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Como selecionar o dispositivo de proteção contra surtos (SPD) correto para aplicações industriais e renováveis
Atualizado: - Tempo de leitura: ~18-22 min
Selecionando a opção correta Dispositivo de proteção contra surtos (SPD) está entre as decisões de maior ROI na distribuição de BT, PV/ESS, carregamento de EV e automação industrial. Este guia compila orientado por padrões critérios (IEC/UL/NEC), regras de posicionamento e dicas de lista técnica para ambos CA e DC sistemas. Veja o tabelas de referência e fontes no final.
1) Por que o investimento em DPS se paga
O tempo de inatividade não planejado geralmente custa USD 1-5M/hora; casos graves se aproximam US$ 300 mil/min. Os surtos de raios/interruptores são previsível e projetávelOs SPDs coordenados fixam impulsos de alta energia e protegem PLCs/VFDs/IT.
As redes de detecção dos EUA registram dezenas a centenas de milhões de eventos de raios anualmente; a Flórida geralmente lidera em densidade e o Texas em totais. Use especificações com reconhecimento geográfico (consulte §8) para justificar uma maior Iimp/In classificações.
2) Panorama de padrões (IEC / UL / NEC)
A IEC 61643 define o desempenho e as formas de onda; a UL 1449 lista a segurança/conformidade para a América do Norte; o artigo 242 da NEC 2023 exige o uso em vários contextos.
IEC 61643
Tipo 1: 10/350 μs (Iimp) - Tipo 2: 8/20 μs (In/Imax) - Tipo 3: Combinação (Uoc). PV/DC: IEC 61643-31 ≤1500 VDC.
UL 1449
Listagem UL para SPDs permanentemente conectados; 4ª Ed. (2016) marcações refinadas.
NEC 2023
Artigo 242 rege a proteção contra sobretensão. Siga as regras de listagem e colocação.
3) Decodificação do "tipo" de SPD vs. formas de onda de teste
Escolha o tipo por exposição e hierarquia da placa; coordene a tensão residual (Para cima) em todos os estágios.
Tipo 1 (Classe I)
Teste: 10/350 μs (Iimp). Instalar em entrada de serviço quando LPS/sobrecarga.
Tipo 2 (Classe II)
Teste: 8/20 μs (In/Imax). Proteção do backbone das subplacas.
Tipo 3 (Classe III)
Teste: Combinação (Uoc). Próximo a cargas sensíveis (PLCs, VFDs, TI).
Híbrido Tipo 1+2 = alta energia + baixo resíduo. Seletores: CA - DC
4) CA vs. CC (PV/ESS) - mesma física, restrições diferentes
Lado CA (IEC 61643-11 / UL 1449): escolha Tipo 1/2/3 por exposição e hierarquia da placa e, em seguida, tamanho Uc, In/Imax, Para cima. Lado CC (IEC 61643-31): Painéis fotovoltaicos de até 1500 VDC com diferentes comportamentos de temperatura, polaridade e corrente reversa em relação aos dispositivos CA.
No BOS moderno, Caixas combinadoras fotovoltaicas frequentemente se integram DPS CC tipo 2fusíveis gPV e seccionadores CC - reduzindo o número de gabinetes e simplificando o trabalho de campo.
5) "Receita" de proteção em camadas
- Entrada de serviço / MSB: Tipo 1 (ou 1+2) com suficiente IimpO caminho terrestre mais curto e mais reto.
- Quadros de subdistribuição: Tipo 2 dimensionados para o nível de falha do ramo e comprimentos de cabo; coordenar Para cima com o estágio MSB.
- Pontos finais sensíveis: Tipo 3 próximo a entradas de dispositivos (PLCs, VFDs, servidores).
Essa cascata reflete os princípios de seleção/erguimento da IEC 60364-5-53 e a orientação comum do fabricante.
6) Lista de verificação de dimensionamento de nove pontos
- Códigos/Listagem: UL 1449 (EUA), NEC 242.
- Tipo: 1 / 1+2 / 2 / 3 por exposição e nível de diretoria.
- Uc (MCOV): > tensão contínua no pior caso.
- Iimp / In / Imax: Combine a densidade de raios e os pontos de entrada.
- Para cima: coordenação estágio a estágio.
- Pólo e aterramento: Necessidades de TN/TT/IT e N-PE.
- SCCR / OCPD de backup: corresponder às tabelas de falhas atuais e de fornecedores.
- Meio ambiente: Altitude, IP/NEMA, comprimento do cabo.
- Manutenção: Módulos substituíveis, janela de status, alarme remoto.
7) Onde instalar SPDs em projetos de PV, ESS e EV
- Matrizes fotovoltaicas: Em caixas combinadoras e entradas CC do inversorEm corridas longas ou em terrenos expostos, ambos podem ser necessários.
- ESS: Barramento CC próximo à interface bateria/CC-DC, além do lado CA no PCS.
- Carregamento de veículos elétricos: Tipo 1 ou 1+2 no serviço (se LPS/sobrecarga), Tipo 2 na distribuição, Tipo 3 próximo aos terminais.
Veja também: Caixas combinadoras fotovoltaicas - Fusíveis gPV de alta tensão
8) Instantâneo de dados: exposição a raios e por que isso altera sua lista técnica
A exposição a raios não é uniforme. Os relatórios sobre raios nos EUA citam rotineiramente 90-240+ milhões eventos anualmente (na nuvem + CG), dependendo da metodologia. O Texas frequentemente lidera as contagens totais, enquanto a Flórida frequentemente lidera a densidade. Para parques eólicos e infraestruturas altas, as contagens de acidentes vasculares cerebrais por local podem exceder milhares.
Para fins de orçamento, use mapas em nível de condado da NOAA/NCEI ou relatórios anuais da Vaisala/AEM para justificar Iimp/In escolhas e posicionamento do local.
9) Tabelas de referência rápida
Copie essas linhas em suas planilhas de especificações como ponto de partida.
| Tipo de SPD | Teste primário | Principais classificações | Localização típica | Notas |
|---|---|---|---|---|
| Tipo 1 | 10/350 μs (Iimp) | Uc, Iimp, Para cima | Entrada de serviço / MSB | Corrente direta parcial de raios |
| Tipo 2 | 8/20 μs (In/Imax) | Uc, In/Imax, Para cima | Quadros de subdistribuição | Proteção de backbone |
| Tipo 3 | Combinação (Uoc) | Uc, Uoc, Up | Perto de cargas sensíveis | Grampo final, coordenar com o Tipo 2 |
Imagem opcional: diagrama de formas de onda de teste / linha de produtos
Tabela B - Dados mínimos que você deve especificar em cada SPD
| Parâmetro | Por que é importante | Armadilhas típicas |
|---|---|---|
| Uc (MCOV) | Deve exceder a tensão contínua do sistema no pior caso | Escolha muito próxima do nominal → estresse térmico e fim de vida útil precoce |
| Iimp / In / Imax | Corresponder ao ambiente de surto esperado | Subvalorização na entrada de serviço; uso indevido do Tipo 2 onde o Tipo 1 é necessário |
| Para cima | Determina a tensão residual no isolamento/eletrônica | Não coordenar Up em todos os estágios → proteção em nível igual |
| SCCR / Backup OCPD | Segurança e seletividade | Incompatibilidade com a corrente de falha disponível; ignorando as tabelas de dispositivos de backup do fornecedor |
| Contagem de polos e aterramento | Conjunto de módulos de alteração TN/TT/IT e necessidades de N-PE | Falta de N-PE no TT; ligação incorreta de PEN no TN-C |
| Ambiente e montagem | Temperatura, altitude, IP/NEMA; roteamento de condutores | Longos comprimentos de cabo; curvas acentuadas aumentam a indutância (elevam o terminal para cima) |
10) Regras de aterramento, fiação e comprimento do cabo
- Mantenha os condutores SPD para terra e SPD para barramento curto, reto, adjacente.
- Evite laços ou revestimentos de cabos bonitos que aumentem a indutância no momento do surto.
- Use as especificações de torque do fornecedor; as terminações soltas esquentam sob surtos repetitivos.
- Nos sistemas TT, garanta que os módulos N-PE e a ligação sejam adequados para que as correntes retornem pelo caminho pretendido.
Referência de regras globais de ereção: IEC 60364-5-53.
11) Colocações acionadas por NEC (EUA)
O 2023 NEC (NFPA 70) reforça o uso do SPD em vários contextos (por exemplo, proteção de toda a casa em residências, controladores de bombas de incêndio). Artigo 242 cobre a proteção contra sobretensão para instalações de ≤1000 V; sempre combine UL 1449 listagem e local de instalação.
Referência: NFPA 70 (NEC) - Explicação sobre a UL 1449
12) Exemplos práticos - escolha rápida de classificações
A. Planta industrial, serviço aéreo, sem LPS, 400/230 VCA TN-S
- MSB: Tipo 1 (ou 1+2) com Iimp ≈ 12,5-25 kA/polo típico; Uc ≥ 275 VCA (L-N) para sistemas de 230 V; Para cima ≤ 1,5 kV.
- Sub-BDs: Tipo 2 em Em 20-40 kA, Imax 40-80 kA por risco de placa.
- Pontos finais: Tipo 3 em cargas de VFDs/PLCs/TI.
B. Conjunto fotovoltaico de 1000 VDC (cordas longas, montagem no solo)
- Caixa combinadora: DPS CC tipo 2 de acordo com a norma IEC 61643-31; Uc ≥ Vstring(max at Tmin); coordenada Para cima com inversor.
- Entrada CC do inversor: Adicione um segundo estágio de CC se as distâncias entre os cabos forem grandes ou se o terreno for muito exposto.
C. Praça de carregamento de veículos elétricos (comercial)
- Serviço: Tipo 1 ou 1+2 onde existe LPS/sobrecarga.
- Distribuição: Tipo 2 alimentando grupos de carregadores; Tipo 3 próximo às entradas do carregador (se suportado).
13) FAQ (respostas em nível de engenharia)
Eu sempre preciso do Tipo 1 na entrada de serviço?
Se você tiver LPS externo ou serviço aéreo, o Tipo 1 (ou 1+2) é a abordagem padrão para lidar com a corrente direta parcial de raios. Os edifícios alimentados pelo subsolo às vezes justificam o robusto Tipo 2, mas avalie o risco (densidade de raios, rotas de entrada) e o código local.
Qual é a diferença entre as nomenclaturas UL e IEC?
A UL 1449 é um padrão de listagem/segurança; a IEC 61643 define testes de desempenho e tipos. Muitas folhas de dados exibem ambos. A 4ª edição da UL 1449 (2016) padronizou as marcações e os requisitos mais recentes.
Para quais números devo otimizar?
Em ordem: Uc (direita, não baixa) → Iimp/In/Imax (suficiente) → Para cima (tão baixo quanto a coordenação permitir) → SCCR/backup → recursos de manutenção.
E se eu só puder comprar um estágio hoje?
Colocar o orçamento no entrada de serviço (Tipo 1 ou 1+2) e, posteriormente, adicionar o Tipo 2/3. Isso impede que a energia catastrófica penetre profundamente na instalação.
Como a geografia altera minhas especificações?
Corredores de alta densidade (por exemplo, Costa do Golfo, Flórida Central) justificam maior Iimp/In e mais apertado Para cima alvos. Use os mapas NCEI/Vaisala/AEM para quantificar as densidades de flash de linha de base para discussões com AHJ ou seguradoras.
Créditos e fontes
- IEC 61643-11 / 61643-31 (oficial): Loja virtual da IEC
- UL 1449 4ª Ed: Intertek - Schneider PDF
- NEC 2023 (Artigo 242): NFPA
