Significado do SPD DC

Significado de DPS CC

DPS CC, nome completo Dispositivo de Proteção contra Surtos de Corrente Contínua, é um dispositivo de proteção projetado especificamente para sistemas de energia CC para defender contra sobretensões transitórias (surtos) causadas por raios, operações de comutação ou outras perturbações elétricas. Se esses surtos não forem controlados, eles podem danificar dispositivos eletrônicos sensíveis no sistema CC e até mesmo levar a falhas no sistema.

Um dispositivo de proteção contra surtos CC é projetado para oferecer proteção a sistemas e equipamentos alimentados por CC contra picos ou surtos repentinos de tensão. Os DPS CC suprimem ou desviam surtos de tensão, evitando danos a componentes eletrônicos sensíveis, falhas no sistema e até mesmo perda de dados.

Considerações para Dispositivos de Proteção contra Surtos CC em Instalações FV

Descargas atmosféricas entre nuvens e dentro de nuvens com magnitudes de 100kA podem criar campos magnéticos relacionados que acionam correntes transitórias na fiação CC do sistema FV. Essas tensões transitórias surgem nos terminais dos equipamentos e acionam falhas importantes de isolamento e dielétricas dos componentes.

Essas correntes de raios geradas e incompletas são mitigadas colocando DPS em locais específicos. O DPS é conectado ao terra em paralelo com os fios eletrificados. Quando ocorre uma sobretensão, ele muda de um dispositivo de alta impedância para um de baixa impedância. O DPS descarrega a corrente transitória relacionada nesse projeto, reduzindo a sobretensão que, de outra forma, existiria nos terminais do equipamento.

Este dispositivo paralelo transporta uma corrente sem carga. O DPS que você escolher deve ser projetado, classificado e aprovado, particularmente com tensões CC FV. A desconexão inerente do DPS deve ser capaz de interromper o arco CC mais severo que não está presente em aplicações CA.

Em grandes sistemas FV comerciais e em escala de utilidade operando a uma tensão de circuito aberto máxima de 600 ou 1.000V CC, a conexão de módulos MOV em uma configuração Y é uma configuração popular de DPS.

Um módulo MOV é conectado a cada polo e terra em cada perna do Y. Existem dois módulos entre cada polo e ambos os polos e a base em um sistema não aterrado. Como cada módulo é classificado para metade da tensão do sistema nesta configuração, os módulos MOV não excedem seu valor nominal, mesmo que ocorra uma falha de polo para terra.

A Função do Dispositivo de Proteção contra Surtos CC

A função principal do DPS CC é absorver e liberar esses surtos repentinos de alta energia, limitar a amplitude da sobretensão e proteger os dispositivos conectados à fonte de alimentação CC contra danos. Eles são normalmente instalados em nós-chave em sistemas de energia CC, como o lado CC de sistemas de geração de energia fotovoltaica, a entrada de energia de estações base de comunicação ou a extremidade de saída CC de pilhas de carregamento de veículos elétricos para garantir a operação estável do sistema.

Em comparação com os dispositivos de proteção contra surtos para CA (DPS CA), os DPS CC precisam enfrentar os desafios exclusivos da corrente contínua, como correntes unidirecionais contínuas e níveis de tensão potencialmente altos. Portanto, os DPS CC são projetados com componentes e tecnologias especiais para atender às necessidades de um ambiente CC.

Princípio de Funcionamento

A seleção, instalação e manutenção adequadas de dispositivos de proteção contra surtos CC são necessárias para garantir uma proteção eficaz contra surtos de tensão em sistemas CC. A eficácia do desempenho de um DPS CC varia com fatores como classificação de surto, tensão de fixação, tempo de resposta e a aplicação específica.

Você pode detalhar o funcionamento de um dispositivo de proteção contra surtos CC da seguinte forma:

- Detecção de Surtos

Um dispositivo de proteção contra surtos CC detectará um surto de tensão além de sua classificação em um sistema CC. Este dispositivo normalmente monitora o nível de tensão utilizando circuitos especiais para detectar surtos.

- Fixação de Tensão

Os dispositivos de proteção contra surtos CC utilizam componentes como varistores de óxido metálico (MOV) ou tubos de descarga de gás (GDTs) para obter a fixação de tensão. Esses componentes exibem alta resistência à tensão dentro dos limites normais, permitindo o fluxo normal de corrente elétrica. No entanto, um surto de tensão além do limite diminui significativamente a resistência do componente, criando um caminho de baixa impedância para a corrente de surto. O limite além do qual uma tensão é considerada um surto é denominado tensão de fixação ou tensão de passagem.

- Absorção de Energia

Os principais componentes de um dispositivo de proteção contra surtos absorvem o excesso de energia quando um surto de tensão é desviado através do dispositivo. O projeto de varistores de óxido metálico (MOV) é tal que eles se decompõem em altas tensões, dissipando o surto como calor.

Em um circuito CC, o protetor contra surtos está em um estado de alta resistência e não funciona sob tensão normal (Un). Quando ele detecta que a tensão de surto excede a tensão nominal (Uc), o próprio DPS reduzirá rapidamente sua própria resistência e conduzirá (em 25 nanossegundos), liberará a corrente de surto, diminuirá a tensão para um estado seguro e, em seguida, retornará a um estado de alta resistência, completando a proteção para equipamentos elétricos no circuito.

Os Principais Recursos do Dispositivo de Proteção contra Surtos CC

- Alta velocidade de resposta: capaz de responder a surtos em nanossegundos e ativar rapidamente os mecanismos de proteção.

- Alta capacidade de absorção de energia: capaz de suportar e dissipar grandes quantidades de energia de surto, protegendo equipamentos de back-end.

- Nível de proteção de tensão estável: garantindo que, durante eventos de surto, a tensão do sistema não exceda a faixa operacional segura do equipamento.

Ao instalar o Dispositivo de Proteção contra Surtos CC, a confiabilidade e a segurança do sistema de corrente contínua podem ser significativamente aprimoradas, estendendo a vida útil do equipamento e reduzindo os custos de manutenção e substituição causados por surtos. Em vários campos, como geração de energia fotovoltaica, comunicação, transporte, etc., o dispositivo de proteção contra surtos CC se tornou um componente de proteção indispensável.

Como instalar um Dispositivo de Proteção contra Surtos CC

- Coloque o SDP o mais próximo possível do painel a ser protegido.

- Para diminuir o comprimento dos fios de conexão dos terminais do dispositivo de proteção contra surtos ao disjuntor do painel seguinte, perfure e faça um furo na carcaça do dispositivo de proteção contra surtos em um local extraordinariamente alto (ou terminais de desconexão fundidos).

- Use uma conexão com bico próximo com fios viajando para o primeiro disjuntor no topo de um painel sempre que possível. Isso garante que todas as cargas conectadas ao painel sejam adequadamente protegidas.

- Conecte o DPS ao painel do disjuntor com fio trançado AWG #10 ou maior (facilmente disponível e fácil de instalar). Na fiação, evite dobras acentuadas e comprimento excessivo. As instalações mais bem-sucedidas geralmente não são as mais esteticamente agradáveis. Os encontros mais eficazes são curtos e diretos.

- Os DPS devem ser conectados a um disjuntor classificado corretamente, em vez dos terminais principais do painel. Um interruptor de desconexão com fusível deve ser usado para se comunicar com as linhas e facilitar a manutenção do DPS onde os disjuntores não estão disponíveis ou são impraticáveis.

Comparando DPS CC com DPS CA

A principal diferença entre os dispositivos de proteção contra surtos CC e CA é baseada no sistema de energia em uso. Como tal, existem pequenas diferenças entre os dois em relação às classificações de tensão, capacidades de manuseio de surtos, tempos de resposta e padrões.

As seguintes declarações destacam algumas das semelhanças e diferenças entre os dispositivos de proteção contra surtos CC e CA (DPS):

- Manuseio de Frequência

O dispositivo de proteção contra surtos usado em sistemas CC não possui especificações de frequência, graças à constância da tensão CC. Por outro lado, aqueles em sistemas CA têm diferentes necessidades de frequência, exigindo manuseio diferente.

- Sensibilidade à Polaridade

Os dispositivos de proteção contra surtos em sistemas CC são sensíveis à polaridade, exigindo instalação com alinhamento correto dos terminais. Devido à direção de tensão em constante mudança em sistemas CA, eles não possuem designações de terminal específicas.

- Detecção e Fixação de Surtos

Dependendo do projeto do sistema, os DPS CC e CA irão combater surtos de tensão absorvendo-os ou desviando-os para um nível seguro. No entanto, as diferentes características de tensão podem resultar em uma mudança nos mecanismos aplicados na detecção e fixação.

Tipos de DPS CC

Classificado por Nível de Tensão

De acordo com o nível de tensão do sistema CC, o dispositivo de proteção contra surtos CC pode ser dividido nas seguintes categorias:

- DPS CC de baixa tensão: adequado para sistemas CC de baixa tensão, geralmente com uma faixa de tensão abaixo de 48V, comumente encontrado em equipamentos de comunicação, pequenos sistemas fotovoltaicos ou sistemas de distribuição CC de baixa tensão.

- DPS CC de média tensão: adequado para sistemas CC de média tensão, com uma faixa de tensão normalmente entre 48V e 1000V, amplamente utilizado no lado de corrente contínua de sistemas de geração de energia fotovoltaica, estações de carregamento de veículos elétricos e outros cenários.

- DPS CC de alta tensão: adequado para sistemas de corrente contínua de alta tensão, com uma faixa de tensão acima de 1000V, usado principalmente em usinas de energia fotovoltaica em larga escala, sistemas de transmissão de corrente contínua de alta tensão, etc.

Principais Parâmetros do DPS CC

Os parâmetros de um dispositivo de proteção contra surtos CC definem seu desempenho e adequação em um sistema CC específico contra surtos de tensão. A consideração cuidadosa desses parâmetros e do sistema pretendido para uso é, portanto, vital para uma correspondência eficaz.

Os principais parâmetros fornecidos para dispositivos de proteção contra surtos CC incluem:

- Corrente de Fuga: Quando o dispositivo de proteção contra surtos CC está operando normalmente, a corrente de fuga descreve a corrente mínima que flui através dele. Ter uma baixa corrente de fuga é preferível, pois resulta em redução da dissipação de calor e perda de energia.

- Tensão Operacional Contínua Máxima: Define a tensão CC além da qual o dispositivo de proteção contra surtos é ativado, dependendo da tensão nominal do sistema.

- Corrente de Descarga Nominal: Descreve o valor de corrente mais alto que um dispositivo de proteção contra surtos CC pode descarregar quando ocorre um evento de surto.

- Faixa de Temperatura de Operação: Define as temperaturas dentro das quais o dispositivo de proteção contra surtos CC pode funcionar de forma otimizada. Este parâmetro é específico da aplicação, especialmente onde o sistema CC que precisa de proteção é operado em condições de temperatura extremas.

- Nível de Proteção de Tensão: Representa a tensão máxima nos terminais de um dispositivo de proteção contra surtos CC ativado. Ele é alcançado quando a corrente que passa pelo dispositivo de proteção contra surtos corresponde à da descarga nominal.

Cenários de aplicação do Dispositivo de Proteção contra Surtos CC

O dispositivo de proteção contra surtos CC é dividido em dois tipos:

- Um é usado em CC de baixa tensão, para proteger módulos de comunicação, monitoramento, etc.

- O outro é usado em fotovoltaicos, para proteger sistemas fotovoltaicos, armazenamento de energia, etc.

Sistema de Geração de Energia Fotovoltaica

- Proteção do lado CC FV: instalado entre a string FV e o inversor para proteger os módulos FV e os inversores contra danos por surto causados por raios ou operações de comutação.

- Proteção do lado CA FV: instalado na extremidade de saída do inversor para proteger equipamentos do lado CA.

Estação Base de Comunicação

- Proteção do sistema de energia: protege os equipamentos de alimentação CC de estações base de comunicação, como baterias e retificadores.

- Proteção do sistema de sinal: protege as linhas de sinal de comunicação para evitar que surtos interfiram ou danifiquem os equipamentos de comunicação.

Instalações de Carregamento de Veículos Elétricos

- Proteção da pilha de carregamento: instalado na extremidade de saída CC da pilha de carregamento para proteger a pilha de carregamento e o sistema de gerenciamento da bateria do veículo elétrico.

- Proteção da bateria: usado no lado CC das baterias de veículos elétricos para evitar que surtos danifiquem as baterias.

Sistema de Controle Industrial

- Proteção de CLP e sensor: protege os dispositivos de alimentação CC em sistemas de controle industrial, como CLPs, sensores, etc.

- Proteção do motor CC: usado para sistemas de acionamento de motor CC para evitar que surtos danifiquem motores e acionamentos.

Em aplicações práticas, ao selecionar um Dispositivo de Proteção contra Surtos CC, considere os seguintes fatores:

- Tensão do sistema: escolha um Dispositivo de Proteção contra Surtos CC que corresponda à tensão do sistema.

- Classificação da corrente de surto: selecione a corrente de descarga nominal (In) e a corrente de descarga máxima (Imax) apropriadas com base no nível de risco de surto do sistema.

- Ambiente de instalação: considere fatores ambientais como temperatura, umidade, etc., e escolha um nível de proteção adequado (classificação IP).

Vantagens de usar um DPS CC

Ao empregar DPS CC, as vulnerabilidades dos sistemas alimentados por CC a surtos de tensão podem ser efetivamente mitigadas, promovendo a proteção do equipamento, a confiabilidade do sistema e a segurança operacional geral.

Uma resumo dos benefícios de utilizar um dispositivo de proteção contra surtos CC é discutido abaixo:

- Proteção do Equipamento: Este é o principal benefício de configurar seu sistema CC com um dispositivo de proteção contra surtos. Ele desvia ou suprime surtos de tensão excessivos, protegendo o equipamento contra danos.

- Vida útil prolongada do equipamento: Evitar os efeitos prejudiciais de surtos por DPS CC permite que o equipamento funcione por mais tempo. Caso contrário, o equipamento desprotegido sucumbe facilmente a surtos de tensão, resultando em danos ou prejudicando o desempenho.

- Garantia de segurança: Quando ocorrem eventos de surto, eles representam riscos à segurança, especialmente em ambientes industriais que utilizam fontes CC com alta energia. Ao absorver ou redirecionar a energia do surto, esses dispositivos reduzem o potencial de falhas elétricas, incêndios ou outros riscos à segurança.

- Confiabilidade do sistema: Os dispositivos de proteção contra surtos contribuem para a melhoria da confiabilidade do sistema CC em sua função de proteção. Eles reduzem o risco de falha do equipamento, ajudando a manter a operação contínua e minimizar interrupções.

Os protetores contra surtos para CA podem ser usados para proteger circuitos CC?

Algumas pessoas podem querer usar protetores contra surtos para CA para proteger sistemas de alimentação CC. De uma perspectiva profissional, a tensão e a corrente da eletricidade CA estão mudando periodicamente, 50 vezes por segundo (50 Hz) ou 60 vezes por segundo (60 Hz). Quando a corrente muda do meio ciclo positivo para o meio ciclo negativo, ela passará pelo “ponto zero”, momento em que a tensão e a corrente serão “0”, suprimindo efetivamente as correntes transitórias naturalmente.

                       Sinal CA monofásico                                            Sinal CA trifásico

Mas CC não, é uma tensão de corrente contínua unidirecional, não há opção de “ponto zero”, então a corrente de surto não será suprimida, causando impacto sustentado no equipamento. Se um protetor contra surtos CA for usado para proteger a linha CC neste momento, a forte sobretensão contínua e a corrente de surto romperão o protetor contra surtos CA, encurtando muito a vida útil do protetor contra surtos e causando um incêndio. Portanto, é necessário selecionar protetores contra surtos CC confiáveis para proteção.

                                                                                   Sinal CC

Testando um Dispositivo de Proteção contra Surtos CC

Testar um dispositivo de proteção contra surtos CC verifica sua funcionalidade, garantindo que ele possa oferecer proteção eficaz ao equipamento contra surtos de tensão. Ao testar, compare os resultados do teste com as características de resposta específicas fornecidas às quais o DPS precisa aderir.

Os testes comumente usados incluem:

- Teste de Resistência de Isolamento: Aqui, você desconecta o DPS da fonte CC e mede a resistência entre os terminais do dispositivo e o terra. Ele garante que não haja caminhos de fuga ou falhas.

- Teste de Queda de Tensão: Este teste garante que a queda de tensão esteja dentro dos limites especificados. Você conecta o dispositivo a uma fonte CC antes de aplicar a tensão nominal e medi-la.

- Teste de Surtos: Aqui, você realiza uma simulação de surtos transitórios aplicando impulsos de surto ao dispositivo de proteção contra surtos. Posteriormente, examine as formas de onda, comparando-as com as especificações do teste.

Algumas ideias erradas sobre protetores contra surtos para corrente contínua.

1. A ideia de que um sistema CC simples só requer proteção contra surtos de estágio único para atender aos requisitos está incorreta. A proteção contra surtos é sistemática, e diferentes estágios exigem diferentes protetores contra surtos CC para proteção de vários níveis. Especialmente para sistemas de comunicação, quanto mais preciso e sensível for o equipamento, mais proteção contra surtos confiável ele precisa.

2. É errado instalar protetores contra surtos CC longe dos dispositivos, desde que sejam aterrados. Os protetores contra surtos CC devem estar próximos ao equipamento protegido. Se um protetor contra surtos CC estiver muito longe do dispositivo que precisa de proteção, quando uma corrente de surto atingir, o protetor contra surtos CC deve responder em microssegundos para salvar o equipamento elétrico. Se a linha for muito longa e todas as correntes de surto atingirem o dispositivo antes de alcançá-lo, mesmo que o protetor contra surtos CC reaja rapidamente, ele não terá tempo de liberar a corrente de surto. Portanto, os protetores contra surtos CC devem fornecer “proteção próxima” para equipamentos elétricos.

3. Em um sistema de corrente contínua onde a tensão permanece estável sem flutuações frequentes como a tensão de corrente alternada, isso não significa que há menos risco de surtos do que em um sistema CA? Errado – tensão estável não é igual a nenhum risco. Em um sistema de corrente contínua, não há “ponto zero” em termos de corrente ou tensão, mas sim fluxo contínuo que pode facilmente atrair raios, tornando-os mais suscetíveis em comparação com os sistemas CA. Tomando os painéis solares como exemplo – dispositivos externos como matrizes fotovoltaicas são particularmente propensos a raios devido à sua grande área de superfície e fluxo contínuo de eletricidade, o que atrai raios, causando surtos poderosos.

4. É errado ter requisitos de aterramento frouxos para sistemas de corrente contínua de baixa tensão; você não pode pular o aterramento ou simplesmente conectá-los perto de um gabinete com alguma distância entre eles. É essencial aterrá-los corretamente porque o aterramento desempenha um papel crucial na proteção de dispositivos elétricos usando dispositivos de proteção contra sobretensão de corrente contínua. Conectar diretamente com gabinetes não significa necessariamente aterramento adequado; alguns gabinetes podem não ter conexões com a terra ou parecer aterrados, mas podem ser isolados por camadas de tinta, impedindo uma conexão de aterramento eficaz. Se houver um ligeiro vazamento no equipamento, levando o gabinete a ser carregado, então, durante a chegada de surtos de energia, isso levaria de volta através do dispositivo de proteção, causando riscos de incêndio, tornando o dispositivo de proteção contra sobretensão inútil. Portanto, é imperativo que os Dispositivos de Proteção contra Sobretensão de Corrente Contínua sejam devidamente aterrados

Conclusão

Os protetores contra surtos do Dispositivo de Proteção contra Surtos CC, como os “guardas de segurança” dos sistemas de energia CC, desempenham um papel crucial na proteção moderna da energia. Seja em sistemas de geração de energia fotovoltaica, estações base de comunicação ou instalações de carregamento de veículos elétricos, o DPS CC pode resistir efetivamente às ameaças trazidas por surtos, garantir a operação estável do equipamento, estender sua vida útil e reduzir os custos de manutenção.