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Introdução ao SPD e seu papel

2022-10-28

Em uma elétrica sistemas, os SPDs são geralmente instalados em configuração de derivação (em paralelo) entre os condutores vivos e a terra. O princípio de funcionamento do SPD pode ser semelhante ao de um disjuntor.

Em uso normal (não sobretensão): o SPD é semelhante a um disjuntor aberto.

Quando há um sobretensão: o SPD torna-se ativo e descarrega a corrente do raio para terra. Pode ser comparado ao fechamento de um disjuntor que curto-circuitar a rede elétrica com a terra através do equipotencial sistema de aterramento e as partes condutoras expostas por um breve instante, limitado à duração da sobretensão.

Para o usuário, o A operação do SPD é totalmente transparente, pois dura apenas uma pequena fração de um segundo.

Quando o a sobretensão foi descarregada, o SPD retorna automaticamente ao seu normal estado (disjuntor aberto).


1. Princípios de proteção

1.1 Modos de Proteção

Existem dois modos de sobretensão relâmpago: modo comum e modo de corrente residual.

Raio As sobretensões aparecem principalmente em modo comum e geralmente na origem do instalação elétrica. As sobretensões no modo de corrente residual geralmente aparecem no modo TT e afetam principalmente equipamentos sensíveis (equipamentos eletrônicos, computadores, etc.).


Proteção de modo comum entre fase/neutro e terra


Fase/neutro A proteção em um sistema de aterramento TT é justificada quando o neutro no lado do distribuidor está ligado a uma conexão com um valor baixo (alguns ohms enquanto o eletrodo de aterramento da instalação é de várias dezenas de ohms).

Corrente residual proteção de modo entre fase e neutro


O retorno atual é provável que o circuito seja através do neutro da instalação, em vez do terra.

O residual a tensão do modo de corrente U, entre fase e neutro, pode aumentar até um valor igual à soma das tensões residuais de cada elemento do SPD, ou seja, dobrar o nível de proteção no modo comum.

Fase/neutro proteção em um sistema de aterramento TT


Um similar fenômeno pode ocorrer em um sistema de aterramento TN-S se ambos os condutores N e PE são separados ou não são adequadamente equipotenciais. A corrente provavelmente então siga o condutor neutro em seu retorno em vez do condutor de proteção e o sistema de ligação.

Um teórico modelo de proteção ideal, que se aplica a todos os sistemas de aterramento, pode ser definido, embora na verdade os SPDs quase sempre combinem proteção de modo comum e proteção de modo de corrente residual (exceto modelos IT ou TN-C).

É essencial verifique se os DPS utilizados são compatíveis com o sistema de aterramento.


1.2 Proteção em Cascata

Assim como a proteção contra sobrecorrente deve ser fornecida por dispositivos com classificações apropriadas para cada nível da instalação (origem, secundário, terminal) coordenado com entre si, a proteção contra sobretensões transitórias é baseada em um abordagem usando uma combinação “em cascata” de vários SPDs.

Dois ou três níveis de SPDs são geralmente necessários para absorver a energia e limitar sobretensões induzidas por acoplamento devido a fenômenos de oscilação de alta frequência.

O exemplo abaixo baseia-se na hipótese de que apenas 80% da energia é desviada para a terra (80%: valor empírico dependente do tipo de SPD e da instalação, mas sempre inferior a 100%).

O princípio de A proteção em cascata também é usada para aplicações de baixa corrente (telefonia, redes de comunicação e dados), combinando os dois primeiros níveis de proteção em um único dispositivo que geralmente está localizado na origem da instalação.

Baseado em centelha componentes projetados para descarregar a maior parte da energia para a terra são combinados com varistores ou diodos que limitam as tensões a níveis compatíveis com o equipamentos a serem protegidos.

terminal a protecção é geralmente combinada com esta protecção de origem. O terminal a proteção é próxima ao equipamento, fornecida por meio de SPDs de proximidade.


1.2.1 Combinação de vários SPDs

Para limitar sobretensões tanto quanto possível, um SPD deve ser sempre instalado próximo ao equipamento a ser protegido 3.

No entanto, isso proteção protege apenas equipamentos que estão diretamente conectados a ele, mas acima afinal, sua baixa capacidade energética não permite que toda a energia seja descarregada.

Para fazer isso, um SPD é necessário na origem da instalação 1.

Da mesma forma, SPD 1 não pode proteger toda a instalação porque permite uma quantidade de energia residual para passar e que o raio é um fenômeno de alta frequência.

Dependendo do escala da instalação e os tipos de risco (exposição e sensibilidade dos equipamento, criticidade da continuidade do serviço), a proteção do circuito 2 é necessário além de 1 e 3.

Proteção em cascata


Observe que o primeiro nível do SPD (1) deve ser instalado o mais a montante possível do instalação, a fim de reduzir tanto quanto possível os efeitos induzidos do raios por acoplamento eletromagnético.


1.3 Localização dos DPS

Para eficaz proteção usando SPDs, pode ser necessário combinar vários SPDs:

1. SPD principal ➀

2. Circuito SPD ➁

3. SPD de proximidade ➂

Adicional proteção pode ser necessária dependendo da escala (comprimentos da linha) e do sensibilidade dos equipamentos a serem protegidos (informática, eletrônica, etc.). Se Se forem instalados vários SPD, deverão ser aplicadas regras de coordenação muito precisas.

 

Origem de instalação

Distribuição nível

Aplicativo nível

O proteção na origem da instalação (proteção primária) shunts mais da energia incidente (comum
sobretensão transportada pelo sistema de potência) para a ligação equipotencial sistema e para a terra.

O circuito proteção (proteção secundária) complementa a proteção de origem coordenação e limita as sobretensões do modo de corrente residual decorrentes do configuração da instalação.

Proximidade proteção (proteção de terminal) executa a limitação de pico final do sobretensões, que são as mais perigosas para o equipamento.


É importante tenha em mente que a proteção de toda a instalação e equipamento é só é totalmente eficaz se:

1. Vários níveis de SPDs são instalados (em cascata) para garantir a proteção dos equipamentos localizados alguma distância da origem da instalação: necessário para equipamentos localizado a 30 m ou mais de distância (IEC 61643-12) ou necessário se o nível de proteção Up do DPS principal é superior à categoria do equipamento (IEC 60364-4-443 e 62305-4)

2. Todas as redes estão protegidos:

2.1. Poder redes que abastecem o edifício principal e também todos os edifícios secundários, externos sistemas de iluminação de parques de estacionamento, etc.

2.2. Comunicação redes: linhas de entrada e linhas entre diferentes edifícios


1.4 Comprimentos protegidos

É essencial que o projeto de um sistema eficaz de proteção contra surtos de tensão leve em conta do comprimento das linhas que alimentam os receptores a serem protegidos (ver tabela abaixo).

Na verdade, acima de um determinado comprimento, a tensão aplicada ao receptor pode, por meio de um fenômeno de ressonância, excede consideravelmente a tensão limite esperada. O A extensão deste fenômeno está diretamente ligada às características do instalação (condutores e sistemas de ligação) e com o valor da corrente induzida pela descarga luminosa.

Um SPD está corretamente conectado quando:

1. O protegido equipamento está equipotencialmente ligado ao mesmo terra ao qual o SPD está conectado

2. O SPD e seus a proteção de backup associada está conectada:

2.1. Para o rede (fios energizados) e à barra de proteção principal (PE/PEN) da placa com comprimentos de condutores tão curtos quanto possível e inferiores a 0,5 m.

2.2. Com condutores cujas seções transversais são apropriadas para os requisitos SPD (ver tabela abaixo).

Tabela 1 – Máximo comprimento da linha entre SPDe e o dispositivo a ser protegido

Posição SPD

Na origem da instalação

Não na origem da instalação

Condutor corte transversal

fiação
(doméstico)

cabos grandes
(indústria)

fiação
(doméstico)

cabos grandes
(indústria)

Composição do sistema de ligação

SOBRE condutor

< 10 metros

10 metrosetros

< 10 m*

20 metros*

malha/equipotencial

10 metrosetros

20 metros

20 metros*

30 m*

* Proteção recomendado no ponto de uso se a distância for maior


1.4.1 Efeito da dupla tensão

Acima de um certo comprimento d, o circuito protegido pelo SPD começará a ressoar quando o indutância e capacitância são iguais:

Lω = -1 / Cω

O circuito a impedância é então reduzida à sua resistência. Apesar da parte absorvida pelo SPD, a corrente residual do raio I no circuito ainda é baseada em impulso. Isso é aumento, devido à ressonância, resultará em aumentos significativos no Ud, Uc e tensões Urm.

Sob estes condições, a tensão aplicada ao receptor pode dobrar.

Efeito de duplo tensão


Onde:

•C – capacidade representando a carga

•Ld – indutância da linha de alimentação

•Lrm – indutância do sistema de ligação

A instalação dos SPD não deve afectar negativamente a continuidade do serviço, o que seria contrário ao objectivo pretendido. Devem ser instalados, especialmente no origem de instalações domésticas ou similares (sistemas de aterramento TT), em conjunto com um dispositivo de corrente residual retardada tipo S.

Cuidado! Se lá são descargas atmosféricas significativas (> 5 kA), a corrente residual secundária dispositivos ainda podem desarmar.


2. Instalando SPDs

2.1 Conectando SPDs

2.1.1 Sistema de ligação ou ligação à terra

Organismos de normalização usar o termo genérico “dispositivo de aterramento” para designar tanto o conceito de ligação sistema e o de um eletrodo de aterramento, sem fazer distinção entre o dois. Contrariamente à opinião recebida, não existe uma correlação directa entre o valor do eletrodo de aterramento, fornecido em baixa frequência para garantir a segurança das pessoas e a eficácia da protecção proporcionada pelos SPD.

Como demonstrado abaixo, este tipo de proteção pode ser estabelecida mesmo na ausência de uma ligação à terra eletrodo.

A impedância de o circuito de descarga da corrente desviada pelo SPD pode ser dividido em duas partes.

O primeiro, o eletrodo de aterramento, é formado por condutores, que geralmente são fios, e por a resistência do solo. A sua natureza essencialmente indutiva significa que a sua a eficácia diminui com a frequência, apesar das precauções de fiação (limitação de comprimento, regra de 0,5 m). A segunda parte desta impedância é menor visível, mas essencial em alta frequência porque é na verdade composto pelo capacidade parasita entre a instalação e a terra.

Claro que os valores relativos de cada um desses componentes variam de acordo com o tipo e escala da instalação, a localização do SPD (tipo principal ou de proximidade) e de acordo com o esquema do eletrodo de aterramento (sistema de aterramento).

Contudo tem foi provado que a participação do protetor contra surtos de tensão na corrente de descarga pode chegar a 50 a 90% no sistema equipotencial enquanto a quantidade diretamente descarregada pelo eletrodo de aterramento é de cerca de 10 a 50%. O sistema de ligação é essencial manter uma tensão de referência baixa, que é mais ou menos a mesma em toda a instalação.

Os SPD devem ser conectado a este sistema de ligação para máxima eficácia.

O mínimo A seção transversal recomendada para os condutores de conexão leva em conta o valor máximo da corrente de descarga e as características do fim da vida dispositivo de proteção.

Não é realista aumentar esta seção transversal para compensar comprimentos de conexão que não cumpra a regra dos 0,5 m. Na verdade, em alta frequência, a impedância do condutores está diretamente conectado ao seu comprimento.

Em elétrica quadros de distribuição e painéis de grandes dimensões, pode ser uma boa ideia reduzir o impedância do link usando as partes condutoras metálicas expostas do chassis, placas e gabinetes.

Tabela 2 – Mínimo seção transversal dos condutores de conexão SPD

Capacidade SPD

Seção transversal (mm2)

Aula II SPD

SPadrão: Imax < 15 kA (x 3-classe II)

6

EAumentou: Imax < 40 kA (x 3-classe II)

10

HAlto: Imax < 70 kA (x 3-classe II)

16

Aula Eu SPD

16


O uso do partes condutoras de metal expostas de invólucros como condutores de proteção são permitido pela norma IEC 60439-1, desde que tenha sido certificado pelo fabricante.

É sempre é preferível reter um condutor de fio para conectar os condutores de proteção ao bloco terminal ou ao coletor, o que então duplica a ligação feita via as partes condutoras expostas do chassi do gabinete.


2.1.2 Comprimento da conexão

Na prática é recomendado que o comprimento total do circuito SPD não exceda 50 cm. Este requisito nem sempre é fácil de implementar, mas utilizando os recursos disponíveis peças condutoras expostas próximas podem ajudar.

Comprimento total do Circuito SPD


*pode ser instalado no mesmo trilho DIN. Contudo a instalação estará melhor protegida se ambos os dispositivos são instalados em 2 trilhos DIN diferentes (SPD abaixo da proteção)

O número de descargas atmosféricas que o SPD pode absorver diminuirão com o valor do corrente de descarga (de 15 golpes para uma corrente de valor In até um único golpe em Imax/Iimp).

Regra de 0,5 m teoria, quando um raio cai, a tensão Ut à qual o receptor está submetido é o mesmo que a tensão de proteção Acima do surto de tensão protetor (para o seu In), mas na prática este último é superior.

Na verdade, o quedas de tensão causadas pelas impedâncias dos condutores de conexão do SPD e seus dispositivo de proteção são adicionados a isso:

Ut = UI1 + Ud + UI2 + Acima + UI3

Por exemplo, o queda de tensão em 1 m de condutor percorrido por uma corrente de impulso de 10 kA por 10 μs atingirão 1000 V.

Δu = L × di/dt

•     di – Variação de corrente 10.000 A

•    dt – Variação de tempo 10 μs

• EU – indutância de 1 m de condutor = 1 μs

• Valor Δu a ser adicionado à tensão Up

O comprimento total Deve, portanto, ser o mais curto possível. Na prática é recomendado que 0,5 m não é excedido. Em caso de dificuldade, pode ser útil usar condutores (tranças isoladas, barras isoladas flexíveis).

0,5m SPD regra de conexão


O elo da terra condutor do protetor contra surtos de tensão não deve ser verde/amarelo no sentido da definição de um condutor PE.

A prática comum é de tal forma que esta marcação é, no entanto, frequentemente utilizada.

Alguma fiação configurações podem criar acoplamentos entre o upstream e o downstream condutores do SPD, que provavelmente farão com que a onda do raio se espalhe durante toda a instalação.


Fiação SPD configuração #1

A montante e condutores a jusante conectados no terminal do protetor contra surtos de tensão com um caminho comum.

Fiação SPD configuração 1


Fiação SPD configuração #2

Entrada e saída condutores fisicamente bem separados e conectados no mesmo terminal.

Fiação SPD configuração 2


Fiação SPD configuração #3

Conexão condutores muito longos, condutores de saída fisicamente separados.

Fiação SPD configuração 3


Fiação SPD configuração #4

Conexão condutores o mais curtos possível com condutor de retorno do terminal de aterramento perto dos condutores vivos.