O Que É um Dispositivo de Proteção contra Surtos (DPS)? Um Guia Completo sobre Tipos, Princípios de Funcionamento e Seleção

O que é um Dispositivo de Proteção contra Surtos (DPS)?

Um Dispositivo de Proteção contra Surtos (DPS) é um dispositivo de proteção elétrica projetado para limitar sobretensões transitórias e desviar correntes de surto. Em condições normais de operação, o DPS permanece em estado de alta impedância e tem pouco ou nenhum efeito sobre o sistema elétrico. Quando raios, manobras na rede elétrica, partida e parada de motores ou outros eventos transitórios causam um aumento súbito na tensão da linha, o DPS comuta rapidamente para um estado condutivo de baixa impedância. Isso fornece um caminho de descarga para a corrente de surto, limitando a tensão residual que chega aos equipamentos a jusante, reduzindo assim o risco de ruptura de isolamento, danos a componentes eletrônicos, falhas de equipamentos e paradas não planejadas.

O projeto, os testes de desempenho e a aplicação prática dos DPS devem estar em conformidade com as normas pertinentes. IEC 61643-11 especifica os requisitos de desempenho e os métodos de ensaio para dispositivos de proteção contra surtos conectados a sistemas de energia CA de baixa tensão, enquanto O Artigo 242 da NFPA 70, o Código Elétrico Nacional (NEC), trata da aplicação de proteção contra surtos em instalações elétricas nos Estados Unidos. Essas normas fornecem orientações importantes para os testes, a seleção e a instalação de DPS, ajudando a melhorar a segurança e a confiabilidade dos modernos sistemas de distribuição de energia de baixa tensão.

O que é um Surto Elétrico?

Um surto elétrico é um pico de curta duração na tensão ou na corrente que percorre um circuito de potência, controle ou comunicação. Normalmente, ele aumenta muito rapidamente e depois decai ao longo de um período mais longo.
Embora o evento possa durar apenas alguns microssegundos, a tensão resultante pode ser alta o suficiente para danificar isolamentos, componentes eletrônicos, equipamentos de controle e outras cargas sensíveis.
IEC 60050-161 define um surto como uma onda transitória que se propaga ao longo de uma linha ou circuito e é caracterizada por um aumento rápido seguido de um decaimento mais lento.

O que Causa Surtos Elétricos?

Os surtos elétricos são comumente associados a duas fontes principais: eventos relacionados a raios e operações de manobra no sistema de energia.
Os raios podem introduzir sobretensões transitórias por meio de descargas diretas, descargas próximas ou tensões induzidas em condutores conectados. Surtos de manobra podem ocorrer quando motores, transformadores, bancos de capacitores, contatores, relés ou outras cargas de alta potência são energizados ou desconectados.
IEC 61000-4-5 fornece métodos padronizados para testar a imunidade de equipamentos elétricos e eletrônicos contra surtos unidirecionais causados por efeitos de raios e transitórios de manobra no sistema de energia.

COMPARAÇÃO ENTRE SURTOS DE RAIOS E SURTOS DE MANOBRA

Parâmetro	Surto de Raio	Surto de Manobra
Formas de Onda Típicas	10/350 μs para corrente direta de raio; 8/20 μs para corrente de surto induzida; 10/700 μs para linhas de comunicação	Onda de tensão de 1,2/50 μs e onda de corrente de 8/20 μs
Frequência de Ocorrência	Relativamente infrequente e principalmente associada a tempestades	Mais frequente e pode ocorrer sempre que equipamentos elétricos são ligados ou desligados
Nível de Energia	Energia muito alta, podendo atingir centenas de quilojoules e causar danos imediatos aos equipamentos	Energia geralmente mais baixa, mas a exposição repetida pode degradar gradualmente os componentes
Abordagem de Proteção Recomendada	DPS Tipo 1 na entrada principal de serviço, seguido de proteção contra surtos coordenada a jusante	DPS Tipo 2 ou Tipo 3 instalado em quadros de distribuição ou próximo a equipamentos sensíveis
Faixa Típica de Sobretensão	De vários quilovolts a dezenas de quilovolts	De várias centenas de volts a vários quilovolts
Fontes comuns	Descargas atmosféricas diretas, descargas próximas, elevação do potencial de terra e efeitos de raios induzidos	Motores, transformadores, bancos de capacitores, contatores, relés e outros dispositivos de comutação
Impacto típico	Ruptura de isolamento, arco elétrico, danos em cabos, incêndio ou falha imediata do equipamento	Degradação de componentes eletrônicos, mau funcionamento do sistema de controle, erros de dados ou redução da vida útil do equipamento

Como funciona um dispositivo de proteção contra surtos?

Um Dispositivo de Proteção contra Surtos (DPS) funciona como uma válvula de alívio de pressão elétrica automatizada e ultrarrápida.

Em condições normais da rede, o DPS atua como uma chave aberta com resistência interna (impedância) extremamente alta, impedindo que qualquer energia flua através dele. No entanto, quando um pico de sobretensão (causado por raios ou comutação da rede) entra no sistema, o DPS reage instantaneamente em nanossegundos, reduzindo sua resistência para quase zero. Isso cria um caminho paralelo seguro que desvia a enorme corrente de surto para longe dos equipamentos sensíveis e diretamente para o terra.

O processo de funcionamento em 3 etapas

1. Estado Normal (Alta Impedância): Quando a tensão da linha permanece dentro dos limites operacionais normais, os componentes internos mantêm uma impedância de vários megaohms. O DPS permanece “invisível” para o circuito e não consome praticamente nenhuma corrente de fuga.
2. Evento de Surto (Baixa Impedância Instantânea): No momento em que uma sobretensão transitória excede o limiar de fixação (Uc) do DPS, os elementos internos não lineares mudam de alta resistência para baixa resistência em menos de 25 nanossegundos.
3. Desvio de Corrente e Reinicialização (Dissipação de Energia): A energia do surto é canalizada com segurança através do condutor de aterramento (PE). Quando o pico transitório diminui e a tensão da linha retorna ao normal, os componentes internos se recuperam automaticamente para o estado de alta impedância, restaurando as operações padrão do circuito.

Os Componentes Principais Internos: MOV vs. GDT

O mecanismo de funcionamento depende de componentes elétricos não lineares de alto desempenho construídos dentro do módulo:

• Varistores de Óxido Metálico (MOV): O componente mais amplamente utilizado em DPS Tipo 2 de CA e CC. Os MOVs exibem uma queda acentuada na resistência elétrica à medida que a tensão aumenta, oferecendo capacidades excepcionais de absorção de energia e tempos de resposta em sub-nanossegundos.

• Tubos de Descarga de Gás (GDT): Comumente empregados em arquiteturas de centelhadores Tipo 1 ou na proteção de linhas de comunicação. Os GDTs faíscam e ionizam o gás quando acionados, sendo capazes de descarregar altas correntes de raios sem destruição térmica.

Quais São os Principais Tipos de Dispositivos de Proteção contra Surtos?

Um evento súbito de raio ou a comutação e partida de equipamentos de alta potência em uma instalação industrial podem gerar uma sobretensão transitória de alta magnitude em um período muito curto. Tais surtos podem danificar controladores caros, servidores, inversores de frequência e outros equipamentos eletrônicos sensíveis. Em casos graves, podem até causar a parada de uma linha de produção inteira. No entanto, nem todo dispositivo de proteção contra surtos é projetado para suportar correntes de raio de alta energia, e nem todo tipo de DPS é adequado para instalação no mesmo ponto do sistema de distribuição elétrica.

Um dispositivo de proteção contra surtos pode ser entendido como o “airbag” do sistema elétrico, mas cada tipo de DPS tem um papel de proteção claramente definido. Da primeira linha de defesa na entrada de serviço do edifício, onde as correntes de surto de alta energia são desviadas, à proteção intermediária em painéis de distribuição e à proteção fina perto de equipamentos sensíveis, DPS Tipo 1, Tipo 2 e Tipo 3 operam em diferentes níveis do sistema de proteção. Além disso, DPS combinados Tipo 1+2 integram a capacidade de descarga de corrente de raio de um dispositivo Tipo 1 com o desempenho de limitação de tensão de um dispositivo Tipo 2 em uma única unidade, tornando-os uma solução prática para entradas de serviço e quadros de distribuição principais. A proteção eficaz contra surtos depende da seleção e coordenação desses dispositivos de acordo com o risco do sistema, o local de instalação e a capacidade de suportar impulsos do equipamento protegido.

Dispositivo de Proteção contra Surtos Tipo 1

Os DPS Tipo 1 são dispositivos de proteção primária instalados no lado da linha da entrada de serviço principal (entre o secundário do transformador da concessionária e o disjuntor principal de serviço).

• Função Principal: Projetados para suportar transitórios de alta energia causados por raios diretos ou próximos e comutação da rede elétrica antes que o surto alcance o painel de distribuição principal.
• Padrão de Teste e Forma de Onda: Avaliados sob as normas IEC 61643 usando a forma de onda de corrente de impulso 10/350 μs (Iimp), que simula descargas de energia de pico elevado.

Dispositivo de Proteção contra Surtos Tipo 1+2 (Tipo Combinado)

Os DPS Tipo 1+2 (também classificados como Classe I+II) combinam a capacidade de descarga de impulso de alta energia de um dispositivo Tipo 1 com o baixo nível de proteção de tensão (Up) de um dispositivo Tipo 2 em uma única unidade compacta.

• Função Principal: Desviam diretamente correntes de raio diretas de alta energia enquanto fixam simultaneamente transitórios de comutação de baixo nível, fornecendo proteção contínua sem exigir distância mínima de desacoplamento entre unidades Tipo 1 e Tipo 2 separadas.
• Padrão de Teste e Forma de Onda: Testados duplamente sob as normas IEC 61643 para correntes de impulso 10/350 μs (Iimp) e correntes de descarga nominais/máximas 8/20 μs (In / Imax).

Nota de Engenharia：
A proteção eficaz contra surtos depende de proteção coordenada em diferentes níveis. DPS Tipo 1 ou Tipo 1+2 lidam com surtos de alta energia na entrada do sistema, DPS Tipo 2 protegem circuitos de distribuição e DPS Tipo 3 fornecem proteção fina para equipamentos sensíveis.

DPS Tipo 1, Tipo 2, Tipo 3 e Tipo 1+2: Principais Diferenças

Característica	DPS Tipo 1	DPS Tipo 1+2	DPS Tipo 2	DPS Tipo 3
Função principal	Desvia corrente de raio direta	Combina descarga de corrente de raio e proteção contra surtos	Protege contra raios induzidos e surtos de comutação	Proteção final para equipamentos sensíveis
Local de Instalação	Entrada de serviço	Entrada de serviço ou quadro de distribuição principal	Quadro de distribuição principal ou secundário	Próximo ao equipamento protegido
Forma de onda de teste	10/350 μs	10/350 μs e 8/20 μs	8/20 μs	Onda combinada
Parâmetros principais	Iimp, Up	Iimp, In, Imax, Up	In, Imax, Up	Uoc, Up
Estágio de proteção	Proteção primária	Proteção primária e secundária	Proteção secundária	Proteção final

A tabela acima fornece uma comparação rápida dos quatro principais tipos de DPS. Na prática, a seleção do dispositivo de proteção contra surtos adequado depende da localização da instalação, do risco de exposição a raios, da configuração do sistema e do nível de proteção exigido. Em muitas instalações, vários tipos de DPS são coordenados para alcançar uma proteção eficaz contra surtos em todo o sistema elétrico.

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Como selecionar o dispositivo de proteção contra surtos (DPS) correto

Escolher o dispositivo de proteção contra surtos (DPS) correto envolve mais do que simplesmente selecionar a maior classificação de corrente de descarga. A tensão do sistema, a localização da instalação, a exposição a raios, o arranjo de aterramento e a coordenação entre os estágios de proteção desempenham um papel crítico na determinação do desempenho geral da proteção contra surtos. O exemplo a seguir ilustra por que a seleção adequada do DPS é essencial.

No final de 2023, uma forte tempestade varreu uma instalação industrial de manufatura no centro do Texas. Uma descarga direta de raio atingiu a linha de utilidade a menos de 200 metros do pátio principal de distribuição de energia da instalação. A planta tinha um supressor de surtos básico instalado no quadro de baixa tensão principal, levando a gerência da planta a acreditar que suas operações estavam totalmente protegidas.

Em milissegundos, a realidade da proteção incompleta contra surtos se desenrolou:

• Perda financeira massiva: O impulso inicial de alta energia sobrecarregou o protetor de painel único, enviando uma sobretensão transitória severa através da rede de distribuição interna.
• Danos catastróficos ao equipamento: Mais de 15 inversores de frequência variável (VFDs), dezenas de controladores lógicos programáveis (CLPs), matrizes de sensores sensíveis e centros de usinagem CNC computadorizados sofreram falha imediata de isolamento e falha de placa de circuito.
• Parada não planejada e cara: Toda a linha de produção automatizada ficou fora de operação por 16 dias enquanto componentes de reposição eram adquiridos e reengenhados, resultando em mais de $1,2 milhão em custos diretos de substituição de hardware e perda de produtividade operacional.

Uma análise de engenharia forense conduzida após o incidente revelou a causa raiz: falta de proteção contra surtos em cascata e multiestágio. A instalação dependia de um único dispositivo de proteção na entrada principal, esperando que ele absorvesse correntes de raio de alta energia enquanto simultaneamente limitava picos de tensão de baixo nível para microeletrônicos sensíveis a jusante—uma tarefa que nenhum dispositivo único é projetado para realizar sozinho.

Sobretensões transitórias—sejam geradas externamente por descargas diretas ou indiretas de raios, ou internamente pela comutação de cargas indutivas pesadas—seguem caminhos físicos previsíveis. Proteger uma infraestrutura industrial, comercial ou residencial requer uma arquitetura de proteção em camadas e escalonada, definida por padrões internacionais reconhecidos, como IEC 61643-01 e UL 1449.

Para selecionar o DPS correto, vários fatores-chave devem ser considerados, incluindo o sistema de energia, a tensão de operação, o tipo de DPS, o nível de proteção e os requisitos de instalação.

Seleção de DPS em resumo

• Etapa 1: Confirme o sistema de energia e selecione Uc
• Etapa 2: Selecione o tipo de DPS com base na localização da instalação e na ZPR
• Etapa 3: Determine Iimp, In e Imax
• Etapa 4: Verifique o nível de proteção de tensão Up
• Etapa 5: Confirme o número de polos, dispositivo de desconexão, sinalização remota e proteção de backup
• Etapa 6: Verifique a coordenação de energia entre vários DPS

As seções a seguir explicam cada etapa em mais detalhes e mostram como esses fatores afetam a seleção do DPS.

Etapa 1: Confirme o sistema de energia e selecione Uc

Sistema de energia	Seleção típica de Uc	Nota de seleção
Sistema 230/400 V TN-S, TN-C-S ou TT	275 V CA para proteção L–N	Seleção comum para sistemas de distribuição padrão de 230 V CA
Sistema 400 V IT	Selecione de acordo com a maior tensão possível entre linha e terra	A tensão para terra pode aumentar durante a primeira falha de isolamento
Sistema DC fotovoltaico solar	Ucpv deve ser maior que a tensão máxima de circuito aberto do arranjo fotovoltaico	Considere o aumento de Voc em baixa temperatura e a tensão do sistema, como 600 V, 1000 V ou 1500 V DC

Etapa 2: Selecione o tipo de DPS com base na localização da instalação e na ZPR

Os tipos de DPS devem ser selecionados de acordo com a localização da instalação, a zona de proteção contra raios, o risco de corrente de raio e a capacidade de suportar impulsos do equipamento a jusante. Categorias comuns de DPS para sistemas de baixa tensão incluem DPS Tipo 1, Tipo 2, Tipo 3 e DPS combinados Tipo 1+2.

DPS Tipo 1 – Proteção contra corrente de raio

• Localização da instalação: Entrada de serviço do edifício, quadro principal de baixa tensão e o limite entre ZPR 0 e ZPR 1.
• Função Principal: Descarga correntes de raio de alta energia que podem entrar na instalação elétrica através da alimentação de energia de entrada.
• Parâmetros Principais: Testado com uma forma de onda de 10/350 μs. As classificações comuns de Iimp incluem 12,5 kA, 25 kA e valores superiores. O nível de proteção de tensão, Up, é comumente em torno de 2,5 kV, dependendo do design do produto.
• Aplicações Típicas: Instalações industriais, instalações externas, edifícios grandes e instalações com sistemas de proteção contra raios externos ou alto risco de correntes de raio diretas.

Um DPS Tipo 1 destina-se principalmente a lidar com alta energia de corrente de raio. Proteção adicional a jusante Tipo 2 ou Tipo 3 ainda pode ser necessária para reduzir a tensão residual que atinge equipamentos sensíveis.

DPS Tipo 2 – Proteção contra Surtos ao Nível de Distribuição

• Localização da instalação: Quadros de distribuição principais, quadros de subdistribuição, painéis de energia de oficina e armários de controle industrial.
• Função Principal: Protege contra surtos de raio induzidos, transientes de comutação e energia de surto residual que passa através de um DPS Tipo 1 a montante.
• Parâmetros Principais: Testado com uma forma de onda de 8/20 μs. As classificações comuns incluem In de 20 kA e Imax de 40–80 kA. O nível de proteção de tensão, Up, é comumente entre 1,5 e 1,8 kV.
• Aplicações Típicas: Edifícios residenciais, instalações comerciais e sistemas gerais de distribuição de energia industrial.

Os DPS Tipo 2 protegem os sistemas elétricos contra surtos de raio induzidos, transientes de comutação e energia de surto residual que passa através de um DPS Tipo 1 a montante.

DPS Tipo 3 – Proteção Final para Equipamentos Sensíveis

• Localização da instalação: Próximo a CLPs, inversores de frequência variável, servidores, instrumentos, tomadas e outros equipamentos terminais sensíveis.
• Função Principal: Limita ainda mais a sobretensão residual e fornece proteção de estágio final para equipamentos eletrônicos sensíveis.
• Parâmetros Principais: Testado com uma onda combinada. Os parâmetros principais são Uoc e Up, embora alguns produtos também possam especificar uma corrente de descarga nominal.
• Aplicações Típicas: Sistemas de automação, equipamentos de comunicação, servidores, instrumentos de medição e outras cargas eletrônicas sensíveis.

Os DPS Tipo 3 têm capacidade limitada de manipulação de energia e devem normalmente ser coordenados com um DPS Tipo 1, Tipo 2 ou Tipo 1+2 a montante.

DPS Combinado Tipo 1+2 – Proteção contra Corrente de Raio e Surtos

• Localização da instalação: Entradas de serviço de edifícios, quadros principais, painéis de distribuição CA de PV solar, quadros de distribuição compactos e instalações de retrofit.
• Função Principal: Combina capacidade de descarga de corrente de raio e limitação de tensão de surto em um único dispositivo.
• Parâmetros Principais: Iimp, In, Imax e Up devem todos ser considerados. As classificações comuns de Iimp incluem 12,5 kA e 25 kA por polo, enquanto In é comumente 20 kA ou superior. Os valores finais devem ser confirmados de acordo com as especificações do produto e os requisitos do projeto.
• Aplicações Típicas: Instalações industriais, edifícios comerciais, sistemas PV solares, quadros compactos e projetos onde o espaço de instalação é limitado.

Um DPS Tipo 1+2 atende tanto aos requisitos de proteção Tipo 1 quanto Tipo 2 em um único dispositivo. Combina capacidade de descarga de corrente de raio de alta energia com proteção de limitação de tensão.

Guia de Seleção de DPS por Aplicação

Condição de Aplicação	Tipo de DPS Recomendado	Local de Instalação Típico	Parâmetros-Chave
Edifício com sistema de proteção contra raios externo	Tipo 1 ou Tipo 1+2	Entrada de serviço ou quadro principal	Iimp, Up
Sistema geral de distribuição residencial ou comercial	Tipo 2	Quadro de distribuição principal ou secundário	In, Imax, Up
Equipamento eletrônico sensível	Tipo 3	Próximo ao equipamento protegido	Uoc, Up
Instalação industrial com alta exposição a raios	Tipo 1+2 com proteção Tipo 2 a jusante	Quadro principal e quadros de subdistribuição	Iimp, In, Up
Sistema PV solar CC	Tipo 1+2 CC ou Tipo 2 CC	Caixa combinadora PV ou quadro de distribuição CC	Ucpv, Iimp ou In, Up
Cargas sensíveis localizadas longe do quadro de distribuição principal	Tipo 2 ou Tipo 3 adicional	Próximo ao equipamento a jusante	Up, coordenação

Etapa 3: Determine Iimp, In e Imax

A classificação de corrente de descarga de um DPS deve ser selecionada de acordo com a energia de surto esperada, local de instalação, exposição a raios e tipo de DPS. Os três principais parâmetros de corrente são Iimp, In e Imax.

Iimp – Corrente de Descarga de Impulso

Iimp representa a corrente de impulso de raio que um DPS Tipo 1 ou Tipo 1+2 pode descarregar sob uma forma de onda de 10/350 μs.
É usado principalmente para avaliar a capacidade do SPD de suportar correntes de raio de alta energia na entrada de serviço ou na fronteira LPZ 0–LPZ 1.

Os valores nominais comuns de In incluem:

• 10 kA para proteção de terminais de serviço leve
• 20 kA para distribuição residencial e comercial geral
• 30–40 kA ou superior para instalações industriais e de alta exposição

Para a maioria dos quadros de distribuição principais e secundários, um valor nominal de In de 20 kA ou superior é comumente selecionado.

Imax – Corrente Máxima de Descarga

Imax representa a corrente de surto máxima de 8/20 μs que um SPD pode descarregar uma vez ou um número limitado de vezes sem falhar.
Imax é normalmente superior a In, mas não deve ser usado como único critério de seleção porque não representa a capacidade de operação repetida do SPD.

Os valores típicos de Imax incluem:

• 20–40 kA para sistemas de distribuição geral
• 40–80 kA para instalações industriais
• Valores mais elevados para ambientes de surto severos

Guia de Seleção Prática

Condição de Instalação	Foco do Parâmetro Recomendado
Entrada de serviço do edifício com sistema de proteção contra raios	Priorizar Iimp
Quadro de distribuição principal ou secundário	Priorizar In e Imax
Instalação industrial com alta exposição a raios	Iimp e In mais elevados
Equipamento terminal sensível	Um Up mais baixo é geralmente mais importante do que um valor nominal de corrente muito elevado
DPS Tipo 1+2	Verificar Iimp, In, Imax e Up em conjunto

Etapa 4: Verifique o nível de proteção de tensão Up

O nível de proteção de tensão, Para cima, indica a capacidade do SPD de limitar a tensão de surto sob condições de teste especificadas. É um valor declarado fornecido pelo fabricante e representa o nível de proteção alcançado quando o SPD descarrega a corrente de impulso especificada.
Um Up mais baixo geralmente significa que menos tensão de surto é permitida passar para o equipamento a jusante. No entanto, o Up não deve ser avaliado isoladamente. Deve ser considerado em conjunto com a tensão do sistema, tensão operacional contínua máxima Uc, capacidade de corrente de descarga, capacidade de suportar sobretensão temporária e a tensão de suportabilidade a impulso do equipamento protegido.

Comparar Up com a Tensão de Suportabilidade a Impulso do Equipamento

O SPD selecionado deve limitar a tensão de surto a um nível abaixo da tensão de suportabilidade a impulso do equipamento a jusante.
Um princípio prático de seleção é:

• O nível de proteção eficaz no equipamento deve permanecer abaixo da tensão de suportabilidade a impulso nominal do equipamento.

Uma margem de segurança suficiente deve ser permitida porque a tensão real que chega ao equipamento pode ser superior ao valor de Up indicado na folha de dados.

Considerar o Comprimento do Cabo de Instalação

O valor de Up é medido nos terminais do SPD sob condições de laboratório especificadas. Numa instalação real, a indutância dos condutores de ligação pode adicionar tensão extra durante a descarga de surto.

Portanto:

• Manter os condutores de ligação o mais curtos e diretos possível.
• Evitar laços desnecessários e curvas acentuadas.
• Posicionar o SPD próximo do circuito protegido.
• Instalar proteção adicional a jusante quando o equipamento protegido estiver longe do SPD principal.

Cabos de ligação longos podem reduzir a eficácia mesmo de um SPD com Up baixo. A instalação correta é, portanto, tão importante quanto a seleção do produto. A Phoenix Contact também observa que condutores de ligação excessivamente longos podem criar problemas de instalação e recomenda atenção ao comprimento e ao layout dos cabos. 

Foco de Seleção Prática

Posição de Proteção	Foco Principal de Seleção
Entrada de serviço do edifício	Equilibrar Iimp e Up
Quadro de distribuição principal ou secundário	Verificar In, Imax e Up
Equipamento eletrônico sensível	Selecionar um Up suficientemente baixo e instalar o SPD próximo da carga
SPD combinado Tipo 1+2	Verificar Iimp, In e Up em conjunto
Long distance between distribution boards	Consider an additional downstream SPD

Nota de Engenharia：
Do not select an SPD based only on the lowest Up value. An SPD with a low Up but insufficient discharge capacity may be damaged by the expected surge current. Conversely, an SPD with high discharge capacity but an excessively high Up may not adequately protect sensitive equipment.
The final selection should balance:
Uc + Up + Iimp/In/Imax + equipment withstand voltage + installation distance

Etapa 5: Confirme o número de polos, dispositivo de desconexão, sinalização remota e proteção de backup

After selecting the SPD type and electrical ratings, confirm that the device matches the system configuration and installation requirements. The number of poles, internal disconnection function, remote signaling option, and backup protective device all affect the safety and reliability of the installation.

Confirm the Number of Poles

The SPD pole configuration should match the power system, conductor arrangement, and protection mode.

Sistema de energia	Common SPD Configuration
Single-phase L–N system	1P+N or 2P
Three-phase three-wire system	3P
Three-phase four-wire system	3P+N or 4P
TN-C system	Protection between phase conductors and PEN
TN-S or TN-C-S system	Protection between L–N and N–PE, depending on the selected circuit
TT system	Commonly uses a 3+1 or 1+1 circuit
DC or PV system	Select the pole configuration according to system voltage, polarity, and grounding arrangement

The number of poles alone is not enough to determine suitability. The protection circuit must also match the system earthing arrangement and the voltage that may appear between conductors.

Check the Disconnection Device

Most SPDs include an internal thermal disconnection device that separates the protective component from the power system when it reaches the end of its service life or overheats.
The disconnection device helps reduce the risk of:

• Thermal runaway
• Overheating
• Short circuit
• Fire caused by a failed MOV or other protective component

The SPD should also provide a clear status indicator so that maintenance personnel can identify when the protection module needs replacement.

Determine Whether Remote Signaling Is Required

A remote signaling contact allows the SPD operating status to be monitored from a control panel, alarm system, PLC, or building management system.

Remote signaling is particularly useful in:

• Unattended substations
• Industrial production lines
• Data centers
• Telecom facilities
• Solar PV plants
• Critical power systems

When remote monitoring is required, check the contact type, terminal arrangement, rated voltage, and rated current of the signaling contact.

Select the Backup Protective Device

An SPD may require an upstream fuse or circuit breaker to protect the circuit if the SPD fails or develops an internal short circuit.

The backup protective device should be selected according to:

• The manufacturer’s specified maximum backup fuse or circuit breaker
• The available short-circuit current at the installation point
• The SPD’s short-circuit current rating
• The type and cross-sectional area of the connecting conductors
• Coordination with the upstream protective device

Do not select the backup fuse or circuit breaker only according to the SPD discharge-current rating. Follow the manufacturer’s coordination table and installation instructions.

Guia de Seleção Prática

Selection Item	Main Point to Confirm
Number of poles	Match the phase conductors, neutral conductor, and earthing system
Disconnection device	Confirm internal thermal disconnection and visible status indication
Remote signaling	Confirm whether remote alarm or system monitoring is required
Backup protection	Follow the manufacturer’s recommended fuse or circuit-breaker rating
Replaceable module	Check whether the protection cartridge can be replaced without changing the base
Short-circuit rating	Confirm suitability for the prospective short-circuit current

Nota de Engenharia
An SPD with the correct Uc, Up, and discharge-current rating may still be unsuitable if the pole configuration or backup protection is incorrect. Always verify the complete installation arrangement rather than selecting the SPD only from its front-label parameters.

Etapa 6: Verifique a coordenação de energia entre vários DPS

When several SPDs are installed at different levels of the electrical system, they must operate in a coordinated sequence. The upstream SPD should discharge the highest surge energy, while the downstream SPD further reduces the residual voltage before it reaches sensitive equipment.
Proper energy coordination prevents a downstream SPD from being overloaded before the upstream device has diverted the main surge current.

Typical Cascaded Protection Arrangement

Protection Level	Typical SPD Type	Local de Instalação Típico	Função principal
First stage	Tipo 1 ou Tipo 1+2	Entrada de serviço ou quadro principal	Discharge high-energy lightning currents
Second stage	Tipo 2	Sub-distribution board or control cabinet	Limit residual surges and switching overvoltages
Final stage	Tipo 3	Close to sensitive equipment	Further reduce residual voltage

Check the Distance Between SPDs

Cable length between two SPDs affects how surge energy is shared. The inductance of the connecting cable can help create the voltage difference required for the upstream and downstream SPDs to operate in the correct sequence.
However, there is no single spacing rule that applies to every SPD combination. The required distance depends on:

• SPD technology and internal design
• Upstream and downstream Up values
• Discharge-current ratings
• Cable routing and conductor length
• Manufacturer-tested coordination data

Some installations use cable length to provide natural decoupling. Where the available distance is insufficient, a coordinated SPD combination or a specified decoupling element may be required.

Use Manufacturer-Verified Combinations

The safest method is to select upstream and downstream SPDs that have been tested and confirmed as an energy-coordinated combination by the manufacturer.
Check the manufacturer’s documentation for:

• Permitted upstream and downstream SPD combinations
• Minimum separation distance
• Whether an additional decoupling element is required
• Maximum discharge-current capability
• Backup protective device requirements
• Effective voltage protection level at the load

Do not assume that two SPDs are coordinated simply because one is Type 1 and the other is Type 2.

Consider the Distance to the Protected Equipment

When sensitive equipment is located far from the main SPD, an additional downstream SPD may be necessary. Long cables can pick up new induced surges and can also increase the voltage reaching the equipment.
For long distribution circuits, consider installing:

• Type 2 protection in downstream distribution boards
• Type 3 protection close to sensitive terminal equipment
• Additional SPDs where required by the project design or manufacturer’s instructions

Practical Coordination Checklist

Item to Verify	Selection Requirement
SPD sequence	Type 1 or Type 1+2 upstream, followed by Type 2 and Type 3 where required
Energy capacity	Upstream SPD handles the highest surge energy
Voltage limitation	Downstream SPD provides a lower effective protection level
Separation distance	Follow manufacturer-tested requirements
Cable layout	Keep all SPD connections short and direct
Product compatibility	Use verified coordinated combinations where possible
Protected-equipment distance	Add downstream protection when the load is far from the main SPD

Nota de Engenharia
Energy coordination is not achieved simply by installing several SPDs in series. The devices must share surge energy correctly without overloading the downstream unit.
A poorly coordinated system may cause the Type 2 or Type 3 SPD to operate too early and absorb more energy than it can withstand. Final coordination should therefore follow the manufacturer’s tested combination data and installation instructions.

Where Are Surge Protective Devices Commonly Used?

Surge protective devices are widely used in residential, commercial, industrial, communication, renewable energy, transportation, and outdoor electrical systems. Their main purpose is to protect electrical and electronic equipment from transient overvoltages caused by lightning, switching operations, and power system disturbances.
The required SPD type depends on the system voltage, installation location, earthing arrangement, equipment sensitivity, and expected surge exposure.

Application	Typical Equipment Protected	Common Protection Approach
Residential buildings	Household appliances, computers, security systems, and smart home devices	Type 2 at the main distribution board; Type 1 or Type 1+2 may be required for buildings with external lightning protection
Commercial buildings	Elevators, HVAC systems, fire alarms, CCTV, servers, and building management systems	Type 1 or Type 1+2 at the service entrance, followed by Type 2 protection in downstream boards
Industrial facilities	PLCs, variable-frequency drives, sensors, automation equipment, and production lines	Coordinated Type 1, Type 2, and Type 3 protection
Data centers and communication systems	Servers, UPS systems, network equipment, communication devices, and signal lines	Power-line SPDs combined with dedicated data and signal-line protection
Sistemas solares fotovoltaicos	PV modules, combiner boxes, inverters, and AC/DC distribution circuits	DC SPDs on the PV side and AC SPDs on the inverter output side
EV charging stations	AC chargers, DC fast chargers, controllers, payment modules, and communication equipment	SPD protection at the incoming supply and charging equipment
Wind power and energy storage systems	Converters, inverters, battery management systems, control cabinets, and monitoring equipment	AC and DC SPDs selected according to the system architecture
Outdoor equipment and LED lighting	Streetlights, traffic systems, cameras, electronic signs, and outdoor control cabinets	Local SPD protection close to exposed outdoor equipment

In practice, larger or more complex systems usually require multi-stage surge protection. A high-energy SPD may be installed at the main service entrance, while additional Type 2 or Type 3 SPDs are installed closer to downstream distribution boards and sensitive equipment.

Where Should a Surge Protective Device Be Installed?

The effectiveness of a surge protective device depends not only on selecting the correct SPD type, but also on installing it at the appropriate location within the electrical system. Proper installation helps ensure that surge energy is safely diverted to earth before it reaches sensitive electrical or electronic equipment.
In most low-voltage installations, SPDs are installed in stages to provide coordinated protection from the service entrance to the final load.

Typical SPD Installation Locations

Local de Instalação	Tipo de DPS Recomendado	Primary Purpose
Entrada de serviço	Tipo 1 ou Tipo 1+2	Divert high-energy lightning currents entering the building
Main distribution board	Tipo 2	Protect downstream electrical circuits from switching surges and residual lightning surges
Sub-distribution board	Tipo 2	Provide additional protection for branch circuits
Close to sensitive equipment	Tipo 3	Reduce the remaining surge voltage before it reaches sensitive electronic equipment
Caixa combinadora PV ou quadro de distribuição CC	Tipo 1+2 CC ou Tipo 2 CC	Protect photovoltaic DC circuits and inverters
Control cabinets and communication systems	Type 2, Type 3, or signal-line SPDs	Protect PLCs, communication equipment, and control electronics

Installation Recommendations

To achieve the best protection performance, SPDs should be installed as close as possible to the equipment or distribution point they protect. The connecting conductors should be short and direct to minimize additional inductive voltage during surge discharge.
When the distance between the main SPD and the protected equipment is relatively long, an additional downstream SPD may be required to maintain an effective protection level.

Common SPD Installation Mistakes

Even a correctly selected surge protective device may fail to provide effective protection if it is installed incorrectly. Common installation mistakes can increase the residual voltage, reduce the SPD’s service life, or prevent the surge current from being safely diverted.The following issues should be checked during installation and commissioning.

Common Mistake	Why It Is a Problem	Recommended Practice
Installing the wrong SPD type	A Type 2 or Type 3 SPD may not be able to withstand the surge energy expected at the service entrance	Match the SPD type to the installation location and surge exposure
Selecting an incorrect Uc	A Uc value that is too low may cause premature operation or damage; a value that is too high may reduce protection effectiveness	Select Uc according to the system voltage and earthing arrangement
Using excessively long connecting conductors	Long conductors add inductive voltage during surge discharge and increase the effective protection level	Keep the connection path short, direct, and free from unnecessary loops
Poor earthing or equipotential bonding	A high-impedance earth path can prevent surge current from being discharged effectively	Ensure reliable earthing and equipotential bonding
Ignoring backup protection	An internal SPD fault may not be safely disconnected from the power system	Install the fuse or circuit breaker specified by the manufacturer
Installing only one SPD in a large system	A single SPD may not provide sufficient protection for distant distribution boards or sensitive loads	Use coordinated multi-stage protection where required
Using an incorrect pole or circuit configuration	The SPD may not protect all required conductors or may be unsuitable for the earthing system	Match the SPD circuit to the phase, neutral, polarity, and grounding arrangement
Failing to coordinate multiple SPDs	A downstream SPD may absorb more surge energy than it can withstand	Use manufacturer-verified coordinated combinations
Installing the SPD too far from the protected equipment	Long downstream cables may allow additional induced surges or increase the voltage reaching the equipment	Add downstream Type 2 or Type 3 protection when necessary
Failing to inspect or replace a failed SPD	Once the SPD reaches end of life, the circuit may no longer be protected	Check the status indicator and replace failed modules promptly

To avoid these mistakes:

• Select the SPD according to the system voltage, earthing arrangement, and installation location.
• Keep the total connection path as short and direct as practical.
• Use the correct backup protective device.
• Ensure reliable earthing and equipotential bonding.
• Verify coordination between upstream and downstream SPDs.
• Inspect the SPD status indicator during routine maintenance.

Nota de Engenharia
The SPD itself is only one part of the surge protection system. Its actual performance also depends on conductor routing, earthing quality, backup protection, installation distance, and coordination with other SPDs.
A high-performance SPD can still provide poor protection if the installation layout is incorrect.

Frequently Asked Questions About Surge Protective Devices

Can an SPD Be Used Without a Backup Fuse or Circuit Breaker?

It depends on the SPD design and the manufacturer’s installation requirements. Some SPDs require an external backup fuse or circuit breaker, while others may include integrated overcurrent protection.
The backup protective device is used to disconnect the SPD safely if it develops an internal short circuit or reaches the end of its service life. Its rating should not be selected only according to the SPD’s discharge-current rating.
Always follow the manufacturer’s specified maximum backup fuse or circuit-breaker rating, short-circuit current requirements, and coordination instructions.

How Should a Surge Protective Device Be Maintained?

SPD maintenance mainly involves regular inspection rather than internal repair. During routine electrical maintenance, check the status indicator, remote signaling contact, terminal tightness, signs of overheating, and the condition of the backup protective device.
The SPD should also be inspected after severe thunderstorms, lightning events, major power-system faults, or repeated tripping of the upstream protective device.
Replace the SPD or plug-in protection module if:

• The status indicator shows failure.
• A remote alarm is activated.
• The enclosure is discolored, cracked, or overheated.
• The backup fuse or circuit breaker has operated because of an SPD fault.
• The manufacturer’s replacement criteria have been reached.

How Long Does a Surge Protective Device Last?

An SPD does not have a fixed service life. Its lifespan depends on the number, magnitude, and duration of the surges it absorbs, as well as system voltage, temporary overvoltages, environmental conditions, and product quality.
An SPD may remain operational for many years in a low-surge environment, but a single severe surge can significantly reduce its remaining capacity or cause immediate failure.
The status indicator and remote signaling contact should therefore be used to determine whether the SPD is still operational. Replacement should be based on actual condition and manufacturer guidance rather than a fixed number of years alone.

Do I Need Both AC and DC Surge Protection?

Both AC and DC surge protection may be required when a system contains separate AC and DC circuits. An AC SPD cannot automatically replace a DC SPD because the two devices are designed for different voltage characteristics, arc-extinguishing requirements, and system configurations.
For example, a solar PV system may require:

• A DC SPD on the PV array, combiner box, or inverter DC input.
• An AC SPD on the inverter output or AC distribution board.

Energy storage systems, EV charging systems, and industrial DC control circuits may also require separate AC and DC protection.
The selected SPD must be rated for the actual system voltage, polarity, grounding arrangement, and maximum continuous operating voltage.

Can a Damaged SPD Continue Protecting Equipment?

A damaged SPD should not be assumed to provide effective protection. Some SPDs contain an internal disconnection device that isolates the failed protection component while allowing the electrical circuit to remain energized.
In this condition, the connected equipment may continue operating, but surge protection may already be partially or completely lost.
If the status indicator shows failure or the remote alarm is activated, replace the SPD or protection module as soon as possible. Continuing to operate without replacement may leave downstream equipment unprotected.

Are SPDs Required for Solar PV Systems?

SPD requirements for solar PV systems depend on the applicable electrical standard, lightning protection design, installation risk, cable routing, and local regulations.
PV systems are particularly exposed to induced surges because modules and DC cables are usually installed outdoors and may cover a large area. SPDs are commonly installed on the DC side, AC side, or both.
Typical locations include:

• PV combiner boxes
• Inverter DC inputs
• Inverter AC outputs
• Main AC distribution boards

The required SPD type depends on whether the building has an external lightning protection system, the separation distance, the system voltage, and the lightning exposure level.
Therefore, SPDs are not selected simply because the system is photovoltaic. The need, type, and installation position should be determined by the applicable project requirements and risk assessment.

REFERENCES AND TECHNICAL SOURCES

⁠IEC 61643-11:2025 – Low-Voltage Surge Protective Devices – Requirements and Test Methods — International Electrotechnical Commission.

IEC 61643-12 – Low-Voltage Surge Protective Devices – Selection and Application Principles — International Electrotechnical Commission.

UL 1449 – Standard for Surge Protective Devices — UL Solutions.

NFPA 70 – National Electrical Code (NEC) — National Fire Protection Association.

⁠IEEE C62.41.2 – Recommended Practice on Characterization of Surges in Low-Voltage AC Power Circuits — Institute of Electrical and Electronics Engineers.

NEMA – Low Voltage Surge Protective Devices Guidance— National Electrical Manufacturers Association.

⁠IEC 62305-4 – Protection Against Lightning – Electrical and Electronic Systems Within Structures— International Electrotechnical Commission.

IEC 61643-32 – Surge Protective Devices Connected to the DC Side of Photovoltaic Installations— International Electrotechnical Commission.