A proteção contra surtos é fundamental para a segurança e o tempo de atividade dos sistemas elétricos modernos. Escolhendo o certo Dispositivo de proteção contra surtos (SPD) começa com a compreensão de como os sistemas CA e CC se comportam de maneira diferente sob transientes - especialmente extinção de arco (cruzamento zero CA vs CC sem cruzamento zero) e design de componentes (MOVs bidirecionais vs unidirecionais). Este guia explica a diferença entre AC SPD e DC SPD, mapeia os padrões IEC/UL aplicáveis e mostra como selecionar um SPD que atenda às suas necessidades de aplicação e conformidade.
Sobretensões transitórias, também conhecidas como surtos de energia, são picos de tensão de curta duração que podem danificar ou destruir equipamentos eletrônicos sensíveis. Esses surtos podem ser causados por descargas atmosféricas, operações de comutação de rede, comutação de grandes cargas ou partidas de equipamentos indutivos. Os dispositivos SPD, também chamados de supressores de surto ou pára-raios, são projetados para detectar e desviar esses picos antes que atinjam o equipamento protegido.
Mas nem todos os surtos – ou SPDs – são criados iguais. Os sistemas CA (Corrente Alternada) e CC (Corrente Contínua) apresentam comportamentos elétricos muito diferentes e, como tal, requerem abordagens distintas de proteção contra surtos. Por CEI 61643-11/-31, um SPD limita a tensão de surto e desvia a corrente de surto em nanossegundos, protegendo o equipamento downstream.
Proteção contra sobretensão CA foi projetado para sistemas elétricos onde a tensão alterna a direção periodicamente - normalmente em 50 Hz ou 60 Hz. Esses sistemas são amplamente utilizados em residências, edifícios comerciais, fábricas e redes de automação industrial. De acordo com CEI 61643-11, os SPDs AC são classificados em Tipo 1, Tipo 2 e Tipo 3, cada um destinado a um ponto de instalação diferente dentro do sistema de distribuição.
Opere em tensões de rede comuns, como 115 V, 230 V, 400 V e até 690 V CA.
Operação bidirecional para lidar com a comutação de polaridade de ondas senoidais CA.
Extinção do arco através de cruzamentos naturais por zero da forma de onda CA, o que torna a desconexão mais segura e eficiente.
MOVs (varistores de óxido metálico) comumente usados para absorver energia de surto; em SPDs Tipo 1, os MOVs são frequentemente combinados com GDTs (tubos de descarga de gás) ou câmaras de arco para suportar impulsos de raios de alta energia (formas de onda de 10/350 µs).
É necessária coordenação com proteção a montante (MCB ou fusível); A melhor prática é manter o comprimento do cabo do SPD o mais curto possível, idealmente <0,5 m, para minimizar a tensão residual.
Tipos de SPD para aplicações AC
Tipo 1 SPD – Instalado na entrada de serviço; suporta correntes diretas de raios (Iimp 10/350 µs).
Tipo 2 SPD – Instalado em quadros de distribuição; protege contra surtos de comutação e raios indiretos (In/Imax 8/20 µs).
Tipo 3 SPD – Instalado próximo a equipamentos sensíveis; fornece proteção fina contra surtos residuais.
Aplicações típicas
Botoneiras principais de serviço (Tipo 1)
Quadros de distribuição de edifícios (Tipo 2)
Painéis de controle em ambientes industriais (Tipo 2)
Proteção no ponto de uso ou no nível do soquete para dispositivos sensíveis alimentados por CA (Tipo 3)
Exemplo de Produto Britec AC SPD Faixa
BR-50GR (Tipo 1): Classificado para Uc 275/320/440 V, com Iimp até 25 kA (10/350 µs); ideal para proteção contra raios em entradas de serviço em sistemas TN/TT.
BR-12.5M (híbrido Tipo 1+2): Lida com impulsos de raios e surtos de comutação, tornando-o adequado para instalações industriais.
BR-40 e BR-30FU (Tipo 2): Classificado para Uc 275 V, com In 20 kA / Imax 40 kA (8/20 µs); o BR-30FU integra um fusível reserva, simplificando a instalação e melhorando a segurança.
BR-230/BR275-6 (Tipo 3): Projetado para proteção de equipamentos terminais, com baixa tensão residual (Up ≤ 1,5 kV).
Proteção contra sobretensão CC foi projetado para sistemas de corrente contínua, onde a eletricidade flui em uma única direção sem cruzamentos naturais de zero. Ao contrário dos sistemas CA que beneficiam de inversões periódicas de tensão, os sistemas CC apresentam um desafio de engenharia único: os arcos não se extinguem automaticamente. Isso significa que os SPDs CC exigem extinção de arco mais robusta, desconexão térmica e mecanismos de liberação mecânica para garantir a segurança e evitar fuga térmica.
Classificações de tensão: Normalmente projetado para 500 Vcc a 1500 Vcc, abrangendo painéis solares fotovoltaicos, sistemas de armazenamento de bateria (BESS) e redes de carregamento rápido CC.
Seleção MOV unidirecional: Para acomodar a polaridade CC, os SPDs CC usam MOVs unidirecionais, garantindo a fixação correta de surto para fluxo de corrente unidirecional.
Supressão de arco: Como a CC não possui cruzamento zero, os SPDs CC integram seccionadores térmicos de ação rápida, tubos de descarga de gás (GDTs) ou câmaras de arco para interromper com segurança as correntes de falta.
Tratamento de alta sobretensão: Construído para absorver surtos de alta energia com classificações In/Imax de até 20–40 kA (8/20 µs) e dispositivos Tipo 1+2 classificados para impulsos de raios Iimp.
Conformidade e Certificação:
Deve estar em conformidade com IEC 61643-31 (para SPDs fotovoltaicos CC) ou UL 1449 (para sistemas DC na América do Norte, até 1.500 Vcc).
Dependendo do projeto ou dos requisitos regionais, os produtos podem possuir certificações adicionais TÜV, CB ou UL para conformidade da rede e auditorias de segurança.
Matrizes solares fotovoltaicas (proteção de string ou caixa combinadora, normalmente 1000 Vcc ou 1500 Vcc).
Sistemas de armazenamento de energia de bateria (BESS) para soluções em escala de rede ou microrrede.
Estações de carregamento de veículos elétricos (EV), especialmente carregamento rápido DC.
Torres de telecomunicações e sistemas de energia renovável (conversores de turbinas eólicas, redes híbridas DC).
Classificação de tensão: Uc = 1000 Vcc
Corrente de descarga nominal: In = 20 kA
Corrente máxima de descarga: Imax = 40 kA (8/20 µs)
Nível de proteção de tensão: Até ≤ 3,8 kV
Características: Seccionador térmico + sinalização remota para monitoramento em tempo real.
Classificação de tensão: Uc = 1500 Vcc
Corrente de descarga nominal: In = 20 kA
Corrente máxima de descarga: Imax = 40 kA
Nível de proteção de tensão: Até ≤ 4,5 kV
Características: Design de câmara de arco + corte térmico, garantindo operação confiável em usinas fotovoltaicas e infraestrutura EV.
Embora os SPDs CA e os SPDs DC pareçam semelhantes à primeira vista, seus princípios de design, padrões e requisitos de aplicação são muito diferentes. A tabela abaixo resume as principais diferenças entre AC SPD e DC SPD:
| Parâmetro | AC SPD | DC SPD |
|---|---|---|
| Faixa de tensão | 115V – 690V AC (redes comuns) Exemplo: BR-40 (Uc 275 V, In 20 kA) | 500V – 1500V DC (PV, EV, BESS) Exemplo: BRPV3-1500 (Uc 1500 Vdc, In 20 kA) |
| Tratamento de polaridade | Operação bidirecional (comutação de polaridade de onda senoidal CA) | Seleção MOV unidirecional para estabilidade de polaridade DC |
| Extinção de arco | O cruzamento de zero natural auxilia na interrupção do arco Os SPDs tipo 1 geralmente usam MOV + GDT/câmara de arco para impulsos de 10/350 µs | Sem cruzamento de zero → requer seccionador térmico rápido, câmara de arco ou GDT |
| Tempo de resposta | SPDs baseados em MOV normalmente respondem em <25 ns (dependente do dispositivo) | Mesmo princípio – baseado em MOV, <25 ns (dependente do dispositivo) |
| Tipo de forma de onda | Senoidal (50/60 Hz) | Tensão CC constante |
| Formas de onda de teste de surto | 8/20 µs (comutação), 10/350 µs (raios, tipo 1) | Padronizado como AC (8/20 µs, 10/350 µs); diferença chave = extinção de arco |
| Manuseio de Energia | A classificação por polo depende do projeto (verifique a folha de dados: In/Imax/Iimp) Exemplo: BR-30FU (Em 20 kA, Imax 40 kA) | A classificação por polo depende do projeto (In/Imax/Iimp) Exemplo: BRPV3-1000 (In 20 kA, Imax 40 kA) |
| Padrões | IEC 61643-11 (SPDs AC), UL 1449 (América do Norte) | IEC 61643-31 (SPDs CC, PV), UL 1449 (América do Norte, PV ≤1500 Vcc) |
| Aplicações | Residências, escritórios, painéis de controle industrial, quadros de distribuição predial | Matrizes solares fotovoltaicas, armazenamento de bateria, carregamento de veículos elétricos, telecomunicações, turbinas eólicas |
AC inverte a direção periodicamente (onda senoidal), permitindo pontos naturais de cruzamento de zero. A CC flui continuamente em uma única direção (forma de onda plana), tornando a extinção do arco muito mais desafiadora.
Implicação:
Os SPDs CA se beneficiam do cruzamento zero para interrupção do arco, enquanto os SPDs CC exigem mecanismos de supressão de arco mais robustos devido às características da forma de onda.
Necessidades de tempo de resposta:
Os SPDs DC normalmente exigem tempos de resposta mais rápidos (≤25ns) para proteção contra transientes rápidos.
Tecnologia usada: Os dispositivos SPD CA e CC geralmente usam MOVs (varistores de óxido metálico), desconexões térmicas e, às vezes, GDTs (tubos de descarga de gás). Para entender como esses componentes funcionam dentro de um dispositivo de proteção contra surtos, consulte nosso guia detalhado em como funciona um SPD.
Exemplo:
DC SPD FLY1-40PV suporta até 40kA; AC SPD USP2 varia até 120kA, dependendo do modelo.
Tolerância Ambiental:
Os SPDs DC geralmente suportam faixas mais amplas de temperatura e umidade relativa devido a aplicações externas.
Por que é importante:
A supressão inadequada de arco em pára-raios CC pode causar fuga térmica e incêndio.
Exemplo:
A classe de proteção contra surtos deve ser verificada por meio de etiquetas SPD certificadas pela TUV para conformidade com a rede.
A seleção do dispositivo de proteção contra surtos (SPD) correto não se trata apenas de classificação de tensão – envolve também posição de instalação, coordenação de proteção e conformidade com padrões internacionais. Aqui estão os principais fatores a serem considerados:
Sistemas CA (IEC 61643-11 / UL 1449)
230/400 V (redes TN/TT): Escolha Uc 275 V modelos.
Exemplo: Britec BR-40/30FU – SPD Tipo 2, Uc 275 V, In 20 kA, Imax 40 kA, com fusível integrado para proteção de backup.
Sistemas fotovoltaicos CC (IEC 61643-31 / UL 1449 ≤1500 Vcc)
Matrizes de 600 Vcc, 1000 Vcc ou 1500 Vcc: Selecione a classificação DC Uc correspondente.
Exemplo: Britec BRPV3-1000 (Uc 1000 Vcc) ou BRPV3-1500 (Uc 1500 Vcc) – SPDs DC tipo 1+2 para caixas combinadoras fotovoltaicas e inversores.
Dica: Verifique sempre se a Uc (tensão de operação contínua) do SPD é ≥ 1,2 × tensão nominal do sistema para evitar envelhecimento prematuro.
Tipo 1 (corrente atmosférica de 10/350 µs)
Instalado na entrada de serviço/distribuição principal.
Lida com correntes diretas de raios.
Exemplo: BR-12.5M Tipo 1+2 SPD, Iimp 12,5 kA.
Tipo 2 (surtos de comutação de 8/20 µs)
Instalado em quadros de distribuição de piso.
Protege contra surtos de comutação e correntes residuais de raios.
Exemplo: BR-40/30FU Tipo 2 SPD (com seccionador integrado).
Tipo 3 (ponto de uso)
Instalado próximo a equipamentos sensíveis (computadores, servidores, dispositivos médicos).
Protege contra surtos residuais não limitados pelos SPDs a montante.
Regra de engenharia: Se o comprimento do cabo entre dois estágios de proteção for >10 m, instale SPDs adicionais em ambas as extremidades para garantir a coordenação.
Os SPDs devem ser coordenados com fusíveis MCB/RCB/backup a montante.
Alguns modelos, como Britec BR-40/30FU, integram seccionadores térmicos e proteção de backup, reduzindo espaço e custos.
SPDs CA: IEC 61643-11, UL 1449
SPDs fotovoltaicos CC: IEC 61643-31, UL 1449 (≤1500 Vcc)
Certifique-se sempre de que o SPD possua as certificações de teste CE, UL ou IEC adequadas, especialmente para projetos internacionais.
Escolher o SPD certo significa combinar a tensão, selecionar o tipo correto por nível de instalação, garantir a coordenação adequada e cumprir os padrões IEC/UL.
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Os dispositivos de proteção contra surtos CA e CC podem parecer semelhantes, mas atendem a sistemas fundamentalmente diferentes. Os SPDs AC são otimizados para aplicações de onda senoidal em edifícios e redes. Os SPDs CC são adaptados para formas de onda de tensão plana em infraestruturas CC renováveis e de alta tensão.
A escolha do SPD correto é essencial para proteger o equipamento e manter a conformidade com os padrões de segurança.
Para garantir proteção ideal:
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