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Um dispositivo de proteção contra surtos (DPS) limita a sobretensão transitória desviando a corrente de surto através de um caminho de proteção controlado. A maioria dos SPDs de potência de baixa tensão permanece em um estado de espera de alta impedância durante a operação normal e torna-se condutiva durante um surto, reduzindo o estresse de tensão que chega aos equipamentos a jusante.
Um SPD não faz um surto desaparecer e não substitui um disjuntor, o aterramento e a equipotencialização corretos ou um sistema externo de proteção contra descargas atmosféricas. É uma camada coordenada em um sistema elétrico de proteção.
Se você estiver avaliando produtos em vez de aprender o princípio de operação, revise a linha de dispositivos de proteção contra surtos VIOX para aplicações em AC, DC e fotovoltaicas.
O que significa SPD em sistemas elétricos?
SPD significa Dispositivo de Proteção contra Surtos (Surge Protective Device). Este é o termo usado em normas elétricas, especificações técnicas, cronogramas de painéis e folhas de dados de produtos. “Protetor contra surtos” é uma expressão cotidiana mais ampla, enquanto SPD é o termo de engenharia mais preciso para um dispositivo projetado para limitar a sobretensão transitória e conduzir a corrente de surto.
A palavra transitório é importante. Um SPD responde a distúrbios de tensão de curta duração. Ele não foi projetado para regular uma alimentação que permaneça continuamente muito alta ou muito baixa.
Para leitores que precisam apenas da sigla e da terminologia, veja Forma Completa de DPS em Elétrica.
O que um SPD faz — e o que ele não faz?
A maneira mais fácil de entender um SPD é separar sua função de funções de proteção adjacentes.
| Função de proteção | O que ele aborda | O que não substitui |
|---|---|---|
| Dispositivo de proteção contra surtos | Sobretensão transitória de curta duração e corrente de surto associada | Disjuntor, aterramento, equipotencialização, regulação de tensão ou proteção completa contra raios |
| Disjuntor ou fusível | Sobrecarga sustentada e falhas de curto-circuito | Limitação de tensão transitória |
| Sistema de aterramento e equipotencialização | Potencial de referência, caminho da corrente de falta e equipotencialização | Um dispositivo que limita a tensão transitória nos terminais do equipamento |
| Regulador de tensão ou protetor automático de tensão | Sobretensão, subtensão ou variação de tensão de maior duração, dependendo do dispositivo | Desvio rápido de corrente de surto |
| Sistema de proteção contra descargas atmosféricas externo | Intercepção e condução da corrente direta de raio para fora ou através da estrutura | Coordenação interna de surtos que entram em circuitos de potência e sinal |
Um SPD pode auxiliar na proteção contra descargas atmosféricas limitando surtos conduzidos e induzidos, mas um SPD por si só não é um sistema completo de proteção contra descargas atmosféricas. Da mesma forma, um disjuntor pode fornecer a proteção de retaguarda necessária para um SPD, mas os dois dispositivos desempenham funções diferentes.
Como funciona um DPS?
A maioria dos SPDs de potência de baixa tensão é conectada em paralelo com o circuito que protegem. Sob tensão normal, os elementos limitadores de surto permanecem não condutivos ou apresentam uma impedância muito alta. Quando a tensão aumenta rapidamente acima do limite operacional do dispositivo, esses elementos mudam de estado e fornecem um caminho de menor impedância para a corrente de surto.
A sequência operacional pode ser simplificada em cinco estágios:
- Operação normal: A tensão do sistema permanece dentro da faixa de operação contínua do SPD, portanto, o caminho de proteção permanece em espera.
- Início do transitório: A influência de raios, manobras, eliminação de faltas ou outra perturbação produz uma rápida elevação de tensão.
- O SPD altera a impedância: Um componente limitador de tensão ou comutador de tensão torna-se condutivo.
- A corrente de surto segue o caminho de proteção: A corrente é desviada entre os condutores definidos pela configuração do SPD, reduzindo o estresse de tensão nos equipamentos a jusante.
- O SPD recupera-se ou desconecta-se: Após o evento, um SPD operacional retorna ao modo de espera. Se um elemento de proteção atingir uma condição insegura, um seccionador interno pode isolá-lo e alterar a indicação de status.
Esta resposta é frequentemente descrita como fixação, mas nem todo SPD utiliza a mesma tecnologia interna ou modo de resposta.
Tecnologias comuns de limitação de surto
| Tecnologia | Comportamento típico | Uso comum | Limite importante. |
|---|---|---|---|
| Varistor de óxido metálico (MOV) | Torna-se cada vez mais condutivo à medida que a tensão aumenta | SPDs de potência AC e DC | O estresse acumulado por surtos pode degradar o elemento, portanto, a desconexão térmica e a indicação de status são importantes |
| Tubo de descarga a gás (GDT) | Comuta para um estado de descarga condutivo após a centelhamento | Proteção de energia, telecomunicações e sinal | O comportamento da corrente de seguimento e a coordenação dependem do projeto |
| Diodo supressor de tensão transiente (TVS) | Fornece grampeamento rápido por avalanche | Eletrônicos sensíveis e circuitos de sinal de baixa tensão | Geralmente atende a circuitos de menor energia do que os SPD de potência principal |
A combinação correta de componentes depende do sistema, modo de proteção, regime de energia, requisito de tensão residual e norma de produto aplicável. A tecnologia do componente por si só não é um método de seleção completo.
Para onde vai a corrente de surto?
É comum dizer que um SPD “envia o surto para o terra”, mas essa descrição está incompleta. Um SPD limita a tensão entre os condutores conectados aos seus modos de proteção. Dependendo do sistema elétrico e da topologia do SPD, esses modos podem incluir:
- fase para neutro (L–N)
- fase para terra de proteção (L–PE)
- neutro para terra de proteção (N–PE)
- fase para fase (L–L)
- DC positivo para DC negativo (DC+–DC−)
- um condutor DC para terra de proteção
A corrente de surto segue o caminho de proteção e equipotencialização disponível. É por isso que o arranjo de aterramento, o modo de proteção, o roteamento dos condutores e a topologia do SPD afetam o desempenho real. Um SPD tecnicamente robusto ainda pode oferecer uma proteção deficiente se o seu caminho de conexão adicionar impedância excessiva durante um surto rápido.
O que causa sobretensão transiente?
Uma sobretensão transitória é um aumento de tensão rápido e de curta duração acima do nível de operação normal. Ela pode entrar através de um circuito de potência, uma string fotovoltaica, um cabo de comunicação, uma linha de sensor ou outro caminho condutor.
| Fonte | Mecanismo típico | Sistemas comumente expostos |
|---|---|---|
| Influência de raios | Acoplamento direto, tensão induzida ou corrente de surto conduzida | Fontes de concessionárias, alimentadores externos, arranjos fotovoltaicos, linhas de telecomunicações e sinalização |
| Comutação de concessionárias e distribuição | Comutação de transformadores, comutação de bancos de capacitores, eliminação de faltas ou reconfiguração de rede | Distribuição principal e quadros a jusante |
| Comutação de carga indutiva | Interrupção rápida de corrente em motores, bobinas de contator, solenoides ou outras cargas indutivas | Painéis de controle industrial e sistemas de automação |
| Comutação de eletrônica de potência | Flancos de comutação rápidos e interações entre conversores, acionamentos, inversores, sistemas de UPS e carregadores | Sistemas industriais, energia renovável, carregamento de VE e infraestrutura de dados |
Estas fontes não criam formas de onda ou níveis de energia idênticos. A seleção do SPD, portanto, depende de onde o dispositivo está instalado e qual ambiente de surto se espera que ele atenda.
SPD Tipo 1, Tipo 2 e Tipo 3: Uma breve orientação
Os tipos de SPD descrevem funções de proteção testadas sob uma norma aplicável. Eles não devem ser tratados como simples graus de qualidade.
| Tipo de DPS | Função de proteção geral | Contexto comum de instalação | Classificações comumente revisadas |
|---|---|---|---|
| Tipo 1 | Lida com o dever de corrente de raio onde pode ser esperada uma corrente de raio parcial | Entrada de serviço ou limite de proteção contra raios | Iimp e a forma de onda de teste associada, além da coordenação de tensão e curto-circuito |
| Tipo 2 | Fornece proteção em nível de distribuição contra efeitos residuais de raios e surtos de manobra | Quadros de distribuição principal ou secundária e painéis de controle | In, Imax, Up, Uc/MCOV e requisitos de coordenação |
| Tipo 3 | Fornece proteção fina a jusante ou em nível de equipamento | Próximo a equipamentos sensíveis, coordenado com SPDs a montante | Desempenho de onda combinada, nível de proteção e condições de instalação |
| Tipo 1+2 | Combina funções testadas de Tipo 1 e Tipo 2 em um único produto | Pontos de distribuição principal que requerem ambas as funções | Iimp juntamente com as classificações relevantes de Tipo 2 |
As designações de tipo IEC e UL devem ser lidas dentro de suas próprias normas e marcações de produto; elas não são uma tabela de conversão universal de um para um. Para uma comparação detalhada de localização, forma de onda e coordenação, veja DPS Tipo 1 vs Tipo 2 vs Tipo 3.
Quais classificações de SPD são importantes?
A etiqueta frontal pode mostrar vários valores de tensão e corrente. Cada um responde a uma pergunta de engenharia diferente.
| Classificação ou item | Pergunta que responde |
|---|---|
| Uc / MCOV | O SPD pode permanecer conectado continuamente na tensão real do sistema e no arranjo de aterramento? |
| Up / VPR | Qual tensão residual ou tensão passante está associada às condições de teste definidas? A terminologia depende da norma aplicável. |
| Em | Para qual corrente nominal de descarga o SPD foi testado? |
| Imax | Qual valor máximo de corrente de descarga do tipo Tipo 2 é declarado sob o método de teste aplicável? |
| Iimp | O SPD foi projetado e testado para serviço de corrente de raio Tipo 1? |
| Coordenação de curto-circuito | A instalação do SPD é adequada para a corrente de falta disponível e a proteção de retaguarda necessária? |
| Modo de proteção e topologia | Quais pares de condutores estão protegidos e o arranjo corresponde ao sistema de aterramento? |
| Indicação de status | Como o pessoal de manutenção pode identificar um módulo desconectado ou em fim de vida útil? |
Um valor de kA mais alto não é automaticamente uma escolha melhor. Um SPD com uma classificação de corrente impressionante ainda pode ser inadequado se sua tensão de operação contínua, nível de proteção, topologia, coordenação de curto-circuito ou caminho de instalação estiverem incorretos.
Utilização Como ler uma ficha técnica de um DPS para o fluxo de trabalho de especificação completo. Os guias dedicados em Uc e Up e In versus Imax explique esses pares de classificação com mais detalhes.
SPDs de AC, DC, PV e sinal não são intercambiáveis
“SPD” descreve uma função de proteção, não um produto universal. O comportamento da tensão, o sistema de isolamento, as condições de falha, os modos de proteção e a estrutura de teste mudam conforme as aplicações.
| Aplicação | Pergunta principal antes da seleção | Próximo recurso VIOX |
|---|---|---|
| Distribuição de baixa tensão em CA | Qual é a tensão do sistema, o esquema de aterramento, o ponto de instalação e o tipo de SPD necessário? | Família de produtos SPD VIOX |
| PV DC circuits | Qual é a tensão fotovoltaica máxima, a topologia DC, a exposição a raios e a localização do inversor/combinador? | Como escolher um SPD para um sistema de energia solar |
| EV, battery, and industrial DC systems | What DC voltage class, fault environment, insulation arrangement, and equipment boundary apply? | Guia de Dispositivos de Proteção contra Surtos CC |
| Linhas de telecomunicações, dados e controle | Qual tensão de sinal, interface, largura de banda, blindagem e disposição de aterramento devem ser preservados? | Guia de Seleção de Protetores de Sobretensão de Sinal |
Usar um SPD de AC em um circuito de DC fotovoltaico simplesmente porque ambos os produtos apresentam um valor de kA semelhante não é uma substituição válida. Os requisitos de tensão e de teste específicos da aplicação devem ser verificados na folha de dados e na norma aplicável.
Onde um SPD é instalado?
Os SPDs podem ser instalados na entrada de serviço, no quadro de distribuição principal, no quadro de subdistribuição, no painel de controle, na borda do equipamento, na interface do combinador fotovoltaico ou inversor, ou no ponto de entrada de sinal. A localização correta depende da exposição, da arquitetura do sistema, do roteamento dos cabos, da sensibilidade do equipamento e da coordenação com a proteção a montante e a jusante.
A instalação é parte do desempenho do SPD. Os condutores de conexão devem seguir o diagrama do fabricante e ser roteados para minimizar comprimentos desnecessários, laços e impedância compartilhada. Fusíveis de reserva ou disjuntores, quando necessários, devem seguir as instruções do produto e as condições de corrente de falta disponíveis.
Para a estratégia de posicionamento, use Onde instalar DPSs em um painel elétrico. Para a questão separada sobre a conexão do disjuntor e a proteção de reserva, veja Um SPD pode ser conectado a um disjuntor existente?.
Como passar de “O que é um SPD?” para a decisão de engenharia correta
Após o princípio de funcionamento estar claro, use a pergunta que corresponde à sua próxima tarefa:
| Sua próxima pergunta | Use esta página |
|---|---|
| Qual tipo deve ser instalado em cada estágio de proteção? | DPS Tipo 1 vs Tipo 2 vs Tipo 3 |
| Como a etiqueta e a folha de dados devem ser interpretadas? | Como ler uma ficha técnica de um DPS |
| Como um SPD é diferente de um para-raios? | SPD vs Para-raios |
| Onde o SPD deve ser colocado em um sistema de painel? | Onde Instalar DPS |
| Quais erros podem comprometer a instalação? | Erros e correções na instalação de SPD |
| Quais famílias de produtos AC, DC ou PV estão disponíveis? | Dispositivos de proteção contra surtos VIOX |
O próximo passo correto não é escolher o maior número de corrente. É definir o sistema elétrico, ponto de instalação, exposição, equipamento protegido, norma aplicável e modos de proteção necessários antes de comparar as classificações dos produtos.