Compreendendo os dispositivos de proteção contra surtos (SPDs)

A necessidade de proteção contra surtos

O mundo de hoje está cheio de produtos eletrônicos e dispositivos elétricos que são suscetíveis a danos causados ​​por surtos de sobretensão.

Sobretensões causadas por descargas estáticas, cargas capacitivas e indutivas ou raios podem destruir rapidamente equipamentos e componentes eletrônicos sofisticados usados ​​em aplicações industriais e comerciais. Esses surtos prejudicam as operações – especialmente os sistemas de dados e comunicação dos quais praticamente todas as empresas dependem hoje,

Requisitos de proteção contra surtos da 18ª edição

Enquanto a 17ª Edição trabalhou com base na probabilidade de queda de um raio – a principal causa de picos de eletricidade – seguindo os critérios AQ, a BS7671:2018 considera as consequências de um raio e picos associados. Nomeadamente, o regulamento 443.4 estabelece que um SPD deve ser instalado onde as consequências causadas por sobretensão incluem:

• ‘Danos graves ou perda de vidas humanas’
• ‘Interrupção de serviços públicos e/ou danos ao património cultural’
• ‘Interrupção da atividade comercial ou industrial’
• ‘Afetando um grande número de indivíduos colocados’

Isto significa efectivamente que tudo, excepto as pequenas habitações domésticas, deve agora ter protecção adequada contra sobretensões.

Causas e consequências de surtos elétricos

A maioria dos picos de eletricidade é causada por raios ou por comutação de eletricidade. Um raio pode transportar uma corrente de 200.000 A e é particularmente perigoso porque o flashover pode causar incêndio ou choque elétrico. Os surtos de comutação causados ​​pelo desligamento de grandes cargas indutivas tendem a ser menos extremos, mas mais repetitivos, limitando potencialmente a vida útil dos componentes do sistema.

• Quedas de raios — Impacto em grande escala, alta corrente e tensão, mas ocorrência menos comum.
• Troca de energia — Ocorrências crescentes:

1. Comutação de cargas de serviços públicos e de clientes – Motores, grandes cargas, falhas, bancos de capacitores, operação de fusíveis e disjuntores, etc.
2. Comutação de fontes — rede inteligente, grupos geradores, sistemas de energia fotovoltaica e geração de energia eólica, etc.

Em termos de SPDs, servem para evitar danos em todas as partes de uma instalação elétrica e aparelhos anexos. Isto é causado por sobretensão transitória que excede o limite de resistência nominal do equipamento elétrico, causando danos como componentes queimados, isolamento degradado e até mesmo fios derretidos.

Tipos de dispositivos de proteção contra surtos

Existem três tipos principais de dispositivos de proteção contra surtos de uso comum, dependendo de onde eles são instalados em uma instalação.

Em primeiro lugar, os SPDs Tipo 1 são capazes de descarregar a corrente parcial do raio com uma forma de onda de 10/350µs. Isto torna-os adequados para instalação no lado da alimentação da entrada de serviço principal, protegendo toda a instalação, incluindo o painel de serviço, contra sobretensões. Normalmente, eles usam um centelhador para direcionar o surto para a terra e evitar que ele atinja o edifício.

Em segundo lugar, os SPD Tipo 2 destinam-se a proteger equipamentos ligados a uma instalação. Eles são posicionados no lado da carga da entrada de serviço principal entre fase neutra ou fase-fase e evitam a propagação de sobretensão através de um varistor de óxido metálico (MOV) com onda de corrente de 8/20µs. Os MOVs mantêm uma resistência muito alta até que a tensão de surto seja encontrada, momento em que a resistência cai drasticamente e o excesso de corrente pode ser canalizado para a terra.

Finalmente, os SPDs Tipo 3 são de escala muito menor e só devem ser usados ​​em conjunto com um dispositivo Tipo 2. Eles são projetados especificamente para proteger equipamentos sensíveis, como televisores e computadores, contra sobretensão. Suas ondas de tensão tendem a ficar em torno de 1,5/50µs e as ondas de corrente tendem a ficar em torno de 8/20µs.

Seleção e aplicação de sistema de energia CA SPD

Tendo determinado a classe de SPD necessária, a tensão e a configuração corretas precisam ser determinadas.

Sistema TN-C

Neste sistema, o condutor neutro e o condutor terra de proteção são combinados em um único condutor em todo o sistema. Este condutor é conhecido como PEN, um “Terra Protetor e Neutro”. Todas as peças condutoras expostas do equipamento estão conectadas ao PEN.

Sistema TN-S

Neste sistema, um condutor de aterramento neutro e de proteção separado é executado por toda parte. O condutor de aterramento de proteção (PE) é normalmente um condutor separado, mas também pode ser a bainha metálica do cabo de alimentação. Todas as peças condutoras expostas do equipamento são conectadas ao condutor PE.

Sistema TN-C-S

Neste sistema, a alimentação é configurada conforme TN-C, enquanto a instalação downstream é configurada conforme TN-S. O condutor PEN combinado normalmente ocorre entre a subestação e o ponto de entrada no edifício, e o terra e o neutro são separados no Quadro de Distribuição Principal. Este sistema também é conhecido como Aterramento Múltiplo de Proteção (PME) ou Neutro Aterrado Múltiplo (MEN). O condutor PEN de alimentação é aterrado em vários pontos da rede e geralmente o mais próximo possível dopossível o ponto de entrada do consumidor.

SISTEMA TT

Sistema que possui um ponto da fonte de energia aterrado e as partes condutoras expostas da instalação conectadas a eletrodos aterrados independentes. O neutro da alimentação de entrada não está aterrado no quadro de distribuição principal.

No sistema TT, para que os dispositivos de proteção contra sobrecorrente (fusíveis e disjuntores) operem da maneira pretendida, é importante que os SPDs não sejam conectados diretamente da fase ao terra de proteção, mas sim da fase ao neutro e do neutro ao terra. Portanto, o SPD Neutro para PE transporta tanto o PE para a corrente de impulso neutro quanto o PE para as correntes de impulso de fase. Este SPD é recomendado para ser um GDT (Tubo de Descarga de Gás) devido às suas características geralmente superiores de manuseio de energia.

SISTEMA DE TI

Um sistema não tem conexão direta entre as partes vivas e a terra, mas todas as partes condutoras expostas da instalação estão conectadas a eletrodos aterrados independentes. A fonte é flutuante ou aterrada através de alta impedância (para limitar as correntes de falta). Isto significa que durante uma falta Fase-Terra, os sistemas continuam a operar. Isso é detectado e os esforços de manutenção são iniciados para corrigir a falha. No entanto, durante este tempo, a tensão Fase-Terra sobe para o valor normal da Linha paraA tensão da linha e os SPDs instalados devem suportar isso durante esse período. A maioria dos sistemas de TI instalados não utiliza condutor neutro – o equipamento é alimentado linha a linha. O sistema de TI é normalmente utilizado em instalações mais antigas em países como a Noruega e a França. Também é utilizado em aplicações especiais, como enfermarias de terapia intensiva de hospitais e aplicações industriais especiais.

Coordenação de Proteção contra Surtos

Os SPDs devem ter um nível de proteção significativamente inferior à tensão nominal suportável ao impulso. Os SPDs também devem ser sempre do mesmo fabricante.

Um fator importante a considerar ao instalar a proteção contra surtos é o comprimento total dos cabos que conectam o SPD à instalação. Deverão ser o mais curtos possível, de preferência totalizando menos de 0,5m e em nenhum caso totalizando mais de 1m. Os SPDs devem sempre ser instalados de acordo com as instruções do fabricante e preferencialmente no lado da alimentação dos RCDs.