Causas das sobretensões transitórias

O que é exatamente uma "sobretensão transitória"? Como aparecem as sobretensões transitórias? Como se formam sobretensões transitórias nos seus equipamentos e sistemas? Já se deverá ter perguntado certamente sobre estas questões. As páginas seguintes apresentam informações completas sobre a área da tecnologia de proteção contra sobretensão.

Causas

As sobretensões transitórias aparecem por uma fração de segundo. Por isso, também são chamadas de tensões transitórias ou picos de tensão transitórios. Têm tempos de subida muito curtos de poucos microssegundos antes de voltarem a descer lentamente num intervalo de tempo de até 100 microssegundos.

As sobretensões transitórias surgem na sequência dos seguintes acontecimentos:

A expressão técnica para uma descarga atmosférica é LEMP. Significa Lightning Electromagnetic Pulse.

As descargas atmosféricas durante uma trovoada provocam sobretensões transitórias extremamente elevadas. Estas são muito mais elevadas do que as que surgem devido a ocorrências de comutação ou descargas eletrostáticas. No entanto, são muito menos comuns comparativamente a outras causas.

As ocorrências de comutação são designadas com a abreviatura SEMP. Esta expressão significa Switching Electromagnetic Pulse.

Neste contexto, entende-se por ocorrências de comutação o acionamento de máquinas potentes ou curto-circuitos na rede de distribuição de energia. Neste tipo de fenómenos, ocorrem grandes mudanças de corrente nos respetivos cabos em apenas frações de segundo.

A abreviatura ESD significa Electrostatic Discharge e designa uma descarga eletrostática.

Quando os corpos se aproximam ou entram em contacto com um potencial eletrostático diferente, ocorre uma transmissão de carga elétrica. Um exemplo bem conhecido é a descarga de uma pessoa que carrega enquanto caminha por um tapete e descarrega num objeto metálico ligado à terra, como uma rampa metálica.

Tipos de acoplamento

As sobretensões transitórias podem surgir nos circuitos de diferentes maneiras. Estas são referidas como tipos de acoplamento.

Acoplamento galvânico (à esquerda), acoplamento indutivo (no centro) e acoplamento capacitivo (à direita)

Acoplamento galvânico (à esquerda), acoplamento indutivo (no centro) e acoplamento capacitivo (à direita)

É assim que se designam as sobretensões transitórias que acoplam diretamente num circuito. Estas são observadas, por exemplo, em descargas atmosféricas. Assim, as elevadas amplitudes de corrente da descarga atmosférica provocam uma sobretensão transitória na resistência de ligação à terra do respetivo edifício.

Todos os cabos que estão ligados à compensação de potencial central recebem esta tensão. Também nos condutores de corrente da descarga atmosférica ocorre uma sobretensão transitória. Esta deve-se sobretudo à parte indutiva da resistência do cabo devido a grandes picos de corrente. Assim, a base de cálculo é a lei da indução magnética: u0 = L x di/dt.

Este processo ocorre mediante o campo magnético de um condutor de corrente de acordo com o princípio do transformador. Uma sobretensão transitória diretamente acoplada provoca um pico de corrente no respetivo condutor com elevados valores de subida.

Em simultâneo, surge um forte campo magnético em torno deste condutor, à semelhança do que acontece com o enrolamento primário de um transformador. O campo magnético induz uma sobretensão transitória noutros cabos que se encontram no seu campo de ação, como no enrolamento secundário de um transformador. A sobretensão transitória acoplada chega ao equipamento ligado através da passagem de cabos.

Este acoplamento é realizado, em princípio, através do campo elétrico entre dois pontos com elevada diferença de potencial. Mediante a derivação de um descarregador, surge um elevado potencial devido a uma descarga atmosférica. Forma-se um campo elétrico entre a derivação e outras peças com menor potencial.

Podem ser, por exemplo, cabos da fonte de alimentação e a transmissão de sinal ou equipamentos dentro do edifício. Isso leva a um transporte de carga através do campo elétrico. Tal provoca uma subida da tensão ou uma sobretensão transitória nos respetivos cabos e equipamentos.

Sentido de ação das sobretensões transitórias

As sobretensões transitórias aparecem nos circuitos afetados em dois sentidos.

Tensão longitudinal (à esquerda) e tensão em modo normal (à direita)

Tensão longitudinal (à esquerda) e tensão em modo normal (à direita)

As tensões longitudinais [UL] ocorrem em caso de interferência por sobretensões transitórias ou tensões parasitas de alta frequência entre os condutores ativos e a terra. Também se utilizam os termos "assimétrico" e "common mode".

As tensões assimétricas comprometem, em primeiro lugar, os componentes que se situam entre os potenciais ativos e uma ligação à terra, bem como o isolamento entre os potenciais ativos e a terra. Provocam relâmpagos nas peças do invólucro ligadas à terra existentes nas placas ou equipamentos sob tensão.

As tensões em modo normal [UQ] ocorrem em caso de interferência por sobretensões transitórias ou tensões parasitas de alta frequência entre os condutores ativos de um circuito. Também se utilizam os termos "simétrico" e "differential mode".

As sobretensões transitórias simétricas comprometem a entrada de tensão e de sinal dos equipamentos e das interfaces. Provocam uma sobrecarga direta com destruição dos respetivos equipamentos na fonte de alimentação ou dos componentes processados pelo sinal.

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