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Dispositivos de Proteção contra Surtos (DPS) CC Classe I, Classe II e Classe III explicados: Um guia prático para proteção contra surtos em sistemas fotovoltaicos
Um Guia Prático para Dispositivos de Proteção contra Surtos (DPS) de Classe I, Classe II e Classe III
Dispositivos de proteção contra surtos (DPS) CC são utilizados no lado CC de sistemas fotovoltaicos para limitar sobretensões transitórias e desviar correntes de surto antes que danifiquem inversores, equipamentos de monitoramento, caixas de junção e outros componentes sensíveis. No entanto, marcações como Classe I, Classe II, Em, Imax, Para cima e Iscpv são frequentemente mal compreendidas.
Este guia explica as classes de DPS CC — Classe I, Classe II e Classe III — e mostra como interpretar a placa de identificação de um DPS fotovoltaico típico de 1000 V CC.
Principais conclusões
- Classe I, Classe II e Classe III descrevem as classes de teste dos DPS, não os níveis de qualidade do produto.
- A Classe I está geralmente associada a DPS de Tipo 1 e à forma de onda de corrente de raio de 10/350 μs.
- A Classe II está geralmente associada a DPS de Tipo 2 e à forma de onda de corrente de surto 8/20 μs.
- A Classe III está geralmente associada a proteção fina de Tipo 3 e a um teste de onda combinada.
- Ucpv, In, Imax, Up e Iscpv descrevem diferentes características elétricas e não são intercambiáveis.
- Um DPS de Classe II não deve ser tratado automaticamente como proteção contra corrente direta de raio.
O que significam as classes de DPS?
A palavra Classe em um DPS refere-se normalmente a uma classificação de teste. Isso não significa que a Classe I seja um produto de qualidade superior e a Classe II um produto de qualidade inferior. Também não descreve uma classe de isolamento ou um grau de proteção IP do invólucro.
| Classe de teste | Designação comum do produto | Forma de onda de teste principal | Função típica |
|---|---|---|---|
| Classe I | Tipo 1 | Impulso de corrente 10/350 μs | Descarga parcial de corrente de raio |
| Classe II | Tipo 2 | Impulso de corrente 8/20 μs | Surtos induzidos por descargas atmosféricas e manobras |
| Classe III | Tipo 3 | Onda combinada | Proteção fina próxima a equipamentos sensíveis |
| Classe I+II | Tipo 1+2 | 10/350 μs e 8/20 μs | Proteção combinada contra correntes de descarga atmosférica e surtos |
Estas classes de DPS não devem ser confundidas com as classes do sistema de proteção contra descargas atmosféricas (SPDA) I, II, III e IV. Os dois sistemas utilizam numerais romanos semelhantes, mas descrevem assuntos diferentes.
DPS CC Classe I / Tipo 1
Um DPS de Classe I ou Tipo 1 foi projetado para lidar com componentes de corrente de raio de alta energia. Sua principal forma de onda de teste é tipicamente 10/350 μs: a corrente sobe rapidamente e depois decai durante um período comparativamente longo, conferindo ao impulso uma energia muito maior do que um surto convencional de 8/20 μs com a mesma corrente de pico.
A proteção Tipo 1 ou Tipo 1+2 deve ser avaliada quando uma instalação fotovoltaica possui um sistema de proteção contra descargas atmosféricas externo, quando a distância de separação necessária não pode ser mantida ou quando a corrente de raio pode entrar na instalação elétrica através de uma fronteira de zona de proteção contra raios.
O principal parâmetro do Tipo 1 é normalmente Iimp. Um valor de Imax elevado, por si só, não prova que um DPS é adequado para a função de Tipo 1, pois o Imax está normalmente associado à forma de onda de 8/20 μs.
DPS CC Classe II / Tipo 2
A Classe II corresponde geralmente a um DPS Tipo 2 testado com uma forma de onda de corrente de 8/20 μs. É a classe mais comum utilizada para proteção contra surtos induzidos por raios e transitórios de manobra em Caixas combinadoras fotovoltaicas, equipamentos de distribuição CC e entradas CC de inversores.
Um DPS Tipo 2 também pode ser instalado a jusante de um DPS Tipo 1 como parte de um sistema de proteção coordenado. Não deve ser comercializado como um descarregador de corrente de raio direta, a menos que o produto também seja testado e declarado como Tipo 1 ou Tipo 1+2.
DPS Classe III / Tipo 3
Os DPS Classe III ou Tipo 3 oferecem proteção fina próxima a equipamentos sensíveis. Eles são comumente avaliados usando um gerador de onda combinada com uma forma de onda de tensão de circuito aberto de 1,2/50 μs e uma forma de onda de corrente de curto-circuito de 8/20 μs.
Dispositivos Tipo 3 normalmente operam em conjunto com proteção Tipo 1 ou Tipo 2 a montante. Eles não se destinam a absorver sozinhos toda a energia do surto de entrada.
Como ler a placa de identificação de um DPS de 1000 V CC
Ucpv: 1000 V CC
Ucpv é a tensão máxima de operação contínua para um DPS fotovoltaico. É a tensão CC mais alta que pode ser aplicada continuamente ao DPS sob as condições declaradas pelo fabricante.
O Ucpv selecionado não deve ser inferior à tensão máxima de circuito aberto do arranjo fotovoltaico após a correção para a temperatura mínima esperada. A Voc do módulo aumenta à medida que a temperatura cai, portanto, um sistema descrito como “1000 V CC” não pode usar automaticamente um DPS com Ucpv de 1000 V sem verificar a tensão máxima em clima frio.
Classe II
Esta marcação indica um teste de Classe II e, normalmente, uma aplicação de Tipo 2. Refere-se principalmente a surtos induzidos e de manobra representados pela forma de onda 8/20 μs. Não descreve a qualidade do produto ou a capacidade de curto-circuito.
In: 20 kA
Em é a corrente nominal de descarga, normalmente especificada com uma forma de onda de 8/20 μs para um DPS Tipo 2. É utilizada na sequência de teste padrão e é um indicador importante da capacidade de suportar correntes de surto repetíveis sob as condições de teste declaradas.
Imax: 40 kA
Imax é a corrente máxima de descarga, também normalmente associada à forma de onda de 8/20 μs. É um valor de descarga limite mais elevado e não deve ser interpretado como uma corrente que o DPS pode suportar repetidamente.
In e Imax também não devem ser comparados diretamente com Iimp, a menos que as formas de onda associadas sejam consideradas. Um impulso de corrente de raio de 10/350 μs contém substancialmente mais energia do que um impulso de 8/20 μs com o mesmo valor de pico.
Up: 4.0 kV
Para cima é o nível de proteção de tensão. Indica o nível ao qual o DPS limita a tensão sob as condições de teste especificadas. O Up deve ser coordenado com a tensão suportável de impulso do equipamento protegido.
Um Up mais baixo pode melhorar a margem de proteção, mas o Up não pode ser avaliado isoladamente. A Ucpv deve permanecer suficientemente alta para o sistema fotovoltaico, e o comprimento dos condutores de instalação deve ser minimizado, pois a indutância do condutor adiciona tensão durante um surto.
Iscpv: 10 kA
Iscpv é a corrente de curto-circuito fotovoltaica nominal do DPS. Não se trata de uma capacidade de descarga de surto. Descreve a corrente de curto-circuito fotovoltaica prospectiva para a qual o DPS e o seu dispositivo de desconexão são adequados, sob as condições declaradas pelo fabricante.
Este valor é particularmente importante em sistemas fotovoltaicos CC, pois um DPS com falha deve desconectar-se com segurança sem sustentar um arco elétrico CC perigoso.
5% a 95% de Humidade Relativa
Isto descreve normalmente a gama de humidade relativa permitida. A ficha técnica completa deve ser consultada para condições como operação sem condensação, corrosão, formação de gelo e altitude.
−40°C a +85°C
Esta é a gama de temperatura declarada. Para equipamentos instalados dentro de caixas de junção ou invólucros externos, a temperatura interna do quadro pode ser significativamente superior à temperatura ambiente.
Interior e IP20
O IP20 oferece proteção básica contra o acesso com os dedos e certos objetos sólidos, mas o segundo dígito “0” significa que não é declarada proteção contra a entrada de água. Um DPS IP20 não deve ser exposto diretamente à chuva. Aplicações fotovoltaicas externas requerem um invólucro adequado, selecionado de acordo com as condições ambientais.
Onde são instalados os DPS CC em um sistema fotovoltaico?
Os DPS CC são comumente instalados em caixas de junção fotovoltaicas e próximos às entradas CC do inversor. O número e a localização apropriados dependem do layout do sistema, do roteamento dos cabos, do conceito de proteção contra raios, do esquema de aterramento e dos níveis de suportabilidade do equipamento.
Onde os cabos CC são longos, DPS coordenados podem ser necessários em ambas as extremidades. O posicionamento final e a coordenação devem seguir o projeto de instalação aplicável e a norma IEC 61643-32, em vez de uma regra universal de dispositivo único.
Quando você deve escolher Tipo 1, Tipo 2 ou Tipo 1+2?
Considere o Tipo 1 ou Tipo 1+2 quando:
- O edifício possui um sistema de proteção externa contra descargas atmosféricas.
- A distância de separação necessária não pode ser mantida.
- A corrente de descarga atmosférica pode entrar na cablagem fotovoltaica ou atravessar uma fronteira LPZ.
- A avaliação de risco do projeto requer capacidade de descarga de corrente de raio.
Considere o Tipo 2 quando:
- O risco principal é o raio induzido ou sobretensão de manobra.
- O DPS é instalado a jusante de um dispositivo Tipo 1 a montante.
- A caixa de junção fotovoltaica ou a entrada do inversor requer proteção contra surtos local sem necessidade de suportar corrente direta de raio.
A seleção final deve considerar sempre Ucpv, Iimp quando aplicável, In, Imax, Up, Iscpv, modo de proteção, sistema de aterramento, proteção de retaguarda e certificação — não apenas o maior valor de kA na etiqueta.
Erros comuns na seleção de DPS CC
- Tratar a Classe II como um nível de qualidade. É uma classe de teste, não uma declaração de que o produto é de segunda categoria.
- Comparar correntes nominais sem a forma de onda. 40 kA em 8/20 μs não é equivalente a 40 kA em 10/350 μs.
- Confundir Iscpv com corrente de surto. Iscpv refere-se a condições de curto-circuito em sistemas fotovoltaicos; In e Imax referem-se à descarga de surto.
- Selecionar Ucpv apenas com base na tensão nominal do sistema. A Voc em temperatura fria deve ser calculada.
- Ignorar o comprimento do condutor. Conexões longas de DPS aumentam a tensão efetiva vista pelo equipamento protegido.
- Instalar equipamento IP20 ao ar livre sem um invólucro. O IP20 não oferece proteção contra água.
- Usar o Tipo 2 onde o serviço do Tipo 1 é necessário. O risco de corrente direta de raio requer a classe de teste e o projeto de sistema corretos.
Conclusão
A seleção correta de um DPS CC é uma decisão de engenharia coordenada. O DPS deve ter uma tensão de operação contínua adequada, a classe de teste correta, capacidade de descarga suficiente, um nível de proteção de tensão apropriado e segurança adequada contra curto-circuito fotovoltaico.
Para a placa de identificação do exemplo, a Classe II indica uma aplicação do Tipo 2; In 20 kA e Imax 40 kA descrevem o desempenho de corrente de surto de 8/20 μs; Up 4,0 kV é o nível de proteção de tensão; e Iscpv 10 kA é a classificação de corrente de curto-circuito fotovoltaico. Nenhum desses valores pode substituir outro.
Precisa de ajuda para selecionar um DPS CC para o seu sistema fotovoltaico? Envie KUANGYA a tensão máxima do sistema, a configuração da string de módulos, a temperatura mínima do local, a posição de instalação, o esquema de aterramento e as condições de proteção contra descargas atmosféricas. Podemos recomendar um modelo Tipo 1, Tipo 2 ou Tipo 1+2 adequado para a aplicação.
Perguntas frequentes
What is the difference between Class I and Class II DC SPDs?
Class I (Type 1) DC SPDs are tested with a 10/350 μs lightning-current impulse and are intended for installations where partial lightning current may enter the PV system. Class II (Type 2) DC SPDs are tested with an 8/20 μs waveform and mainly protect against induced lightning and switching surges.
Can a Type 2 SPD protect a PV system from direct lightning?
A Type 2 SPD is not automatically suitable for direct-lightning-current duty. Where lightning current can enter the installation, use a properly tested Type 1 or Type 1+2 SPD as required by the lightning protection and risk assessment.
How do I choose Ucpv for a DC SPD?
Choose a Ucpv rating that is not lower than the PV array maximum open-circuit voltage after correcting module Voc for the lowest expected site temperature. Also verify the inverter voltage limit and the manufacturer’s installation requirements.
Where should DC SPDs be installed?
Typical locations include PV combiner boxes and inverter DC inputs. Long cable routes or lightning protection zone boundaries may require coordinated SPDs at more than one location.
Standards Referenced
- IEC 61643-31 — Requirements and test methods for SPDs for photovoltaic installations.
- IEC 61643-32 — Selection and application principles for SPDs connected to the DC side of photovoltaic installations.
