Varistores: entendendo a proteção contra surtos de tensão

A eletricidade é uma força vital que alimenta nossas casas e empresas, mas com seu poder vem o risco de surtos de tensão que podem danificar equipamentos valiosos. Aqui, entram em cena os varistores, heróis anônimos na proteção contra taios eventos que podem prejudicar todos os seus eletrônicos.

O que são varistores?

Varistores são componentes semicondutores que protegem contra surtos de tensão, alterando sua resistência elétrica em resposta a mudanças na voltagem. Eles são essenciais para garantir a longevidade e o funcionamento seguro de dispositivos eletrônicos.

Tipos de varistores

Os varistores são componentes essenciais na proteção contra surtos de tensão, e sua seleção adequada é crucial para garantir a segurança e a integridade dos equipamentos eletrônicos. Existem vários tipos de varistores, cada um com características únicas que os tornam adequados para diferentes aplicações.

Varistores de Óxido Metálico (MOV)

Os Varistores de Óxido Metálico, conhecidos pela sigla MOV, são os mais utilizados devido à sua capacidade de absorver altas tensões de surto com uma resposta rápida. Eles são feitos de material cerâmico semicondutor, principalmente à base de zinco, que muda sua resistência em resposta a variações de tensão.

Os MOVs são ideais para proteger circuitos eletrônicos em residências e indústrias contra surtos de tensão transientes, como aqueles causados por descargas elétricas ou variações rápidas de carga.

Varistores de Silício (SiC)

Varistores de Silício, ou SiC, são uma alternativa mais antiga aos MOVs e são conhecidos por sua robustez e estabilidade em altas temperaturas.

Embora não sejam tão eficientes em absorver surtos de tensão quanto os MOVs, eles ainda são usados em algumas aplicações específicas que requerem longa vida útil e estabilidade em ambientes adversos.

Os SiC são frequentemente encontrados em sistemas de energia industrial onde a durabilidade é um requisito crucial.

Varistores de Polímero

Os Varistores de Polímero representam uma tecnologia mais recente que combina a proteção contra surtos de tensão com flexibilidade e durabilidade. Eles são feitos de um composto polimérico semicondutor que pode ser incorporado em diversos formatos e tamanhos, tornando-os ideais para aplicações compactas e flexíveis.

Esses varistores oferecem uma excelente proteção contra surtos, ao mesmo tempo em que minimizam o risco de danos causados por altas correntes de surto, tornando-os adequados para proteger equipamentos sensíveis e de alto valor.

Cada tipo de varistor oferece vantagens específicas que os tornam adequados para certas aplicações. A escolha do tipo correto de varistor depende de vários fatores, incluindo a natureza do equipamento a ser protegido, o ambiente operacional e os requisitos específicos de proteção contra surtos de tensão.

Varistores notadamente são usados em proteções contra surtos de tensão, e são componentes que te ajudam em uma grande natureza de projetos. (Imagem: Equipe)

Como o varistor protege contra surtos de tensão?

Varistores atuam como uma barreira de proteção, absorvendo e dissipando a energia dos surtos de tensão, o que previne danos aos circuitos eletrônicos.

Eles são amplamente utilizados em uma variedade de dispositivos, desde eletrodomésticos até sistemas industriais complexos, oferecendo uma camada crucial de segurança.

Quando um surto de tensão ocorre, o varistor atua quase instantaneamente, reduzindo a tensão do surto a um nível seguro ao conduzir a corrente excedente.

Essa rápida resposta ajuda a evitar que a tensão elevada atinja componentes sensíveis do circuito, protegendo-os contra danos ou destruição.

Após o surto, o varistor retorna ao seu estado de alta resistência, permitindo que o circuito funcione normalmente sem interrupção.

Para máxima eficácia, os varistores são geralmente instalados em locais estratégicos dentro de sistemas elétricos, como nos pontos de entrada de alimentação ou diretamente em paralelo com dispositivos sensíveis.

Em sistemas residenciais ou comerciais, por exemplo, eles podem ser encontrados em painéis de distribuição, em dispositivos de proteção contra surtos, ou integrados em aparelhos eletrônicos para proteção direta.

Como escolher o varistor para proteção?

Ao escolher um varistor para proteção contra surtos de tensão, algumas fórmulas e cálculos são necessários para assegurar a seleção adequada do componente. Vamos detalhar os passos anteriores, incluindo as fórmulas relevantes.

1. Identificar a tensão de operação do circuito

Fórmula: Não aplicável diretamente, mas é necessário conhecer a tensão de operação (V_oper) do sistema para determinar o varistor mais adequado.

2. Determinar a tensão máxima de clamping

Fórmula: A tensão máxima de clamping (V_clamp) é fornecida nas especificações do varistor. Certifique-se de que esta tensão seja menor do que a tensão máxima suportável pelos componentes do circuito.

3. Avaliar a energia máxima do surto

Fórmula para calcular a energia do surto (W):

W = 1/2 x C x V²

Onde $C$ é a capacitância do varistor (em Farads) e $V$ é a tensão máxima de clamping. Esta fórmula ajuda a estimar a energia que o varistor precisa dissipar durante um surto.

4. Considerar a capacidade de corrente de surto

Fórmula para a capacidade de corrente de surto (I_max): Não é uma fórmula direta, mas é preciso assegurar que o varistor escolhido possa lidar com a máxima corrente de surto prevista, geralmente fornecida pelos fabricantes em Amperes (A).

5. Verificar a resposta temporal

Fórmula: A resposta temporal (t_r) é tipicamente especificada na ficha técnica do varistor, indicando quão rápido o varistor pode responder a um surto. Embora não seja uma “fórmula” a ser calculada, é um parâmetro crítico para proteção eficaz.

6. Avaliar condições ambientais

Fórmula para ajuste de capacidade baseado em temperatura: O desempenho do varistor pode variar com a temperatura. Alguns fabricantes fornecem fatores de correção para capacidade de corrente de surto ou energia dissipável em função da temperatura de operação.

7. Verificar a confiabilidade e certificações

Fórmula: Não aplicável, mas é importante considerar a taxa de falhas ou MTBF (Mean Time Between Failures) fornecida pelo fabricante, que pode ser um indicativo da confiabilidade do varistor.

8. Consultar rspecialistas

Fórmula: Não aplicável. A experiência e o conhecimento técnico são essenciais nesta etapa para interpretar os dados e fazer a melhor escolha.

Instalação e manutenção de varistores

Instalar e manter corretamente os varistores é crucial para garantir a proteção eficaz contra surtos de tensão em sistemas elétricos. Aqui está um guia detalhado sobre como realizar essas tarefas com eficiência.

Instalação de varistores

1. Escolha do local de instalação: A instalação deve ser feita o mais próximo possível do equipamento a ser protegido para minimizar a exposição a surtos. Em painéis elétricos, os varistores devem ser instalados em paralelo com o circuito ou equipamento protegido.

2. Conexão elétrica: O varistor deve ser conectado entre a linha de alimentação (fase) e o neutro ou terra, dependendo do tipo de proteção desejada. Em sistemas trifásicos, um varistor deve ser instalado para cada fase. Utilize conectores adequados e certifique-se de que todas as conexões estejam firmes e seguras.

3. Verificação da tensão de operação: Antes de energizar o circuito, verifique se a tensão de operação do varistor é compatível com a tensão do sistema onde está sendo instalado. A instalação de um varistor com uma tensão nominal inadequada pode resultar em falha prematura.

4. Teste inicial: Após a instalação, é recomendável realizar um teste inicial para verificar se o varistor está operando corretamente. Isso pode ser feito através de um teste de isolação ou medição da resistência.

Manutenção de varistores

1. Inspeção visual: Realize inspeções visuais periodicamente para verificar sinais de dano ou desgaste, como descoloração, rachaduras ou evidências de sobreaquecimento. Qualquer sinal de dano pode indicar a necessidade de substituição.

2. Verificação da capacidade de Proteção: Com o uso de equipamentos de teste específicos, é possível verificar a capacidade de clamping do varistor, assegurando que ainda está apto a proteger contra surtos. Se o varistor não atender mais às especificações originais, deve ser substituído.

3. Limpeza: A limpeza periódica do varistor e da área ao redor pode prevenir problemas de conexão devido à acumulação de poeira e sujeira, que podem afetar a eficácia da proteção contra surtos.

4. Registro de manutenção: Mantenha um registro de todas as inspeções, testes e substituições. Isso ajuda a identificar padrões de falhas e a planejar manutenções futuras de forma mais eficaz.

5. Substituição programada: Dependendo do ambiente operacional e da frequência dos surtos, pode ser prudente substituir os varistores após um determinado período, mesmo que não apresentem sinais visíveis de desgaste. Consulte as recomendações do fabricante quanto à vida útil esperada.

Onde e quanto usar varistores na proteção contra surtos?

Os varistores são componentes cruciais na proteção contra surtos de tensão, sendo amplamente utilizados em diversos contextos para salvaguardar equipamentos elétricos e eletrônicos. Sua aplicação correta pode prevenir danos significativos que poderiam ser causados por picos de tensão inesperados.

Onde usar varistores?

Painéis elétricos: Em residências, indústrias e edifícios comerciais, os varistores são instalados em painéis elétricos para proteger toda a instalação contra surtos que possam vir da rede elétrica.

Equipamentos eletrônicos: Computadores, televisores, sistemas de áudio e outros dispositivos eletrônicos sensíveis são frequentemente protegidos por varistores, prevenindo danos devido a surtos elétricos.

Sistemas de telecomunicações: Linhas telefônicas e redes de dados são susceptíveis a surtos, especialmente aqueles causados por descargas atmosféricas. Varistores são usados para proteger essas linhas e os equipamentos conectados a elas.

Sistemas de segurança: Câmeras de segurança, alarmes e outros equipamentos de segurança podem ser danificados por surtos elétricos. A instalação de varistores protege esses sistemas críticos.

Instalações industriais: Em ambientes industriais, máquinas e equipamentos de controle são protegidos por varistores para assegurar a continuidade operacional e evitar paradas de produção causadas por falhas elétricas.

Quando usar varistores?

Construção de novas instalações: A instalação de varistores deve ser considerada na fase de projeto de novas edificações, integrando-os ao sistema elétrico para proteção desde o início.

Atualização de sistemas elétricos: Ao realizar melhorias ou atualizações em sistemas elétricos existentes, é o momento ideal para incluir ou revisar a proteção contra surtos, adicionando ou substituindo varistores conforme necessário.

Após danos por surtos: Se uma instalação sofreu danos devido a um surto de tensão, é crucial avaliar e possivelmente reforçar a proteção contra surtos, incluindo a instalação de novos varistores.

Regiões propensas a tempestades: Em áreas com alta incidência de tempestades e descargas atmosféricas, a instalação de varistores é particularmente importante para proteger contra surtos induzidos por raios.

Proteção de equipamentos sensíveis: Sempre que novos equipamentos eletrônicos sensíveis são instalados, deve-se considerar a adição de varistores para protegê-los especificamente.

Perguntas frequentes (FAQ)

Como Testar um Varistor?

Para testar um varistor, é necessário utilizar um multímetro configurado na função de medição de resistência (ohmímetro). Desconecte o varistor do circuito e meça a resistência entre seus terminais.

Um varistor em bom estado geralmente mostra uma resistência muito alta (próxima ao infinito) em condições normais de tensão. Se o multímetro mostrar uma resistência baixa, isso indica que o varistor está danificado e em curto-circuito, necessitando substituição.

Varistor Pode Ser Reutilizado Após um Surto?

Depende da severidade do surto e do tipo de varistor. Varistores projetados para lidar com surtos pequenos a moderados podem continuar operacionais após um surto.

No entanto, se o surto for intenso o suficiente para levar o varistor a atingir sua capacidade máxima de absorção, ele pode não ser mais eficaz para proteção futura, recomendando-se sua substituição.

Diferença Entre Varistor e Supressor de Surto?

Varistores e supressores de surto são usados para proteção contra sobretensões, mas operam de maneiras ligeiramente diferentes. Varistores, ou VDRs (Voltage Dependent Resistors), reduzem sua resistência com o aumento da tensão, protegendo contra surtos ao desviar a corrente excessiva.

Supressores de surto, por outro lado, podem ser baseados em diferentes tecnologias, como diodos TVS (Transient Voltage Suppressor), que oferecem proteção clamping mais rápida do que os varistores. A principal diferença está na resposta e eficácia em diferentes tipos de surtos e aplicações.

Varistores São Adequados Para Todos os Tipos de Equipamento?

Varistores são versáteis e adequados para uma ampla gama de aplicações, mas podem não ser a melhor escolha para todos os tipos de equipamentos. Equipamentos extremamente sensíveis ou de alta precisão podem requerer soluções de proteção contra surtos mais especializadas para garantir a segurança e a integridade do dispositivo.

Como Identificar um Varistor Danificado?

Um varistor danificado pode ser identificado por sinais visuais, como descoloração, inchamento, ou marcas de queimadura. Além disso, a medição de sua resistência, como mencionado anteriormente, pode ajudar a identificar se está em curto-circuito ou aberto.

Um varistor que não apresenta a resistência esperada para seu estado de repouso provavelmente está danificado.

Impacto dos Varistores no Consumo de Energia

O impacto dos varistores no consumo de energia é geralmente mínimo. Eles são projetados para permanecer em um estado de alta resistência sob condições normais de operação, consumindo uma quantidade insignificante de energia.

Somente durante um evento de surto, quando sua resistência diminui para desviar a corrente excessiva, eles terão um impacto perceptível no consumo de energia, o qual é temporário e necessário para a proteção do circuito.

Ao entender como escolher, instalar e manter os variostores, componentes essenciais de proteção, você pode assegurar a proteção eficaz de seus dispositivos eletrônicos contra danos potencialmente devastadores.

Sobre o autor

Eletricista desde 2006, Henrique Mattede também é autor, professor, técnico em eletrotécnica e engenheiro eletricista em formação. É educador renomado na área de eletricidade e um dos precursores do ensino de eletricidade na internet brasileira. Já produziu mais de 1000 videoaulas no canal Mundo da Elétrica no Youtube, cursos profissionalizantes e centenas de artigos técnicos. O conteúdo produzido por Henrique é referência em escolas, faculdades e universidades e já recebeu mais de 120 milhões de acessos na internet.

Veja a biografia completa