Proteção contra sobretensão e sobretensão de corrente elétrica

Proteção contra sobretensão e sobretensão de corrente elétrica

Sobretensão de origem atmosférica
Definições de sobretensão

Sobretensão (em um sistema) qualquer tensão entre um condutor de fase e terra ou entre condutores de fase tendo um valor de pico excedendo o pico correspondente da tensão mais alta para definição de equipamento do Vocabulário Eletrotécnico Internacional (IEV 604-03-09)

Vários tipos de sobretensão

Uma sobretensão é um pulso ou onda de tensão que se sobrepõe à tensão nominal da rede (ver Fig. J1)

Este tipo de sobretensão é caracterizado por (ver Fig. J2):

• o tempo de subida tf (em μs);
• o gradiente S (em kV / μs).

Uma sobretensão perturba o equipamento e produz radiação eletromagnética. Além disso, a duração da sobretensão (T) provoca um pico de energia nos circuitos elétricos que pode destruir equipamentos.
Fig. J2 - Principais características de uma sobretensão

Quatro tipos de sobretensão podem perturbar as instalações elétricas e cargas:

• Surtos de comutação: sobretensões de alta frequência ou distúrbios de burst (ver Fig. J1) causados ​​por uma mudança no estado estacionário em uma rede elétrica (durante a operação do quadro).
• Sobretensões de frequência: sobretensões da mesma frequência da rede (50, 60 ou 400 Hz) causadas por uma mudança permanente de estado na rede (após uma falha: falha de isolamento, quebra do condutor neutro, etc.).
• Sobretensões causadas por descarga eletrostática: sobretensões muito curtas (alguns nanossegundos) de frequência muito alta causadas pela descarga de cargas elétricas acumuladas (por exemplo, uma pessoa caminhando sobre um tapete com sola isolante é eletricamente carregada com uma tensão de vários quilovolts).
• Sobretensões de origem atmosférica.

Características de sobretensão de origem atmosférica

Raios em algumas figuras: Os relâmpagos produzem uma quantidade extremamente grande de energia elétrica pulsada (ver Figura J4)

• de vários milhares de amperes (e vários milhares de volts)
• de alta frequência (aproximadamente 1 megahertz)
• de curta duração (de um microssegundo a um milissegundo)

Entre 2000 e 5000 tempestades estão em formação constante em todo o mundo. Essas tempestades são acompanhadas de descargas atmosféricas que representam um sério risco para pessoas e equipamentos. Os relâmpagos atingem o solo em uma média de 30 a 100 golpes por segundo, ou seja, 3 bilhões de raios por ano.

A tabela na Figura J3 mostra alguns valores de queda de raio com sua probabilidade relacionada. Como pode ser visto, 50% dos raios têm uma corrente superior a 35 kA e 5% uma corrente superior a 100 kA. A energia transmitida pelo golpe do raio é, portanto, muito alta.

Fig. J3 - Exemplos de valores de descarga atmosférica dados pela norma IEC 62305-1 (2010 - Tabela A.3)

Fig. J4 - Exemplo de corrente elétrica

Os raios também causam um grande número de incêndios, principalmente em áreas agrícolas (destruindo casas ou tornando-as impróprias para uso). Prédios altos são especialmente propensos a raios.

Efeitos nas instalações elétricas

Os raios danificam os sistemas elétricos e eletrônicos em particular: transformadores, medidores de eletricidade e aparelhos elétricos em instalações residenciais e industriais.

O custo de reparar os danos causados ​​por raios é muito alto. Mas é muito difícil avaliar as consequências de:

• perturbações causadas a computadores e redes de telecomunicações;
• falhas geradas na execução de programas de controladores lógicos programáveis ​​e sistemas de controle.

Além disso, o custo das perdas operacionais pode ser muito superior ao valor do equipamento destruído.

Impactos de raios

Raios são um fenômeno elétrico de alta frequência que causa sobretensões em todos os itens condutores, especialmente em cabos e equipamentos elétricos.

Os relâmpagos podem afetar os sistemas elétricos (e / ou eletrônicos) de um edifício de duas maneiras:

• pelo impacto direto do raio no edifício (ver Fig. J5 a);
• pelo impacto indireto da queda de raio no edifício:
• Um raio pode cair em uma linha aérea de energia elétrica que abastece um edifício (ver Fig. J5 b). A sobrecorrente e a sobretensão podem se espalhar por vários quilômetros a partir do ponto de impacto.
• Um raio pode cair perto de uma linha de energia elétrica (ver Fig. J5 c). É a radiação eletromagnética da corrente elétrica que produz uma alta corrente e uma sobretensão na rede elétrica. Nos dois últimos casos, as correntes e tensões perigosas são transmitidas pela rede de alimentação.

Um raio pode cair perto de um edifício (ver Fig. J5 d). O potencial da Terra em torno do ponto de impacto aumenta perigosamente.

Fig. J5 - Vários tipos de impacto de raio

Em todos os casos, as consequências para as instalações e cargas elétricas podem ser dramáticas.

Fig. J6 - Consequência do impacto de um raio

Um raio cai em um prédio desprotegido.	Um raio cai perto de uma linha aérea.	Um raio cai perto de um prédio.
A corrente elétrica flui para a terra através das estruturas mais ou menos condutoras do edifício com efeitos muito destrutivos: efeitos térmicos: superaquecimento muito violento de materiais, causando incêndio efeitos mecânicos: deformação estrutural flashover térmico: O fenômeno extremamente perigoso na presença de materiais inflamáveis ​​ou explosivos (hidrocarbonetos, poeira, etc.)	A corrente elétrica gera sobretensões por indução eletromagnética no sistema de distribuição. Essas sobretensões são propagadas ao longo da linha para o equipamento elétrico no interior dos edifícios.	O golpe de raio gera os mesmos tipos de sobretensão que os opostos descritos. Além disso, a corrente elétrica sobe de volta da terra para a instalação elétrica, causando a quebra do equipamento.
O prédio e as instalações dentro do prédio geralmente são destruídas	As instalações elétricas dentro do prédio geralmente são destruídas.

Os vários modos de propagação

Modo comum

As sobretensões de modo comum aparecem entre os condutores vivos e a terra: fase-terra ou neutro-terra (ver Fig. J7). Eles são perigosos, especialmente para aparelhos cuja estrutura está conectada ao terra devido ao risco de ruptura dielétrica.

Fig. J7 - Modo comum

Modo diferencial

Sobretensões de modo diferencial aparecem entre condutores vivos:

fase a fase ou fase a neutro (ver Fig. J8). Eles são especialmente perigosos para equipamentos eletrônicos, hardware sensível, como sistemas de computador, etc.

Fig. J8 - Modo diferencial

Caracterização da onda de raios

A análise dos fenômenos permite definir os tipos de ondas de corrente e voltagem do raio.

• 2 tipos de onda de corrente são considerados pelos padrões IEC:
• Onda de 10/350 µs: para caracterizar as ondas de corrente de um raio direto (ver Fig. J9);

Fig. J9 - onda de corrente 10/350 µs

• Onda de 8/20 µs: para caracterizar as ondas de corrente de um raio indireto (ver Fig. J10).

Fig. J10 - onda de corrente 8/20 µs

Esses dois tipos de ondas de raios são usados ​​para definir testes em SPDs (padrão IEC 61643-11) e imunidade do equipamento a raios.

O valor de pico da onda atual caracteriza a intensidade do golpe do raio.

As sobretensões criadas por descargas atmosféricas são caracterizadas por uma onda de tensão de 1.2 / 50 µs (ver Fig. J11).

Este tipo de onda de tensão é usado para verificar se o equipamento resiste a sobretensões de origem atmosférica (tensão de impulso conforme IEC 61000-4-5).

Fig. J11 - onda de tensão de 1.2 / 50 µs

Princípio de proteção contra raios
Regras gerais de proteção contra raios

Procedimento para prevenir riscos de queda de raio
O sistema de proteção de um edifício contra os efeitos dos raios deve incluir:

• proteção de estruturas contra descargas atmosféricas diretas;
• proteção de instalações elétricas contra descargas atmosféricas diretas e indiretas.

O princípio básico para a proteção da instalação contra o risco de queda de raios é evitar que a energia perturbadora alcance equipamentos sensíveis. Para conseguir isso, é necessário:

• capturar a corrente elétrica e canalizá-la para a terra pelo caminho mais direto (evitando a proximidade de equipamentos sensíveis);
• realizar a ligação equipotencial da instalação; Essa ligação equipotencial é implementada por condutores de ligação, complementados por Dispositivos de Proteção contra Surtos (SPDs) ou centelhadores (por exemplo, centelhador do mastro da antena).
• minimizar os efeitos induzidos e indiretos instalando SPDs e / ou filtros. Dois sistemas de proteção são usados ​​para eliminar ou limitar as sobretensões: são conhecidos como sistema de proteção predial (para o exterior dos edifícios) e sistema de proteção das instalações elétricas (para o interior dos edifícios).

Sistema de proteção de edifícios

O papel do sistema de proteção do edifício é protegê-lo contra descargas atmosféricas diretas.
O sistema consiste em:

• o dispositivo de captura: o sistema de proteção contra raios;
• condutores de baixada projetados para transportar a corrente elétrica para a terra;
• Condutores de aterramento “pé de galinha” conectados entre si;
• ligações entre todas as estruturas metálicas (ligação equipotencial) e os cabos de aterramento.

Quando a corrente do raio flui em um condutor, se surgem diferenças de potencial entre ele e as armações conectadas à terra que estão localizadas nas proximidades, este último pode causar flashovers destrutivos.

Os 3 tipos de sistema de proteção contra raios
Três tipos de proteção de edifícios são usados:

O pára-raios (bastão simples ou com sistema de disparo)

O pára-raios é uma ponta metálica de captura colocada no topo do edifício. Ele é aterrado por um ou mais condutores (geralmente tiras de cobre) (veja a Fig. J12).

Fig. J12 - Pára-raios (haste simples ou com sistema de gatilho)

O pára-raios com fios tensos

Esses fios são esticados acima da estrutura a ser protegida. Eles são usados ​​para proteger estruturas especiais: áreas de lançamento de foguetes, aplicações militares e proteção de linhas aéreas de alta tensão (ver Fig. J13).

Fig. J13 - Fios tensos

O pára-raios com gaiola de malha (gaiola de Faraday)

Esta proteção envolve a colocação de vários condutores / fitas simetricamente ao redor do edifício. (veja a Fig. J14).

Este tipo de sistema de proteção contra raios é usado para edifícios altamente expostos que albergam instalações muito sensíveis, como salas de informática.

Fig. J14 - Gaiola em malha (gaiola de Faraday)

Consequências da proteção do edifício para o equipamento da instalação elétrica

50% da corrente do raio descarregada pelo sistema de proteção do edifício sobe de volta para as redes de aterramento da instalação elétrica (ver Fig. J15): o aumento potencial das estruturas muito frequentemente excede a capacidade de resistência de isolamento dos condutores nas várias redes ( BT, telecomunicações, cabo de vídeo, etc.).

Além disso, o fluxo de corrente através dos condutores de baixada gera sobretensões induzidas na instalação elétrica.

Como consequência, o sistema de proteção predial não protege a instalação elétrica: é, portanto, obrigatório prever um sistema de proteção da instalação elétrica.

Fig. J15 - Corrente direta contra raios

Proteção contra raios - Sistema de proteção da instalação elétrica

O principal objetivo do sistema de proteção de instalações elétricas é limitar as sobretensões a valores aceitáveis ​​para o equipamento.

O sistema de proteção da instalação elétrica consiste em:

• um ou mais SPDs dependendo da configuração do edifício;
• a ligação equipotencial: uma malha metálica de partes condutoras expostas.

Implementação

O procedimento para proteger os sistemas elétricos e eletrônicos de um edifício é o seguinte.

Buscar informações

• Identifique todas as cargas sensíveis e sua localização no edifício.
• Identifique os sistemas elétricos e eletrônicos e seus respectivos pontos de entrada no edifício.
• Verifique se um sistema de proteção contra raios está presente no edifício ou nas proximidades.
• Familiarize-se com os regulamentos aplicáveis ​​à localização do edifício.
• Avalie o risco de quedas de raios de acordo com a localização geográfica, tipo de fonte de alimentação, densidade de queda de raios, etc.

Implementação da solução

• Instale os condutores de ligação nas estruturas por uma malha.
• Instale um SPD na central de entrada LV.
• Instale um SPD adicional em cada placa de subdistribuição localizada nas proximidades de equipamentos sensíveis (consulte a Fig. J16).

Fig. J16 - Exemplo de proteção de uma instalação elétrica de grande porte

O Dispositivo de Proteção contra Surtos (SPD)

Dispositivos de proteção contra surtos (SPD) são usados ​​para redes de fornecimento de energia elétrica, redes telefônicas e barramentos de comunicação e controle automático.

O Surge Protection Device (SPD) é um componente do sistema de proteção da instalação elétrica.

Este dispositivo é conectado em paralelo no circuito de alimentação das cargas que ele deve proteger (ver Fig. J17). Ele também pode ser usado em todos os níveis da rede de alimentação.

Este é o tipo de proteção contra sobretensão mais comumente usado e mais eficiente.

Fig. J17 - Princípio do sistema de proteção em paralelo

O SPD conectado em paralelo possui uma alta impedância. Uma vez que a sobretensão transitória aparece no sistema, a impedância do dispositivo diminui, então a corrente de surto é conduzida através do SPD, desviando do equipamento sensível.

Princípio

O SPD é projetado para limitar as sobretensões transitórias de origem atmosférica e desviar as ondas de corrente para a terra, de modo a limitar a amplitude dessa sobretensão a um valor que não seja perigoso para a instalação elétrica e equipamento de manobra e controle elétrico.

SPD elimina sobretensões

• em modo comum, entre fase e neutro ou terra;
• no modo diferencial, entre fase e neutro.

No caso de uma sobretensão excedendo o limite operacional, o SPD

• conduz a energia para a terra, em modo comum;
• distribui a energia para os demais condutores vivos, em modo diferencial.

Os três tipos de SPD

Digite 1 SPD
O SPD Tipo 1 é recomendado no caso específico de edifícios do setor de serviços e industriais, protegidos por um sistema de proteção contra raios ou uma gaiola gradeada.
Ele protege as instalações elétricas contra descargas atmosféricas diretas. Ele pode descarregar a corrente de retorno do raio que se espalha do condutor de terra para os condutores da rede.
O SPD tipo 1 é caracterizado por uma onda de corrente de 10/350 µs.

Digite 2 SPD
O SPD Tipo 2 é o principal sistema de proteção para todas as instalações elétricas de baixa tensão. Instalado em cada quadro elétrico, evita a propagação de sobretensões nas instalações elétricas e protege as cargas.
O SPD tipo 2 é caracterizado por uma onda de corrente de 8/20 µs.

Digite 3 SPD
Esses SPDs têm uma baixa capacidade de descarga. Devem, portanto, ser instalados obrigatoriamente como complemento do SPD Tipo 2 e nas proximidades de cargas sensíveis.
O SPD tipo 3 é caracterizado por uma combinação de ondas de tensão (1.2 / 50 μs) e ondas de corrente (8/20 μs).

Definição normativa SPD

Fig. J18 - Definição do padrão SPD

Nota 1: Existem T1 + T2 SPD (ou Tipo 1 + 2 SPD) combinando a proteção de cargas contra descargas atmosféricas diretas e indiretas.

Nota 2: alguns T2 SPD também podem ser declarados como T3

Características do SPD

A norma internacional IEC 61643-11 Edição 1.0 (03/2011) define as características e os testes para SPD conectado a sistemas de distribuição de baixa tensão (consulte a Fig. J19).

Em verde, a faixa de operação garantida do SPD.
Fig. J19 - Característica de tempo / corrente de um SPD com varistor

Características comuns

• U_C: Tensão máxima de operação contínua. Esta é a tensão CA ou CC acima da qual o SPD se torna ativo. Este valor é escolhido de acordo com a tensão nominal e o sistema de aterramento do sistema.
• U_P: Nível de proteção de tensão (em I_n) Esta é a tensão máxima nos terminais do SPD quando ele está ativo. Esta tensão é alcançada quando a corrente que flui no SPD é igual a In. O nível de proteção de tensão escolhido deve estar abaixo da capacidade de suportar sobretensão das cargas. No caso de quedas de raios, a voltagem através dos terminais do SPD geralmente permanece menor que U_P.
• In: Corrente de descarga nominal. Este é o valor de pico de uma corrente de forma de onda de 8/20 µs que o SPD é capaz de descarregar no mínimo 19 vezes.

Por que é importante?
In corresponde a uma corrente de descarga nominal que um SPD pode suportar pelo menos 19 vezes: um valor mais alto de In significa uma vida mais longa para o SPD, por isso é altamente recomendável escolher valores maiores do que o valor mínimo imposto de 5 kA.

Digite 1 SPD

• I_diabinho: Corrente de impulso. Este é o valor de pico de uma corrente de forma de onda de 10/350 µs que o SPD é capaz de descarregar ou descarregar pelo menos uma vez.

Porque eu_diabinho importante?
O padrão IEC 62305 requer um valor máximo de corrente de impulso de 25 kA por polo para o sistema trifásico. Isso significa que, para uma rede 3P + N, o SPD deve ser capaz de suportar uma corrente de impulso máxima total de 100kA proveniente da ligação à terra.

• I_fi: Autoextinguir segue a corrente. Aplicável apenas à tecnologia de centelhador. Esta é a corrente (50 Hz) que o SPD é capaz de interromper por si mesmo após o flashover. Esta corrente deve ser sempre maior do que a corrente de curto-circuito potencial no ponto de instalação.

Digite 2 SPD

• Imax: Corrente máxima de descarga. Este é o valor de pico de uma corrente de forma de onda de 8/20 µs que o SPD é capaz de descarregar uma vez.

Por que o Imax é importante?
Se você comparar 2 SPDs com o mesmo In, mas com Imax diferente: o SPD com valor Imax mais alto tem uma maior “margem de segurança” e pode suportar uma corrente de surto mais alta sem ser danificado.

Digite 3 SPD

• U_OC: Tensão de circuito aberto aplicada durante os testes de classe III (Tipo 3).

principais aplicações

• SPD de baixa tensão. Dispositivos muito diferentes, tanto do ponto de vista tecnológico quanto de uso, são designados por este termo. Os SPDs de baixa tensão são modulares para serem facilmente instalados dentro de quadros de distribuição de baixa tensão. Existem também SPDs adaptáveis ​​a tomadas de energia, mas esses dispositivos têm uma baixa capacidade de descarga.

• SPD para redes de comunicação. Estes dispositivos protegem as redes telefônicas, as redes comutadas e as redes de controle automático (barramento) contra as sobretensões vindas de fora (raios) e internas à rede de alimentação (equipamentos poluentes, manobra de manobra, etc.). Esses SPDs também são instalados em conectores RJ11, RJ45, ... ou integrados em cargas.

Notas

1. Sequência de teste de acordo com o padrão IEC 61643-11 para SPD baseado em MOV (varistor). Um total de 19 impulsos em I_n:

• Um impulso positivo
• Um impulso negativo
• 15 impulsos sincronizados a cada 30 ° na tensão de 50 Hz
• Um impulso positivo
• Um impulso negativo

2. para SPD tipo 1, após os 15 impulsos em I_n (ver nota anterior):

• Um impulso a 0.1 x I_diabinho
• Um impulso a 0.25 x I_diabinho
• Um impulso a 0.5 x I_diabinho
• Um impulso a 0.75 x I_diabinho
• Um impulso em mim_diabinho

Projeto do sistema de proteção da instalação elétrica
Regras de projeto do sistema de proteção da instalação elétrica

Para proteger uma instalação elétrica em um edifício, regras simples se aplicam para a escolha de

• SPD (s);
• seu sistema de proteção.

Para um sistema de distribuição de energia, as principais características usadas para definir o sistema de proteção contra raios e selecionar um SPD para proteger uma instalação elétrica em um edifício são:

• SPD
• quantidade de SPD
• tipo
• nível de exposição para definir a corrente de descarga máxima Imax do SPD.
• O dispositivo de proteção de curto-circuito
• corrente de descarga máxima Imax;
• corrente de curto-circuito Isc no ponto de instalação.

O diagrama lógico na Figura J20 abaixo ilustra essa regra de projeto.

Fig. J20 - Diagrama lógico para seleção de um sistema de proteção

As outras características para a seleção de um SPD são predefinidas para a instalação elétrica.

• número de pólos no SPD;
• nível de proteção de tensão U_P;
• U_C: Tensão máxima de operação contínua.

Esta subseção Projeto do sistema de proteção da instalação elétrica descreve com mais detalhes os critérios de seleção do sistema de proteção de acordo com as características da instalação, o equipamento a ser protegido e o ambiente.

Elementos do sistema de proteção

O SPD deve sempre ser instalado na origem da instalação elétrica.

Localização e tipo de SPD

O tipo de SPD a ser instalado na origem da instalação depende da existência ou não de um sistema de proteção contra raios. Se o edifício estiver equipado com um sistema de proteção contra raios (conforme IEC 62305), um SPD Tipo 1 deve ser instalado.

Para o SPD instalado na extremidade de entrada da instalação, os padrões de instalação IEC 60364 estabelecem valores mínimos para as 2 características a seguir:

• Corrente de descarga nominal I_n = 5 kA (8/20) µs;
• Nível de proteção de tensão U_P(em I_n) <2.5 kV.

O número de SPDs adicionais a serem instalados é determinado por:

• o tamanho do local e a dificuldade de instalação de condutores de ligação. Em sites grandes, é essencial instalar um SPD na extremidade de entrada de cada gabinete de subdistribuição.
• a distância que separa as cargas sensíveis a serem protegidas do dispositivo de proteção final de entrada. Quando as cargas estão localizadas a mais de 10 metros de distância do dispositivo de proteção final de entrada, é necessário fornecer proteção fina adicional o mais próximo possível de cargas sensíveis. O fenômeno de reflexão de ondas está aumentando a partir de 10 metros, veja Propagação de uma onda de relâmpago
• o risco de exposição. No caso de um local muito exposto, o SPD da extremidade de entrada não pode garantir um alto fluxo de corrente elétrica e um nível de proteção de tensão suficientemente baixo. Em particular, um SPD Tipo 1 é geralmente acompanhado por um SPD Tipo 2.

A tabela da Figura J21 a seguir mostra a quantidade e o tipo de SPD a ser estabelecido com base nos dois fatores definidos acima.

Fig. J21 - Os 4 casos de implementação SPD

Níveis de proteção distribuídos

Vários níveis de proteção de SPD permitem que a energia seja distribuída entre vários SPDs, conforme mostrado na Figura J22 na qual os três tipos de SPD são fornecidos para:

• Tipo 1: quando o edifício está equipado com um sistema de proteção contra raios e localizado na extremidade de entrada da instalação, absorve uma quantidade muito grande de energia;
• Tipo 2: absorve sobretensões residuais;
• Tipo 3: fornece proteção “fina” se necessário para os equipamentos mais sensíveis localizados muito próximos às cargas.

Nota: O SPD Tipo 1 e 2 podem ser combinados em um único SPD
Fig. J22 - Arquitetura de proteção fina

Características comuns de SPDs de acordo com as características de instalação
Tensão máxima de operação contínua Uc

Dependendo do arranjo de aterramento do sistema, a tensão operacional contínua máxima U_C de SPD deve ser igual ou maior que os valores mostrados na tabela da Figura J23.

Fig. J23 - Valor mínimo estipulado de U_C para SPDs, dependendo do arranjo de aterramento do sistema (com base na Tabela 534.2 do padrão IEC 60364-5-53)

N / A: não aplicável
U: tensão linha a linha do sistema de baixa tensão
uma. esses valores estão relacionados às condições de falha do pior caso, portanto, a tolerância de 10% não é levada em consideração.

Os valores mais comuns de UC escolhidos de acordo com o arranjo de aterramento do sistema.
TT, TN: 260, 320, 340, 350 V
TI: 440, 460 V

Nível de proteção de tensão U_P (em I_n)

A norma IEC 60364-4-44 auxilia na escolha do nível de proteção Up para o SPD em função das cargas a serem protegidas. A tabela da Figura J24 indica a capacidade de suportar impulso de cada tipo de equipamento.

Fig. J24 - Tensão de impulso nominal necessária do equipamento Uw (tabela 443.2 da IEC 60364-4-44)

uma. De acordo com a IEC 60038: 2009.
b. Esta tensão de impulso nominal é aplicada entre os condutores vivos e PE.
c. No Canadá e nos EUA, para tensões de aterramento superiores a 300 V, aplica-se a tensão de impulso nominal correspondente à próxima tensão mais alta nesta coluna.
d. Para operações de sistemas IT em 220-240 V, a linha 230/400 deve ser usada, devido à tensão de aterramento na falha de aterramento em uma linha.

Fig. J25 - Categoria de sobretensão do equipamento

	Os equipamentos da categoria de sobretensão I são adequados apenas para uso na instalação fixa de edifícios onde os meios de proteção são aplicados fora do equipamento - para limitar as sobretensões transitórias ao nível especificado. Exemplos de tais equipamentos são aqueles que contêm circuitos eletrônicos, como computadores, aparelhos com programas eletrônicos, etc.
	Equipamentos de sobretensão categoria II são adequados para conexão à instalação elétrica fixa, proporcionando um grau normal de disponibilidade normalmente exigido para equipamentos que utilizam corrente. Exemplos de tais equipamentos são eletrodomésticos e cargas semelhantes.
	Os equipamentos de sobretensão categoria III destinam-se a ser utilizados em instalações fixas a jusante e incluindo o quadro de distribuição principal, proporcionando um elevado grau de disponibilidade. Exemplos de tais equipamentos são quadros de distribuição, disjuntores, sistemas de fiação incluindo cabos, barramentos, caixas de junção, interruptores, tomadas) na instalação fixa e equipamentos para uso industrial e alguns outros equipamentos, por exemplo, motores estacionários com um ligação permanente à instalação fixa.
	Equipamentos de categoria IV de sobretensão são adequados para uso na origem da instalação ou nas proximidades dela, por exemplo, a montante do quadro de distribuição principal. Exemplos de tais equipamentos são medidores de eletricidade, dispositivos primários de proteção contra sobrecorrente e unidades de controle de ondulação.

O U “instalado”_P o desempenho deve ser comparado com a capacidade de suportar impulso das cargas.

SPD tem um nível de proteção de tensão U_P que é intrínseco, ou seja, definido e testado independentemente de sua instalação. Na prática, para a escolha de U_P desempenho de um SPD, uma margem de segurança deve ser tomada para permitir as sobretensões inerentes à instalação do SPD (ver Figura J26 e Conexão do Dispositivo de Proteção contra Surtos).

Fig. J26 - U instalado_P

O nível de proteção de tensão "instalado" U_P geralmente adotado para proteger equipamentos sensíveis em instalações elétricas de 230/400 V é 2.5 kV (categoria de sobretensão II, ver Fig. J27).

Observação:
Se o nível de proteção de tensão estipulado não puder ser alcançado pelo SPD de entrada ou se os itens de equipamentos sensíveis forem remotos (consulte os Elementos do sistema de proteção # Localização e tipo de SPD Localização e tipo de SPD, SPD coordenado adicional deve ser instalado para atingir o nível de proteção necessário.

Número de pólos

• Dependendo do arranjo de aterramento do sistema, é necessário fornecer uma arquitetura SPD garantindo proteção em modo comum (CM) e modo diferencial (DM).

Fig. J27 - Necessidades de proteção de acordo com a disposição de aterramento do sistema

uma. A proteção entre fase e neutro pode ser incorporada no SPD colocado na origem da instalação ou ser remotado próximo ao equipamento a ser protegido
b. Se neutro distribuído

Observação:

Sobretensão de modo comum
Uma forma básica de proteção é instalar um SPD em modo comum entre as fases e o condutor PE (ou PEN), qualquer que seja o tipo de sistema de aterramento usado.

Sobretensão de modo diferencial
Nos sistemas TT e TN-S, o aterramento do neutro resulta em uma assimetria devido às impedâncias de terra que leva ao aparecimento de tensões de modo diferencial, mesmo que a sobretensão induzida por um raio seja de modo comum.

2P, 3P e 4P SPDs
(ver Fig. J28)
Estes são adaptados aos sistemas IT, TN-C, TN-CS.
Eles fornecem proteção apenas contra sobretensões de modo comum

Fig. J28 - 1P, 2P, 3P, 4P SPDs

1P + N, 3P + N DPS
(ver Fig. J29)
Estes são adaptados aos sistemas TT e TN-S.
Eles fornecem proteção contra sobretensões de modo comum e modo diferencial

Fig. J29 - 1P + N, 3P + N SPDs

Seleção de um SPD Tipo 1
Impulse atual Iimp

• Onde não houver regulamentos nacionais ou regulamentos específicos para o tipo de edifício a ser protegido: a corrente de impulso Iimp deve ser de pelo menos 12.5 kA (onda de 10/350 µs) por ramal de acordo com IEC 60364-5-534.
• Onde existem regulamentos: o padrão IEC 62305-2 define 4 níveis: I, II, III e IV

A tabela na Figura J31 mostra os diferentes níveis de I_diabinho no caso regulatório.

Fig. J30 - Exemplo básico de I balanceado_diabinho distribuição de corrente no sistema trifásico

Fig. J31 - Tabela de I_diabinho valores de acordo com o nível de proteção de tensão do edifício (com base em IEC / EN 62305-2)

Autoextinguir segue a corrente I_fi

Esta característica é aplicável apenas para SPDs com tecnologia de centelhador. A extinção automática segue a corrente I_fi deve ser sempre maior do que a corrente de curto-circuito potencial I_sc no ponto de instalação.

Seleção de um SPD Tipo 2
Corrente de descarga máxima Imax

A corrente de descarga máxima Imax é definida de acordo com o nível de exposição estimado em relação à localização do edifício.
O valor da corrente de descarga máxima (Imax) é determinado pela análise de risco (consulte a tabela na Figura J32).

Fig. J32 - Corrente de descarga máxima recomendada Imax de acordo com o nível de exposição

Seleção de dispositivo externo de proteção contra curto-circuito (SCPD)

Os dispositivos de proteção (térmica e curto-circuito) devem ser coordenados com o SPD para garantir uma operação confiável, ou seja,
garantir a continuidade do serviço:

• resistir a ondas de corrente elétrica
• não gerar tensão residual excessiva.

garantir proteção eficaz contra todos os tipos de sobrecorrente:

• sobrecarga após fuga térmica do varistor;
• curto-circuito de baixa intensidade (impedante);
• curto-circuito de alta intensidade.

Riscos a serem evitados no final da vida dos SPDs
Devido ao envelhecimento

No caso de fim natural da vida devido ao envelhecimento, a proteção é do tipo térmica. O SPD com varistores deve ter um seccionador interno que desabilite o SPD.
Observação: O fim da vida útil por meio de fuga térmica não se refere ao SPD com tubo de descarga de gás ou centelhador encapsulado.

Devido a uma falha

As causas do fim da vida devido a uma falha de curto-circuito são:

• Capacidade máxima de descarga excedida. Esta falha resulta em um forte curto-circuito.
• Uma falha devido ao sistema de distribuição (comutação neutro / fase, desconexão do neutro).
• Deterioração gradual do varistor.
  As duas últimas falhas resultam em um curto-circuito impedante.
  A instalação deve ser protegida de danos decorrentes destes tipos de avarias: o seccionador interno (térmico) definido acima não tem tempo para aquecer, portanto para funcionar.
  Deve ser instalado um dispositivo especial denominado “dispositivo de proteção de curto-circuito externo (SCPD externo)”, capaz de eliminar o curto-circuito. Pode ser implementado por um disjuntor ou dispositivo fusível.

Características do SCPD externo

O SCPD externo deve ser coordenado com o SPD. Ele foi projetado para atender às duas seguintes restrições:

Resistência à corrente elétrica

A resistência à corrente elétrica é uma característica essencial do dispositivo de proteção contra curto-circuito externo do SPD.
O SCPD externo não deve desarmar em 15 correntes de impulso sucessivas em In.

Suporta corrente de curto-circuito

• A capacidade de interrupção é determinada pelas regras de instalação (padrão IEC 60364):
  O SCPD externo deve ter uma capacidade de interrupção igual ou maior que a corrente de curto-circuito Isc prospectiva no ponto de instalação (de acordo com a norma IEC 60364).
• Proteção da instalação contra curtos-circuitos
  Em particular, o curto-circuito impedante dissipa muita energia e deve ser eliminado muito rapidamente para evitar danos à instalação e ao SPD.
  A associação correta entre um SPD e seu SCPD externo deve ser fornecida pelo fabricante.

Modo de instalação para o SCPD externo
Dispositivo “em série”

O SCPD é descrito como “em série” (ver Fig. J33) quando a proteção é realizada pelo dispositivo de proteção geral da rede a ser protegida (por exemplo, disjuntor de conexão a montante de uma instalação).

Fig. J33 - SCPD “em série”

Dispositivo “em paralelo”

O SCPD é descrito como “em paralelo” (ver Fig. J34) quando a proteção é realizada especificamente por um dispositivo de proteção associado ao SPD.

• O SCPD externo é chamado de “disjuntor de desconexão” se a função for executada por um disjuntor.
• O disjuntor de desconexão pode ou não ser integrado ao SPD.

Fig. J34 - SCPD “em paralelo”

Observação:
No caso de um SPD com tubo de descarga de gás ou centelhador encapsulado, o SCPD permite que a corrente seja cortada imediatamente após o uso.

Garantia de proteção

O SCPD externo deve ser coordenado com o SPD e testado e garantido pelo fabricante do SPD de acordo com as recomendações da norma IEC 61643-11. Também deve ser instalado de acordo com as recomendações do fabricante. Como exemplo, consulte as tabelas de coordenação elétrica SCPD + SPD.

Quando este dispositivo é integrado, a conformidade com o padrão de produto IEC 61643-11 naturalmente garante proteção.

Fig. J35 - SPDs com SCPD externo, não integrado (iC60N + iPRD 40r) e integrado (iQuick PRD 40r)

Resumo das características externas de SCPDs

Uma análise detalhada das características é fornecida na seção Características detalhadas do SCPD externo.
A tabela da Figura J36 mostra, a título de exemplo, um resumo das características de acordo com os diversos tipos de SCPD externos.

Fig. J36 - Características da proteção de fim de vida de um SPD Tipo 2 de acordo com os SCPDs externos

Modo de instalação para o SCPD externo	Em série	Em paralelo
		Fusível associado à proteção	Proteção de disjuntor associada	Proteção do disjuntor integrada
Proteção contra sobretensão do equipamento	=	=	=	=
	Os SPDs protegem o equipamento de forma satisfatória, seja qual for o tipo de SCPD externo associado
Proteção da instalação em fim de vida	-	=	+	+ +
	Nenhuma garantia de proteção possível	Garantia do fabricante		Garantia total
		Proteção contra curto-circuitos de impedância não bem garantida	Proteção contra curto-circuitos perfeitamente assegurada
Continuidade de serviço no final da vida	- -	+	+	+
	A instalação completa foi encerrada	Apenas o circuito SPD é desligado
Manutenção em fim de vida	- -	=	+	+
	O desligamento da instalação necessário	Mudança de fusíveis	Reinicialização imediata

SPD e tabela de coordenação de dispositivos de proteção

A tabela na Figura J37 abaixo mostra a coordenação de disjuntores de desconexão (SCPD externo) para SPDs Tipo 1 e 2 da marca XXX Electric para todos os níveis de correntes de curto-circuito.

A coordenação entre o SPD e seus disjuntores de desconexão, indicada e garantida por Electric, garante proteção confiável (resistência a ondas de raios, proteção reforçada de correntes de curto-circuito de impedância, etc.)

Fig. J37 - Exemplo de tabela de coordenação entre os SPDs e seus disjuntores de desconexão. Sempre consulte as tabelas mais recentes fornecidas pelos fabricantes.

Coordenação com dispositivos de proteção a montante

Coordenação com dispositivos de proteção de sobrecorrente
Em uma instalação elétrica, o SCPD externo é um aparelho idêntico ao aparelho de proteção: isso permite a aplicação de técnicas de seletividade e cascata para otimização técnica e econômica do plano de proteção.

Coordenação com dispositivos de corrente residual
Se o SPD for instalado a jusante de um dispositivo de proteção de fuga à terra, o último deve ser do tipo “si” ou seletivo com uma imunidade a correntes de pulso de pelo menos 3 kA (onda de corrente de 8/20 μs).

Instalação do dispositivo de proteção contra surtos
Conexão do dispositivo de proteção contra surtos

As conexões de um SPD às cargas devem ser as mais curtas possíveis, a fim de reduzir o valor do nível de proteção de tensão (instalado para cima) nos terminais do equipamento protegido.

O comprimento total das conexões SPD à rede e ao bloco de terminais de aterramento não deve exceder 50 cm.

Uma das características essenciais para a proteção de equipamentos é o nível máximo de proteção de tensão (instalada em Up) que o equipamento pode suportar em seus terminais. Conseqüentemente, um DPS deve ser escolhido com um nível de proteção de tensão Up adaptado à proteção do equipamento (ver Fig. J38). O comprimento total dos condutores de conexão é

L = L1 + L2 + L3.

Para correntes de alta frequência, a impedância por unidade de comprimento desta conexão é de aproximadamente 1 µH / m.

Portanto, aplicando a lei de Lenz a esta conexão: ΔU = L di / dt

A onda de corrente normalizada de 8/20 µs, com uma amplitude de corrente de 8 kA, cria um aumento de voltagem de 1000 V por metro de cabo.

ΔU = 1 x 10-6 x 8 x 103/8 x 10-6 = 1000 V

Fig. J38 - Conexões de um SPD L <50 cm

Como resultado, a tensão nos terminais do equipamento, equipamento U, é:
Equipamento U = Up + U1 + U2
Se L1 + L2 + L3 = 50 cm, e a onda é 8/20 µs com uma amplitude de 8 kA, a tensão nos terminais do equipamento será de + 500 V.

Conexão em invólucro de plástico

A Figura J39 abaixo mostra como conectar um SPD em uma caixa de plástico.

Fig. J39 - Exemplo de conexão em invólucro de plástico

Conexão em invólucro metálico

No caso de um conjunto de manobra em um invólucro metálico, pode ser sensato conectar o SPD diretamente ao invólucro metálico, com o invólucro sendo usado como um condutor de proteção (ver Fig. J40).
Esta disposição está em conformidade com a norma IEC 61439-2 e o fabricante do conjunto deve certificar-se de que as características do gabinete tornam esse uso possível.

Fig. J40 - Exemplo de conexão em invólucro metálico

Seção transversal do condutor

A seção transversal mínima recomendada do condutor leva em consideração:

• O serviço normal a ser prestado: Fluxo da onda de corrente elétrica sob uma queda máxima de tensão (regra dos 50 cm).
  Nota: Ao contrário das aplicações em 50 Hz, o fenômeno do raio sendo de alta frequência, o aumento na seção transversal do condutor não reduz muito sua impedância de alta frequência.
• Os condutores resistem a correntes de curto-circuito: O condutor deve resistir a uma corrente de curto-circuito durante o tempo máximo de corte do sistema de proteção.
  IEC 60364 recomenda na extremidade de entrada da instalação uma seção transversal mínima de:
• 4 mm2 (Cu) para conexão de SPD Tipo 2;
• 16 mm2 (Cu) para conexão do SPD Tipo 1 (presença de sistema de proteção contra raios).

Exemplos de boas e más instalações SPD

Fig. J41 - Exemplos de boas e más instalações SPD

O projeto de instalação do equipamento deve ser feito de acordo com as regras de instalação: o comprimento dos cabos deve ser inferior a 50 cm.

Regras de cabeamento do dispositivo de proteção contra surtos
Regra 1

A primeira regra a cumprir é que o comprimento das conexões SPD entre a rede (através do SCPD externo) e o bloco de terminais de aterramento não deve exceder 50 cm.
A Figura J42 mostra as duas possibilidades de conexão de um SPD.
Fig. J42 - SPD com SCPD externo separado ou integrado

Regra 2

Os condutores de alimentadores de saída protegidos:

• deve ser conectado aos terminais do SCPD externo ou do SPD;
• devem ser separados fisicamente dos condutores de entrada poluídos.

Eles estão localizados à direita dos terminais do SPD e do SCPD (consulte a Figura J43).

Fig. J43 - As conexões dos alimentadores de saída protegidos estão à direita dos terminais SPD

Regra 3

Os condutores de fase, neutro e proteção (PE) do alimentador de entrada devem funcionar um ao lado do outro para reduzir a superfície do loop (ver Fig. J44).

Regra 4

Os condutores de entrada do SPD devem estar distantes dos condutores de saída protegidos para evitar poluí-los por acoplamento (ver Fig. J44).

Regra 5

Os cabos devem ser presos contra as partes metálicas do invólucro (se houver) para minimizar a superfície do loop da estrutura e, portanto, se beneficiar de um efeito de blindagem contra distúrbios EM.

Em todos os casos, deve-se verificar se as estruturas dos quadros e gabinetes são aterradas por meio de conexões muito curtas.

Finalmente, se cabos blindados forem usados, comprimentos grandes devem ser evitados, pois reduzem a eficiência da blindagem (ver Fig. J44).

Fig. J44 - Exemplo de melhoria de EMC por uma redução nas superfícies do loop e impedância comum em um invólucro elétrico

Exemplos de aplicativos de proteção contra surtos

Exemplo de aplicação SPD em Supermercado

Fig. J46 - Rede de telecomunicações

Soluções e diagrama esquemático

• O guia de seleção do para-raios tornou possível determinar o valor preciso do para-raios na extremidade de entrada da instalação e do disjuntor de desconexão associado.
• Como os dispositivos sensíveis (U_diabinho <1.5 kV) estão localizados a mais de 10m do dispositivo de proteção de entrada, os pára-raios de proteção fina devem ser instalados o mais próximo possível das cargas.
• Para garantir uma melhor continuidade de serviço para áreas de câmara fria: disjuntores de corrente residual tipo “si” serão usados ​​para evitar disparos incômodos causados ​​pelo aumento do potencial de terra conforme a onda de relâmpago passa.
• Para proteção contra sobretensões atmosféricas: 1, instale um pára-raios no quadro de distribuição principal. 2, instale um pára-raios de proteção fina em cada quadro de distribuição (1 e 2), alimentando os dispositivos sensíveis situados a mais de 10 m do pára-raios de entrada. 3, instale um pára-raios na rede de telecomunicações para proteger os dispositivos fornecidos, por exemplo, alarmes de incêndio, modems, telefones, faxes.

Recomendações de cabeamento

• Garantir a equipotencialidade das terminações de aterramento do edifício.
• Reduza as áreas do cabo da fonte de alimentação em loop.

Recomendações de instalação

• Instale um pára-raios, eu_max = 40 kA (8/20 µs), e um disjuntor de desconexão iC60 classificado em 40 A.
• Instale pára-raios de proteção fina, I_max = 8 kA (8/20 µs) e os disjuntores de desconexão iC60 associados classificados em 10 A

Fig. J46 - Rede de telecomunicações

SPD para aplicações fotovoltaicas

A sobretensão pode ocorrer em instalações elétricas por vários motivos. Pode ser causado por:

• A rede de distribuição como resultado de raios ou qualquer trabalho executado.
• Quedas de raios (nas proximidades ou em edifícios e instalações fotovoltaicas, ou em condutores de raios).
• Variações no campo elétrico devido a raios.

Como todas as estruturas externas, as instalações fotovoltaicas estão expostas ao risco de raios que varia de região para região. Os sistemas e dispositivos preventivos e de detenção devem estar implementados.

Proteção por ligação equipotencial

A primeira proteção a ser implementada é um meio (condutor) que garante a ligação equipotencial entre todas as partes condutoras de uma instalação fotovoltaica.

O objetivo é ligar todos os condutores aterrados e peças de metal e, assim, criar potencial igual em todos os pontos do sistema instalado.

Proteção por dispositivos de proteção contra surtos (SPDs)

Os SPDs são particularmente importantes para proteger equipamentos elétricos sensíveis como inversor AC / DC, dispositivos de monitoramento e módulos fotovoltaicos, mas também outros equipamentos sensíveis alimentados pela rede de distribuição elétrica de 230 VAC. O seguinte método de avaliação de risco é baseado na avaliação do comprimento crítico Lcrit e sua comparação com L o comprimento cumulativo das linhas CC.
A proteção SPD é necessária se L ≥ Lcrit.
Lcrit depende do tipo de instalação fotovoltaica e é calculado conforme a tabela a seguir (Fig. J47) estabelece:

Fig. J47 - Escolha SPD DC

L é a soma de:

• a soma das distâncias entre o (s) inversor (es) e a (s) caixa (s) de junção, levando em consideração que os comprimentos do cabo localizado no mesmo conduíte são contados apenas uma vez, e
• a soma das distâncias entre a caixa de junção e os pontos de conexão dos módulos fotovoltaicos que formam o string, levando-se em consideração que os comprimentos do cabo localizado no mesmo eletroduto são contabilizados apenas uma vez.

Ng é a densidade do arco elétrico (número de descargas / km2 / ano).

Fig. J48 - Seleção SPD

Proteção SPD
Localização	Módulos fotovoltaicos ou caixas de matriz		Lado inversor DC	Lado do inversor AC		placa principal
	LDC			LAC		Pára-raios
Critérios	<10 m	> 10 m		<10 m	> 10 m	Sim	Não
Tipo de SPD	Não há necessidade	“DP 1” Tipo 2 [a]	“DP 2” Tipo 2 [a]	Não há necessidade	“DP 3” Tipo 2 [a]	“DP 4” Tipo 1 [a]	“DP 4” Digite 2 se Ng> 2.5 e linha aérea

[uma]. 1 2 3 4 A distância de separação do tipo 1 de acordo com EN 62305 não é observada.

Instalando um SPD

O número e a localização dos SPDs no lado DC dependem do comprimento dos cabos entre os painéis solares e o inversor. O SPD deve ser instalado nas proximidades do inversor se o comprimento for inferior a 10 metros. Se for maior que 10 metros, um segundo SPD é necessário e deve ser colocado na caixa próxima ao painel solar, o primeiro está localizado na área do inversor.

Para serem eficientes, os cabos de conexão do SPD à rede L + / L- e entre o bloco de terminais de aterramento do SPD e o barramento de aterramento devem ser o mais curtos possível - menos de 2.5 metros (d1 + d2 <50 cm).

Geração de energia fotovoltaica segura e confiável

Dependendo da distância entre a parte “gerador” e a parte “conversão”, pode ser necessária a instalação de dois ou mais pára-raios, para garantir a proteção de cada uma das duas partes.

Fig. J49 - Localização SPD

Suplementos técnicos de proteção contra surtos

Padrões de proteção contra raios

O padrão IEC 62305 partes 1 a 4 (NF EN 62305 partes 1 a 4) reorganiza e atualiza as publicações padrão IEC 61024 (série), IEC 61312 (série) e IEC 61663 (série) em sistemas de proteção contra raios.

Parte 1 - Princípios gerais

Esta parte apresenta informações gerais sobre raios e suas características e dados gerais e apresenta os demais documentos.

Parte 2 - Gerenciamento de risco

Esta parte apresenta a análise que permite calcular o risco de uma estrutura e determinar os vários cenários de proteção de forma a permitir a otimização técnica e económica.

Parte 3 - Danos físicos a estruturas e risco de vida

Esta parte descreve a proteção contra descargas atmosféricas diretas, incluindo o sistema de proteção contra descargas atmosféricas, condutor descendente, condutor de aterramento, equipotencialidade e, portanto, SPD com ligação equipotencial (SPD Tipo 1).

Parte 4 - Sistemas elétricos e eletrônicos dentro de estruturas

Esta parte descreve a proteção contra os efeitos induzidos de raios, incluindo o sistema de proteção por SPD (Tipos 2 e 3), blindagem de cabo, regras para instalação de SPD, etc.

Esta série de padrões é complementada por:

• a série de padrões IEC 61643 para a definição de produtos de proteção contra sobretensão (consulte Os componentes de um SPD);
• as séries de padrões IEC 60364-4 e -5 para aplicação dos produtos em instalações elétricas de baixa tensão (consulte a indicação de fim de vida de um SPD).

Os componentes de um SPD

O SPD consiste principalmente em (ver Fig. J50):

1. um ou mais componentes não lineares: a parte viva (varistor, tubo de descarga de gás [GDT], etc.);
2. um dispositivo de proteção térmica (seccionador interno) que o protege da fuga térmica no final da vida (SPD com varistor);
3. um indicador que indica o fim da vida do SPD; Alguns SPDs permitem o relato remoto dessa indicação;
4. um SCPD externo que fornece proteção contra curtos-circuitos (este dispositivo pode ser integrado ao SPD).

Fig. J50 - Diagrama de um SPD

A tecnologia da parte viva

Diversas tecnologias estão disponíveis para implementar a parte ativa. Cada um deles tem vantagens e desvantagens:

• Díodos Zener;
• O tubo de descarga de gás (controlado ou não controlado);
• O varistor (varistor de óxido de zinco [ZOV]).

A tabela abaixo mostra as características e disposições de três tecnologias comumente usadas.

Fig. J51 - Tabela de resumo de desempenho

Componente	Tubo de Descarga de Gás (GDT)	Faísca encapsulada	Varistor de óxido de zinco	GDT e varistor em série	Spark gap encapsulado e varistor em paralelo
Características
Modo operacional	Comutação de tensão	Comutação de tensão	Limitação de tensão	Comutação e limitação de tensão em série	Comutação e limitação de tensão em paralelo
Curvas operacionais
Aplicação	Rede de telecomunicações Rede LV (associado ao varistor)	Rede LV	Rede LV	Rede LV	Rede LV
Tipo SPD	Tipo 2	Tipo 1	Tipo 1 ou Tipo 2	Tipo 1+ Tipo 2	Tipo 1+ Tipo 2

Indicação de fim de vida de um SPD

Indicadores de fim de vida são associados ao seccionador interno e ao SCPD externo do SPD para informar ao usuário que o equipamento não está mais protegido contra sobretensões de origem atmosférica.

Indicação local

Esta função é geralmente exigida pelos códigos de instalação. A indicação de fim de vida é dada por um indicador (luminoso ou mecânico) ao seccionador interno e / ou ao SCPD externo.

Quando o SCPD externo é implementado por um dispositivo de fusível, é necessário fornecer um fusível com um percutor e uma base equipada com um sistema de disparo para garantir esta função.

Disjuntor de desconexão integrado

O indicador mecânico e a posição da alavanca de controle permitem a indicação natural do fim da vida útil.

Indicação local e relatório remoto

iQuick PRD SPD da marca XXX Electric é do tipo “pronto para conectar” com um disjuntor de desconexão integrado.

Indicação local

iQuick PRD SPD (ver Fig. J53) é equipado com indicadores de status mecânicos locais:

• o indicador mecânico (vermelho) e a posição da manopla do disjuntor de desconexão indicam desligamento do SPD;
• o indicador mecânico (vermelho) em cada cartucho indica o fim da vida útil do cartucho.

Fig. J53 - iQuick PRD 3P + N SPD da marca elétrica XXX

Relatório remoto

(ver Fig. J54)

O iQuick PRD SPD é equipado com um contato de indicação que permite o relatório remoto de:

• fim da vida útil do cartucho;
• um cartucho ausente e quando foi colocado de volta no lugar;
• falha na rede (curto-circuito, desconexão do neutro, reversão de fase / neutro);
• comutação manual local.

Como resultado, o monitoramento remoto da condição de operação dos SPDs instalados torna possível garantir que esses dispositivos de proteção em estado de espera estejam sempre prontos para operar.

Fig. J54 - Instalação de luz indicadora com um iQuick PRD SPD

Fig. J55 - Indicação remota do status do SPD usando Smartlink

Manutenção em fim de vida

Quando o indicador de fim de vida indica desligamento, o SPD (ou o cartucho em questão) deve ser substituído.

No caso do iQuick PRD SPD, a manutenção é facilitada:

• O cartucho em fim de vida (a ser substituído) é facilmente identificável pelo Departamento de Manutenção.
• O cartucho em fim de vida pode ser substituído com total segurança, pois um dispositivo de segurança proíbe o fechamento do disjuntor de desconexão se um cartucho estiver faltando.

Características detalhadas do SCPD externo

Resistência de onda atual

A onda atual resiste a testes em SCPDs externos que mostram o seguinte:

• Para uma determinada classificação e tecnologia (NH ou fusível cilíndrico), a capacidade de suportar ondas de corrente é melhor com um fusível do tipo AM (proteção do motor) do que com um fusível do tipo gG (uso geral).
• Para uma determinada classificação, a capacidade de resistência da onda de corrente é melhor com um disjuntor do que com um dispositivo de fusível. A Figura J56 abaixo mostra os resultados dos testes de resistência de onda de tensão:
• para proteger um SPD definido para Imax = 20 kA, o SCPD externo a ser escolhido é um MCB 16 A ou um Fusível AM 63 A, Observação: neste caso, um Fusível gG 63 A não é adequado.
• para proteger um SPD definido para Imax = 40 kA, o SCPD externo a ser escolhido é um MCB 40 A ou um fusível aM 125 A,

Fig. J56 - Comparação das capacidades de resistência de onda de tensão dos SCPDs para I_max = 20 kA e I_max = 40 kA

Nível de proteção de tensão instalado

Em geral:

• A queda de tensão nos terminais de um disjuntor é maior do que nos terminais de um dispositivo fusível. Isso ocorre porque a impedância dos componentes do disjuntor (dispositivos de disparo térmico e magnético) é maior do que a de um fusível.

No entanto:

• A diferença entre as quedas de tensão permanece pequena para ondas de corrente não superiores a 10 kA (95% dos casos);
• O nível de proteção de tensão Up instalado também leva em consideração a impedância do cabeamento. Isso pode ser alto no caso de uma tecnologia de fusível (dispositivo de proteção remoto do SPD) e baixo no caso de uma tecnologia de disjuntor (disjuntor próximo e até integrado no SPD).

Nota: O nível de proteção de tensão Up instalado é a soma das quedas de tensão:

• no SPD;
• no SCPD externo;
• no cabeamento do equipamento

Proteção contra curto-circuitos de impedância

Um curto-circuito de impedância dissipa muita energia e deve ser eliminado muito rapidamente para evitar danos à instalação e ao SPD.

A Figura J57 compara o tempo de resposta e a limitação de energia de um sistema de proteção por um fusível de 63 A AM e um disjuntor de 25 A.

Esses dois sistemas de proteção têm a mesma capacidade de resistência de onda de corrente de 8/20 µs (27 kA e 30 kA respectivamente).

Fig. J57 - Comparação das curvas de tempo / corrente e limitações de energia para um disjuntor e um fusível com a mesma capacidade de resistência de onda de corrente de 8/20 µs

Propagação de uma onda de relâmpago

As redes elétricas são de baixa frequência e, como resultado, a propagação da onda de tensão é instantânea em relação à frequência do fenômeno: em qualquer ponto de um condutor, a tensão instantânea é a mesma.

A onda de relâmpago é um fenômeno de alta frequência (várias centenas de kHz a MHz):

• A onda do relâmpago é propagada ao longo de um condutor a uma certa velocidade em relação à frequência do fenômeno. Como resultado, a qualquer momento, a tensão não tem o mesmo valor em todos os pontos do meio (ver Fig. J58).

Fig. J58 - Propagação de uma onda de relâmpago em um condutor

• Uma mudança de meio cria um fenômeno de propagação e / ou reflexão da onda dependendo de:

1. a diferença de impedância entre os dois meios;
2. a frequência da onda progressiva (inclinação do tempo de subida no caso de um pulso);
3. o comprimento do meio.

No caso de reflexão total, em particular, o valor da tensão pode dobrar.

Exemplo: o caso de proteção por um SPD

Modelagem do fenômeno aplicada a onda de raio e testes em laboratório mostraram que uma carga alimentada por 30 m de cabo protegido a montante por um SPD na tensão Up sustenta, devido a fenômenos de reflexão, uma tensão máxima de 2 x U_P (veja a Fig. J59). Esta onda de tensão não é energética.

Fig. J59 - Reflexo de uma onda de relâmpago na terminação de um cabo

Ação corretiva

Dos três fatores (diferença de impedância, frequência, distância), o único que pode realmente ser controlado é o comprimento do cabo entre o SPD e a carga a ser protegida. Quanto maior for o comprimento, maior será o reflexo.

Geralmente, para as frentes de sobretensão enfrentadas em um edifício, os fenômenos de reflexão são significativos a partir de 10 me podem dobrar a tensão de 30 m (ver Fig. J60).

É necessário instalar um segundo SPD de proteção fina se o comprimento do cabo ultrapassar 10 m entre o SPD de entrada-extremidade e o equipamento a ser protegido.

Fig. J60 - Tensão máxima na extremidade do cabo de acordo com seu comprimento até a frente da tensão incidente = 4kV / us

Exemplo de corrente elétrica em sistema TT

O modo comum SPD entre a fase e PE ou fase e PEN é instalado em qualquer tipo de sistema de aterramento (ver Fig. J61).

O resistor de aterramento neutro R1 usado para os postes tem uma resistência menor do que o resistor de aterramento R2 usado para a instalação.

A corrente elétrica fluirá através do circuito ABCD para a terra pelo caminho mais fácil. Ele passará pelos varistores V1 e V2 em série, causando uma tensão diferencial igual a duas vezes a tensão Up do SPD (U_P1 + você_P2) aparecer nos terminais de A e C na entrada da instalação em casos extremos.

Fig. J61 - Proteção comum apenas

Para proteger as cargas entre Ph e N de forma eficaz, a tensão do modo diferencial (entre A e C) deve ser reduzida.

Outra arquitetura SPD é, portanto, usada (ver Fig. J62)

A corrente do raio flui através do circuito ABH que possui uma impedância menor do que o circuito ABCD, pois a impedância do componente usado entre B e H é nula (centelhador preenchido com gás). Neste caso, a tensão diferencial é igual à tensão residual do SPD (U_P

Fig. J62 - Proteção comum e diferencial