Erityyppiset ylijännitesuojalaitteet (SPD)

1. Johdanto

Virtapiikit ovat hiljaisia ​​tappajia nykyaikaisissa sähköjärjestelmissä. Asuinelektroniikasta teollisuusautomaatioon ja aurinkovoimaloihin, jopa yksittäinen ohimenevä ylijännite voi aiheuttaa seisokkeja, kalliita korjauksia tai laitevikoja. Ratkaisu? Ylijännitesuojalaitteet (SPD).

Tässä oppaassa erittelemme erityyppisiä ylijännitesuojalaitteita, selitämme niiden toiminnan ja vertaamme niiden sovelluksia. Loppujen lopuksi tiedät tarkalleen, mitkä SPD-tyypit sopivat järjestelmääsi – onko kyseessä koti-, datakeskus- tai aurinkosähköasennus.

2. Mitä ovat ylijännitesuojalaitteet?

A Ylijännitesuojalaite (SPD) on sähköjärjestelmään asennettu turvakomponentti, joka rajoittaa salamaniskujen, kytkentätapahtumien tai sähkönjakeluhäiriöiden aiheuttamia transientteja ylijännitteitä. Se toimii ohjaamalla ylijänniteenergiaa turvallisesti maahan ja suojaamalla kytkettyjä laitteita.

Ajattele SPD:tä paineenalennusventtiilinä: se ei estä aaltovirtausta, mutta se kanavoi ylimääräisen energian pois herkästä elektroniikasta.

3. Kuinka ylijännitesuoja toimii?

SPD:t perustuvat komponentteihin, kuten metallioksidivaristorit (MOV), kaasupurkausputket (GDT) ja kipinävälit. Kun jännite ylittää turvallisen kynnysarvon (Uc), SPD siirtyy johtamistilaan ja kiinnittää ylijännitteen alempaan jäännösjännitteeseen (Up).

Ymmärrettävät keskeiset parametrit:

• Uc (maksimi jatkuva käyttöjännite): normaali jännite, jonka SPD pystyy käsittelemään.

• Ylös (jännitesuojaustaso): puristusjännite, jonka alavirran laitteet “näkevät”.”

• In / Imax (nimellinen ja suurin purkausvirta): kuinka paljon ylijännitevirtaa laite voi absorboida.

• Iimp (impulssivirta): tyypillinen tyypille 1, mikä edustaa salamaniskun aaltomuotoja.

4. Ylijännitesuojalaitteiden tyypit

SPD-tyyppien ymmärtäminen on avain kerroksellisen ylijännitesuojan suunnittelussa. Kansainväliset standardit, mm IEC 61643-11 (AC), IEC 61643-31 (DC/PV), ja UL 1449 (Pohjois-Amerikka) määrittää eri luokat testiaaltomuotojen, energiakapasiteetin ja asennuspaikan perusteella.

Alla erittelemme kohtaamasi erityyppiset ylijännitesuojalaitteet (SPD:t) niiden teknisillä rooleilla ja sovellusohjeilla.

4.1 Tyypin 1 SPD:t (IEC 61643-11, luokka I, 10/350 µs)

• Määritelmä: Suunniteltu purkamaan osittaista salamavirtaa. Testattu 10/350 µs impulssiaaltomuodolla (Iimp), joka edustaa suoraa salamaniskua.

• Asennuspiste: Palvelun sisäänkäynti, tyypillisesti pääjakotaulun ylävirtaan. Käytetään usein rakennuksissa, joissa on ulkoinen Lightning Protection System (LPS).

• Pääparametrit:

  • Iimp (Impulssivirta): nimellinen salamavirran kapasiteetti.

  • Uc (Maximum Continuous Operating Voltage): varmistaa, ettei vaurioita normaalin käytön aikana.

  • Up (Voltage Protection Level): jäännösjännite, joka näkyy alavirran piireissä.

• Käytetty tekniikka: Kipinävälit, raskaat MOV:t tai hybridimallit.

• Käyttötapaukset:

  • Teollisuustilat, teletornit, sairaalat.

  • Korkeat rakennukset alueilla, joissa salama tiheys on suuri.

• Esimerkki: Tehdas, jossa on ukkosenjohtimet katolla, tarvitsee tyypin 1 SPD:t pääsaapuvassa syöttölaitteessa.

4.2 Tyypin 2 SPD:t (IEC 61643-11, luokka II, 8/20 µs)

• Määritelmä: Käsittelee kytkentäpiikit ja epäsuorat salamaefektit. Testattu 8/20 µs virran aaltomuodolla (In, Imax).

• Asennuspiste: Pää- tai alajakelulevyt laitoksen sisällä.

• Pääparametrit:

  • In (nimellinen purkausvirta): kestävyys useissa jännitteissä.

  • Imax (Maximum Discharge Current): suurin ylijännitekyky.

  • Ylös: täytyy koordinoida sekä ylävirran tyypin 1 että alavirran tyypin 3 kanssa.

• Käytetty tekniikka: MOV-pohjaiset moduulit, usein kytkettävissä vaihtamisen helpottamiseksi.

• Käyttötapaukset:

  • Asuintalot, toimistorakennukset, vähittäiskaupat.

  • Normaali suojaus alueilla, joilla on kohtalainen ylijänniteriski.

• Esimerkki: Pieni toimisto ilman ulkoista LPS:ää käyttäisi tyypillisesti tyypin 2 SPD:itä emolevyssä.

Haluatko yksityiskohtaisen erittelyn? Lue koko oppaamme: Mikä on tyypin 2 ylijännitesuojalaite?

4.3 Tyypin 3 SPD:t (IEC 61643-11, luokka III, yhdistelmäaalto)

• Määritelmä: Päätelaitteiden hienosuojaus. Testattu yhdistelmäaalolla (1,2/50 µs jännite + 8/20 µs virta).

• Asennuspiste: Mahdollisimman lähellä suojattua laitetta (pistorasia, laitteen tulo).

• Pääparametrit:

  • Ylös: erittäin alhainen puristustaso suojaamaan herkkiä kuormia.

  • On käytettävä yhdessä ylävirran tyypin 2 kanssa.

• Käytetty tekniikka: MOV:t yhdistettynä suodattimiin lisävaimennusta varten.

• Käyttötapaukset:

  • Tietokoneet, LED-ajurit, lääketieteellinen elektroniikka ja ohjausjärjestelmät.

• Esimerkki: Sairaalan MRI-laite vaatii tyypin 3 SPD:n laitteen lähellä, joka toimii yhdessä ylävirran tyypin 2 kanssa.

Lue lisää omistetusta artikkelistamme: Mikä on tyypin 3 ylijännitesuoja?

4.4 T1+T2-yhdistelmä SPD:t

• Määritelmä: Yksi SPD-yksikkö, joka on testattu sekä luokan I (10/350 µs) että luokan II (8/20 µs) aaltomuodoille.

• Edut: Suojaa suoralta salamalta sekä kytkentäpiikeiltä yhdessä laitteessa.

• Asennuspiste: Palvelun sisäänpääsy, kun tila tai budjetti rajoittaa useita laitteita.

• Käyttötapaukset:

  • Keskikokoiset liike- tai asuinrakennukset tarvitsevat kompakteja ratkaisuja.

  • Sivustot, joissa erillisten tyypin 1 ja tyypin 2 välinen koordinointi on vaikeaa.

• Esimerkki: Kauppakeskuksen pääkeskukseen voidaan asentaa T1+T2 SPD suojauksen yksinkertaistamiseksi.

4,5 T2+T3-yhdistelmä SPD:tä

• Määritelmä: Hybridilaitteiden luokan II ja luokan III suorituskyky on testattu.

• Edut: Tarjoaa sekä jakelutason että terminaalin suojauksen.

• Asennuspiste: Alapaneelit lähellä herkkiä kuormia, erityisesti jos kaapelin pituus ylittää 10 m.

• Käyttötapaukset:

  • Palvelinkeskukset, palvelinhuoneet, teollisuuden ohjauskaapit.

• Esimerkki: Tehdasautomaatiolinja, jossa on pitkät kaapelit PLC:iin, voi käyttää T2+T3 SPD:tä PLC-paneelien lähellä.

4.6 Tyypin 4 SPD:t (UL 1449, vain Pohjois-Amerikka)

• Määritelmä (UL 1449): Komponenttikokoonpanot, joita ei ole tarkoitettu erillisiksi laitteiksi, vaan ne on integroitu OEM-laitteisiin.

• Alaluokat:

  • Type 4 Component Assemblies (CA): valmiiksi pakatut SPD-osat valmistajille.

  • Tyypin 5 komponentit: raaka-MOV tai GDT.

• Asennuspiste: Koneiden, virtalähteiden tai mittatilaustyönä valmistettujen paneelien sisällä.

• Käyttötapaukset:

  • OEM-valmistajat, jotka suunnittelevat ylijännitesuojattuja laitteita.

  • Erikoistuneet teollisuuslaitteet Pohjois-Amerikan markkinoille.

• Esimerkki: UPS-valmistaja integroi tyypin 4 SPD-kokoonpanoja tuotteisiinsa.

4.7 PV/DC SPD (IEC 61643-31, jopa 1500 VDC)

• Määritelmä: Ylijännitesuojalaitteet, jotka on suunniteltu aurinkosähkö- ja tasavirtapiireihin.

• Testistandardit: IEC 61643-31 määrittelee vaatimukset tasavirtasovelluksille.

• Asennuspiste: PV-ryhmäyhdistimet, invertterit ja DC-jakelulevyt.

• Pääparametrit:

  • Ucpv: nimellinen jatkuva PV-jännite (600 V, 1000 V, 1500 V).

  • In / Imax: ylijännitesuoja DC-puolella.

  • Vasteaika: on oltava riittävän nopea puolijohdepohjaisille inverttereille.

• Käyttötapaukset:

  • Sähkömittakaavaiset aurinkovoimalat, kattosähköjärjestelmät, akkuvarastot.

• Esimerkki: Tarvitaan 1500 VDC aurinkovoimala T1+T2 PV SPD:t yhdistelmälaatikoissa ja invertterituloissa.

Provinkki lukijoille: Käytä aina a koordinoitu SPD-järjestelmä. Tyyppi 1 sisäänkäynnissä, tyyppi 2 alapaneeleissa ja tyyppi 3 lähellä kriittisiä kuormia. Lisää PV:tä varten tyypin 2 tai T1+T2 DC SPD:t standardin IEC 61643-31 mukaisesti.

5. Tyypin 1 vs tyypin 2 vs tyypin 3 SPD-laitteet

Jos haluat syvempää sukellusta, tutustu tätä aihetta käsittelevään blogiimme täällä:
Ero tyypin 1, tyypin 2 ja tyypin 3 SPD:n välillä

Tässä on nopea vertailu, joka auttaa sinua valitsemaan oikean SPD-tyypin:

Yleiskatsaus

• Tyypin 1 SPD:t käsittelemään suurienergisiä, suoria salamaniskuja (10/350 µs).

• Tyyppi 2 SPD vaimentaa kytkentäpiikkejä ja epäsuoria lakkoja (8/20 µs).

• Tyyppi 3 SPD suojaa herkkiä laitteita viimeisellä maililla (yhdistelmäaaltomuoto).

6. Ylijännitesuojalaitteiden (SPD) asentaminen ja koordinointi

Oikea asennus on yhtä tärkeää kuin oikeantyyppisten ylijännitesuojalaitteiden (SPD) valinta. Virheellinen johdotus tai huono koordinointi voi vaarantaa suojaustasot, vaikka SPD itse täyttäisi IEC- tai UL-standardit. Tässä ovat tärkeimmät parhaat käytännöt standardien IEC 61643-11, IEC 61643-31, UL 1449 ja yrityksemme suunnitteluohjeiden perusteella:

1. Lyhyin yhteyssääntö

• Pidä kaikki SPD-liitäntäjohdot mahdollisimman lyhyinä ja suorina, mieluiten ≤ 0,5 m (kuten teknisessä ohjekirjassamme suositellaan).

• Pitkät johdot lisäävät induktiivista jännitteen nousua, mikä lisää suojatun laitteen näkemää jäännösjännitettä (Up).

2. Oikea johtimen koko

• Käytä SPD-tyypin mukaan mitoitettuja johtimia:

  • Tyyppi 1 SPD: vähintään 16 mm² kuparia (suurienerginen salamavirta, Iimp).

  • Tyyppi 2 SPD: vähintään 6 mm² kuparia.

  • Tyyppi 3 SPD: noudata valmistajan tietoja, tyypillisesti pienempiä poikkileikkauksia pienemmän virran vuoksi.

• Käytä aina alhaisen impedanssin omaavia kuparijohtimia ja vältä jyrkkiä mutkia.

3. Potentiaalin tasaus

• Kaikki SPD:t on kytkettävä samaan päämaadoituspalkkiin tai potentiaalintasausjärjestelmään.

• Liimaus varmistaa, että ylijännite puretaan turvallisesti maahan, jolloin vältetään vaaralliset potentiaalierot piirien välillä.

4. SPD-koordinointi

• Jännitesuojaustaso (ylös) Hierarkia: Ylävirran SPD:illä (tyyppi 1) tulee aina olla korkeampi Ylös kuin alavirran SPD:llä (tyyppi 2/3).

• Etäisyyssääntö: Jos SPD:n ja suojattujen kuormien välinen kaapeli on pidempi kuin 10 m, asenna ylimääräinen alavirtaan SPD (esim. tyyppi 3) paremman suojan saamiseksi.

• Rinnakkaiskoordinaatio: Monivaiheisessa suojauksessa (tyyppi 1 + tyyppi 2 + tyyppi 3) on varmistettava oikea energian jakautuminen, jotta yksittäinen laite ei ylikuormitu.

5. Back-Up Protection (OCPD)

• Käytä aina erityisiä sulakkeita tai katkaisijoita suojaamaan itse SPD:tä.

• Käsikirjassamme määritellään varasulakkeiden arvot SPD-mallista ja Imax/Iimp-mallista riippuen.

• UL 1449 edellyttää myös asianmukaista ylivirtasuojausta SPD:n ylikuumenemisen tai vian estämiseksi äärimmäisissä tapahtumissa.

Provinkki: Tarkista aina, että noudatetaan IEC 61643-11 (AC SPD:t), IEC 61643-31 (PV/DC SPD), tai UL 1449 (Pohjois-Amerikka) alueestasi riippuen. Oikea asennus ja koordinointi maksimoivat SPD:n käyttöiän ja takaavat koko sähköjärjestelmän turvallisuuden.

7. Johtopäätös

Ylijännitesuojalaitteiden tyypit eivät ole keskenään vaihdettavissa – jokaisella on ainutlaatuinen rooli sähköjärjestelmien suojaamisessa.

• Tyyppi 1 suojat suorilta salamaniskuilta.

• Tyyppi 2 on jakelukeskusten työhevonen.

• Tyyppi 3 suojaa herkimpiä elektroniikkaasi.

• Yhdistelmät ja PV/DC SPD:t kattaa erikoistuneet ja uusiutuvat sovellukset.

Ymmärtämällä SPD-tyypit, niiden standardit ja asennussäännöt voit suunnitella kerroksellisen suojan, joka takaa turvallisuuden, minimoi seisokit ja suojaa investointeja.