Um protetor contra sobretensões (SPD) é um dos poucos componentes de um sistema elétrico que se espera que não faça nada durante anos e que, depois, absorva um impulso de descarga atmosférica em microssegundos. Por isso, é fácil de omitir, fácil de subdimensionar e fácil de instalar de uma forma que parece correta mas deixa a carga exposta.
Este guia explica o que faz um SPD, em que diferem as categorias de Tipo 1, 2 e 3, onde se situa cada uma e como coordenar a proteção contra sobretensões com um UPS e um estabilizador de tensão.
O que é uma sobretensão?
Uma sobretensão é um aumento de tensão de curta duração acima do nível normal de funcionamento. Pode ser causada por uma descarga atmosférica, pela comutação de uma carga elevada, pela comutação de baterias de condensadores ou pelo funcionamento de um defeito elétrico próximo. A duração pode ser de microssegundos, no caso de um impulso atmosférico, ou de milissegundos, no caso de um transitório de comutação.
O mecanismo de danos depende da carga. Um semicondutor pode falhar imediatamente com uma tensão de pico elevada. Uma fonte de alimentação pode degradar-se com sobretensões menores repetidas. Um motor pode sofrer esforço na isolação. O SPD limita a tensão de pico e desvia a corrente de descarga para a terra; não elimina a sobretensão e não corrige uma sobretensão sustentada.
Para problemas de tensão sustentados, utilize um estabilizador de tensão ou um regulador automático de tensão. Para um corte de energia, utilize um UPS. O SPD é a camada dos transitórios.
Como funciona um SPD?
Um SPD é um componente dependente da tensão, habitualmente um varistor de óxido metálico, um centelhador ou uma combinação dos dois. À tensão nominal, apresenta uma impedância elevada e tem pouco efeito no circuito. Quando a tensão ultrapassa o seu limiar, a impedância diminui e o dispositivo desvia a corrente de descarga para longe da carga.
As características principais são a tensão máxima de funcionamento contínuo, a corrente de descarga nominal, a corrente de descarga máxima, o nível de proteção contra sobretensões e a corrente de curto-circuito admissível. O nível de proteção é a tensão residual que a carga vê durante a sobretensão; quanto mais baixo, melhor para equipamentos sensíveis, mas o dispositivo tem de continuar coordenado com a proteção a montante.
Um SPD tem uma vida útil finita. Cada sobretensão consome parte da sua capacidade. Um indicador de estado ou um contacto remoto não é um luxo; é a única forma de saber se o dispositivo continua a proteger a carga.
Tipos de SPD 1, 2 e 3
A série IEC 61643 define as categorias de SPD mais comuns. A classe de ensaio exata e as características exigidas dependem da instalação e do regulamento local.
| Tipo | Localização | Foco do ensaio | Utilização típica |
|---|---|---|---|
| Tipo 1 | Entrada da instalação, a montante do disjuntor principal | Corrente de descarga atmosférica direta | Edifícios com sistema de proteção contra descargas atmosféricas ou alimentação aérea |
| Tipo 2 | Quadro de distribuição | Corrente de descarga após o primeiro estágio | Quadros principais e de subdistribuição |
| Tipo 3 | Junto à carga | Tensão residual baixa | Equipamentos sensíveis, caixas de terminais, quadros de comando |
Um dispositivo de Tipo 1 não é automaticamente melhor do que um de Tipo 2. A escolha correta depende de o local dispor de um sistema de proteção contra descargas atmosféricas, de a alimentação ser aérea ou subterrânea e do que o regulamento local exigir. Em muitos projetos, utiliza-se em conjunto um Tipo 1 na entrada e um Tipo 2 no quadro de distribuição.
Onde deve ser instalado cada SPD?
A localização é tão importante como as características. Um condutor de ligação comprido acrescenta indutância e aumenta a tensão residual na carga. O SPD deve ser instalado com condutores curtos e retos e uma ligação à terra de baixa impedância.
| Localização | Dispositivo | O que protege |
|---|---|---|
| Entrada da instalação | Tipo 1 ou Tipo 2 | A instalação e o quadro principal |
| Quadro de distribuição principal | Tipo 2 | A subdistribuição e os alimentadores |
| Quadro de subdistribuição | Tipo 2 ou Tipo 3 | Cargas locais e quadros de comando |
| Entrada do UPS | Tipo 2 a montante | O retificador do UPS e o percurso de derivação |
| Saída do UPS / quadro crítico | Tipo 3 | Servidores, PLCs e eletrónica sensível |
| Circuito de baterias DC | SPD para DC | O banco de baterias e o barramento DC |
A entrada e a saída do UPS são frequentemente tratadas como zonas de proteção distintas. Uma sobretensão na entrada pode danificar o retificador; uma sobretensão na saída pode chegar à carga mesmo quando o UPS está a funcionar a partir das baterias. O diagrama unifilar deve mostrar ambas.
SPD, UPS e estabilizador: funções diferentes
Estes dispositivos são frequentemente vendidos em conjunto, mas fazem coisas diferentes. A tabela seguinte é uma referência rápida para uma reunião de projeto.
| Dispositivo | Função principal | Responde a | Não substitui |
|---|---|---|---|
| SPD | Limita a sobretensão transitória | Descargas atmosféricas e transitórios de comutação | Regulação de tensão ou alimentação de reserva |
| Estabilizador / AVR | Corrige a tensão eficaz | Sobretensões e subtensões sustentadas | Proteção contra sobretensões ou alimentação de reserva |
| UPS | Condiciona a energia e alimenta a carga | Corte, abaixamento de tensão, variação de frequência | Proteção contra sobretensões na entrada da instalação |
| Gerador | Produz energia para um corte prolongado | Corte prolongado | Proteção durante o tempo de transferência |
Uma arquitetura comum é um SPD de Tipo 1 na entrada da instalação, um estabilizador servo para toda a instalação, um SPD de Tipo 2 na entrada do UPS e um SPD de Tipo 3 na carga crítica. A página da solução de proteção contra sobretensões descreve esta coordenação com mais detalhe.
Como coordeno os SPD?
Coordenar significa selecionar os dispositivos de modo a que o SPD a jusante não absorva toda a sobretensão e o SPD a montante não deixe uma tensão residual demasiado elevada para o dispositivo a jusante. Utiliza-se a tabela de coordenação do fabricante ou um método de cálculo.
As verificações práticas são:
- O nível de proteção do dispositivo a montante tem de ser inferior à tensão suportável do dispositivo a jusante.
- O comprimento de cabo entre estágios tem de ser suficiente ou tem de se utilizar uma bobina de desacoplamento.
- O fusível ou disjuntor de reserva tem de ser selecionado para a corrente de curto-circuito do SPD.
- A ligação à terra tem de ser curta e comum ao sistema de terra do edifício.
Não misture dispositivos de fabricantes diferentes sem verificar a coordenação. Dois SPD individualmente corretos podem continuar a ser mal emparelhados.
Descargas atmosféricas, ligação à terra e circuito de baterias
Um sistema de proteção contra descargas atmosféricas e um sistema de SPD estão relacionados, mas são distintos. O sistema de proteção contra descargas atmosféricas capta o impacto; o SPD limita a sobretensão que chega à instalação elétrica. Ambos necessitam de um percurso de terra de baixa impedância.
Num UPS, o circuito de baterias DC também pode transportar corrente de descarga. Pode ser necessário um SPD para DC no armário das baterias, sobretudo num local com risco elevado de descargas atmosféricas. Confirme a tensão nominal DC e a polaridade; um SPD para AC não é adequado para o barramento DC.
As páginas da gama de baterias VRLA e da gama de baterias LiFePO4 descrevem as configurações de baterias. A gama de transformadores e reatâncias é relevante quando o projeto necessita de isolamento ou impedância para a coordenação das sobretensões.
Manutenção e inspeção
Um SPD é um consumível. O indicador de estado deve ser verificado em cada visita de manutenção e o cartucho ou a unidade deve ser substituído quando o indicador mudar. Um contacto remoto pode levar o estado ao sistema de gestão do edifício ou ao sistema de monitorização do UPS.
A inspeção deve verificar também os condutores de ligação, a ligação à terra e a proteção de reserva. Um condutor solto ou uma ligação à terra corroída podem aumentar a tensão residual mesmo quando o SPD está em bom estado.
Lista de verificação do projeto
Utilize esta lista quando especificar proteção contra sobretensões num projeto com UPS.
- Confirme se o local dispõe de um sistema de proteção contra descargas atmosféricas e se a alimentação é aérea ou subterrânea.
- Selecione o dispositivo de Tipo 1 ou Tipo 2 para a entrada da instalação.
- Acrescente um dispositivo de Tipo 2 no quadro de distribuição que alimenta o UPS e as cargas críticas.
- Acrescente um dispositivo de Tipo 3 no quadro crítico quando a carga for sensível.
- Verifique o nível de proteção contra a tensão suportável da carga.
- Verifique a corrente de curto-circuito admissível e o fusível de reserva.
- Confirme a ligação à terra e o comprimento dos condutores.
- Acrescente um SPD para DC no banco de baterias quando necessário.
- Registe o indicador de estado e o contacto remoto no plano de manutenção.
- Inclua as localizações dos SPD no diagrama unifilar.
Para o lado do UPS, utilize a calculadora de dimensionamento e o índice completo de modelos. Para um centro de dados, comece pelo guia de UPS para centros de dados; para uma sala de servidores, utilize o guia para salas de servidores. Os locais industriais podem começar pela página de UPS industriais ou pela família de produtos de UPS industriais.
Que mercados exigem atenção adicional?
As descargas atmosféricas e a distribuição aérea tornam a proteção contra sobretensões mais importante em alguns mercados do que noutros. O guia para a África do Sul, o guia para as Filipinas e o guia para o Bangladeche descrevem as condições locais de alimentação e a documentação que os compradores costumam solicitar.
Para locais de telecomunicações, consulte a página de soluções para telecomunicações; para salas de segurança, consulte segurança e videovigilância; para edifícios comerciais, consulte edifícios comerciais. Estas páginas mostram onde fica o SPD em relação ao UPS, ao estabilizador e ao quadro de distribuição.
Como especificar um SPD num projeto com UPS?
Envie o diagrama unifilar, a tensão de serviço, a potência do UPS, a configuração das baterias, a sensibilidade da carga e o risco de descargas atmosféricas do local. A equipa de engenharia pode então propor a disposição de Tipo 1/2/3, o nível de proteção e a proteção de reserva.
Utilize a página de fornecedores e pedidos de cotação para a lista comercial, ou a página de contacto para uma análise técnica. A página de certificações explica os documentos específicos de cada modelo e a página de downloads lista o pacote de documentos.
A proteção contra sobretensões não é um único dispositivo. É uma camada coordenada que começa na entrada da instalação e termina na carga. O UPS, o estabilizador e o SPD têm cada um uma função diferente; o projeto funciona quando as fronteiras entre essas funções estão desenhadas no diagrama unifilar.
