Tipos de dispositivos de proteção contra surtos industriais e estratégias de proteção graduadas

31/10/2025

Este artigo apresentará sistematicamente os tipos, métodos de classificação e como construir um sistema eficaz de proteção graduada para protetores contra surtos industriais (SPD).

Classificação por princípio técnico e capacidade de descarga

Este é o principal método de classificação para SPD, que determina diretamente seus cenários de aplicação e níveis de proteção, e geralmente é baseado em padrões internacionais como IEC 61643.

Tipo 1 (Tipo 1/T1): Descarga de Energia

Princípio Técnico: Dispositivos de proteção contra surtos tipo 1 normalmente usa um centelhador como seu componente principal. Sua principal característica é a alta capacidade de descarga de corrente de surto.

Capacidade de descarga: Capaz de suportar e liberar descargas atmosféricas diretas ou parciais (simulando uma forma de onda 10/350µs); as correntes de teste normalmente podem atingir dezenas de quiloamperes.

Cenários de aplicação: Instalado principalmente na entrada do gabinete de distribuição principal (MDB) do edifício como um dispositivo de proteção primário para liberar correntes atmosféricas de linhas externas (por exemplo, linhas de energia).

Tipo 2 (Tipo 2/T2): Limitador de Tensão

Princípio Técnico: O componente principal é um varistor (MOV). Sob tensão normal, o MOV apresenta alta resistência; quando ocorre uma sobretensão de surto, sua resistência cai drasticamente, desviando a corrente e fixando a tensão a um nível seguro.

Capacidade de descarga: Dispositivos de proteção contra surtos tipo 2 Usado para descarregar descargas atmosféricas induzidas e sobretensões operacionais (simulando forma de onda de 8/20 µs), com capacidade de descarga variando normalmente de vários milhares a dezenas de milhares de amperes.

Cenários de aplicação: Instalado a jusante do gabinete de distribuição principal no gabinete de distribuição (painel de distribuição, SDB) ou antes do gabinete de controle de equipamentos importantes, servindo como proteção secundária para fornecer proteção para a maioria dos equipamentos elétricos.

Tipo 3 (Tipo 3/T3): Proteção Avançada

Princípio Técnico: Normalmente emprega MOVs mais finos, tubos de descarga de gás ou diodos TVS, resultando em resposta extremamente rápida e menor tensão residual (nível de proteção).

Capacidade de descarga: A capacidade de descarga é relativamente pequena, usada principalmente para suprimir ainda mais a tensão residual.

Cenários de aplicação: Dispositivos de proteção contra surtos tipo 3 instalado muito próximo ao equipamento protegido, como na tomada ou placa de tomadas do equipamento, para proteção fina. Geralmente precisa ser usado em conjunto com um SPD Tipo 2 e não pode ser instalado sozinho.

Spd Combinado (Tipo 1+2): Solução Integrada

Princípio Técnico: Este dispositivo integra um centelhador Tipo 1 e um varistor Tipo 2, oferecendo as vantagens de alta capacidade de descarga e baixo nível de proteção.

Cenários de aplicação: Dispositivos combinados de proteção contra surtos SPD (Tipo 1+2) adequado para aplicações com espaço limitado ou que requerem design simplificado. Pode ser instalado diretamente no armário de distribuição principal na entrada do edifício, proporcionando proteção combinada de primeiro e segundo nível.

Classificação estendida de dispositivos de proteção contra surtos industriais

Além dos principais tipos de tecnologia, os SPD industriais também podem ser classificados de acordo com outras dimensões.

Classificação por tipo de fonte de alimentação

SPD de fonte de alimentação CA: Usado para proteger sistemas de fonte de alimentação CA, como redes de energia industriais de 380V/220V.

SPD de fonte de alimentação CC: Usado para proteger sistemas de fonte de alimentação CC, como sistemas de geração de energia fotovoltaica, acionamentos de motor CC e fontes de alimentação de estação base de comunicação.

SPD de alimentação CA versus SPD de alimentação CC

Recurso	SPD de alimentação CA	SPD de alimentação CC
Aplicação Primária	Painéis elétricos principais, subpainéis, circuitos ramais em residências, escritórios e instalações industriais.	Matrizes solares fotovoltaicas, sistemas de armazenamento de baterias, estações de carregamento de veículos elétricos, telecomunicações, automotivo, marítimo e transporte público.
Tensão do sistema	Segue tensões CA padrão (por exemplo, 120 V, 230 V, 400 V, 480 V).	Altamente variável (por exemplo, 12V, 24V, 48V para baterias; 600V a 1500V para cadeias solares).
Comportamento Atual	Corrente alternada. A tensão cruza zero 100 ou 120 vezes por segundo. Isso ajuda extinguir um arco elétrico.	Corrente contínua. A tensão é constante e não ultrapassa zero. Isso faz arco muito mais sustentado e perigoso.
Desafio principal de design	Gerenciamento de sobretensões transitórias. O cruzamento zero da CA naturalmente ajuda a interromper a corrente seguinte.	Supressão de arco. O principal desafio é extinguir com segurança a “corrente de seguimento” da fonte CC após um evento de sobretensão sem que o SPD pegue fogo.
Tecnologia e componentes internos	Usa principalmente Varistores de óxido metálico (MOVs) e às vezes tubos de descarga de gás (GDTs). Os designs são relativamente simples.	Usa mais robusto MOVs com câmaras/enchimentos especiais para extinção de arco. Maior dependência de GDTs projetado especificamente para DC, que pode lidar com segurança com a tensão DC contínua sem vazamentos.
Classificação de tensão (Uc)	Classificado para operação contínua em tensões CA RMS padrão (por exemplo, 275 V, 320 V, 440 V).	Classificado para operação contínua na tensão específica do sistema CC (por exemplo, 1000 V CC, 1500 V CC).
Desconexão e Segurança	Freqüentemente inclui seccionadores térmicos para falhar com segurança em um MOV que foi degradado por muitos surtos.	Crítico e mais robusto. Requer mecanismos avançados de falha para desconectar fisicamente o SPD da fonte CC de maneira à prova de falhas, pois um arco CC sustentado é um grande risco de incêndio.
Padrões de Certificação	UL 1449 (América do Norte), IEC 61643-11 (Internacional).	UL 1449 (para aplicações CC específicas), IEC 61643-11, UL 497B e padrões específicos para sistemas fotovoltaicos como IEC 62548.

Classificação por tipo de sinal

Os ambientes industriais contêm não apenas linhas de energia, mas também numerosas linhas de sinal e controle. Os SPDs de sinal são projetados especificamente para proteger essas linhas de baixa tensão, como:

● SPD de rede/Ethernet

● Porta serial RS-232/485/422 SPD

● SPD de E/S Analógica/Digital

● Cabo coaxial SPD (usado para vigilância por vídeo, antenas, etc.)

Classificação por estrutura de montagem

Dispositivos de proteção contra surtos plug-in

Parece um adaptador e se conecta diretamente a uma tomada de parede. É usado principalmente para proteger um único dispositivo e pertence ao Tipo 3.

Dispositivos modulares de proteção contra surtos

O design modular padrão permite que ele seja montado em trilho DIN em um gabinete de distribuição, como um disjuntor. Esta é a forma mais comum em aplicações industriais, facilitando a instalação, substituição e monitoramento de condições (através de contatos de sinalização remota). O Tipo 1 e o Tipo 2 são principalmente deste tipo.

Dispositivos de proteção contra surtos tipo caixa

Módulos SPD, fusíveis ou disjuntores são integrados em um único invólucro de proteção, que é comumente usado em caixas de equipamentos externos ou de campo.

Como construir um sistema de proteção em níveis (escalonados)?

Um único SPD não pode fornecer proteção perfeita, portanto é necessária uma estratégia de proteção em níveis (ou escalonados).

Princípio da proteção em camadas

O conceito central da proteção graduada é “descarga passo a passo e fixação camada por camada”.”

Nível 1 (Tipo 1/Tipo 1+2): Na linha de entrada principal, absorve e descarrega a grande maioria da energia de surto massivo, limitando sobretensões de vários quilovolts a um nível mais baixo (por exemplo, 1500-2500V).

Nível 2 (Tipo 2): No painel de distribuição, descarrega ainda mais os surtos residuais que penetraram no Nível 1 e fixa a tensão a um nível mais seguro (por exemplo, 1000-1500V).

Nível 3 (Tipo 3): Na parte frontal do equipamento, proporciona supressão final de pequenos surtos residuais, oferecendo a menor tensão residual possível (normalmente abaixo de 1000V), garantindo a segurança absoluta das portas dos equipamentos de precisão.

Uma certa distância de linha (geralmente recomendada como superior a 10 metros) precisa ser mantida entre cada nível de SPD para utilizar a impedância de linha para coordenação de energia. Se a distância for insuficiente, componentes de desacoplamento (como indutores de desacoplamento dedicados ou fusíveis/disjuntores apropriados) serão necessários para garantir que cada nível do SPD opere em uma sequência coordenada.

Exemplo de configuração Spd em cenários industriais típicos

Cenário: Centro de Controle de Linha de Produção Automatizada

Sala de Distribuição Principal (MDB): Instalar DPS Tipo 1+2 para proteger a entrada de energia de todo o edifício.

Gabinete de controle de linha de produção (SDB): Instale SPDs Tipo 2 para proteger a fonte de alimentação das unidades de controle principais, como CLPs e conversores de frequência.

Frente do módulo de E/S do PLC: Instale SPDs de sinal nas linhas de sinal de controle (por exemplo, 24 Vcc).

Estação de trabalho do engenheiro: Use placas de soquete SPD Tipo 3 nos soquetes para proteger o computador e o programador.

Switch de rede de oficina: Instale SPDs Ethernet nas portas de rede.

Perguntas frequentes

Como selecionar o tipo de SPD apropriado com base nas condições do local?

Etapa 1: Determine o local de instalação. Selecione T1 ou T1+2 para o gabinete da linha de entrada principal; T2 para armário de distribuição; e T3 para a parte frontal do equipamento.

Etapa 2: verifique os principais parâmetros. A tensão máxima de operação contínua (Uc) deve ser maior que a tensão mais alta que pode ocorrer na rede elétrica local; a corrente de descarga nominal (In) e a corrente máxima de descarga (Imax) devem atender aos requisitos do nível de proteção contra raios (LPL) do ponto de instalação; o nível de proteção de tensão (Up) deve ser inferior ao valor da tensão suportável do equipamento protegido.

Etapa 3: Considere outros fatores, como o sistema de fonte de alimentação (CA/CC), método de instalação (modular/tipo caixa), indicação de status e requisitos de função de sinalização remota.

Inspeção diária e manutenção de SPD industrial

Inspeção visual regular: Verifique se há danos físicos no SPD, como rachaduras ou marcas de queimadura.

Observe o indicador de status: A maioria dos SPDs possui um indicador de janela codificado por cores (verde/vermelho). Verde indica operação normal e vermelho indica falha, exigindo substituição imediata.

Mantenha um registro de manutenção: registre a data de instalação, a data da inspeção inicial e os detalhes da inspeção subsequente. Mesmo quando em condições normais, os SPDs têm uma vida útil limitada; recomenda-se inspecioná-los ou substituí-los periodicamente (por exemplo, a cada 3-5 anos) ou após um grande evento de sobretensão.

Testes profissionais: Utilize instrumentos especializados para medir a corrente de fuga do varistor e avaliar a degradação do desempenho.

Os dispositivos de proteção contra surtos podem impedir o disparo dos disjuntores?

A principal função de um SPD é evitar que o equipamento seja danificado por sobretensão, e não impedir o disparo dos disjuntores.

Conclusão

Compreendendo os princípios técnicos e cenários de aplicação de diferentes tipos de dispositivos industriais de proteção contra surtos (SPD) (t1, t2, t3) e combinando-os com proteção abrangente de linhas de energia e sinal, podemos construir um sistema de proteção hierárquico (passo a passo) eficaz.

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