SPD de 3 polos vs 4 polos: Guia para TN-C, TN-S e TT

A diferença entre um dispositivo de proteção contra surtos (DPS) de 3 polos e um de 4 polos não é simplesmente que um é menor e o outro protege mais condutores. Em uma instalação de corrente alternada trifásica, a configuração correta depende se o sistema possui neutro distribuído, se o neutro e a terra de proteção estão combinados ou separados, onde essa separação ocorre e se a proteção em modo comum e modo diferencial é necessária.

Como ponto de partida prático:

O sistema TN-C normalmente utiliza uma configuração 3+0 entre L1, L2, L3 e PEN.
O sistema TN-S pode utilizar 4+0 ou 3+1, sujeito às normas nacionais aplicáveis, objetivos de proteção e design do produto.
O sistema TT normalmente utiliza 3+1, com três caminhos de proteção fase-neutro e um caminho separado neutro-PE.
O sistema TN-C-S deve ser avaliado no ponto de instalação.: antes da separação do PEN, comporta-se como TN-C; após a separação, comporta-se como TN-S.

Portanto, um DPS de quatro polos não é automaticamente mais seguro ou melhor do que um DPS de três polos. O dispositivo deve corresponder à topologia do sistema.

Escopo: Este artigo aborda instalações de baixa tensão em corrente alternada trifásica baseadas na IEC. Não fornece uma regra de seleção universal para sistemas fotovoltaicos em corrente contínua, baterias em corrente contínua, sistemas delta/high-leg norte-americanos ou redes IT especializadas.

Principais conclusões

A “contagem de polos” de um DPS não é equivalente à contagem de polos de um disjuntor. Um DPS é conectado em paralelo e normalmente não secciona os condutores de carga.
3+0, 4+0e 3+1 descrevem caminhos de proteção ou arranjos de conexão, não apenas a largura do invólucro.
Um DPS 3+1 e um DPS 4+0 podem ocupar quatro módulos DIN enquanto fornecem diferentes modos de proteção interna.
O sistema TN-C possui um condutor PEN, portanto não há caminho N-PE separado nesse ponto; um arranjo 3+0 é o ponto de partida habitual.
Após a separação de N e PE, o projeto deve considerar o neutro e a proteção necessária em modo comum e modo diferencial.
A classificação Tipo 1, Tipo 2 ou Tipo 1+2 é independente da configuração de polos.
A seleção final ainda requer Universidade, Acima, Em, Imax ou Iimp, comportamento em curto-circuito, proteção de retaguarda e verificação do comprimento da instalação.

Comparação rápida: 3 polos, 4 polos, 3+0, 4+0 e 3+1

Termo de catálogo	Arranjo de proteção típico	Ponto de partida comum para aplicação	Limitação importante
DPS de 3 polos	Frequentemente três caminhos de proteção associados a L1, L2 e L3	Sistemas trifásicos sem um caminho de proteção de neutro separado naquele ponto	“3 polos” por si só não identifica o condutor de referência ou o circuito interno
DPS de 4 polos	Frequentemente quatro caminhos de proteção de condutor ativo para terra	Sistemas trifásicos com neutro distribuído onde um projeto 4+0 é permitido	Não fornece automaticamente o mesmo comportamento de modo diferencial que 3+1
3+0	L1-PEN, L2-PEN, L3-PEN em uma aplicação TN-C típica	TN-C ou a seção TN-C de um sistema TN-C-S	Não é o padrão após o PEN ter sido separado em N e PE
4+0	Tipicamente L1-PE, L2-PE, L3-PE e N-PE	Algumas aplicações TN-S	Os elementos exatos e os modos de proteção devem ser confirmados no diagrama do circuito
3+1	L1-N, L2-N, L3-N mais N-PE	TT e muitas aplicações TN-S	O elemento N-PE e a capacidade de corrente de seguimento devem estar em conformidade com o sistema e a norma do produto

Os fabricantes nem sempre utilizam os termos “polo” ou “módulo” 3P+N, 3+1e 4P de forma consistente. O diagrama de circuito impresso no produto ou na ficha técnica é mais fiável do que o nome abreviado do catálogo.

Primeiro, esclareça o que significa “polo” num SPD

Num disjuntor, o número de polos indica normalmente quantos condutores de corrente são comutados ou protegidos pelo mecanismo do disjuntor. Um SPD funciona de forma diferente. É ligado em paralelo com a alimentação e fornece um caminho temporário de baixa impedância durante uma sobretensão transitória.

Para SPDs, os fabricantes podem utilizar “polo” para descrever:

o número de condutores ativos protegidos;
o número de cartuchos substituíveis;
o número de caminhos de proteção internos;
o número de módulos DIN;
ou uma designação de família de produto comercial.

Estas descrições podem coincidir, mas não há garantia de que o façam. Um conjunto compacto 3+1 pode integrar vários elementos de proteção em menos cartuchos visíveis, enquanto outro projeto pode usar um cartucho por modo.

Antes de selecionar pelo número de polos, inspecione o esquema para verificar as conexões reais entre L1, L2, L3, N, PE e PEN.

O que significam 3+0, 4+0 e 3+1?

Configuração de DPS 3+0

Um típico 3+0 arranjo fornece três caminhos de proteção:

L1 para PEN;
L2 para PEN;
L3 para PEN.

Isto corresponde a um sistema TN-C, onde as funções de neutro e proteção são combinadas no condutor PEN. Como N e PE não foram separados nesse ponto, não existe um caminho de proteção N-PE independente.

O “+0” não significa que o sistema não possui ligação à terra. Significa que não existe um elemento de proteção adicional separado de neutro para terra no conjunto.

Configuração de DPS 4+0

Um típico 4+0 o arranjo fornece quatro caminhos de modo comum:

L1 para PE;
L2 para PE;
L3 para PE;
N para PE.

Este arranjo pode ser utilizado em aplicações trifásicas a quatro fios TN-S adequadas, sujeito ao design do produto e às normas de instalação aplicáveis. Os quatro caminhos baseiam-se geralmente em componentes limitadores de tensão, mas a tecnologia interna precisa deve ser verificada em vez de presumida.

A arquitetura 4+0 é robusta na proteção de modo comum direta entre condutor ativo e terra. A tensão de modo diferencial entre fase e neutro pode ser limitada indiretamente através de dois elementos de proteção em série, dependendo do design. Isso não é idêntico a possuir elementos de proteção L-N dedicados.

Configuração de DPS 3+1

Um típico 3+1 o arranjo utiliza:

três caminhos de limitação de tensão de L1, L2 e L3 para N;
um caminho de proteção do tipo comutação de N para PE, comumente implementado com tecnologia de centelhador ou descarga a gás.

Isso cria uma proteção de modo diferencial direta entre fase e neutro e um caminho de descarga de modo comum coordenado entre neutro e terra. O elemento N-PE também evita um caminho condutivo contínuo normal entre o neutro e o PE.

A tecnologia exata dos componentes, o comportamento sob sobretensão temporária, a capacidade de corrente de seguimento à frequência industrial e a coordenação dentro do conjunto permanecem específicas do fabricante. “3+1” identifica a topologia; não comprova por si só todas as características de desempenho.

Modo Comum vs. Modo Diferencial: A Verdadeira Diferença de Engenharia

A contagem de polos é apenas um indicador. O objetivo real é controlar a tensão que surge através do isolamento e dos terminais do equipamento.

Tensão de surto em modo comum

A tensão de modo comum aparece entre os condutores ativos e a terra:

L1-PE;
L2-PE;
L3-PE;
e, onde o neutro é distribuído, N-PE.

Os transitórios induzidos por descargas atmosféricas são frequentemente dominados por efeitos de modo comum. Portanto, um arranjo básico de DPS necessita de um caminho de descarga confiável dos condutores ativos para o PE ou PEN.

Tensão de surto de modo diferencial

A tensão de modo diferencial aparece entre os condutores ativos, particularmente:

L1-N, L2-N e L3-N;
ou entre condutores de fase.

Em sistemas TN-S e TT, o aterramento do neutro e a assimetria de impedância podem converter parte de um evento de modo comum em tensão diferencial. Cargas sensíveis conectadas entre fase e neutro podem, portanto, exigir mais do que uma simples suposição de que todo transitório permanecerá referenciado apenas à terra.

Um arranjo 3+1 fornece caminhos diretos L-N. Um arranjo 4+0 fornece principalmente caminhos entre condutores ativos e PE, embora a proteção completa do equipamento dependa do seu circuito interno e da tensão resultante em cada terminal de carga.

Seleção por Sistema de Aterramento

A tabela abaixo é uma estrutura inicial, não um substituto para a adoção nacional aplicável da IEC 60364, o diagrama do fabricante do DPS ou o estudo de proteção do projeto.

Sistema de aterramento e localização do DPS	Condutores presentes	Configuração inicial típica	Justificativa técnica
TN-C	L1, L2, L3, PEN	3+0	O PEN combina as funções de neutro e proteção; não existe um caminho N-PE separado
TN-C-S antes da divisão do PEN	L1, L2, L3, PEN	3+0	Esta seção segue eletricamente os princípios TN-C
TN-C-S após a divisão do PEN	L1, L2, L3, N, PE	Tratar como TN-S: avaliar 4+0 ou 3+1	N e PE são agora condutores separados
TN-S	L1, L2, L3, N, PE	4+0 ou 3+1, sujeito às normas locais	Devem ser consideradas tanto a proteção em modo comum quanto, quando exigido, a proteção em modo diferencial
TT	L1, L2, L3, N, PE com aterramento de instalação local	Tipicamente 3+1	A proteção direta L-N mais um caminho de comutação N-PE coordenado adequa-se ao arranjo de terra separado
TI	Varia de acordo com a distribuição do neutro e a impedância da fonte	Específico do projeto	O comportamento da tensão em relação à terra muda sob a primeira falha; uma regra genérica 3P/4P não é segura

Para uma explicação mais abrangente sobre estas redes, consulte Sistemas de Aterramento TN vs TT vs IT.

TN-C: Por que 3+0 é normalmente utilizado

No TN-C, o condutor PEN desempenha tanto a função de proteção (terra) quanto a de neutro. O DPS é normalmente conectado de cada condutor de fase ao PEN.

Adicionar um “polo de neutro” separado é conceitualmente incorreto se não existir um condutor de neutro independente naquele local. Mais importante ainda, o condutor PEN nunca deve ser tratado como um neutro comum comutável. Sua função de proteção tem prioridade.

A pergunta correta não é “Quatro polos forneceriam proteção extra?”, mas sim “Quais condutores e caminhos de isolamento existem exatamente neste ponto da rede?”. Para o TN-C, a resposta usual leva a três modos de proteção fase-PEN.

TN-S: 4+0 ou 3+1?

O TN-S possui condutores de neutro e de proteção (terra) separados em toda a seção relevante da instalação. Isso significa que o projeto do DPS deve considerar as tensões L-PE, N-PE e, potencialmente, L-N.

Tanto as configurações 4+0 quanto 3+1 são encontradas em sistemas TN-S:

Escolha um projeto 4+0 adequado onde as normas aplicáveis permitam e a prioridade seja a proteção direta em modo comum de cada condutor ativo para o PE.
Escolha um projeto 3+1 adequado onde a proteção direta em modo diferencial entre fase e neutro e um caminho de comutação N-PE separado sejam necessários ou preferíveis.

A decisão também deve levar em conta o arranjo do dispositivo de corrente residual (DR) da instalação, sobretensões temporárias, coordenação de isolamento e o equipamento a ser protegido. Não interprete “4P” como uma atualização universal em relação ao “3+1”. Eles resolvem o caminho do transiente de forma diferente.

TT: Por que o 3+1 é a escolha típica

Em sistemas TT, o neutro da fonte é aterrado e as partes condutoras expostas são conectadas a um eletrodo de aterramento local. Portanto, o aterramento da fonte e o aterramento da instalação não constituem o mesmo caminho de condutor de proteção que no TN.

Um SPD 3+1 coloca os elementos de limitação de tensão entre cada fase e o neutro, com um elemento de comutação separado entre o neutro e o PE. Este arranjo:

fornece proteção L-N direta para equipamentos ligados entre fase e neutro;
fornece um caminho de descarga N-PE durante o surto;
evita a corrente de fuga normal através do caminho N-PE quando um elemento de comutação adequado é utilizado;
e suporta a coordenação com o esquema de proteção TT quando selecionado e instalado corretamente.

A posição do SPD em relação a um DDR (RCD), o modo de falha do SPD e a proteção de retaguarda devem seguir as normas de instalação aplicáveis. “Usar 3+1” é a arquitetura inicial, não a especificação completa.

TN-C-S: Identifique sempre em que lado da divisão do PEN você está.

O TN-C-S causa muitos erros de seleção entre 3 polos e 4 polos, porque a mesma instalação contém dois arranjos de condutores diferentes.

A montante do ponto de separação:

o sistema é TN-C;
o neutro e a terra de proteção são combinados como PEN;
um arranjo 3+0 é o ponto de partida normal.

A jusante do ponto de separação:

o sistema é TN-S;
N e PE devem permanecer separados;
avalie 4+0 ou 3+1 de acordo com os modos de proteção exigidos e as normas locais.

Nunca deduza o SPD correto apenas pela descrição da concessionária. Verifique o ponto de instalação real no diagrama unifilar e inspecione onde o PEN se separa nos condutores N e PE.

Uma estrutura de seleção de três etapas

Etapa 1: Identificar o arranjo do condutor e do aterramento no local do SPD

Registro:

se o neutro é distribuído;
se o condutor de proteção é PE ou PEN;
se o SPD está antes ou depois de uma divisão PEN;
se a instalação é TN-C, TN-S, TT, TN-C-S ou IT naquele ponto.

Esta etapa determina se 3+0, 4+0, ou 3+1 é eletricamente significativo.

Passo 2: Definir os modos de proteção necessários

Identificar os caminhos de isolamento do equipamento que devem ser protegidos:

fase para PE/PEN;
neutro para PE;
fase para neutro;
fase para fase, quando relevante.

Em seguida, compare estes requisitos com o diagrama de circuito do DPS fornecido pelo fabricante. Não deduza os modos apenas pelo número de polos.

Passo 3: Verificar a especificação completa do DPS

Após selecionar a topologia, verifique:

Tipo 1, Tipo 2 ou Tipo 1+2 combinado, com base na exposição a descargas atmosféricas, proteção externa contra raios, local de instalação e o método de projeto aplicável;
Universidade, adequado para a tensão máxima de operação contínua em cada modo de proteção e o esquema de aterramento;
Acima, coordenado com a tensão suportável de impulso do equipamento protegido;
Em, Imax, e onde aplicável Iimp;
corrente de curto-circuito presumida e o comportamento do DPS em curto-circuito;
fusível ou disjuntor de backup necessário;
capacidade de corrente de seguimento à frequência industrial onde elementos de comutação são utilizados;
requisitos de indicação de status e alarme remoto;
seção transversal do condutor, torque do terminal e classificação ambiental.

Para as distinções de parâmetros, utilize os guias VIOX para Uc vs Up em DPS e Imax vs In no DPS.

O número de polos não determina o tipo de DPS

Um erro comum de especificação é assumir que:

tripolar significa Tipo 1;
quadripolar significa Tipo 2;
ou uma contagem de módulos maior significa uma classificação de corrente de surto mais elevada.

Estas são características distintas.

Dimensão de seleção	O que descreve	Exemplos
Polo/configuração	Condutores e modos conectados pelo DPS	3+0, 4+0, 3+1
Tipo de DPS/classe de teste	Dever de impulso e função de instalação	Tipo 1, Tipo 2, Tipo 3, Tipo 1+2
Tensão nominal	Tensão contínua e nível de proteção	`Universidade`, `Acima`
Classificação atual	Capacidade de descarga ou corrente de impulso	`Em`, `Imax`, `Iimp`
Formato mecânico	Área de instalação e método de manutenção	Compacto, multimódulo, plugável, fixo

Um conjunto 3+1 pode ser Tipo 1, Tipo 2 ou Tipo 1+2 combinado. O mesmo se aplica a 3+0 e 4+0 se o fabricante oferecer e verificar esses projetos. Ver DPS Tipo 1 vs Tipo 2 vs Tipo 3 para a decisão de classificação separada.

Detalhes de instalação podem anular a vantagem da topologia correta

Mesmo a configuração correta 3+0, 4+0 ou 3+1 pode oferecer proteção deficiente se for mal instalada.

Mantenha os condutores de conexão curtos

A corrente de surto muda rapidamente. A tensão indutiva desenvolve-se ao longo dos condutores de conexão do DPS e soma-se à tensão residual do DPS. Cabos longos, em laço ou mal roteados podem, portanto, aumentar a tensão efetiva vista pelo equipamento.

Conecte aos pontos PE, PEN e neutro corretos

Não crie uma ligação N-PE não autorizada para tornar a cablagem do DPS aparentemente conveniente. Em sistemas TN-C-S, a localização da divisão do PEN é um ponto que define o sistema, não uma preferência de cablagem.

Instale a proteção de retaguarda especificada

Um DPS não é um dispositivo de proteção contra sobrecorrente. O fabricante pode exigir um fusível ou disjuntor a montante específico, dependendo da corrente de curto-circuito prospectiva do sistema e da proteção a montante existente.

Coordenação com IDRs e equipamentos a jusante

A colocação do DPS em relação à proteção contra corrente residual afeta o disparo intempestivo e o comportamento em caso de falha. Siga as normas de instalação aplicáveis e as orientações de coordenação do fabricante do DPS/IDR.

Para riscos práticos de instalação, veja Erros de instalação de DPS: comprimento dos condutores, aterramento, configuração da fiação e indicadores de status.

Erros comuns de seleção

Erro 1: Supor que quatro polos sempre oferecem mais proteção

Quatro módulos físicos não são automaticamente superiores. Se a configuração não corresponder ao sistema de aterramento, o módulo extra pode ser irrelevante ou os caminhos de proteção podem estar incorretos para a carga.

Erro 2: Tratar 4+0 e 3+1 como intercambiáveis

Ambos podem envolver quatro elementos de proteção, mas seus caminhos de conexão diferem. Compare o esquema, não apenas a largura do produto.

Erro 3: Ignorar a separação do condutor PEN em sistemas TN-C-S

Um produto adequado antes da separação não é automaticamente a topologia correta após a separação entre N e PE.

Erro 4: Selecionar pelo número de polos antes de verificar `Universidade`

Uma topologia correta com uma tensão de operação contínua inadequada ainda pode causar envelhecimento prematuro ou proteção insuficiente. Universidade deve ser verificado para cada modo de proteção e condição de rede.

Erro 5: Usar uma regra de topologia CA para sistemas CC ou IT

Strings fotovoltaicas, sistemas de baterias, redes CC não aterradas e sistemas IT aterrados por impedância possuem comportamentos diferentes em relação a falhas e sobretensões temporárias. Eles exigem normas de produto e análises de seleção distintas.

Erro 6: Esquecer o diagrama de circuito do fabricante

A terminologia dos catálogos varia. O diagrama de ligação e os modos de proteção declarados são a evidência final do que o dispositivo realmente faz.

Lista de verificação de especificações

Antes de aprovar um DPS trifásico, registre todos os itens a seguir:

Tensão e frequência do sistema
Sistema de aterramento no ponto exato de instalação
Disposição dos condutores L1/L2/L3/N/PE/PEN
Configuração necessária: 3+0, 4+0 ou 3+1
Caminhos de modo comum e modo diferencial necessários
Tipo de DPS e norma de produto aplicável
Universidade para cada modo de proteção
Acima, Em, Imaxe Iimp onde aplicável
Corrente de curto-circuito presumida
Proteção de retaguarda necessária
Capacidade de corrente de seguimento onde relevante
Coordenação de DDR
Roteamento e comprimento dos condutores de conexão
Indicação de estado e sinalização remota
Esquema do fabricante e evidência de certificação

Se o fornecedor não puder fornecer um diagrama de conexão interna claro, não aprove o DPS baseando-se apenas em um título de produto “3P” ou “4P”.

Resposta Final

Utilize um DPS de 3 polos ou 3+0 quando o ponto de instalação possuir três condutores de fase e uma referência PEN combinada, como em sistemas TN-C ou na seção TN-C de sistemas TN-C-S. Onde o neutro e o PE são separados, como em sistemas TN-S, avalie as configurações 4+0 e 3+1 com base na proteção de modo comum e modo diferencial necessária e nas normas nacionais aplicáveis. Para sistemas TT, a configuração 3+1 é a configuração inicial típica.

A sequência de seleção é:

Identificar o sistema de aterramento e o arranjo dos condutores no ponto de instalação.
Definir os modos de proteção necessários.
Selecionar 3+0, 4+0 ou 3+1.
Verificar todos os requisitos de tensão, corrente de descarga, curto-circuito, proteção de retaguarda e instalação.

O DPS correto não é aquele com o maior número de polos. É aquele cujos caminhos de proteção internos correspondem às tensões que podem surgir na rede real.

Para avaliação do produto, revise o linha de dispositivos de proteção contra surtos VIOX e forneça o diagrama unifilar, o esquema de aterramento, a tensão do sistema, a posição de instalação, o contexto de proteção contra descargas atmosféricas e a corrente de curto-circuito presumida.

Perguntas Frequentes

Um DPS de 4 polos é melhor que um DPS de 3 polos?

Não. Um DPS de 4 polos atende a um arranjo de condutores diferente. Um DPS 3+0 é normalmente apropriado em um ponto TN-C com condutor PEN, enquanto um arranjo de quatro vias pode ser necessário onde N e PE são separados. A adequação é mais importante do que a contagem de polos.

Qual é a diferença entre um DPS 4+0 e um 3+1?

Um DPS 4+0 típico fornece caminhos de proteção L1-PE, L2-PE, L3-PE e N-PE. Um DPS 3+1 típico fornece caminhos de limitação de tensão L1-N, L2-N e L3-N, além de um caminho de comutação N-PE separado. Confirme o circuito exato com o fabricante.

Qual DPS é normalmente usado para TN-C?

Um arranjo 3+0 conectado de L1, L2 e L3 ao PEN é o ponto de partida usual, pois o TN-C não possui condutores N e PE separados nesse local.

Qual DPS é normalmente usado para TN-S?

O sistema TN-S pode utilizar 4+0 ou 3+1, dependendo dos modos de proteção exigidos, regulamentações locais, sensibilidade do equipamento, disposição do RCD e design do produto do fabricante.

Qual SPD é normalmente utilizado para sistemas TT?

Um SPD 3+1 é a solução típica para sistemas TT trifásicos: três caminhos de proteção fase-neutro mais um caminho de comutação coordenado neutro-PE.

O que deve ser utilizado em sistemas TN-C-S?

Determine a posição do SPD em relação à divisão do PEN. Antes da divisão, utilize a lógica TN-C e avalie normalmente 3+0. Após a divisão, trate a seção como TN-S e avalie 4+0 ou 3+1.

3P+N é o mesmo que um SPD de 4 polos?

Não necessariamente. Alguns catálogos utilizam ambas as descrições de forma imprecisa, mas 3P+N pode referir-se a uma topologia interna 3+1, enquanto “4P” pode referir-se a 4+0. Compare sempre o diagrama de ligação e os modos de proteção.

Um DPS de 4 polos protege contra surtos entre fases?

Não automaticamente através de um componente L-L dedicado. A proteção pode ocorrer indiretamente através de múltiplos caminhos internos, mas o nível de proteção resultante depende do circuito do DPS. Verifique os modos declarados e Acima valores em vez de assumir uma proteção L-L direta.

Posso usar a mesma regra de seleção de polos para um DPS CC solar?

Não. Os DPS CC para sistemas fotovoltaicos são selecionados usando tensão CC, aterramento do arranjo, condições de falha e normas como a IEC 61643-31. Termos de CA, como TN-C 3+0, não podem ser transferidos diretamente para uma string fotovoltaica.