Um dispositivo de proteção contra sobretensão (SPD) protege sistemas e equipamentos elétricos contra eventos de sobretensão, limitando tensões transitórias e desviando correntes de sobretensão.
Tensão de operação contínua máxima (UC)
Corrente de impulso relâmpago (Iimp)
Corrente de descarga nominal (I)
Nível de proteção de tensão (acima)
Capacidade de resistência a curto-circuito (Isccr)
Capacidade de interrupção livre em Uc (Ifi)
Sobretensão transitória (TOV)
Esses parâmetros determinam o desempenho do SPD sob diferentes condições de falha e devem ser cuidadosamente combinados com a tensão do sistema, o ponto de instalação e o ambiente de sobretensão esperado.
Os SPDs são geralmente classificados com base em princípios de funcionamento internos e métodos de teste padrão.
Os dois principais tipos de SPD são:
Componentes limitadores de tensão
Componentes de comutação de tensão
A maioria dos SPDs modernos incorpora ambos os tipos de componentes para combinar as vantagens de cada um e reduzir suas respectivas fraquezas.
Os componentes de limitação de tensão incluem:
Varistores de óxido metálico (MOVs)
Diodos de supressão de tensão transitória (TVS)
Os componentes de comutação de tensão incluem:
Tubos de descarga de gás (GDTs)
Faíscas
Esses componentes diferem em velocidade de resposta, capacidade de manipulação de energia e características de envelhecimento.
De acordo com ANSI/IEEE C62.41, IEC 61643-11 e classificação VDE, existem três tipos de SPD padrão com base na forma de onda testada e no nível de aplicação.
Testado com corrente de descarga de impulso Iimp (normalmente 10/350 µs)
Também testado com impulsos de corrente de 8/20 µs
Projetado para instalação na entrada de serviço
Protege contra corrente direta de raios e surtos de alta energia
Testado com corrente de descarga nominal em (8/20 µs)
Opcionalmente testado com corrente de descarga máxima Imax (8/20 µs)
Nota: Imax não é recomendado como base para seleção de SPD
Para SPDs com componentes de comutação de tensão, também testados com impulsos de tensão de 1,2/50 µs.
Instalado em quadros de subdistribuição ou entradas de equipamentos
Protege contra surtos de comutação e raios indiretos
Testado com um gerador de ondas combinado:
Tensão de circuito aberto Uoc (1,2/50 µs)
Corrente de curto-circuito Icw (8/20 µs)
Impedância de saída nominal: 2Ω
Instalado perto de equipamentos terminais sensíveis para proteção fina
Os SPDs são usados em uma ampla variedade de sistemas CA e CC, cada um com requisitos específicos de projeto e seleção.
Em sistemas de distribuição CA, os SPDs são usados principalmente para proteger equipamentos e redes de energia contra sobretensões transitórias causadas por quedas de raios, comutação de serviços públicos e eventos de eliminação de falhas.
SPD Tipo 1: Instalado nos quadros de distribuição principais para lidar com surtos de alta energia
SPD tipo 2: Instalado downstream para proteção local
Os SPDs para CA devem corresponder à tensão nominal e Uc do sistema, ao mesmo tempo que oferecem capacidade de resistência a curto-circuito suficiente (Isccr).
Componentes internos típicos incluem:
MOVs para resposta rápida e fixação de tensão
GDTs para manuseio de alta energia e isolamento contra vazamentos
A combinação de ambos garante supressão rápida e longevidade.
Sistemas DC como:
Estações base de telecomunicações
Armários de controle industriais
Armazenamento de bateria
Carregamento de veículos elétricos
Barramentos solares DC
…exigem SPDs projetados especificamente para tensão contínua contínua, que não possui cruzamento de zero e pode sustentar arcos.
SPD CC:
Normalmente usam MOVs de alta tensão
Deve lidar com alta tensão CC em estado estacionário sem superaquecimento
Instalado em painéis CC, entradas de inversores ou bancos de baterias
Ajude a evitar tempo de inatividade do sistema devido a surtos ou ruídos de comutação
Os sistemas fotovoltaicos envolvem altas tensões CC (até 1.500 VCC), grandes superfícies de arranjo e exposição frequente a surtos de raios devido à montagem em telhados ou em campo.
Os SPD específicos para PV devem estar em conformidade com:
Eles são implantados em:
Lado CC: Entre o conjunto fotovoltaico e o inversor
Entrada do inversor: Para proteção interna do barramento CC
Lado CA: Entre o inversor e a interface da rede
Os requisitos incluem:
Alto MCOV (Uc)
Baixo nível de proteção (acima)
Longa vida útil
Resistência às intempéries e aos raios UV (para caixas DC externas)
SPDs fotovoltaicos bem posicionados reduzem os custos de substituição de equipamentos e melhoram a confiabilidade e o ROI do sistema.
Característica do SPD Tipo 1
Simula um raio direto
Testado com forma de onda 10/350 µs
Representa a capacidade do SPD de lidar com um único surto extremo
Adequado para construir pontos de entrada ou pára-raios a jusante
Característica do SPD Tipo 2
Simula múltiplos surtos de energia mais baixos provenientes de comutação ou relâmpagos indiretos
Testado com forma de onda de 8/20 µs
Reflete a resistência a surtos de longo prazo
Adequado para quadros de distribuição e proteção de nível de equipamento
Resumindo:
Imp = Resistência máxima para eventos raros e de alta energia
IMAX = Resistência repetitiva para transientes frequentes de baixa energia
Ambos são essenciais na construção de uma estratégia de proteção multinível do SPD.
Os dispositivos de proteção contra surtos são essenciais para os sistemas de energia modernos, garantindo a segurança dos equipamentos e a continuidade da energia. A sua classificação em Tipo 1, 2 e 3, juntamente com a compreensão de parâmetros técnicos como Uc, Up, Iimp e Imax, é vital para a seleção e implementação adequadas.
Seja protegendo sistemas CA, automação CC ou energia solar fotovoltaica, selecionar o SPD certo com classificações adequadas ajuda a reduzir danos, reduzir custos de O&M e prolongar a vida útil do sistema.
Um plano SPD bem projetado é um pequeno investimento que protege sua infraestrutura de grande escala contra danos irreversíveis.
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