AC vs. DC-overspændingsbeskyttelse: Hvad er forskellen?

Overspændingsbeskyttelse er grundlæggende for sikkerheden og oppetiden for moderne elektriske systemer. At vælge det rigtige Surge Protective Device (SPD) starter med at forstå, hvordan AC- og DC-systemer opfører sig forskelligt under transienter - især bueudslettelse (AC nul-gennemgang vs DC ingen nul-gennemgang) og komponentdesign (tovejs vs ensrettet MOV'er). Denne vejledning forklarer forskellen mellem AC SPD og DC SPD, kortlægger de gældende IEC/UL-standarder og viser, hvordan du vælger en SPD, der opfylder dine applikations- og overholdelsesbehov.

1. Introduktion

Transiente overspændinger, også kendt som strømstød, er kortvarige spændingsspidser, der kan beskadige eller ødelægge følsomt elektronisk udstyr. Disse overspændinger kan være forårsaget af lynnedslag, netskifteoperationer, stor belastningskobling eller opstart af induktivt udstyr. SPD-enheder, også kaldet overspændingsdæmpere eller overspændingsafledere, er konstrueret til at detektere og aflede disse spidser, før de når beskyttet udstyr.

Men ikke alle stigninger - eller SPD'er - er skabt lige. AC (vekselstrøm) og DC (jævnstrøm) systemer udviser meget forskellige elektriske opførsel og kræver som sådan forskellige tilgange til overspændingsbeskyttelse. Om IEC 61643-11/-31, en SPD begrænser overspændingsspændingen og afleder overspændingsstrømmen inden for nanosekunder, hvilket beskytter downstream-udstyr.

2. Hvad er AC Surge Protection?

AC overspændingsbeskyttelse er designet til elektriske systemer, hvor spændingen skifter retning periodisk - typisk ved 50Hz eller 60Hz. Disse systemer er meget udbredt i boliger, kommercielle bygninger, fabrikker og industrielle automationsnetværk. Ifølge IEC 61643-11, AC SPD'er er klassificeret i Type 1, Type 2 og Type 3, hver beregnet til et andet installationspunkt i distributionssystemet.

Nøglekarakteristika for AC SPD'er

• Arbejd inden for almindelige netspændinger såsom 115V, 230V, 400V og op til 690V AC.

• Tovejsdrift til at håndtere polaritetsskift af AC sinusbølger.

• Bueudryddelse gennem naturlige nulkrydsninger af AC-bølgeformen, hvilket gør frakobling sikrere og mere effektiv.

• Almindeligt anvendte MOV'er (Metal Oxide Varistors) til at absorbere bølgeenergi; i Type 1 SPD'er kombineres MOV'er ofte med GDT'er (Gas Discharge Tubes) eller lysbuekamre for at modstå lynimpulser med høj energi (10/350 µs bølgeformer).

• Koordinering med opstrøms beskyttelse (MCB eller sikring) er påkrævet; bedste praksis er at holde SPD-ledningslængden så kort som muligt, ideelt <0,5 m, for at minimere resterende spænding.

SPD-typer til AC-applikationer

• Type 1 SPD – Installeret ved serviceindgangen; modstår direkte lynstrømme (Iimp 10/350 µs).

• Type 2 SPD – Installeret ved fordelingstavler; beskytter mod koblingsstød og indirekte lyn (In/Imax 8/20 µs).

• Type 3 SPD – Installeret tæt på følsomt udstyr; giver fin beskyttelse mod resterende overspændinger.

Typiske applikationer

• Hovedserviceindgangspaneler (type 1)

• Bygningsfordelingstavler (type 2)

• Kontrolpaneler i industrielle miljøer (Type 2)

• Beskyttelse ved brugssted eller stikkontakt til følsomme vekselstrømsdrevne enheder (Type 3)

Eksempel fra Britec AC SPD produkt Rækkevidde

• BR-50GR (Type 1): Nominel til Uc 275/320/440 V, med Iimp op til 25 kA (10/350 µs); ideel til lynbeskyttelse i TN/TT-systemer.

• BR-12,5M (Type 1+2 hybrid): Håndterer både lynimpulser og koblingsstød, hvilket gør den velegnet til industrielle faciliteter.

• BR-40 og BR-30FU (Type 2): Nominel til Uc 275 V, med In 20 kA / Imax 40 kA (8/20 µs); BR-30FU integrerer en reservesikring, hvilket forenkler installationen og forbedrer sikkerheden.

• BR-230/BR275-6 (Type 3): Designet til beskyttelse af terminaludstyr, med lav restspænding (op ≤ 1,5 kV).

3. Hvad er DC Surge Protection?

DC overspændingsbeskyttelse er designet til jævnstrømssystemer, hvor elektriciteten flyder i en enkelt retning uden naturlige nulgennemgange. I modsætning til AC-systemer, der nyder godt af periodiske spændingsvendinger, udgør DC-systemer en unik teknisk udfordring: lysbuer slukker ikke selv. Dette betyder, at DC SPD'er kræver mere robust bueslukning, termisk frakobling og mekaniske udløsningsmekanismer for at sikre sikkerhed og forhindre termisk løb.

Nøglefunktioner ved DC SPD'er

• Spændingsværdier: Typisk designet til 500 Vdc til 1500 Vdc, der dækker solcellepaneler, batterilagringssystemer (BESS) og DC-hurtigopladningsnetværk.

• Envejs MOV-valg: For at imødekomme DC-polaritet bruger DC SPD'er ensrettede MOV'er, hvilket sikrer korrekt overspændingsspænding for envejsstrøm.

• Bueundertrykkelse: Fordi DC mangler en nulgennemgang, integrerer DC SPD'er hurtigvirkende termiske afbrydere, gasudladningsrør (GDT'er) eller lysbuekamre for sikkert at bryde fejlstrømme.

• Håndtering af høj spænding: Bygget til at absorbere højenergispændinger med In/Imax-klassificeringer på op til 20–40 kA (8/20 µs) og Type 1+2-enheder, der er klassificeret til Iimp-lynimpulser.

• Overholdelse og certificering:

  • Skal overholde IEC 61643-31 (for PV DC SPD'er) eller UL 1449 (for DC-systemer i Nordamerika, op til 1500 Vdc).

  • Afhængigt af projektkrav eller regionale krav kan produkter bære yderligere TÜV-, CB- eller UL-certificeringer til netoverholdelse og sikkerhedsaudits.

Typiske anvendelser af DC-overspændingsbeskyttelse

• Solar PV arrays (streng- eller kombineringsboksbeskyttelse, typisk 1000 Vdc eller 1500 Vdc).

• Battery Energy Storage Systems (BESS) til netskala- eller mikronetløsninger.

• Electric Vehicle (EV) ladestationer, især DC hurtigopladning.

• Teletårne ​​og vedvarende energisystemer (vindmølleomformere, hybride jævnstrømsnetværk).

Eksempler fra Britecs DC SPD Rækkevidde

• BRPV3-1000 (Type 1+2 DC SPD)

  • Spændingsmærke: Uc = 1000 Vdc

  • Nominel afladestrøm: In = 20 kA

  • Maksimal afladningsstrøm: Imax = 40 kA (8/20 µs)

  • Spændingsbeskyttelsesniveau: Op ≤ 3,8 kV

  • Funktioner: Termisk afbryder + fjernsignalering til overvågning i realtid.

• BRPV3-1500 (Type 1+2 DC SPD)

  • Spændingsmærke: Uc = 1500 Vdc

  • Nominel afladestrøm: In = 20 kA

  • Maksimal afladningsstrøm: Imax = 40 kA

  • Spændingsbeskyttelsesniveau: Op ≤ 4,5 kV

  • Funktioner: Buekammerdesign + termisk afskæring, der sikrer pålidelig drift i PV-anlæg og EV-infrastruktur.

4. Hvad er forskellen mellem AC og DC Surge Protection?

Selvom AC SPD'er og DC SPD'er ligner hinanden ved første øjekast, er deres designprincipper, standarder og anvendelseskrav meget forskellige. Tabellen nedenfor opsummerer de vigtigste forskelle mellem AC SPD og DC SPD:

4.1 Elektriske strømkarakteristika: AC vs. DC

AC vender periodisk retning (sinusbølge), hvilket tillader naturlige nulkrydsningspunkter. DC strømmer i en enkelt retning kontinuerligt (flad bølgeform), hvilket gør lysbueslukning meget mere udfordrende.

Implikation:

AC SPD'er drager fordel af nul-krydsning for bueafbrydelse, mens DC SPD'er kræver mere robuste bueundertrykkelsesmekanismer på grund af bølgeformskarakteristika.

4.2 Overspændingsbølgeform

• AC-stød har ofte jævnere, sinusformede bølgeformer.
• DC-spændinger er kortere, hurtigere og mere bratte med flad topspænding

Behov for responstid:

DC SPD'er kræver typisk hurtigere responstider (≤25ns) for at beskytte mod hurtige transienter.

4.3 Design og driftsprincipper for SPD'er

• AC SPD: Designet til symmetrisk spændingspolaritet og sinusbølgeindgang
• DC SPD: Bygget til polaritetsfølsomme kredsløb og ensrettet strøm

Anvendt teknologi: Både AC- og DC SPD-enheder bruger almindeligvis MOV'er (metaloxidvaristorer), termiske afbrydere og nogle gange GDT'er (gasudladningsrør). For at forstå, hvordan disse komponenter fungerer inde i en overspændingsbeskyttelsesenhed, se vores detaljerede vejledning om hvordan en SPD fungerer.

4.4 Spændingsværdier og overspændingskapacitet

• AC SPD'er: Rækkevidde fra 115V til 600V
• DC SPD'er: Rækkevidde fra 500V til 1500V

Eksempel:

DC SPD FLY1-40PV håndterer op til 40kA; AC SPD USP2 rækker op til 120kA, afhængigt af modellen.

4.5 Applikationsmiljøer

• AC SPD: Kontorer, boliger, VVS, kontrolpaneler
• DC SPD: Vedvarende energi, udendørs telekommunikation, transportsystemer

Miljøtolerance:

DC SPD'er understøtter normalt bredere temperaturområder og relativ luftfugtighed på grund af udendørs applikationer.

4.6 Bueslukning

• AC: Buen slukker naturligt ved nul-krydsningen
• DC: Kræver mekanisk/termisk bueslukning på grund af manglende polaritetsvending.

Hvorfor det betyder noget:

Utilstrækkelig bueundertrykkelse i DC-overspændingsafledere kan føre til termisk løb og brand.

4.7 Standarder, test og certificering

• AC SPD-standarder: UL 1449, IEC 61643-11 (Type 1, 2, 3)
• DC SPD-standarder: EN 50539-11, IEC 61643-31, UL 1449 (PV, BESS, EV fokus)

Eksempel:

Overspændingsbeskyttelsesklasse skal verificeres via TUV-certificerede SPD-mærker for netoverholdelse.

5. Sådan vælger du den rigtige SPD

Valg af den korrekte overspændingsbeskyttelsesanordning (SPD) handler ikke kun om spændingsklassificering - det involverer også installationsposition, beskyttelseskoordinering og overholdelse af internationale standarder. Her er de vigtigste faktorer at overveje:

1. Tilpas SPD'en til dit systemspænding

• AC-systemer (IEC 61643-11 / UL 1449)

  • 230/400 V (TN/TT net): Vælg Uc 275 V modeller.

  • Eksempel: Britec BR-40/30FU – Type 2 SPD, Uc 275 V, In 20 kA, Imax 40 kA, med integreret sikring til backup beskyttelse.

• PV DC-systemer (IEC 61643-31 / UL 1449 ≤1500 Vdc)

  • 600 Vdc, 1000 Vdc eller 1500 Vdc arrays: Vælg matchende DC Uc-klassificering.

  • Eksempel: Britec BRPV3-1000 (Uc 1000 Vdc) eller BRPV3-1500 (Uc 1500 Vdc) – Type 1+2 DC SPD'er til PV-kombinationsbokse og invertere.

Tip: Kontroller altid, at SPD'ens Uc (kontinuerlig driftsspænding) er ≥ 1,2 × nominel systemspænding for at undgå for tidlig ældning.

2. Anvend den rigtige beskyttelsesklasse (type) på hvert installationsniveau

• Type 1 (10/350 µs lynstrøm)

  • Monteres ved serviceindgang/hovedfordeling.

  • Håndterer direkte lynstrømme.

  • Eksempel: BR-12.5M Type 1+2 SPD, Iimp 12,5 kA.

• Type 2 (8/20 µs koblingsstød)

  • Monteres ved gulvfordelingstavler.

  • Beskytter mod koblingsstød og resterende lynstrømme.

  • Eksempel: BR-40/30FU Type 2 SPD (med integreret afbryder).

• Type 3 (brugssted)

  • Installeret tæt på følsomt udstyr (computere, servere, medicinsk udstyr).

  • Beskytter mod resterende overspændinger, der ikke er fastspændt af opstrøms SPD'er.

Teknisk regel: Hvis kabellængden mellem to beskyttelsestrin er >10 m, installer yderligere SPD'er i begge ender for at sikre koordinering.

3. Sørg for koordinering med afbrydere og sikringer

• SPD'er skal koordineres med opstrøms MCB/RCB/backup sikringer.

• Nogle modeller, f.eks Britec BR-40/30FU, integrere termiske afbrydere og backup-beskyttelse, hvilket reducerer plads og omkostninger.

4. Overholdelse af standarder

• AC SPD'er: IEC 61643-11, UL 1449

• PV DC SPD'er: IEC 61643-31, UL 1449 (≤1500 Vdc)

Sørg altid for, at SPD'en bærer de korrekte CE-, UL- eller IEC-testcertificeringer, især til internationale projekter.

Nøgle takeaway

At vælge den rigtige SPD betyder at matche spændingen, vælge den korrekte type pr. installationsniveau, sikre korrekt koordinering og overholde IEC/UL-standarder.

Med Britecs portefølje (BR-12.5M, BR-40/30FU, BRPV3-1000, BRPV3-1500), kan du dække bolig-, erhvervs-, industri- og solcelleanlæg med certificeret, højtydende overspændingsbeskyttelse.

6. Konklusion

AC- og DC-overspændingsbeskyttelsesenheder kan se ens ud, men de tjener fundamentalt forskellige systemer. AC SPD'er er optimeret til sinusbølgeapplikationer i bygninger og net. DC SPD'er er skræddersyet til flade spændingsbølgeformer i vedvarende og højspændings DC-infrastrukturer.

At vælge den korrekte SPD er afgørende for at sikre udstyr og opretholde overholdelse af sikkerhedsstandarder.

For at sikre optimal beskyttelse:

• Tilpas altid SPD-typen til det aktuelle system (AC eller DC)
• Overvej spændingsmærke, bølgeformskarakteristika og den nødvendige energiabsorptionsevne.
• Vælg certificerede produkter (TUV, UL, CE) med passende overspændingsbeskyttelsesklassificeringer.

Har du brug for hjælp til at vælge din SPD? Kontakt en certificeret elektriker eller leverandør af overspændingsbeskyttelse for at finde den rigtige DC-overspændingsbeskyttelse eller AC-overspændingsbeskyttelsesløsning til dit system.