Προστασία από υπέρταση AC έναντι DC: Ποια είναι η διαφορά;

Η προστασία από υπερτάσεις είναι θεμελιώδης για την ασφάλεια και το χρόνο λειτουργίας των σύγχρονων ηλεκτρικών συστημάτων. Επιλέγοντας το σωστό Συσκευή προστασίας από υπερτάσεις (SPD) ξεκινά με την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο τα συστήματα εναλλασσόμενου ρεύματος και συνεχούς ρεύματος συμπεριφέρονται διαφορετικά κάτω από μεταβατικές συνθήκες—ειδικά κατά την εξάλειψη του τόξου (AC μηδενική διέλευση έναντι συνεχούς ρεύματος χωρίς μηδενική διέλευση) και τη σχεδίαση εξαρτημάτων (αμφίδρομα έναντι μονοκατευθυντικών MOV). Αυτός ο οδηγός εξηγεί τη διαφορά μεταξύ AC SPD και DC SPD, χαρτογραφεί τα πρότυπα IEC/UL που ισχύουν και δείχνει πώς να επιλέξετε ένα SPD που ανταποκρίνεται στις ανάγκες εφαρμογής και συμμόρφωσής σας.

1. Εισαγωγή

Οι παροδικές υπερτάσεις, γνωστές και ως υπερτάσεις ισχύος, είναι αιχμές τάσης μικρής διάρκειας που μπορούν να καταστρέψουν ή να καταστρέψουν ευαίσθητο ηλεκτρονικό εξοπλισμό. Αυτές οι υπερτάσεις μπορεί να προκληθούν από κεραυνούς, λειτουργίες μεταγωγής δικτύου, εναλλαγή μεγάλου φορτίου ή εκκίνηση επαγωγικού εξοπλισμού. Οι συσκευές SPD, που ονομάζονται επίσης καταστολείς υπερτάσεων ή απαγωγείς υπερτάσεων, έχουν σχεδιαστεί για να ανιχνεύουν και να εκτρέπουν αυτές τις αιχμές πριν φτάσουν σε προστατευμένο εξοπλισμό.

Αλλά δεν δημιουργούνται όλες οι υπερτάσεις —ή οι SPD— ίσες. Τα συστήματα AC (εναλλασσόμενο ρεύμα) και συνεχούς ρεύματος (άμεσο ρεύμα) παρουσιάζουν πολύ διαφορετικές ηλεκτρικές συμπεριφορές και, ως εκ τούτου, απαιτούν ξεχωριστές προσεγγίσεις προστασίας από υπερτάσεις. Ανά IEC 61643-11/-31, ένα SPD περιορίζει την τάση υπέρτασης και εκτρέπει το ρεύμα υπέρτασης μέσα σε νανοδευτερόλεπτα, προστατεύοντας τον εξοπλισμό κατάντη.

2. Τι είναι η προστασία από υπέρταση AC;

Προστασία από υπέρταση AC έχει σχεδιαστεί για ηλεκτρικά συστήματα όπου η τάση εναλλάσσει την κατεύθυνση περιοδικά - συνήθως στα 50 Hz ή 60 Hz. Αυτά τα συστήματα χρησιμοποιούνται ευρέως σε κατοικίες, εμπορικά κτίρια, εργοστάσια και δίκτυα βιομηχανικού αυτοματισμού. Σύμφωνα με IEC 61643-11, τα SPD AC ταξινομούνται σε Type 1, Type 2 και Type 3, καθένα από τα οποία προορίζεται για διαφορετικό σημείο εγκατάστασης εντός του συστήματος διανομής.

Βασικά Χαρακτηριστικά των SPD AC

• Λειτουργία σε κοινές τάσεις δικτύου όπως 115V, 230V, 400V και έως 690V AC.

• Λειτουργία αμφίδρομης κατεύθυνσης για τη διαχείριση της εναλλαγής πολικότητας των ημιτονοειδών κυμάτων AC.

• Εξάλειψη τόξου μέσω φυσικών μηδενικών διασταυρώσεων της κυματομορφής AC, που καθιστά την αποσύνδεση ασφαλέστερη και αποτελεσματικότερη.

• MOV που χρησιμοποιούνται συνήθως (Varistors Oxide Metal) για την απορρόφηση της ενέργειας από κύμα. στα SPD τύπου 1, τα MOV συχνά συνδυάζονται με GDT (Σωλήνες εκκένωσης αερίου) ή θαλάμους τόξου για να αντέχουν σε κεραυνούς υψηλής ενέργειας (κυματομορφές 10/350 µs).

• Απαιτείται συντονισμός με προστασία ανάντη (MCB ή ασφάλεια). Η καλύτερη πρακτική είναι να διατηρείτε το μήκος του καλωδίου SPD όσο το δυνατόν μικρότερο, ιδανικά <0,5 m, για να ελαχιστοποιήσετε την υπολειπόμενη τάση.

Τύποι SPD για εφαρμογές AC

• Τύπος 1 SPD – Εγκατεστημένο στην είσοδο υπηρεσίας. αντέχει σε απευθείας ρεύματα κεραυνού (Iimp 10/350 µs).

• Τύπος 2 SPD – Εγκατεστημένο σε πίνακες διανομής. προστατεύει από υπερτάσεις μεταγωγής και έμμεσους κεραυνούς (In/Imax 8/20 µs).

• Τύπος 3 SPD – Εγκατεστημένο κοντά σε ευαίσθητο εξοπλισμό. παρέχει λεπτή προστασία από υπολειμματικές υπερτάσεις.

Τυπικές Εφαρμογές

• Πίνακες εισόδου κύριας υπηρεσίας (Τύπος 1)

• Πίνακες διανομής κτιρίων (Τύπος 2)

• Πίνακες ελέγχου σε βιομηχανικά περιβάλλοντα (Τύπος 2)

• Προστασία σημείου χρήσης ή πρίζας για ευαίσθητες συσκευές AC (Τύπος 3)

Παράδειγμα από Προϊόν Britec AC SPD Σειρά

• BR-50GR (Τύπος 1): Αξιολόγηση για Uc 275/320/440 V, με Iimp έως 25 kA (10/350 µs). ιδανικό για αντικεραυνική προστασία εισόδων σε συστήματα TN/TT.

• BR-12,5M (υβριδικό τύπου 1+2): Χειρίζεται τόσο τους κεραυνούς όσο και τις υπερτάσεις μεταγωγής, καθιστώντας το κατάλληλο για βιομηχανικές εγκαταστάσεις.

• BR-40 και BR-30FU (Τύπος 2): Αξιολόγηση για Uc 275 V, με In 20 kA / Imax 40 kA (8/20 µs); το BR-30FU ενσωματώνει μια εφεδρική ασφάλεια, απλοποιώντας την εγκατάσταση και βελτιώνοντας την ασφάλεια.

• BR-230/BR275-6 (Τύπος 3): Σχεδιασμένο για προστασία τερματικού εξοπλισμού, με χαμηλή υπολειπόμενη τάση (Up ≤ 1,5 kV).

3. Τι είναι η προστασία DC Surge Protection;

Προστασία από υπερτάσεις DC έχει σχεδιαστεί για συστήματα συνεχούς ρεύματος, όπου η ηλεκτρική ενέργεια ρέει προς μία κατεύθυνση χωρίς φυσικές μηδενικές διασταυρώσεις. Σε αντίθεση με τα συστήματα εναλλασσόμενου ρεύματος που επωφελούνται από περιοδικές αντιστροφές τάσης, τα συστήματα συνεχούς ρεύματος παρουσιάζουν μια μοναδική πρόκληση μηχανικής: τα τόξα δεν σβήνουν μόνοι τους. Αυτό σημαίνει ότι τα DC SPD απαιτούν πιο ισχυρούς μηχανισμούς σβέσης τόξου, θερμικής αποσύνδεσης και μηχανικής απελευθέρωσης για να διασφαλιστεί η ασφάλεια και να αποτραπεί η θερμική διαφυγή.

Βασικά χαρακτηριστικά των DC SPD

• Αξιολογήσεις τάσης: Τυπικά σχεδιασμένο για 500 Vdc έως 1500 Vdc, καλύπτοντας ηλιακές συστοιχίες, συστήματα αποθήκευσης μπαταριών (BESS) και δίκτυα ταχείας φόρτισης DC.

• Επιλογή MOV μονής κατεύθυνσης: Για την προσαρμογή της πολικότητας DC, τα SPD DC χρησιμοποιούν μονοκατευθυντικά MOV, διασφαλίζοντας τη σωστή σύσφιξη υπέρτασης για μονόδρομη ροή ρεύματος.

• Καταστολή τόξου: Επειδή το DC δεν έχει μηδενική διασταύρωση, τα DC SPD ενσωματώνουν θερμικές αποσυνδέσεις ταχείας δράσης, σωλήνες εκκένωσης αερίου (GDT) ή θαλάμους τόξου για ασφαλή διακοπή των ρευμάτων σφάλματος.

• Χειρισμός υψηλών υπερτάσεων: Σχεδιασμένο για να απορροφά υπερτάσεις υψηλής ενέργειας με ονομασίες In/Imax έως 20–40 kA (8/20 µs) και συσκευές τύπου 1+2 που έχουν αξιολογηθεί για κεραυνούς Iimp.

• Συμμόρφωση και Πιστοποίηση:

  • Πρέπει να συμμορφώνεται με το IEC 61643-31 (για Φ/Β DC SPD) ή UL 1449 (για συστήματα DC στη Βόρεια Αμερική, έως 1500 Vdc).

  • Ανάλογα με το έργο ή τις περιφερειακές απαιτήσεις, τα προϊόντα ενδέχεται να φέρουν πρόσθετες πιστοποιήσεις TÜV, CB ή UL για ελέγχους συμμόρφωσης με το δίκτυο και ασφάλειας.

Τυπικές εφαρμογές προστασίας από υπερτάσεις DC

• Ηλιακές φωτοβολταϊκές συστοιχίες (προστασία στοιχειοσειρών ή κιβωτίου συνδυασμού, συνήθως 1000 Vdc ή 1500 Vdc).

• Συστήματα αποθήκευσης ενέργειας μπαταριών (BESS) για λύσεις κλίμακας δικτύου ή μικροδικτύων.

• Σταθμοί φόρτισης ηλεκτρικών οχημάτων (EV), ειδικά ταχείας φόρτισης DC.

• Πύργοι τηλεπικοινωνιών και συστήματα ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (μετατροπείς ανεμογεννητριών, υβριδικά δίκτυα συνεχούς ρεύματος).

Παραδείγματα από Britec's DC SPD Σειρά

• BRPV3-1000 (Τύπος 1+2 DC SPD)

  • Ονομαστική τάση: Uc = 1000 Vdc

  • Ονομαστικό ρεύμα εκφόρτισης: Σε = 20 kA

  • Μέγιστο ρεύμα εκφόρτισης: Imax = 40 kA (8/20 µs)

  • Επίπεδο προστασίας τάσης: Πάνω ≤ 3,8 kV

  • Χαρακτηριστικά: Θερμικός αποζεύκτης + απομακρυσμένη σηματοδότηση για παρακολούθηση σε πραγματικό χρόνο.

• BRPV3-1500 (Τύπος 1+2 DC SPD)

  • Ονομαστική τάση: Uc = 1500 Vdc

  • Ονομαστικό ρεύμα εκφόρτισης: Σε = 20 kA

  • Μέγιστο ρεύμα εκφόρτισης: Imax = 40 kA

  • Επίπεδο προστασίας τάσης: Πάνω ≤ 4,5 kV

  • Χαρακτηριστικά: Σχεδιασμός θαλάμου τόξου + θερμική αποκοπή, που εξασφαλίζει αξιόπιστη λειτουργία σε φωτοβολταϊκές εγκαταστάσεις και υποδομές ηλεκτροκίνητων οχημάτων.

4. Ποια είναι η διαφορά μεταξύ της προστασίας από υπερτάσεις AC και DC;

Αν και τα AC SPD και τα DC SPD μοιάζουν με την πρώτη ματιά, οι αρχές σχεδιασμού, τα πρότυπα και οι απαιτήσεις εφαρμογής τους είναι πολύ διαφορετικές. Ο παρακάτω πίνακας συνοψίζει τις βασικές διαφορές μεταξύ AC SPD και DC SPD:

4.1 Χαρακτηριστικά ηλεκτρικού ρεύματος: AC έναντι DC

Το AC αντιστρέφει την κατεύθυνση περιοδικά (ημιτονοειδές κύμα), επιτρέποντας φυσικά σημεία μηδενικής διέλευσης. Το συνεχές ρεύμα ρέει σε μία κατεύθυνση συνεχώς (επίπεδη κυματομορφή), καθιστώντας την κατάσβεση τόξου πολύ πιο δύσκολη.

Υπαινιγμός:

Τα SPD AC επωφελούνται από τη μηδενική διασταύρωση για διακοπή τόξου, ενώ τα SPD DC απαιτούν πιο ισχυρούς μηχανισμούς καταστολής τόξου λόγω των χαρακτηριστικών κυματομορφής.

4.2 Κυματομορφή υπέρτασης

• Οι υπερτάσεις εναλλασσόμενου ρεύματος έχουν συχνά πιο ομαλές, ημιτονοειδείς κυματομορφές.
• Οι υπερτάσεις συνεχούς ρεύματος είναι μικρότερες, ταχύτερες και πιο απότομες με επίπεδη τάση κορυφής

Χρόνος απόκρισης:

Τα DC SPD συνήθως απαιτούν ταχύτερους χρόνους απόκρισης (≤25ns) για προστασία από ταχείες μεταβατικές καταστάσεις.

4.3 Αρχές σχεδιασμού και λειτουργίας των SPD

• AC SPD: Σχεδιασμένο για συμμετρική πολικότητα τάσης και είσοδο ημιτονοειδούς κύματος
• DC SPD: Κατασκευασμένο για κυκλώματα ευαίσθητα στην πολικότητα και μονοκατευθυντική ροή ρεύματος

Τεχνολογία που χρησιμοποιείται: Και οι δύο συσκευές AC και DC SPD χρησιμοποιούν συνήθως MOV (βαρίστορ μεταλλικού οξειδίου), θερμικούς αποσυνδέσεις και μερικές φορές GDT (σωλήνες εκκένωσης αερίου). Για να κατανοήσετε πώς λειτουργούν αυτά τα εξαρτήματα μέσα σε μια συσκευή προστασίας από υπερτάσεις, ανατρέξτε στον αναλυτικό οδηγό μας για πώς λειτουργεί ένα SPD.

4.4 Αξιολογήσεις τάσης και χωρητικότητα υπέρτασης

• AC SPD: Κυμαίνεται από 115V έως 600V
• DC SPD: Εύρος από 500V έως 1500V

Παράδειγμα:

Το DC SPD FLY1-40PV χειρίζεται έως και 40 kA. Το AC SPD USP2 κυμαίνεται έως και 120 kA, ανάλογα με το μοντέλο.

4.5 Περιβάλλοντα Εφαρμογής

• AC SPD: Γραφεία, σπίτια, HVAC, πίνακες ελέγχου
• DC SPD: Ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, υπαίθριες τηλεπικοινωνίες, συστήματα μεταφορών

Περιβαλλοντική Ανοχή:

Τα DC SPD συνήθως υποστηρίζουν ευρύτερα εύρη θερμοκρασιών και σχετική υγρασία λόγω εφαρμογών σε εξωτερικούς χώρους.

4.6 Κατάσβεση τόξου

• AC: Το τόξο σβήνει φυσικά στο μηδενικό πέρασμα
• DC: Απαιτεί μηχανική/θερμική απόσβεση τόξου λόγω έλλειψης αντιστροφής πολικότητας.

Γιατί έχει σημασία:

Η ανεπαρκής καταστολή του τόξου στους απαγωγείς υπερτάσεων DC μπορεί να οδηγήσει σε θερμική διαφυγή και πυρκαγιά.

4.7 Πρότυπα, δοκιμές και πιστοποίηση

• Πρότυπα AC SPD: UL 1449, IEC 61643-11 (Τύπος 1, 2, 3)
• Πρότυπα DC SPD: EN 50539-11, IEC 61643-31, UL 1449 (εστίαση PV, BESS, EV)

Παράδειγμα:

Η κατηγορία προστασίας από υπερτάσεις πρέπει να επαληθεύεται μέσω ετικετών SPD πιστοποιημένων από TUV για συμμόρφωση με το δίκτυο.

5. Πώς να επιλέξετε το σωστό SPD

Η επιλογή της σωστής συσκευής προστασίας από υπερτάσεις (SPD) δεν αφορά μόνο την ονομαστική τάση – περιλαμβάνει επίσης τη θέση εγκατάστασης, τον συντονισμό προστασίας και τη συμμόρφωση με τα διεθνή πρότυπα. Εδώ είναι οι βασικοί παράγοντες που πρέπει να λάβετε υπόψη:

1. Αντιστοιχίστε το SPD με την τάση του συστήματός σας

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

  • 230/400 V (πλέγματα TN/TT): Επιλέξτε Uc 275 V μοντέλα.

  • Παράδειγμα: Britec BR-40/30FU – Type 2 SPD, Uc 275 V, In 20 kA, Imax 40 kA, με ενσωματωμένη ασφάλεια για εφεδρική προστασία.

• Φ/Β συστήματα DC (IEC 61643-31 / UL 1449 ≤1500 Vdc)

  • Συστοιχίες 600 Vdc, 1000 Vdc ή 1500 Vdc: Επιλέξτε την αντίστοιχη βαθμολογία DC Uc.

  • Παράδειγμα: Britec BRPV3-1000 (Uc 1000 Vdc) ή BRPV3-1500 (Uc 1500 Vdc) – Τύπου 1+2 DC SPD για Φ/Β κιβώτια συνδυασμού και μετατροπείς.

Ακρο: Ελέγχετε πάντα ότι η Uc (τάση συνεχούς λειτουργίας) του SPD είναι ≥ 1,2 × ονομαστική τάση συστήματος για να αποφύγετε την πρόωρη γήρανση.

2. Εφαρμόστε τη σωστή κατηγορία προστασίας (τύπος) σε κάθε επίπεδο εγκατάστασης

• Τύπος 1 (10/350 µs ρεύμα κεραυνού)

  • Τοποθετείται στην είσοδο υπηρεσίας / κύρια διανομή.

  • Αντιμετωπίζει άμεσα ρεύματα κεραυνού.

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

• Τύπος 2 (8/20 µs υπερτάσεις μεταγωγής)

  • Τοποθετείται σε πίνακες διανομής δαπέδου.

  • Προστατεύει από υπερτάσεις μεταγωγής και υπολειπόμενα ρεύματα κεραυνού.

  • Παράδειγμα: BR-40/30FU Τύπος 2 SPD (με ενσωματωμένο αποζεύκτη).

• Τύπος 3 (σημείο χρήσης)

  • Εγκατεστημένο κοντά σε ευαίσθητο εξοπλισμό (υπολογιστές, διακομιστές, ιατρικές συσκευές).

  • Προστατεύει από υπολειμματικές υπερτάσεις που δεν συσφίγγονται από SPD ανάντη.

Κανόνας μηχανικής: Εάν το μήκος του καλωδίου μεταξύ δύο σταδίων προστασίας είναι >10 m, εγκαταστήστε επιπλέον SPD και στα δύο άκρα για να εξασφαλίσετε τον συντονισμό.

3. Εξασφαλίστε συντονισμό με διακόπτες και ασφάλειες

• Τα SPD πρέπει να συντονίζονται με ανοδικές ασφάλειες MCB/RCB/εφεδρικές ασφάλειες.

• Ορισμένα μοντέλα, όπως Britec BR-40/30FU, ενσωματώνουν θερμικούς αποζεύκτες και εφεδρική προστασία, μειώνοντας χώρο και κόστος.

4. Συμμόρφωση με τα πρότυπα

• SPD AC: IEC 61643-11, UL 1449

• Φ/Β DC SPD: IEC 61643-31, UL 1449 (≤1500 Vdc)

Να διασφαλίζετε πάντα ότι το SPD φέρει τις κατάλληλες πιστοποιήσεις δοκιμών CE, UL ή IEC, ειδικά για διεθνή έργα.

Key Takeaway

Η επιλογή του σωστού SPD σημαίνει αντιστοίχιση της τάσης, επιλογή του σωστού Τύπου ανά επίπεδο εγκατάστασης, διασφάλιση του κατάλληλου συντονισμού και συμμόρφωση με τα πρότυπα IEC/UL.

Με Το χαρτοφυλάκιο της Britec (BR-12,5M, BR-40/30FU, BRPV3-1000, BRPV3-1500), μπορείτε να καλύψετε οικιακές, εμπορικές, βιομηχανικές και φωτοβολταϊκές ηλιακές εφαρμογές με πιστοποιημένη προστασία από υπερτάσεις υψηλής απόδοσης.

6. Συμπέρασμα

Οι συσκευές προστασίας από υπερτάσεις AC και DC μπορεί να φαίνονται παρόμοιες, αλλά εξυπηρετούν θεμελιωδώς διαφορετικά συστήματα. Τα SPD AC είναι βελτιστοποιημένα για εφαρμογές ημιτονοειδών κυμάτων σε κτίρια και πλέγματα. Τα SPD DC είναι προσαρμοσμένα για επίπεδες κυματομορφές τάσης σε υποδομές ανανεώσιμων πηγών ενέργειας και υψηλής τάσης DC.

Η επιλογή του σωστού SPD είναι απαραίτητη για την προστασία του εξοπλισμού και τη διατήρηση της συμμόρφωσης με τα πρότυπα ασφαλείας.

Για να εξασφαλίσετε βέλτιστη προστασία:

• Να αντιστοιχίζετε πάντα τον τύπο SPD με το τρέχον σύστημα (AC ή DC)
• Λάβετε υπόψη την ονομαστική τάση, τα χαρακτηριστικά κυματομορφής και την απαιτούμενη ικανότητα απορρόφησης ενέργειας.
• Επιλέξτε πιστοποιημένα προϊόντα (TUV, UL, CE) με κατάλληλες βαθμολογίες κλάσης προστασίας από υπέρταση.

Χρειάζεστε βοήθεια για την επιλογή του SPD σας; Επικοινωνήστε με έναν πιστοποιημένο επαγγελματία ηλεκτρολόγο ή πάροχο προστασίας από υπερτάσεις για να βρείτε τη σωστή λύση προστασίας από υπέρταση DC ή AC για το σύστημά σας.