 mA e os de baixa que atuam após os 30 mA.
Os dispositivos com baixa sensibilidade podem ser divididos em dois grupos:
destinados a proteção contra contato indireto que é composto pelos DR com
sensibilidade entre 100 mA e 300 mA e os destinados a proteção contra incêndio
que detectam correntes de 500 mA. A Figura 22, apresenta a curva de atuação
desses dispositivos
Figura 22 Curva de atuação de dispositivos
Fonte: Pagotti (2014)
Tipo de corrente de fuga detectável: São normalmente definidos pelos
fabricantes da mesma forma que a IEC 60479-1, dividindo os dispositivos em três
grupos sendo eles: AC, A e B
 Tipo AC: detecta correntes alternadas senoidais e são normalmente
utilizados em instalações elétricas residenciais. Segundo Siemens (2016), “Seu uso
é recomendado em instalações residenciais, comerciais e prediais, como também
em instalações elétricas industriais de características similares.”

43
 Tipo A: Sensível a correntes residuais alternadas e contínuas pulsantes; este
tipo de dispositivo é aplicável em circuitos que contenham recursos eletrônicos que
alterem a forma de onda senoidal.
 Tipo B: Detecta correntes alternadas senoidais, continuas pulsantes e
continuas puras. De acordo com Siemens (2005) “este tipo de dispositivo é aplicável
em circuitos de corrente alternada normalmente trifásicos que possuam, em sua
forma de onda, partes senoidais, meia-onda ou ainda formas de ondas de corrente
continuam geradas por cargas como: equipamentos eletrodomésticos, entre outros’’.
Além dos três tipos apresentados acima, podem ser encontrados em
catálogos de fabricantes variações como o tipo B+ que é uma variação do tipo B e o
tipo F que é uma variação do tipo A, que detecta além das correntes alternadas e
contínuas pulsantes também é capaz de detectar correntes oriundas de inversores
de frequência.
Característica de atuação: Para determinar o tempo de atuação dos DR os
fabricantes utilizam como base o padrão definido pela IEC que usa como variável a
corrente residual de disparo do dispositivo.
Os tipos básicos definidos pela IEC são o tipo G e o tipo S para uso geral e
seletivo, respectivamente. Os dispositivos do tipo G apresentam apenas limites
máximos para atuação, enquanto os do tipo S funcionam dentro de uma faixa de
tempo apresentando limites mínimos e máximos, como apresentado na Tabela 1.
Tabela 1 Limites tempo-corrente para atuação dos DRs conforme IEC 61008 e
IEC 61009
Além dos tipos descritos acima também são encontrados em catálogos os
DRs de curto retardo, na maioria dos casos, aproximadamente, 10ms. Este tipo é

44
denominado de formas diferentes, dependendo do fabricante. Neste texto
utilizaremos a terminologia adotada pela Siemens que chama estes DRs de tipo K.
Figura 23 Curvas dos dispositivos DR
Fonte: FERGÜTZ (2014)

45
O Quadro 1, apresenta os tipos de Dispositivos DRs, segundo catálogo
SIEMENS (2015)
Quadro 1 Resumo dos tipos dos dispositivos DR
–
Fonte: Catálogo Siemens (2015)

46
3.2 ESPECIFICAÇÕES DO DR
Os dispositivos DR apresentam quatro características principais que modelam
o seu funcionamento e que são disponíveis nos catálogos de fabricantes, sendo
elas: Corrente Nominal (In), Corrente Residual Nominal (IΔn), tipo de corrente
detectável e característica de atuação. Além das características básicas, existe
também a corrente residual de não atuação (IΔn0)
 Corrente nominal (In): Corrente que circula pelo circuito em que o dispositivo
está instalado em que o mesmo funciona em condições normais.
 Corrente residual nominal (IΔn): Limite superior de corrente residual em que
o DR atua.
 Corrente residual nominal de não atuação (IΔn0): Limite inferior de
corrente residual em que o DR atua.
3.2.1 Variações do dispositivo DR
Os dispositivos DR são ofertados em vários formatos e podem vir apenas com
o interruptor diferencial residual (IDR), no formato de um módulo acoplável ou em
conjunto um disjuntor de proteção contra sobrecarga e curto-circuito chamado de
Disjuntor DR (DDR), como na Figura 24.
Figura 24 Interruptor DR, disjuntor DR e módulo acoplável

47
3.2.2 Tipos de Aterramento em que o dispositivo DR é aplicável
O funcionamento do DR não necessita de aterramento, mas é bom lembrar
que o aterramento é obrigatório, segundo NBR 5410 que possui um capítulo inteiro
sobre aterramento elétrico e outro sobre dispositivos diferenciais residuais, DR e
DDR.
OBS: Alguns profissionais acabam confundindo dispositivos DRs com
dispositivos para surto DPS e acreditam que o DR precisa de aterramento para
funcionar.
3.2.3 Dimensionamento e Seleção do Dispositivo DR
A NBR 5410 permite duas situações, uma com Dispositivos DR parciais
usados para proteger os circuitos de forma independente. O mesmo protege só o
circuito no qual houve a fuga de corrente, deixando-o desligado ou um DR geral para
toda a instalação. Neste caso, quando ocorre uma fuga de corrente, o seu
desligamento fará com que toda a instalação seja desligada.
A utilização de DRs parciais é preferível ao geral, exceto em casos em que os
quadros de distribuição possuem pouco espaço.
No caso em que o espaço interno não seja suficiente para a instalação dos
DRs, pode-se instalar os disjuntores diferenciais (DDR) que atuará não só quando
houver correntes de fuga, mas também protegendo contra curto-circuitos e
sobrecargas elétricas.
Para a seleção e dimensionamento dos dispositivos DR é preciso levar em
conta o local e finalidade dos circuitos, a corrente nominal (In), a corrente residual
nominal (IΔn), o tipo de corrente detectável e as características de atuação.
No caso do DR, por exemplo, se no circuito estiver um disjuntor de 32 A
instalado, neste caso a corrente do DR deverá suportar no mínimo 32 A. A proteção
não é para proteção do circuito é para proteção interna do DR.
Quanto ao local, de acordo com NBR 5410, os dispositivos são de uso
obrigatório em circuitos que alimentem áreas molhadas em geral, áreas externas e
áreas internas que alimentem equipamentos no exterior. Cozinhas, banheiros,
piscina, garagens e áreas de serviço, são exemplos destes locais.

48
A corrente nominal do dispositivo deve ser a mesma calculada para o
disjuntor de sobrecarga do circuito. A corrente residual nominal deve ser escolhida
levando em consideração o nível de proteção desejado sendo: os de 30 mA
destinados a proteção contra contatos diretos, os de 100 mA a 300 mA destinados a
proteção contra contatos indiretos e os de 500 mA para proteger contra incêndio.
Conforme SIEMENS (2012), a sensibilidade do DR varia de 30 a 500 mA e
deve ser dimensionada com cuidado, pois existem perdas para terra inerentes a
própria qualidade da instalação. O tipo de corrente detectável deve ser feito levando
em conta acorrente gerada pelos equipamentos a serem ligados na instalação.
A característica de atuação deve ser escolhida levando em conta as
interferências elétricas as quais as instalações estão sujeitas e o tipo de
equipamento ligado, conforme apresentado no Quadro 2.

49
Quadro 2 Catálogo de dispositivos DR
Fonte: Siemens (2015)
3.3 COORDENAÇÃO ENTRE DRs EM UMA INSTALAÇÃO
Devido a existência de vários tipos de DRs, mais precisamente da
característica de atuação e da corrente nominal, é possível a instalação de mais de
um DR em um circuito projetando-os para funcionar em momentos distintos.
Para a coordenação entre os DR’s, deve-se respeitar duas regras: Primeiro,
levando em consideração a característica de atuação, os do tipo S devem ser

50
locados a montante, pois atuam com um retardo de disparo. Os Dispositivos DR do
tipo G e K devem ser instalados a jusante do Dispositivo DR principal. Caso seja
desejado um grau maior de seletividade, pode ser instalado um DR tipo K a
montante do tipo G e ambos a jusante do tipo S.
Segundo SIEMENS (2016, pg 04), para projetos típicos com circuitos de
entrada e de distribuição, podem ser utilizados os Dispositivos DR que atuam de
forma seletiva, o que permite que seja desligada somente a parte da instalação que
apresenta falha. O Quadro 3 apresenta um resumo das possibilidades de
coordenação entre DRs, em uma instalação típica.
Quadro 3 Resumo de coordenação entre DR
3.3.1 Em Relação aos disparos indesejáveis e imunidade a transitórios
O DR pode disparar em situações que não configuram falta a terra, sendo que
tais disparos podem ter origem em correntes de fuga permanentes da instalação ou
devido a surtos de energia. As consequências podem variar de apenas um
incomodo, quando o DR desliga um circuito de uma residência devido a uma
corrente de fuga natural à instalação, ou pode causar prejuízos financeiros, tomando

51
como exemplo ilustrativo o desligamento do circuito de um congelador de
supermercado. Seu desligamento também pode acarretar risco à vida humana, nos
casos em que o corte de energia de um circuito pode desligar algum equipamento
médico. Nestes casos, devem ser tomadas medidas para evitar tais disparos.
Com relação as correntes de fuga naturais da instalação, as mesmas devem
ser previstas em projeto e não deve ultrapassar 0,5IΔn, nos setores protegidos pelos
DRs. Para prevenir o desligamento devido a surtos, é recomendável o uso de
dispositivos do tipo K, genericamente, e do tipo S nos locais onde os equipamentos
ligados ao circuito não podem ser desligados, no caso de uma primeira falta a terra.
3.3.2 Instalações Típicas
Os dispositivos DR devem ser instalados em série a montante com o disjuntor
geral e a jusante com os circuitos das instalações elétricas.
Os dispositivos DRs disponíveis no mercado são os bipolares, que são
usados em circuitos fase, neutro ou fase, fase. Os tripolares que são usados em
sistemas fase, fase, neutro ou sistemas trifásicos que não exista a presença de
neutro. E os tetrapolares que são usados em circuitos trifásicos com a presença de
neutro.
O fio de proteção terra nunca poderá passar pelo dispositivo DR. O neutro
não poderá ser aterrado após ter passado pelo interruptor. Devido as variações no
modo de instalação, é recomendado a análise do diagrama apresentado no
dispositivo de acordo com o Quadro 4 e figura 25.

52
Quadro 4 de distribuição padrão IEC
Figura 25 Esquemas de ligações padronizadas

53
4 DISPOSITIVOS DE PROTEÇÃO CONTRA SURTOS (DPS)
Sendo parte componente do sistema de proteção das instalações elétricas, os
Dispositivos de Proteção Contra Surtos, que serão identificados pela sigla DPS a
partir deste ponto, são dispositivos destinados a proteger instalações elétricas
inteiras ou apenas uma parte das mesmas. Tais dispositivos evitam que surtos de
correntes fluam pela instalação, eliminando ou reduzindo e desviando surtos,
transientes ou sobretensões, provenientes de origem interna ou externa, protegendo
humanos e evitando danos e falhas inesperadas que podem ocorrer em aparelhos
elétricos devido a estas anomalias.
Quando instalados em edificações que contenham Sistema de Proteção
Contra Descargas Atmosféricas (SPDA), o DPS tem a função de complementar a
proteção interna do SPDA.
4.1 PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO
Para a facilidade do entendimento, a princípio será utilizado um DPS ideal
como base para o entendimento do funcionamento do dispositivo. Este dispositivo
ideal deve ser imaginado como sendo um invólucro, cujo conteúdo não tem
importância no momento, que será ligado entre um condutor fase e o condutor de
proteção.
O funcionamento do DPS se dá em três estágios. Inicialmente, enquanto os
níveis de tensão são considerados normais, a impedância deste dispositivo é infinita
e podemos considerar o mesmo como uma chave aberta, como na Figura 26.
Figura 26 Esquema DPS ideal antes da atuação
.
Fonte: FINDER, (2012).

54
Quando ocorre um surto, o DPS entra no segundo estágio e a impedância do
invólucro passa de infinita para, aproximadamente, zero ohm. Pode-se considerar,
neste estágio, que sua impedância varia de modo inversamente proporcional a
tensão pois, quanto maior o valor desta, menor será a impedância do dispositivo.
Para facilitar o entendimento, ao ser impactado por um surto (tensão ou
corrente) o DPS passa a ser considerado um curto circuito, fazendo a corrente
proveniente do surto, que fluiria normalmente pela instalação, flua pelo DPS,
mantendo a tensão nos seus terminais constante, como na figura 27.
Figura 27 Esquema DPS ideal durante a atuação
.
Fonte: FINDER, (2012.)
Com o final do surto, entra em cena o terceiro estágio e o valor da impedância
volta a ser infinito, fazendo com que a corrente pare de circular pelos seus terminais
e o DPS volte a sua condição inicial. Em uma situação real, os valores da tensão no
circuito variam em torno de um valor de referência, os DPS são fabricados para
funcionarem com uma faixa de tolerância antes disparar e entrar no segundo
estágio.
Os componentes internos do DPS apresentam impedância muito elevada ou
muito baixa, dependendo do componente utilizado na fabricação, nunca atingindo o
zero ou o infinito. Tal característica faz com que, durante as etapas de
funcionamento o DPS conduza uma pequena corrente de fuga em direção a terra,
quando no estado inativo, ou deixe passar uma parte da sobretensão, quando ativo.
Quando o surto chega ao fim, se a corrente que passou pelo DPS superar um certo
valor, os mesmos podem não conseguir parar de conduzir e retornar ao estado
aberto, por este motivo uma das especificações dos DPS está ligada a esta
característica. A Figura 28 mostra o antes e o depois da atuação de DPS.

55
Figura 28 Antes e depois da atuação de um DPS em uma linha de energia
Fonte: ÁVILA, (2010)
4.1.1 Características Construtivas
Os DPSs são construídos utilizando-se como base dois tipos de componentes
de proteção, com função de suprimir as tensões de surto. Os curtos circuitantes “por
comutação” e os não curto circuitantes “de limitação”.
O princípio do comportamento dos tipos de componentes pode ser entendido
utilizando, os como analogia dois baldes de água como apresentados na Figura 29,
um sem furos e um furado, simbolizando os DPS e o nível de sobretensão. O balde
sem furos segura a água até um limite e depois disso vira, liberando a água contida,
enquanto o balde furado vai enchendo até nível do furo e, após isso, começa a
encher devagar e esvaziar. O balde inteiro seria o DPS curto circuitante que após
um limite de sobre tensão, abre o circuito e drena toda a sobretensão. O balde
furado representa o DPS não curto circuitante que, após um tempo, começa a
escoar uma parte da sobretensão.

56
Figura 29 Analogia DPS curto circuitantes e não curto circuitantes
Fonte: FINDER, (2011)
Os DPSs destinados a proteção de linhas de energia são construídos
utilizando os seguintes componentes: centelhadores (elemento principal do grupo
dos curto circuitantes), varistores, diodos de avalanche e termistores (todos
pertencentes ao grupo dos não curto circuitantes).
 Centelhadores: Construídos, na sua forma mais básica, por dois condutores
separados a uma distância determinada e um dielétrico no meio, ar ou gás.
Quando a tensão nos terminais atinge um certo valor, tensão de ignição,
ocorre um arco elétrico fazendo o dispositivo conduzir.
Figura 30 Centelhador a gás

57
Figura 31 Simbologia centelhadores
De acordo com a FINDER (2012, pg 14), o valor da tensão de ignição não
depende apenas da distância entre os eletrodos, mas também das condições
ambientais: temperatura, pressão e poluição do ar. Isso significa que a tensão de
ignição do arco é muito influenciada, em distâncias iguais, pelas outras variáveis.
Os centelhadores utilizados nos DPS são os do tipo a gás, que contém dois
ou três eletrodos, separados a uma distância determinada. Os mesmos ficam de
imersos em uma ampola contendo um gás raro, como argônio ou neônio. O
centelhadores a gás, figura 32, são chamados de GDT “gás discharge tube” (tubo de
descarga de gás).
Figura 32 Representação de Centelhador a gás
A resistência interna do GDT, figura 33, passa de vários GΩ para menos de 1
Ω, baixa tensão residual, com tempo de resposta na ordem de 100 ns, relativamente
alto para proteger contra surtos de frente rápida. As características elétricas são

58
determinadas pela forma como os componentes se apresentam: a tensão disruptiva
é determinada pela distância entre os eletrodos e a capacidade de suportar
correntes depende da espessura do vidro ou cerâmica.
Caso a corrente que passe pelo Centelhador seja maior que a especificada,
pode ocorrer a destruição do elemento, o que pode acarretar riscos a seres
humanos.
Figura 33 Comportamento de funcionamento simplificado de GDT
Fonte: FINDER, (2012).
Os dispositivos de proteção que utilizam centelhadores são chamados de
“DPS por comutação” devido ao comportamento da tensão nos seus terminais
durante um surto de tensão.
 Varistores: “São fabricados com uma mistura de cerâmica e partículas de
óxido de zinco ou óxido de magnésio sintetizado” FINDER (2012, pg 17). O varistor
se comporta como um resistor variável, cuja variável que influência a resistência é a
tensão, uma inversamente proporcional à outra, logo quanto maior a tensão menor a
resistência. “ Como regra geral, o diâmetro do varistor determina o valor de corrente
de impulso suportável, a espessura, a tensão e a massa a capacidade de energia”
AVILA (2010, pg.3)

59
Figura 34 Simbologia e varistor de varistor
Figura 35 Representação de óxido de zinco
O fato da resistência variar inversamente com a tensão, faz com que o
varistor apresente uma relação não linear entre tensão e corrente.

60
Figura 36 Gráfico característico V x I de um varistor
O varistor, dependendo da substância que for fabricado, apresenta um tempo
de resposta que varia de 1 ns a 25 ns, e está sempre ativo reduzindo tensão, tendo
em vista que o dispositivo é constantemente atravessado por uma pequena corrente
de fuga. De acordo com FINDER (2012, pg.18), os varistores possuem a
característica de manter a tensão nos seus terminais constante enquanto absorve a
corrente proveniente de um surto de tensão. Devido a estas características os
supressores de surto que utilizam varistores são chamados de “DPS de limitação”,
apresentado na Figura 37.
Figura 37 Comportamento de funcionamento simplificado de um varistor
 Diodos de avalanche ou supressores de surto: São diodos que
apresentam um comportamento semelhante ao do diodo zener, porém mais rápidos

61
e com maior capacidade de dissipação de potência. Enquanto a tensão nos seus
terminais não atinge um valor determinado, o diodo permanece sem conduzir.
Entretanto após esse valor ser ultrapassado, e em aproximadamente 1 ns, ele passa
a conduzir mantendo a tensão em seus terminais em 10% acima da tensão nominal.
Se comparado com o Centelhador e o varistor, a capacidade de dissipar energia é
bem baixa, aproximadamente 1500 W, figura 38.
Figura 38 Simbologia diodos de avalanche
Fonte: LIFEUSE, 2018
 Termistores: Utilizado para proteção de linhas telefônicas e dados, o
termistor é um resistor semicondutor sensível a temperatura e a sobrecorrente, com
sua resistência variando de acordo com estas duas variáveis. Podem ser do tipo
PTC “Positive thermal coefficient”, quando a resistência é diretamente proporcional
as variáveis, ou NTC “Positive thermal coefficient”, quando a resistência é
inversamente proporcional.

62
Figura 39 Termistor PTC e Simbologia
Fonte: (FINDER, 2013)
4.2 TIPOS DE DPS
Utilizando para sua construção como base os componentes anteriormente
citados, os DPSs são divididos em três grupos principais, sendo eles: por comutação
ou disparo, por limitação e combinado, apresentados na Figura 40.
Figura 40 Tipos de DPS
Fonte: Finder, 2012

63
 Comutação ou ignição: Dispositivos que utilizam centelhadores como
elemento principal de proteção a surtos. Existem outros componentes que também
fazem essa função.
Os DPS por disparo interrompem a forma de onda de modo abrupto, baixando
rapidamente seus valores de tensão. Apresentam como vantagens: alta capacidade
de descarga de correntes, confiabilidade e isolamento galvânico. As desvantagens
são: a presença de corrente residual e elevada tensão necessária para ativar o
dispositivo.
Figura 41 Comportamento simplificado DPS por comutação
 Limitação: São DPS que utilizam os varistores, ou diodos de avalanche como
elemento construtivo principal, contra transientes de tensão. Os limitadores reduzem
os transientes continuamente. Tem como vantagens: baixo tempo de resposta,
precisão, ausência de corrente residual e baixo valor máximo nos terminais durante
o surto se comparado com os comutadores. As desvantagens: Baixa capacidade de
dissipar potência e falta de isolamento galvânico.

64
Figura 42 Comportamento simplificado da tensão se no DPS por comutação
 Combinado: São construídos utilizando uma combinação em série ou em
paralelo do comutador e do limitador e apresentam as características dos dois tipos,
porém com diferentes comportamentos dependendo do arranjo dispositivo.
Os DPS ligados em série sempre apresentam o centelhador antes do
limitador. O dispositivo não se ativa até atingir a tensão de necessária para criar o
arco no centelhador, após este momento a tensão passa pelo limitador que segura a
queda abrupta do surto de tensão reduzindo os valores continuamente até um nível
menor que o necessário para extinguir o arco. As vantagens são: isolamento
galvânico, ausência de corrente de fuga e ausência de corrente residual.
Como desvantagens apresenta: Elevado valor de tensão para ativação do
dispositivo e baixa capacidade de descarga de corrente, que fica limitada a
capacidade de dissipar potência do varistor, figura 43.
Figura 43 Simbologia e comportamento simplificado DPS combinado em série
Fonte: Finder, 2012
Quando conectados em paralelo, o varistor reage ao transiente mais rápido
que o comutador que vai limitando a tensão até está atingir o valor que ative o

65
comutador que entra em curto drenando a corrente que passa pelo dispositivo
fazendo a tensão do surto cair rapidamente. As vantagens deste tipo de arranjo são:
O acionamento rápido, elevada capacidade de descarga de corrente, baixo valor
para ativar o dispositivo e precisão para acionamento. Tem como desvantagens:
presença de corrente residual e de corrente de fuga.
Figura 44 Simbologia e comportamento simplificado DPS combinado em paralelo
Fonte: Finder, 2012
4.2.1 Tipos de aterramento em que o DPS é aplicável
Como o DPS funciona descarregando as correntes provenientes das
sobretensões para a terra, os dispositivos podem funcionar em qualquer dos tipos de
aterramento possíveis, desde que sejam tomadas as devidas providências, que
serão discutidas mais profundamente no item referente as instalações típicas.
4.2.2 Zonas de proteção a surto
Dividir uma edificação e o espaço em seu entorno em áreas com diferentes
níveis de imunidade eletromagnética, cujas fronteiras são definidas por barreiras,
ajuda a determinar as medidas de proteção contra surtos de tensão necessárias aos
equipamentos nos ambientes do interior e exterior de uma estrutura. A norma
IEC61321-1 denomina estas áreas como zonas de proteção a relâmpago (LPZ)
“Lightning Protection zone.

66
Para entender o conceito, pode-se imaginar uma esfera feita de camadas,
uma dentro da outra. Cada LPZ é uma camada desta esfera, sendo a camada mais
externa desprotegida e cada camada mais próxima ao núcleo tem uma proteção
adicional contra os surtos, em relação a camada anterior.
Ao dividir uma estrutura em zonas, associadas a descarga de um raio, cada
zona é uma LPZ. As zonas começam no entorno da edificação fora do alcance do
SPDA e terminam no local mais protegido, próximo aos equipamentos sensíveis. As
LPZ são definidas levando-se em consideração entre outros parâmetros, pela
intensidade do campo eletromagnético, o valor da corrente do raio e o valor do surto
de tensão. São delimitadas por sistemas de prevenção projetados como o DPS ou
naturais a estrutura como: fachadas metálicas ou de concreto, estruturas metálicas
entre outros.
A divisão das LPZs, de acordo com a norma IEC 61312-1, utiliza uma
nomenclatura composta por números e letras para definir as zonas, sendo elas: 0A,
0B, 1, 2 e 3.
- 0A: Zona externa, fora do alcance do SPDA se houver, com risco de
incidência direta de raio, caracterizada por corrente de raio com valores elevados e
campo eletromagnético sem atenuação.
- 0B: Zona externa com risco de incidência indireta de raio, apresenta baixa
corrente proveniente de surtos e campo eletromagnético sem atenuação.
- 1: Zona interna após a primeira barreira, o campo eletromagnético é atenuado
e a corrente de surto é reduzida.
- 2: Zona interna após a segunda barreira, apresenta campo eletromagnético
muito atenuado e corrente de surto limitada.
- 3: Zona interna, local de conexão, ou interior de equipamentos sensíveis. A
influência dos surtos de tensão é desprezível.

67
Figura 45 Zonas de proteção contra surto (LPZ)
Fonte: FURSE, (2015)
4.2.3 Especificações do DPS
O DPSs possuem características elétricas que determinam, entre outras: a
capacidade de dissipar corrente, a capacidade de atenuar surtos e a sensibilidade
do dispositivo. Tais características determinam em qual classe o dispositivo se
enquadra. O uso das especificações dos DPS, em conjunto com as LPZ e o nível de
resistência a picos de tensão dos componentes dos equipamentos formam um
método para determinar qual DPS deve ser escolhido para cada situação.
4.2.3.1 Parâmetros elétricos
Os DPS possuem parâmetros, que são características elétricas fornecidas
pelos fabricantes, sendo elas: tensão nominal (Un), tensão máxima de operação
contínua (Uc), nível de proteção de tensão (Up), tensão sem carga (Uoc), tensão
residual (Ures), corrente nominal de descarga (In), corrente máxima (Imax), corrente
de impulso (Iimp) e capacidade de descarga de corrente subsequente (Ifi), corrente
de operação contínua (Ic), tempo de reação (Ta).
 Tensão nominal (Un): valor de tensão utilizado como referência, 127/220 V
ou 220/380 V, na qual a tensão da rede pode variar dentro de um limite. De acordo

68
com Finder, (2012 pg 13), no Brasil a variação para o fornecimento de energia,
dependendo da concessionária, é de 10% para mais ou para menos, este dado não
consta nos dados do fabricante do DPS.
 Tensão de operação contínua (Uc): Valor de tensão em que o DPS
funciona no primeiro estágio, sem disparar para o segundo. Para os sistemas TT e
TN, deve ser 10% maior que Un e para sistemas IT Uc ≥ √3 Um.
 Nível de proteção de tensão (Up): representa a capacidade de limitar
sobretensões. Indica o valor máximo de tensão, que aparece nos terminais do DPS,
durante o segundo estágio.
 Tensão sem carga (Uoc): presente apenas em DPS de Classe III, este
parâmetro corresponde ao valor de pico da tensão sem carga do gerador de teste do
tipo combinado, tendo uma forma de onda de 1,2/50 μs, capaz de fornecer ao
mesmo tempo uma corrente com forma de onda de 8/20 μs.
 Tensão residual (Ures): tensão medida nos terminais do DPS durante o
acionamento.
 Corrente nominal de descarga (In): Utilizada para ensaio e classificação,
esta é uma característica dos DPSs tipo II, representa o valor de pico de um pulso
de corrente com forma de onda tipo 8/20 μs. A In também indica a estimativa de vida
do dispositivo que deve suportar no mínimo 15 surtos com este valor. De acordo
com SIEMENS, pg04(2017), uma In elevada oferece maior margem de segurança e
uma vida útil mais longa para o dispositivo.
 Corrente máxima (Imax): Valor máximo de pico do pulso de corrente com
forma de onda curta 8/20 μs, com o qual o DPS funciona, ao menos uma vez, com
segurança, “Geralmente, um surto de corrente no valor de Imax resultará no
funcionamento uma única vez do produto” (SIEMENS, 2017, pg04).
 Corrente de impulso (Iimp): Utilizada para ensaio e classificação dos DPSs
classe I. Corresponde ao valor máximo de pico do pulso de corrente com forma de
onda longa 10/350 μs. “O DPS Classe I (onda 10/350 μs) deve suportar uma
corrente de impulso mínima de 12,5 kA. (COPEL2012, pg07).
 Capacidade de descarga de corrente subsequente (Ifi): Característica
exclusiva dos DPS’s Classe I e Classe I e II, pois são construídos com
centelhadores. Este valor indica a corrente máxima de curto-circuito que o
dispositivo pode interromper sozinho.

69
- Corrente de operação contínua (Ic): Corrente de fuga da ordem de μA que,
dependendo dos componentes construtivos, atravessa continuamente o DPS em
direção a terra.
- Tempo de reação (Ta): Modela o tempo de resposta dos componentes com o
qual o DPS é composto. Como o tempo de resposta não é um número fixo, o valor
da sobretensão é utilizado como variável para determinar o tempo de resposta.
4.3 CLASSIFICAÇÃO DO DPS
O DPSs é classificado de acordo com a sua capacidade de exposição ao
surto, que define a função do dispositivo na instalação elétrica. A norma NBR-IEC:
61643-1 divide os DPSs em três classes, que identificam o tipo de ensaio ao qual o
DPS foi submetido, sendo elas: Classe I, Classe II e Classe III.
- Classe I: Utilizados na indústria, em imóveis comerciais ou de serviços. São
dispositivos robustos que apresentam alta capacidade de exposição aos surtos, com
a finalidade de limitar sobretensões provenientes de descargas diretas de raio, seja
na rede elétrica ou no SPDA. São testados com as formas de onda 10/350 μs para
Iimp e 8/20 μs para In.
Os DPSs classe I devem ser instalados no ponto de interligação com a rede
elétrica e, de acordo com a NBR 5410, as correntes mínimas para este tipo de
dispositivo são de 12,5 kA para Iimp, 60 kA para Imax e 25 kA para In. De acordo
com FINDER (2012, pg.05), os DPSs classe I são dispositivos obrigatórios em
edifícios equipados com para-raios.
- Classe II: Dispositivos feitos para a uso em residências e pequenos imóveis
comerciais e de serviço. Complementam o trabalho dos DPS Classe I reduzindo os
níveis de sobretensão com a finalidade de proteger os circuitos de surtos originados
por descargas indiretas ou de manobra. São testados com forma de onda 8/20 μs,
tanto para definir o desempenho da In quanto da Imax.
Os DPS Classe II são instalados normalmente nos quadros de distribuição e,
conforme a NBR:5410, devem possuir, no mínimo, In de 5 kA e Imax de 13 kA.
- Classe III: Instalados próximos aos equipamentos eletrônicos, são
dispositivos indicados para proteção efetiva de redes elétricas, redes de dados e

70
equipamentos sensíveis. Após os dispositivos de classe inferior absorverem a maior
parte da energia proveniente dos surtos, o DPS Classe III aumenta a proteção da
instalação, eliminando surtos residuais.
Os DPSs desta classe apresentam baixa tensão residual e tempos de reação
curtos, em relação as outras classes. Os testes para este tipo de dispositivo utilizam
geradores combinados que determinam Uoc com onda 1,2/50 μs e In com onda 8/20
μs.
Tabela 2 Resumo das Classes para redes monofásicas
Fonte: ABC Para raios, (2018).
Dependendo do órgão regulador, os DPSs podem ser classificados com
nomenclaturas diferentes, para ensaios equivalentes.
Os catálogos dos fabricantes utilizam como base o sistema de Classe ou um
sistema equivalente, para definir os tipos de DPS. Porém, podem ser encontradas
variações como por exemplo Classe I+II que são dispositivos combinados, capazes
de escoar correntes de Classe I com o nível de proteção da Classe II.
Tabela 3 Equivalência de nomenclatura
Fonte: FINDER, (2012.)

71
4.3.1 Projeto de implementação do DPS
Para a escolha mais adequada do tipo, quantos serão necessários, qual
arranjo e quais as características dos DPS em uma instalação elétrica é preciso o
conhecimento dos parâmetros dos dispositivos, das zonas de proteção contra raios,
do valor de resistência ao impulso de tensão dos equipamentos a serem protegidos
e do tipo de influência externa a qual a edificação e a instalação elétrica estão
sujeitas.
Os primeiros passos para se implementar um sistema de proteção contra
surtos de tensão utilizando DPS são: a avaliação do risco de surtos através da
densidade de raios na região, identificação de um sistema de SPDA ou não na
edificação, identificação do sistema elétrico e pontos de entrada e identificação das
cargas sensíveis. Após as definições iniciais serão definidos: a quantidade e as
classes dos DPS. Por último serão definidos os parâmetros dos dispositivos de
acordo com a classe e com os equipamentos a serem protegidos.
 Nível de ceráunico (Td): valor que corresponde ao número de dias de
tempestade no ano. É encontrado em mapas de densidade de descargas
atmosféricas por região. Quando não apresentado de forma direta, o índice que
aparece nos mapas é o número de descargas por quilômetro quadrado por ano (Ng).
O valor de Td pode ser encontrado através da fórmula (Ng=Td x 0.1).

72
Figura 46 Mapa de densidade de raios no Brasil
Fonte: INPE, 2018
A NBR 5410 utiliza como base um sistema que envolve o índice ceráunico,
em conjunto com as condições da rede de alimentação da edificaçao para definir se
o DPS será ou não utilizado na instalação elétrica. O uso do dispositivo é
recomendado locais com incidência de tempestades superior a 25 dias por ano ou
quando a instalação está propensa ação direta de raios. Circuitos de dados e
telefonia sempre devem ser protegidos por DPS.

73
Tabela 4 Influências externas e características dos componentes em função das
influências
Fonte: ABNT, (2004)
Tabela 5 Recomendação de uso de DPS em relação a nível ceráunico e
características da alimentação
.
Fonte: SIEMENS, (2017)
 Existência de SPDA: Nas instalações que não são protegidas por SPDA é
recomendável o uso de DPS classe 2. Nas que são protegidas é indicada a
utilização de um dispositivo de classe 1 em conjunto com o de classe 2 com o intuito
de absorver a elevação de potêncial de terra gerada durante uma descarga de
energia para o solo pelo SPDA.

74
Figura 47 Recomendação de uso de DPS em relação a existência de SPDA
Fonte: SCHNEIDER, (2014)
 Localização, quantidade e coordenação: Quando for recomendado o uso,
sempre deverá ser instalado pelo menos um DPS na entrada da instalação, fronteira
entre a LPZ0B e a LPZ1. O uso de mais de um dispositivo é previsto quando o risco
de descargas atmosféricas for muito alto. Nesse caso, um segundo DPS deve ser
previsto para absorver o restante de transiente que pode por ventura passar pelo
primeiro. No caso em que as cargas estão a uma distância superior a 30m do
quadro principal deve ser instalado um DPS próximo as cargas sensíveis. A
distância mínima entre os DPS das diversas classes é fornecida pelos fabricantes.
Quando forem previstos mais de um DPS no projeto, estes devem ser
instalados nas fronteiras das LPZ. O DPS Classe I, entre a LPZ0B e a LPZ1, na
entrada da instalação elétrica, o de Classe II entre a LPZ1 e LPZ2, no quadro de
distribuição e o de Classe III entre a LPZ2 e LPZ3, próximo aos equipamentos.
A coordenação dos DPSs deve ser feita em cascata função da capacidade de
suportar a passagem de corrente de cada classe de dispositivo, que é maior nos de
Classe I e vai diminuindo com o aumento da classe. Quando projetados desta forma,
cada dispositivo no arranjo absorve uma parte da energia do surto. A falta de
coordenação na instalação resultaria em um sistema ineficaz. Um DPS de Classe III,
sem a proteção dos de classe inferior, não protegeria a instalação em caso de surto,
pois o dispositivo não suportaria a corrente de descarga.
A figura 48, apresenta as capacidades de absorção de corrente, para cada
Classe de DPS, quando os mesmos são coordenados em cascata.

75
Figura 48 Coordenação de DPS em cascata
Fonte: SCHNEIDER, (2014)
 Parâmetros por classes: todas as classes têm em comum os parâmetros
Un, Up, Uc e In. Os outros parâmetros são exclusivos de algumas classes. A tensão
nominal deve ser definida pela alimentação da concessionária de energia da região.
O nível de proteção deve ser maior que o suportado pelos equipamentos a serem
instalados. Para instalações de baixa tensão em geral, deve ser utilizada a categoria
II da tabela abaixo, o que limita o valor da Up a 1,5 KV nos sistemas alimentados
com tensão de 127/220 V. A tensão de operação contínua deve ser no mínimo 10%
maior que Un, em sistemas TT e TN, e maior ou igual a √3 Un, nos sistemas IT.

76
Tabela 6 Tensão de impulso requerida
Fonte: ABNT, (2004)
Tabela 7 Valor mínimo de Uc em função do aterramento
Fonte: Siemens, 2017.
Nos dispositivos de Classe I as principais características a serem utilizadas na
seleção são a Ip, Uc, Un. As limitações se dão nas correntes que devem ter valores
mínimos de 12,5 KA para Iimp, exceto quando a ligação for entre os condutores
neutro e proteção. Neste caso, Iimp deve ser no mínimo 25 KA, para redes
monofásicas, ou 50 KA para redes trifásicas. Com relação a Ifi, “Deve ser no mínimo
igual a corrente presumida de curto circuito no ponto da instalação do DPS. No caso
de DPS ligados entre Neutro e PE, Ifi ≥ 100 A (valor eficaz) ” (SIEMENS, 2017)

77
Tabela 8 Catálogo de DPS Classe I com características elétricas
Fonte: SIEMENS, (2017)
Os DPS Classe II tem como principal parâmetro a corrente nominal (In)
seguida de Imax, Uc e Un. Os requisitos mínimos para esta classe devem ser de 5
KA, para In, e 13 KA, para Imax. Como a In deve ser suportada pelo menos 15
vezes sem que o DPS apresente algum defeito, a escolha de um dispositivo com um
valor maior de In redundará no aumento da vida útil maior, mantidas as demais
condições de trabalho.
SIEMENS 2017 define uma forma para definir a corrente nominal para
dispositivos de Classe II que consiste na aplicação de uma fórmula que
representadas na análise das Tabelas 9 e 10.
Tabela 9 Método de cálculo de In para DPS Classe II

78
Tabela 10 Catálogo de DPS Classe II com características elétricas
Nos DPS Classe III devem ser observados os valores de Up, Uoc e Un.
4.4 SISTEMA DE PROTEÇÃO
O DPS, eventualmente, pode deixar de funcionar ou funcionar de forma
ineficiente. Em virtude disto, os dispositivos são obrigados, pela NBR 5410, a
possuir um indicador de estado com a função de mostrar se o dispositivo está
funcionando corretamente, ou ser protegido por um dispositivo de proteção à parte.
De acordo com COPEL (2012), “A fim de se evitar que o DPS sofra
degradação devido a impulsos de corrente superior à sua capacidade de
escoamento e até mesmo venha a entrar em curto-circuito, deve ser previsto um
dispositivo de proteção com capacidade de interrupção do curto-circuito presumido
no ponto em que este DPS for instalado”.
Podem ser usados, preferencialmente, fusíveis, disjuntores e disjuntores
diferenciais (cujo uso resulta na perda da eficácia do DPS), como sistema de
proteção contra eventuais curtos que venham a ocorrer no DPS. As ligações destes
dispositivos podem ser feitas na linha, antes do DPS, quando a corrente de curto
circuito presumida for menor que 160 A, e devem ter um dispositivo de proteção
com Icc igual a corrente presumida pelo circuito na linha e outro na derivação com
valor de 160 A que vai ao DPS, conforme figura 49.

79
Figura 49 Esquema para seleção de dispositivos de proteção
Fonte: FINDER, 2012
4.4.1 Instalações Típicas
Para o entendimento do porquê dos métodos de instalação dos DPS, primeiro
deve ser entendido o conceito de proteção eficaz (Upf), que considera entre a fase e
a terra, além da tensão presente entre nos terminais do dispositivo, as quedas de
tensão nos condutores que interligam a fase ao DPS e o DPS ao terra que será
designada como ΔU. O DPS limita a tensão nos seus terminais até o valor de Up,
porém a indutância parasita presente nos condutores cria quedas de tensão, que
não são percebidas pelo dispositivo de proteção, mas que se somam a Up
aumentando o valor do transiente de tensão que passa para a instalação elétrica,
como a queda de tensão é de origem indutiva a variação de corrente determina o
valor da queda de tensão no trecho. Em alguns casos, dependendo da velocidade
do tempo de subida da onda, os valores das quedas de tensão adicionais podem ser
tão altos que chegam anular completamente a funcionalidade do dispositivo.
“Deduzimos, portanto, que fazer ligações muito longas, seja na direção do DPS ou
do equipamento a ser protegido, cria valores de tensão que não podem ser
conhecidos e que vão se somar à Up do protetor de surto, alterando ou mesmo
eliminando a capacidade de proteção oferecida pelo DPS. ” CLAMPER, (2012,
pg.24).

80
Figura 50 Cálculo de tensão de proteção eficaz para DPS com varistores
Na figura 50, apresenta o método de cálculo que serve para os limitadores,
uma vez que o dispositivo está sempre conduzindo e a queda de tensão ocorre
simultaneamente nos condutores e no DPS. Nos centelhadores, a condição inicial de
circuito aberto faz com que a queda de tensão não ocorra simultaneamente. Neste
caso o valor de Upf deve ser escolhido o maior valor entre ΔU e Up.
Devido à presença de ΔU, CLAMPER (2012) recomenda que, para a eficácia
do sistema de proteção, devem ser tomadas as seguintes medidas: o uso de
ligações em paralelo só deve ser feito em casos em que o comprimento dos
condutores seja inferior a 50cm. Quando a distância ultrapassar este valor, a
solução tomada deve ser a tornar os valores de ΔU desprezíveis fazendo uma
ligação de entrada e de saída nos terminais do DPS. Pelo mesmo motivo, os
equipamentos que forem protegidos também devem ser ligados a mesma BEP do
DPS.

81
gura 51 Ligação em paralelo e ligação de entrada e saída
Fonte: ABNT, (2004)
4.4.2 Método de instalação
A ligação de entrada e saída serial chamada de V-Shape deve ser usada
sempre que a corrente nominal da instalação elétrica for inferior a 125 A, caso
contrário deve ser utilizado a conexão em paralelo T-Shape, em ambos os casos a
distância máxima do total dos condutores de entrada e saída não deve ser superior
a 50 cm.
Figura 52 Ligação em V-Shape
Fonte: Finder, 2012

82
A forma ideal para se incorporar um DPS em uma instalação elétrica deve ter o
fio terra que sai do DPS seja ligado a barra equipotencial e que o mesmo seja
separado da fase e do neutro em um conduíte de uso exclusivo.
Figura 53 Instalação correta do DPS
O dispositivo principal de proteção contra surtos pode ser montado a
montante ou a jusante do disjuntor principal.
4.4.3 Conexão com a instalação elétrica de acordo com o aterramento
O primeiro DPS, que deve ficar localizado na entrada da instalação elétrica,
deve ser conectado entre os condutores ativos e o de proteção com algumas
possíveis possibilidades, dependendo do tipo de aterramento do local.
 Aterramento tipo TN: neste tipo de sistema o DPS a ligação deve ser feita
de acordo com o “Esquema de conexão 1” da NBR5410 de 2004 que diz que uma
ligação deve ser feita entre os condutores ativos e DPS e entre o DPS e o condutor
de proteção de proteção ou BEP, a que estiver mais próxima do dispositivo.

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