Seleção de dispositivos de proteção contra surtos

01 Definição e Classificação de Dispositivos de Proteção contra Surtos

1.Definição de dispositivo de proteção contra surtos
Um dispositivo de proteção contra surtos (SPD) é um dispositivo de proteção não{0}linear usado em sistemas elétricos energizados para limitar sobretensões transitórias e desviar correntes de surto. Ele é projetado para proteger sistemas elétricos ou eletrônicos contra danos causados ​​por raios, sobretensões de comutação e correntes de partida.

2.Classificação de dispositivos de proteção contra surtos
Os SPDs podem ser classificados com base nas características de seus-componentes não lineares ou de acordo com os requisitos específicos de aplicação em diferentes sistemas.

2.1 Classificação baseada em características não{0}}lineares de componentes
(1) Tipo de comutação de tensão SPD:
Apresenta alta impedância em condições normais e muda para baixa impedância na ocorrência de um surto de tensão. Componentes comuns incluem centelhadores, tubos de descarga de gás, retificadores controlados de silício (SCRs) ou triacs. Também conhecido como SPD "tipo pé-de-cabra", apresenta características descontínuas de tensão e corrente.

(2) Tipo de limitação de tensão SPD:
Apresenta alta impedância em condições normais, com a impedância diminuindo continuamente à medida que a corrente de surto e a tensão aumentam. Componentes comuns incluem varistores de óxido metálico (MOVs) e diodos de supressão. Também conhecido como SPD "Tipo de Fixação", exibe características contínuas de tensão e corrente.

(3) Tipo de combinação SPD:
Composto por componentes de comutação de tensão e de limitação de tensão. Suas características podem se manifestar como tipo de comutação de tensão, tipo de limitação de tensão ou uma combinação de ambos, dependendo da tensão aplicada.

2.2 Classificação Baseada em Requisitos de Aplicação em Diferentes Sistemas
De acordo com sua finalidade, os SPDs podem ser categorizados em: SPDs de Sistema de Potência, SPDs de Sistema de Sinal e SPDs de Sistema Alimentador de Antena.

 

02 Parâmetros principais para seleção de dispositivos de proteção contra surtos

1.Seleção da categoria de teste SPD
As categorias de teste SPD são classificadas em três tipos: Classe I, Classe II e Classe III. Geralmente, SPDs Classe I ou Classe II são usados ​​em gabinetes de distribuição principais; SPDs Classe II ou Classe III são adequados para painéis de sub-distribuição e aplicações downstream. As especificações descrevem isso da seguinte forma:

(1) Para linhas de alimentação CA que entram em um edifício, no limite entre zonas como LPZ0A ou LPZ0B e LPZ1 (por exemplo, o gabinete de distribuição principal), um SPD testado Classe I ou Classe II deve ser instalado como proteção primária.
(2) Nos limites da zona de proteção subsequentes, como quadros de distribuição em circuitos ramificados ou gabinetes de distribuição de energia em salas de equipamentos eletrônicos, SPDs testados Classe II ou Classe III podem ser instalados como proteção secundária.
(3) Para portas de alimentação de equipamentos de informação eletrônica particularmente críticos, SPDs testados Classe II ou Classe III podem ser instalados para proteção precisa. Para equipamentos de informação que utilizam fonte de alimentação CC, devem ser instalados SPDs de linha de alimentação CC apropriados com base em seus requisitos de tensão operacional.

2.Seleção da tensão máxima de operação contínua
(1) A tensão máxima de operação contínua (Uc) é a tensão RMS máxima (ou tensão CC) que pode ser aplicada continuamente a um SPD. Este valor serve como limite para o SPD; quando a tensão operacional excede este valor, o SPD é ativado e a corrente de fuga aumenta exponencialmente.

(2) A seleção de Uc depende do tipo de aterramento do sistema, da tensão do sistema e da qualidade da energia. O valor Uc deve ser maior que a tensão normal de operação. Por exemplo, num sistema TN com 380/220 V, o desvio de tensão positivo normalmente não excede 7%. No entanto, na prática, o desvio positivo da tensão na China excede frequentemente este valor. Considerando um desvio de 10% e mais 5% para fatores de envelhecimento, Uc deverá ser Maior ou igual a 1,15Uo.

(3) Em locais onde o desvio da tensão do sistema de alimentação excede 10% ou onde os efeitos harmônicos causam um aumento na amplitude normal da tensão operacional, o valor Uc do SPD deve ser aumentado adequadamente com base em condições específicas. Ao mesmo tempo, deve ser considerada a coordenação entre o nível de proteção contra sobretensão (Up) e o equipamento protegido. Consulte a figura abaixo para obter detalhes, onde Uo representa a tensão de fase e U representa a tensão de linha.

 

Valores mínimos de tensão máxima de operação contínua para dispositivos de proteção contra surtos dependendo das características do sistema

Conexão SPD	Sistema TN-S	Sistema TN-C	Sistema TT	Com sistema de TI derivado neutro	Sem sistema de TI derivado neutro
L - N	Maior ou igual a 1,15 Uo	N/A	Maior ou igual a 1,15 Uo	Maior ou igual a 1,15 Uo	N/A
L - EP	Maior ou igual a 1,15 Uo	N/A	Maior ou igual a 1,15 Uo	Maior ou igual a √3 Uo	Maior ou igual a U
L - CANETA	N/A	Maior ou igual a 1,15 Uo	N/A	N/A	N/A
N - EP	N/A	N/A	N/A	Maior ou igual a 1,15 Uo	Maior ou igual a 1,15 Uo
L - L	Maior ou igual a 1,15 U	Maior ou igual a 1,15 U	Maior ou igual a 1,15 U	Maior ou igual a 1,15 U	Maior ou igual a 1,15 U

Em sistemas DC, a Tensão Máxima de Operação Contínua (Uc) de um SPD é aproximadamente 1,5 vezes a tensão nominal do sistema protegido (como valor empírico).

 

3. Seleção da Corrente de Impulso e Corrente Máxima de Descarga

A corrente de impulso (Iimp) é normalmente usada como parâmetro para o teste de carga de ação de classificação Classe I de um SPD, com sua forma de onda geralmente sendo 10/350 μs.

A corrente máxima de descarga (Imax) é usada para o teste de classificação Classe II de um SPD. A seleção específica depende do local de exposição e pode ser consultada na tabela abaixo.

Tabela 5.4.3-3 Valores recomendados para parâmetros de corrente de impulso e corrente de descarga nominal de dispositivos de proteção contra surtos de linha de energia

Nível de proteção contra raios	Gabinete de Distribuição Principal		Gabinete de sub{0}}distribuição	Gabinete de distribuição da sala de equipamentos e portas que requerem proteção especial
	LPZ0 a LPZ1		LPZ1 a LPZ2	Limites da zona de proteção subsequente
	10/350μs (Teste Classe I)	8/20μs (Teste Classe II)	8/20μs (Teste Classe II)	8/20μs (Teste Classe II)	Onda Composta (1,2/50μs e 8/20μs) (Teste Classe III)
	Iimp (kA)	Em (ka)	Em (ka)	Em (ka)	Uoc (kV) / Isc (kA)
A	Maior ou igual a 20	Maior ou igual a 80	Maior ou igual a 40	Maior ou igual a 5	Maior ou igual a 10/ Maior ou igual a 5
B	Maior ou igual a 15	Maior ou igual a 60	Maior ou igual a 30	Maior ou igual a 5	Maior ou igual a 10/ Maior ou igual a 5
C	Maior ou igual a 12,5	Maior ou igual a 50	Maior ou igual a 20	Maior ou igual a 3	Maior ou igual a 6/ Maior ou igual a 3
D	Maior ou igual a 12,5	Maior ou igual a 50	Maior ou igual a 10	Maior ou igual a 3	Maior ou igual a 6/ Maior ou igual a 3

 

4, seleção do nível de proteção de tensão

O Nível de Proteção de Tensão (Up) é um parâmetro de desempenho de um SPD que limita a tensão entre seus terminais. Para SPDs do tipo comutação-de tensão, refere-se à faísca máxima-sobretensão sob uma taxa de aumento especificada; para SPDs do tipo limitador de tensão, refere-se à tensão residual máxima sob uma forma de onda de corrente especificada.

A soma do nível de proteção de tensão (Up) do SPD e a tensão induzida em seus cabos de conexão deve ser menor que a tensão nominal suportável de impulso (Uw) do isolamento do sistema e do equipamento (consulte a figura abaixo para valores Uw) e preferencialmente não deve exceder 80% do nível de tensão suportável do equipamento protegido.

Tabela 5.4.3-1 Valores de Tensão Suportável de Impulso Nominal (Uw) para Vários Equipamentos em um Sistema de Distribuição Trifásico 220V/380V

Localização do equipamento	Terminal de entrada de fonte de alimentação	Equipamento de circuito de distribuição de ramificação	Equipamento de utilização	Equipamento de informação eletrônica que requer proteção
Categoria de tensão suportável ao impulso	4	III	II	I
Uw (kV)	6	4	2.5	1.5

 

5. Princípios gerais para projeto de seleção de dispositivo de proteção contra surtos (SPD)

(1) Princípio Holístico.
Considere a proteção contra raios de todo o sistema eletromecânico do projeto de engenharia de segurança como um objeto de proteção unificado. É essencial abordar a proteção contra raios de cada subsistema e, ao mesmo tempo, garantir uma coordenação eficaz entre os vários subsistemas de baixa-tensão e entre eles e os subsistemas de fornecimento de energia e distribuição. A configuração do sistema deve ser sistemática, economicamente razoável, segura, confiável e incluir redundância apropriada.

(2) Prevenção Integrada.
Utilizar totalmente as medidas técnicas tradicionais de proteção contra raios, como "equalização de potencial, blindagem, terminação de ar, desvio, aterramento e proteção". Selecione dispositivos de terminação aérea e dispositivos de proteção contra surtos (SPDs) confiáveis ​​para implementar uma solução técnica abrangente e confiável.

(3) Seleção Racional.
Com base nas características específicas do ambiente geográfico do projeto de engenharia de segurança e da zona de proteção contra raios na qual o equipamento eletromecânico está localizado, selecione os parâmetros de desempenho elétrico e funcionalidades do produto SPD apropriados.

 

03 Parâmetros de seleção para cada nível de dispositivos de proteção contra surtos

1.SPD1

Se o dispositivo de proteção contra surtos de primeiro-nível SPD1 for instalado na sala de distribuição de energia principal de um edifício, três SPDs do tipo{2}comutação de tensão geralmente são suficientes para atender aos requisitos do sistema. Mesmo no atual sistema de fornecimento de energia da China, que adota uma configuração TN-S, o Neutro (N) e o Aterramento Protetor (PE) são ligados em um único ponto na sala de distribuição principal. Portanto, a instalação de três SPDs do tipo chaveamento de tensão no gabinete de distribuição principal da sala de distribuição de energia é eficaz. Não é necessário instalar um SPD adicional entre N e PE.

Os parâmetros de seleção recomendados para SPD1 são os seguintes:

Tensão máxima de operação contínua:Uc=440V

Corrente máxima de descarga:Geralmente projetado e calculado de acordo com os requisitos do código ou referenciado em padrões.

Nível de proteção:Acima Menor ou igual a 2,5kV

Tempo de resposta:tA Menor ou igual a 100ns

2.SPD2

O dispositivo de proteção contra sobretensão de segundo{0}}nível é o produto mais utilizado. Situações em que pulsos eletromagnéticos de raios podem induzir correntes de surto superiores a 20kA em linhas de energia que invadem zonas LPZ1 são relativamente raras. Portanto, a corrente de descarga nominal (In) para o SPD de segundo{5}}nível, como um SPD do tipo limitador de tensão-, é normalmente especificada entre 20~40kA.

Os parâmetros de seleção recomendados para SPD2 são os seguintes:

Tensão máxima de operação contínua:Uc=260~320V

Corrente de descarga nominal (8/20μs):Em=20kA

Corrente máxima de descarga (8/20μs):Imáx=40kA

Nível de proteção:Acima Menor ou igual a 1,5kV

Tempo de resposta:tA Menor ou igual a 25ns

3. SPD3

O dispositivo de proteção contra surtos de energia de terceiro-nível normalmente é instalado na parte frontal de equipamentos importantes, servindo como a-chamada proteção fina.

Os parâmetros de seleção recomendados para SPD3 são os seguintes:

Tensão máxima de operação contínua:Uc=255V

Corrente de descarga nominal (8/20μs):

Em (L→N)=3kA

Em (N→PE)=5kA

Nível de proteção de tensão (acima):

L→N Menor ou igual a 1,25kV

L→PE Menor ou igual a 1,5kV

Tempo de resposta:tA Menor ou igual a 25ns

04 Requisitos de instalação para dispositivos de proteção contra surtos

Os três requisitos fundamentais para a instalação e utilização de SPDs:

(1)Após a instalação de um SPD, em condições normais de operação sem sobretensões, o SPD não deverá afetar adversamente a operação do sistema elétrico (ou eletrônico).

(2)Após a instalação de um SPD, no caso de um surto, o SPD deve ser capaz de suportar a corrente esperada do raio sem danos, ao mesmo tempo que fixa a tensão de surto e desvia a corrente de surto.

(3)Depois que a corrente de surto tiver passado, o SPD deverá retornar imediatamente a um estado de{0}alta impedância e interromper a corrente de acompanhamento de-frequência de alimentação.

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