Διαφορετικοί τύποι συσκευών προστασίας από υπερτάσεις (SPD)

1. Εισαγωγή

Οι υπερτάσεις ισχύος είναι σιωπηλοί δολοφόνοι στα σύγχρονα ηλεκτρικά συστήματα. Από τα οικιακά ηλεκτρονικά έως τους βιομηχανικούς αυτοματισμούς και τις ηλιακές εγκαταστάσεις, ακόμη και μια παροδική υπέρταση μπορεί να προκαλέσει διακοπές λειτουργίας, δαπανηρές επισκευές ή αστοχία εξοπλισμού. Η λύση; Συσκευές προστασίας από υπερτάσεις (SPD).

Σε αυτόν τον οδηγό, θα αναλύσουμε τους διαφορετικούς τύπους συσκευών προστασίας από υπερτάσεις, θα εξηγήσουμε πώς λειτουργούν και θα συγκρίνουμε τις εφαρμογές τους. Στο τέλος, θα γνωρίζετε ακριβώς ποιοι τύποι SPD ταιριάζουν στο σύστημά σας — είτε πρόκειται για εγκατάσταση σπιτιού, κέντρου δεδομένων ή φωτοβολταϊκών.

2. Τι είναι οι συσκευές προστασίας από υπερτάσεις;

A Συσκευή προστασίας από υπερτάσεις (SPD) είναι ένα εξάρτημα ασφαλείας εγκατεστημένο σε ένα ηλεκτρικό σύστημα για τον περιορισμό των παροδικών υπερτάσεων που προκαλούνται από κεραυνούς, συμβάντα μεταγωγής ή διαταραχές της κοινής ωφέλειας. Λειτουργεί εκτρέποντας την ενέργεια υπέρτασης με ασφάλεια στη γη, προστατεύοντας τον συνδεδεμένο εξοπλισμό.

Σκεφτείτε ένα SPD ως μια βαλβίδα απελευθέρωσης πίεσης: δεν εμποδίζει το κύμα να συμβεί, αλλά διοχετεύει την περίσσεια ενέργειας μακριά από τα ευαίσθητα ηλεκτρονικά.

3. Πώς λειτουργεί η προστασία από υπερτάσεις;

Τα SPD βασίζονται σε εξαρτήματα όπως βαρίστορ μεταλλικού οξειδίου (MOV), σωλήνες εκκένωσης αερίου (GDT) και διάκενα σπινθήρα. Όταν η τάση υπερβαίνει ένα ασφαλές όριο (Uc), το SPD μεταβαίνει σε λειτουργία αγωγιμότητας, συσφίγγοντας το κύμα σε μια χαμηλότερη υπολειμματική τάση (Up).

Βασικές παράμετροι για κατανόηση:

• Uc (Μέγιστη τάση συνεχούς λειτουργίας): την κανονική τάση που μπορεί να χειριστεί το SPD.

• Πάνω (Επίπεδο προστασίας τάσης): τάση σύσφιξης που θα “βλέπουν” οι κατάντη συσκευές.”

• In / Imax (Ονομαστικό και μέγιστο ρεύμα εκφόρτισης): πόσο ρεύμα υπέρτασης μπορεί να απορροφήσει η συσκευή.

• Iimp (Ρεύμα ώθησης): ειδικά για τον Τύπο 1, που αντιπροσωπεύει τις κυματομορφές κρούσης κεραυνού.

4. Τύποι συσκευών προστασίας από υπερτάσεις

Η κατανόηση των τύπων SPD είναι το κλειδί για το σχεδιασμό πολυεπίπεδης προστασίας από υπερτάσεις. Διεθνή πρότυπα όπως IEC 61643-11 (AC), IEC 61643-31 (DC/PV), και UL 1449 (Βόρεια Αμερική) ορίστε διαφορετικές κατηγορίες με βάση τις δοκιμαστικές κυματομορφές, την ενεργειακή ικανότητα και τη θέση εγκατάστασης.

Παρακάτω, αναλύουμε τους διαφορετικούς τύπους συσκευών προστασίας από υπερτάσεις (SPD) που θα συναντήσετε, με τους τεχνικούς τους ρόλους και τις οδηγίες εφαρμογής.

4.1 SPD τύπου 1 (IEC 61643-11, Κατηγορία I, 10/350 µs)

• Ορισμός: Σχεδιασμένο για την εκκένωση μερικού ρεύματος κεραυνού. Δοκιμασμένο με την κυματομορφή παλμού 10/350 µs (Iimp) που αντιπροσωπεύει άμεσο χτύπημα κεραυνού.

• Σημείο εγκατάστασης: Είσοδος υπηρεσίας, συνήθως ανάντη του κύριου πίνακα διανομής. Συχνά χρησιμοποιείται σε κτίρια εξοπλισμένα με εξωτερικό σύστημα αντικεραυνικής προστασίας (LPS).

• Βασικές παράμετροι:

  • Iimp (Ρεύμα ώθησης): ονομαστική χωρητικότητα ρεύματος κεραυνού.

  • Uc (Μέγιστη Συνεχής Τάση Λειτουργίας): Δεν εξασφαλίζει ζημιά κατά την κανονική λειτουργία.

  • Πάνω (Επίπεδο προστασίας τάσης): υπολειπόμενη τάση που παρατηρείται από κυκλώματα κατάντη.

• Τεχνολογία που χρησιμοποιείται: Διάκενα σπινθήρων, βαρέως τύπου MOV ή υβριδικά σχέδια.

• Περιπτώσεις χρήσης:

  • Βιομηχανικές εγκαταστάσεις, πύργοι τηλεπικοινωνιών, νοσοκομεία.

  • Ψηλά κτίρια σε περιοχές υψηλής πυκνότητας κεραυνών.

• Παράδειγμα: Ένα εργοστάσιο με αλεξικέραυνα στον τελευταίο όροφο θα απαιτήσει SPD τύπου 1 στην κύρια εισερχόμενη παροχή.

4.2 SPD τύπου 2 (IEC 61643-11, Κλάση II, 8/20 µs)

• Ορισμός: Χειρίζεται τις υπερτάσεις εναλλαγής και τα έμμεσα εφέ κεραυνού. Δοκιμασμένο με κυματομορφή ρεύματος 8/20 µs (In, Imax).

• Σημείο εγκατάστασης: Κύριοι ή δευτερεύοντες πίνακες διανομής εντός της εγκατάστασης.

• Βασικές παράμετροι:

  • Σε (ονομαστικό ρεύμα εκκένωσης): αντοχή σε πολλαπλές υπερτάσεις.

  • Imax (Μέγιστο ρεύμα εκφόρτισης): μέγιστη ικανότητα υπέρτασης.

  • Επάνω: πρέπει να συντονίζεται τόσο με το upstream Type 1 όσο και με το downstream Type 3.

• Τεχνολογία που χρησιμοποιείται: Μονάδες που βασίζονται σε MOV, που συχνά συνδέονται για εύκολη αντικατάσταση.

• Περιπτώσεις χρήσης:

  • Κατοικίες, κτίρια γραφείων, καταστήματα λιανικής.

  • Τυπική προστασία σε περιοχές με μέτριο κίνδυνο υπερτάσεων.

• Παράδειγμα: Ένα μικρό γραφείο χωρίς εξωτερικό LPS θα χρησιμοποιούσε τυπικά SPD τύπου 2 στην κύρια πλακέτα.

Θέλετε μια λεπτομερή ανάλυση; Διαβάστε τον πλήρη οδηγό μας: Τι είναι μια συσκευή προστασίας από υπερτάσεις τύπου 2;

4.3 SPD τύπου 3 (IEC 61643-11, Κλάση III, combo wave)

• Ορισμός: Λεπτή προστασία για τερματικό εξοπλισμό. Δοκιμασμένο με κύμα συνδυασμού (1,2/50 µs τάση + 8/20 µs ρεύμα).

• Σημείο εγκατάστασης: Όσο το δυνατόν πιο κοντά στην προστατευμένη συσκευή (πρίζα, είσοδος συσκευής).

• Βασικές παράμετροι:

  • Πάνω: πολύ χαμηλό επίπεδο σύσφιξης για προστασία ευαίσθητων φορτίων.

  • Πρέπει να χρησιμοποιείται σε συντονισμό με το upstream Type 2.

• Τεχνολογία που χρησιμοποιείται: MOV σε συνδυασμό με φίλτρα για επιπλέον εξασθένηση.

• Περιπτώσεις χρήσης:

  • Υπολογιστές, προγράμματα οδήγησης LED, ιατρικά ηλεκτρονικά είδη και συστήματα ελέγχου.

• Παράδειγμα: Ένα νοσοκομειακό μηχάνημα μαγνητικής τομογραφίας απαιτεί SPD τύπου 3 κοντά στη συσκευή, σε συνεργασία με το ανάντη Τύπου 2.

Μάθετε περισσότερα στο αφιερωμένο άρθρο μας: Τι είναι ένα προστατευτικό υπέρτασης τύπου 3;

4.4 Συνδυασμένα SPD T1+T2

• Ορισμός: Μια μεμονωμένη μονάδα SPD που δοκιμάστηκε για κυματομορφές και κατηγορίας I (10/350 µs) και κατηγορίας II (8/20 µs).

• Οφελος: Προστατεύει από άμεσο κεραυνό καθώς και από υπερτάσεις μεταγωγής σε μία συσκευή.

• Σημείο εγκατάστασης: Είσοδος υπηρεσίας όταν ο χώρος ή ο προϋπολογισμός περιορίζει πολλές συσκευές.

• Περιπτώσεις χρήσης:

  • Τα μεσαίου μεγέθους εμπορικά ή οικιστικά κτίρια χρειάζονται συμπαγείς λύσεις.

  • Τοποθεσίες όπου ο συντονισμός μεταξύ χωριστών Τύπου 1 και Τύπου 2 είναι δύσκολος.

• Παράδειγμα: Ο κεντρικός πίνακας διανομής ενός εμπορικού κέντρου μπορεί να εγκαταστήσει ένα T1+T2 SPD για να απλοποιήσει την προστασία.

4.5 T2+T3 Συνδυασμένα SPD

• Ορισμός: Οι υβριδικές συσκευές ελέγχονται για απόδοση Κατηγορίας II και Κατηγορίας III.

• Οφελος: Παρέχει προστασία τόσο σε επίπεδο διανομής όσο και σε τερματικό.

• Σημείο εγκατάστασης: Υποπίνακες κοντά σε ευαίσθητα φορτία, ειδικά εάν οι διαδρομές καλωδίων υπερβαίνουν τα 10 m.

• Περιπτώσεις χρήσης:

  • Κέντρα δεδομένων, δωμάτια διακομιστών, γραφεία βιομηχανικού ελέγχου.

• Παράδειγμα: Μια εργοστασιακή γραμμή αυτοματισμού με μεγάλες διαδρομές καλωδίων σε PLC μπορεί να χρησιμοποιήσει ένα T2+T3 SPD κοντά στα πάνελ PLC.

4.6 SPD τύπου 4 (UL 1449, μόνο Βόρεια Αμερική)

• Ορισμός (UL 1449): Τα συγκροτήματα εξαρτημάτων δεν προορίζονται ως αυτόνομες συσκευές αλλά ενσωματωμένα σε εξοπλισμό OEM.

• Υποκατηγορίες:

  • Συσκευές εξαρτημάτων τύπου 4 (CA): προσυσκευασμένα ανταλλακτικά SPD για κατασκευαστές.

  • Συστατικά τύπου 5: ακατέργαστα MOV ή GDT.

• Σημείο εγκατάστασης: Εσωτερικές συσκευές, τροφοδοτικά ή ειδικά κατασκευασμένα πάνελ.

• Περιπτώσεις χρήσης:

  • OEM που σχεδιάζουν εξοπλισμό με προστασία από υπερτάσεις.

  • Εξειδικευμένα βιομηχανικά εργαλεία στην αγορά της Βόρειας Αμερικής.

• Παράδειγμα: Ένας κατασκευαστής UPS ενσωματώνει συγκροτήματα SPD τύπου 4 στα προϊόντα του.

4,7 PV/DC SPD (IEC 61643-31, έως 1500 VDC)

• Ορισμός: Συσκευές προστασίας από υπερτάσεις σχεδιασμένες για φωτοβολταϊκά κυκλώματα και κυκλώματα συνεχούς ρεύματος.

• Πρότυπα δοκιμής: Το IEC 61643-31 καθορίζει απαιτήσεις για εφαρμογές DC.

• Σημείο εγκατάστασης: Κουτιά συνδυασμού φωτοβολταϊκών συστοιχιών, μετατροπείς και πίνακες διανομής DC.

• Βασικές παράμετροι:

  • Ucpv: ονομαστική συνεχής τάση Φ/Β (600 V, 1000 V, 1500 V).

  • In / Imax: χειρισμός ρεύματος υπέρτασης στην πλευρά DC.

  • Χρόνος απόκρισης: πρέπει να είναι αρκετά γρήγορος για μετατροπείς που βασίζονται σε ημιαγωγούς.

• Περιπτώσεις χρήσης:

  • Ηλιακά πάρκα σε κλίμακα χρησιμότητας, φωτοβολταϊκά συστήματα στον τελευταίο όροφο, εγκαταστάσεις αποθήκευσης μπαταριών.

• Παράδειγμα: Ένα ηλιακό πάρκο 1500 VDC θα χρειαστεί T1+T2 PV SPD σε κουτιά συνδυασμού και εισόδους μετατροπέα.

Επαγγελματική συμβουλή για τους αναγνώστες: Να χρησιμοποιείτε πάντα α συντονισμένο σύστημα SPD. Τύπος 1 στην είσοδο, Τύπος 2 σε υποπίνακες και Τύπος 3 κοντά σε κρίσιμα φορτία. Για φωτοβολταϊκά, προσθέστε SPD τύπου 2 ή T1+T2 DC όπως ορίζεται στο IEC 61643-31.

5. Συσκευές SPD τύπου 1 έναντι τύπου 2 έναντι συσκευών τύπου 3

Εάν θέλετε μια βαθύτερη κατάδυση, ελέγξτε το αποκλειστικό μας ιστολόγιο για αυτό το θέμα εδώ:
Διαφορά μεταξύ SPD τύπου 1, τύπου 2 και τύπου 3

Ακολουθεί μια γρήγορη σύγκριση που θα σας βοηθήσει να επιλέξετε τον σωστό τύπο SPD:

Επισκόπηση

• SPD τύπου 1 χειριστείτε άμεσους κεραυνούς υψηλής ενέργειας (10/350 µs).

• SPD τύπου 2 μετριάστε τις υπερτάσεις μεταγωγής και τις έμμεσες κρούσεις (8/20 µs).

• SPD τύπου 3 προστατεύστε τον ευαίσθητο εξοπλισμό στο τελευταίο μίλι (συνδυαστική κυματομορφή).

6. Πώς να εγκαταστήσετε και να συντονίσετε συσκευές προστασίας από υπερτάσεις (SPD)

Η σωστή εγκατάσταση είναι εξίσου σημαντική με την επιλογή των σωστών τύπων συσκευών προστασίας από υπερτάσεις (SPD). Η ακατάλληλη καλωδίωση ή ο κακός συντονισμός μπορεί να θέσουν σε κίνδυνο τα επίπεδα προστασίας, ακόμη και αν το ίδιο το SPD πληροί τα πρότυπα IEC ή UL. Με βάση τα πρότυπα IEC 61643-11, IEC 61643-31, UL 1449 και τις μηχανολογικές οδηγίες της εταιρείας μας, ακολουθούν οι βασικές βέλτιστες πρακτικές:

1. Κανόνας συντομότερης σύνδεσης

• Διατηρήστε όλα τα καλώδια σύνδεσης SPD όσο το δυνατόν πιο κοντά και ευθεία, ιδανικά ≤ 0,5 m (όπως συνιστάται στο τεχνικό μας εγχειρίδιο).

• Οι μακριές απαγωγές εισάγουν επαγωγική αύξηση τάσης, η οποία αυξάνει την υπολειπόμενη τάση (Up) που φαίνεται από τον προστατευμένο εξοπλισμό.

2. Σωστό μέγεθος αγωγού

• Χρησιμοποιήστε αγωγούς με μέγεθος σύμφωνα με τον τύπο SPD:

  • Τύπος 1 SPD: τουλάχιστον 16 mm² χαλκός (υψηλής ενέργειας κεραυνό ρεύμα, Iimp).

  • Τύπος 2 SPD: τουλάχιστον 6 mm² χαλκός.

  • Τύπος 3 SPD: ακολουθήστε τα δεδομένα του κατασκευαστή, συνήθως μικρότερες διατομές λόγω χαμηλότερου ρεύματος.

• Χρησιμοποιείτε πάντα χάλκινους αγωγούς με χαμηλή σύνθετη αντίσταση και αποφεύγετε τις απότομες στροφές.

3. Equipotential Bonding

• Όλα τα SPD πρέπει να συνδέονται με την ίδια κύρια ράβδο γείωσης ή σύστημα ισοδυναμικής σύνδεσης.

• Η συγκόλληση διασφαλίζει την ασφαλή εκφόρτιση της ενέργειας από κύμα στη γείωση, αποφεύγοντας επικίνδυνες διαφορές δυναμικού μεταξύ των κυκλωμάτων.

4. Συντονισμός ΕΕΠ

• Ιεραρχία Επιπέδου Προστασίας Τάσης (Πάνω): Τα ανοδικά SPD (Τύπος 1) θα πρέπει πάντα να έχουν υψηλότερη Ανώτερη από τα κατάντη SPD (Τύπος 2/3).

• Κανόνας απόστασης: Εάν το καλώδιο μεταξύ των SPD και των προστατευμένων φορτίων είναι μεγαλύτερο από 10 μέτρα, εγκαταστήστε ένα πρόσθετο κατάντη SPD (π.χ. Τύπος 3) για καλύτερη προστασία.

• Παράλληλος συντονισμός: Για προστασία πολλαπλών σταδίων (Τύπος 1 + Τύπος 2 + Τύπος 3), διασφαλίστε τη σωστή κατανομή ενέργειας έτσι ώστε καμία συσκευή να μην καταπονείται υπερβολικά.

5. Εφεδρική προστασία (OCPD)

• Χρησιμοποιείτε πάντα αποκλειστικές ασφάλειες ή διακόπτες κυκλώματος για την προστασία του ίδιου του SPD.

• Το εγχειρίδιο μας καθορίζει τις ονομασίες εφεδρικών ασφαλειών ανάλογα με το μοντέλο SPD και το Imax/Iimp.

• Το UL 1449 απαιτεί επίσης κατάλληλη προστασία υπερέντασης για την αποφυγή υπερθέρμανσης ή βλάβης του SPD κατά τη διάρκεια ακραίων συμβάντων.

Επαγγελματική συμβουλή: Ελέγχετε πάντα τη συμμόρφωση με IEC 61643-11 (AC SPDs), IEC 61643-31 (PV/DC SPDs), ή UL 1449 (Βόρεια Αμερική) ανάλογα με την περιοχή σας. Η σωστή εγκατάσταση και ο συντονισμός μεγιστοποιούν τη διάρκεια ζωής του SPD και διασφαλίζουν την ασφάλεια ολόκληρου του ηλεκτρικού συστήματος.

7. Συμπέρασμα

Οι τύποι των συσκευών προστασίας από υπερτάσεις δεν είναι εναλλάξιμοι — καθεμία παίζει μοναδικό ρόλο στην υπεράσπιση των ηλεκτρικών συστημάτων.

• Τύπος 1 ασπίδες έναντι των άμεσων κεραυνών.

• Τύπος 2 είναι η δύναμη για τους πίνακες διανομής.

• Τύπος 3 προστατεύει τα πιο ευαίσθητα ηλεκτρονικά σας.

• Συνδυασμοί και PV/DC SPD καλύπτουν εξειδικευμένες και ανανεώσιμες εφαρμογές.

Κατανοώντας τους τύπους SPD, τα πρότυπά τους και τους κανόνες εγκατάστασης, μπορείτε να σχεδιάσετε μια πολυεπίπεδη άμυνα που εξασφαλίζει ασφάλεια, ελαχιστοποιεί το χρόνο διακοπής λειτουργίας και προστατεύει τις επενδύσεις.