AC vs. DC ylijännitesuoja: mitä eroa on?

Ylijännitesuojaus on nykyaikaisten sähköjärjestelmien turvallisuuden ja käytettävyyden perusta. Oikean valinta Ylijännitesuojalaite (SPD) alkaa ymmärtämällä, kuinka AC- ja DC-järjestelmät käyttäytyvät eri tavalla transienteissa – erityisesti valokaaren sammutuksessa (AC nollaristeys vs. DC ei nollan ylitystä) ja komponenttien suunnittelussa (kaksisuuntaiset vs. yksisuuntaiset MOV:t). Tämä opas selittää eron AC SPD:n ja DC SPD:n välillä, kartoittaa sovellettavat IEC/UL-standardit ja näyttää, kuinka valita SPD, joka vastaa sovellus- ja vaatimustenmukaisuustarpeitasi.

1. Johdanto

Ohimenevät ylijännitteet, joita kutsutaan myös tehopiikeiksi, ovat lyhytkestoisia jännitepiikkejä, jotka voivat vahingoittaa tai tuhota herkkiä elektronisia laitteita. Nämä ylijännitepiikit voivat johtua salamaniskusta, verkon kytkentätoiminnoista, suuresta kuorman kytkemisestä tai induktiivisten laitteiden käynnistyksistä. SPD-laitteet, joita kutsutaan myös ylijännitesuojaksi tai ylijännitesuojaksi, on suunniteltu havaitsemaan ja ohjaamaan nämä piikit ennen kuin ne saavuttavat suojatun laitteen.

Mutta kaikkia ylikuormituksia - tai SPD:itä - ei luoda tasa-arvoisiksi. AC (Vaihtovirta) ja DC (Direct Current) -järjestelmät osoittavat hyvin erilaisia ​​sähköisiä käyttäytymismalleja ja vaativat sellaisenaan erilaisia ​​ylijännitesuojausmenetelmiä. Per IEC 61643-11/-31, SPD rajoittaa ylijännitejännitettä ja ohjaa ylijännitevirtaa nanosekuntien sisällä suojaten alavirran laitteita.

2. Mikä on AC ylijännitesuojaus?

AC ylijännitesuoja on suunniteltu sähköjärjestelmiin, joissa jännite vaihtuu ajoittain - tyypillisesti 50 Hz tai 60 Hz. Näitä järjestelmiä käytetään laajasti asuinkodeissa, liikerakennuksissa, tehtaissa ja teollisuusautomaatioverkoissa. Mukaan IEC 61643-11, AC SPD:t luokitellaan tyyppeihin 1, 2 ja 3, joista kukin on tarkoitettu eri asennuspisteisiin jakelujärjestelmän sisällä.

AC SPD:n tärkeimmät ominaisuudet

• Toimii yleisillä verkkojännitteillä, kuten 115 V, 230 V, 400 V ja jopa 690 V AC.

• Kaksisuuntainen toiminta AC-siniaaltojen napaisuuden vaihtamiseen.

• Kaaren sammuminen AC-aaltomuodon luonnollisten nollaristeysten kautta, mikä tekee katkaisemisesta turvallisempaa ja tehokkaampaa.

• Yleisesti käytetyt MOV:t (Metal Oxide Varistorit) absorboivat ylijänniteenergiaa; Tyypin 1 SPD:issä MOV:t yhdistetään usein GDT:ihin (Gas Discharge Tubes) tai kaarikammioihin kestämään suurienergisiä salamaimpulsseja (10/350 µs aaltomuotoja).

• Koordinointi ylävirran suojauksen (MCB tai sulake) kanssa vaaditaan; paras käytäntö on pitää SPD-johdon pituus mahdollisimman lyhyenä, mieluiten <0,5 m jäännösjännitteen minimoimiseksi.

SPD-tyypit AC-sovelluksiin

• Tyyppi 1 SPD – Asennettu huoltoon; kestää suoria salamavirtoja (Iimp 10/350 µs).

• Tyyppi 2 SPD – Asennettu jakelukeskuksiin; suojaa kytkentäpiikeiltä ja epäsuoralta salamaniskulta (In/Imax 8/20 µs).

• Tyyppi 3 SPD – Asennettu lähelle herkkiä laitteita; tarjoaa hienon suojan jäännösjännitteitä vastaan.

Tyypilliset sovellukset

• Päähuollon sisäänkäyntipaneelit (tyyppi 1)

• Rakennusten jakelukeskukset (tyyppi 2)

• Ohjauspaneelit teollisuusympäristöissä (tyyppi 2)

• Käyttöpiste- tai pistorasiatasoinen suojaus herkille AC-virtalähteille (tyyppi 3)

Esimerkki kohteesta Britec AC SPD tuote Alue

• BR-50GR (tyyppi 1): Mitoitettu Uc:lle 275/320/440 V, Iimp enintään 25 kA (10/350 µs); ihanteellinen sisäänkäynnin ukkossuojaukseen TN/TT-järjestelmissä.

• BR-12.5M (tyyppi 1+2 hybridi): Kestää sekä salamaimpulssin että kytkentäpiikit, joten se sopii teollisuustiloihin.

• BR-40 ja BR-30FU (tyyppi 2): mitoitettu Uc 275 V:lle, In 20 kA / Imax 40 kA (8/20 µs); BR-30FU sisältää varasulakkeen, mikä yksinkertaistaa asennusta ja parantaa turvallisuutta.

• BR-230/BR275-6 (tyyppi 3): Suunniteltu päätelaitteiden suojaamiseen, matalalla jäännösjännitteellä (Up ≤ 1,5 kV).

3. Mikä on DC-ylijännitesuojaus?

DC ylijännitesuoja on suunniteltu tasavirtajärjestelmiin, joissa sähkö virtaa yhteen suuntaan ilman luonnollisia nollapisteitä. Toisin kuin vaihtovirtajärjestelmät, jotka hyötyvät jaksoittaisesta jännitteenvaihdosta, DC-järjestelmät ovat ainutlaatuinen suunnitteluhaaste: valokaaret eivät sammu itsestään. Tämä tarkoittaa, että DC SPD:t vaativat tehokkaamman valokaaren sammutuksen, lämpökatkaisun ja mekaanisia laukaisumekanismeja turvallisuuden varmistamiseksi ja lämpökarkaamisen estämiseksi.

DC SPD:n tärkeimmät ominaisuudet

• Jännitteen arvot: Suunniteltu tyypillisesti 500 Vdc - 1500 Vdc, kattaa aurinkosähköjärjestelmät, akkuvarastojärjestelmät (BESS) ja DC-pikalatausverkot.

• Yksisuuntainen MOV-valinta: DC-napaisuuden huomioon ottamiseksi DC SPD:t käyttävät yksisuuntaisia ​​MOV-laitteita, mikä varmistaa oikean ylijännitekiinnityksen yksisuuntaiselle virrankulutukselle.

• Kaaren vaimennus: Koska tasavirralla ei ole nollakohtaa, DC SPD:t integroivat nopeasti toimivat lämpökatkaisijat, kaasupurkausputket (GDT) tai kaarikammiot vikavirtojen katkaisemiseksi turvallisesti.

• Korkean jännitteen käsittely: Rakennettu absorboimaan suurienergisiä jännitteitä, joiden In/Imax-arvot ovat jopa 20–40 kA (8/20 µs) ja tyypin 1+2 laitteet, jotka on mitoitettu Iimp-salamaimpulsseille.

• Vaatimustenmukaisuus ja sertifiointi:

  • On täytettävä IEC 61643-31 (PV DC SPD:t) tai UL 1449 (Pohjois-Amerikan tasavirtajärjestelmille, jopa 1500 Vdc).

  • Projektin tai alueellisten vaatimusten mukaan tuotteilla voi olla ylimääräisiä TÜV-, CB- tai UL-sertifikaatteja verkon vaatimustenmukaisuuden ja turvallisuusauditoinneille.

DC-ylijännitesuojauksen tyypilliset sovellukset

• Aurinkosähköjärjestelmät (jono- tai yhdistelmärasian suojaus, tyypillisesti 1000 Vdc tai 1500 Vdc).

• Battery Energy Storage Systems (BESS) verkko- tai mikrogrid-ratkaisuihin.

• Sähköajoneuvojen (EV) latausasemat, erityisesti DC-pikalataus.

• Televiestintätornit ja uusiutuvan energian järjestelmät (tuuliturbiinimuuntimet, hybridi-DC-verkot).

Esimerkkejä kohteesta Britecin DC SPD Alue

• BRPV3-1000 (tyyppi 1+2 DC SPD)

  • Nimellisjännite: Uc = 1000 Vdc

  • Nimellispurkausvirta: In = 20 kA

  • Suurin purkausvirta: Imax = 40 kA (8/20 µs)

  • Jännitesuojataso: Up ≤ 3,8 kV

  • Ominaisuudet: Lämpöerotin + etäsignalointi reaaliaikaiseen valvontaan.

• BRPV3-1500 (tyyppi 1+2 DC SPD)

  • Nimellisjännite: Uc = 1500 Vdc

  • Nimellispurkausvirta: In = 20 kA

  • Suurin purkausvirta: Imax = 40 kA

  • Jännitesuojataso: Up ≤ 4,5 kV

  • Ominaisuudet: Valokaarikammion suunnittelu + lämpökatkaisu, mikä varmistaa luotettavan toiminnan aurinkosähkölaitoksissa ja sähköajoneuvojen infrastruktuurissa.

4. Mitä eroa on AC- ja DC-ylijännitesuojalla?

Vaikka AC SPD ja DC SPD näyttävät ensi silmäyksellä samanlaisilta, niiden suunnitteluperiaatteet, standardit ja sovellusvaatimukset ovat hyvin erilaisia. Alla olevassa taulukossa on yhteenveto tärkeimmistä eroista AC SPD:n ja DC SPD:n välillä:

4.1 Sähkövirran ominaisuudet: AC vs. DC

AC vaihtaa suuntaa ajoittain (siniaalto), mikä mahdollistaa luonnolliset nollapisteet. DC virtaa yhteen suuntaan jatkuvasti (tasainen aaltomuoto), mikä tekee valokaaren sammuttamisesta paljon haastavampaa.

Merkitys:

AC SPD:t hyötyvät nollaristeyksestä kaaren katkaisussa, kun taas DC SPD:t vaativat vankempia kaaren vaimennusmekanismeja aaltomuodon ominaisuuksien vuoksi.

4.2 Ylijänniteaaltomuoto

• AC-piikeillä on usein tasaisempi, sinimuotoinen aaltomuoto.
• Tasavirtapiikit ovat lyhyempiä, nopeampia ja äkillisempiä tasaisella yläjännitteellä

Vastausajan tarve:

DC SPD:t vaativat tyypillisesti nopeampia vasteaikoja (≤25n) suojatakseen nopeilta transienteilta.

4.3 SPD:n suunnittelu ja toimintaperiaatteet

• AC SPD: Suunniteltu symmetriselle jännitteen polariteetille ja siniaaltotulolle
• DC SPD: Suunniteltu napaisuusherkille piireille ja yksisuuntaiselle virrankulutukselle

Käytetty tekniikka: Sekä AC- että DC SPD-laitteet käyttävät yleensä MOV:ia (metallioksidivaristoreita), lämpökatkaisijoita ja joskus GDT:itä (kaasupurkausputkia). Ymmärtääksesi kuinka nämä komponentit toimivat ylijännitesuojalaitteen sisällä, katso yksityiskohtainen opas miten SPD toimii.

4.4 Nimellisjännitteet ja ylijännitekapasiteetti

• AC SPD:t: Alue 115 V - 600 V
• DC SPD:t: 500 V - 1500 V

Esimerkki:

DC SPD FLY1-40PV käsittelee jopa 40kA; AC SPD USP2 -virta on jopa 120 kA mallista riippuen.

4.5 Sovellusympäristöt

• AC SPD: Toimistot, kodit, LVI, ohjauspaneelit
• DC SPD: Uusiutuva energia, ulkoilu, liikennejärjestelmät

Ympäristön sietokyky:

DC SPD:t tukevat yleensä laajempia lämpötila-alueita ja suhteellista kosteutta ulkosovelluksista johtuen.

4.6 Valokaarisammutus

• AC: Valokaari sammuu luonnollisesti nollapisteessä
• DC: Vaatii mekaanista/termistä valokaaren sammuttamista, koska napaisuuden vaihto ei ole mahdollista.

Miksi sillä on merkitystä:

Riittämätön valokaaren vaimennus DC-ylijännitesuojassa voi johtaa lämpökarkaamiseen ja tulipaloon.

4.7 Standardit, testaus ja sertifiointi

• AC SPD -standardit: UL 1449, IEC 61643-11 (tyyppi 1, 2, 3)
• DC SPD -standardit: EN 50539-11, IEC 61643-31, UL 1449 (PV, BESS, EV-tarkennus)

Esimerkki:

Ylijännitesuojausluokka on tarkistettava TUV-sertifioiduilla SPD-tarroilla verkon yhteensopivuuden varmistamiseksi.

5. Oikean SPD:n valitseminen

Oikean ylijännitesuojalaitteen (SPD) valinnassa ei ole kyse vain jännitteestä – se edellyttää myös asennuspaikkaa, suojauksen koordinointia ja kansainvälisten standardien noudattamista. Tässä ovat tärkeimmät huomioitavat tekijät:

1. Yhdistä SPD järjestelmäsi jännitteeseen

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

  • 230/400 V (TN/TT-verkot): Valitse Uc 275 V mallit.

  • Esimerkki: Britec BR-40/30FU – Tyyppi 2 SPD, Uc 275 V, In 20 kA, Imax 40 kA, integroidulla sulakkeella varavirtasuojaa varten.

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

  • 600 Vdc, 1000 Vdc tai 1500 Vdc ryhmät: Valitse sopiva DC Uc -luokitus.

  • Esimerkki: Britec BRPV3-1000 (Uc 1000 Vdc) tai BRPV3-1500 (Uc 1500 Vdc) – Tyyppi 1+2 DC SPD:tä PV-yhdistimelle ja inverttereille.

Kärki: Tarkista aina, että SPD:n Uc (jatkuva käyttöjännite) on ≥ 1,2 × nimellinen järjestelmän jännite, jotta vältytään ennenaikaisesta vanhenemisesta.

2. Käytä oikeaa suojausluokkaa (tyyppiä) jokaiselle asennustasolle

• Tyyppi 1 (10/350 µs salamavirta)

  • Asennettu huoltoon / pääjakoon.

  • Kestää suoria salamavirtoja.

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

• Tyyppi 2 (8/20 µs kytkentäpiikit)

  • Asennettu lattianjakotauluihin.

  • Suojaa kytkentäpiikeiltä ja jäännössalmavirroilta.

  • Esimerkki: BR-40/30FU Type 2 SPD (integroidulla erottimella).

• Tyyppi 3 (käyttöpiste)

  • Asennettu lähelle herkkiä laitteita (tietokoneet, palvelimet, lääketieteelliset laitteet).

  • Suojaa jäännöspiikkeiltä, ​​joita ylävirran SPD:t eivät kiinnitä.

Tekninen sääntö: Jos kaapelin pituus kahden suojausasteen välillä on >10 m, asenna lisää SPD:t molempiin päihin koordinoinnin varmistamiseksi.

3. Varmista yhteensopivuus katkaisijoiden ja sulakkeiden kanssa

• SPD:t on koordinoitava ylävirran MCB/RCB/varasulakkeiden kanssa.

• Jotkut mallit, esim Britec BR-40/30FU, integroi lämpöerottimet ja varasuojaus, mikä vähentää tilaa ja kustannuksia.

4. Standardien noudattaminen

• AC SPD:t: IEC 61643-11, UL 1449

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

Varmista aina, että SPD:llä on asianmukaiset CE-, UL- tai IEC-testisertifikaatit, erityisesti kansainvälisissä projekteissa.

Key Takeaway

Oikean SPD:n valitseminen tarkoittaa jännitteen sovittamista, oikean tyypin valintaa asennustasolle, asianmukaisen koordinaation varmistamista ja IEC/UL-standardien noudattamista.

Kanssa Britecin portfolio (BR-12.5M, BR-40/30FU, BRPV3-1000, BRPV3-1500), voit kattaa asuin-, liike-, teollisuus- ja aurinkosähkösovellukset sertifioidulla, tehokkaalla ylijännitesuojalla.

6. Johtopäätös

AC- ja DC-ylijännitesuojalaitteet voivat näyttää samanlaisilta, mutta ne palvelevat pohjimmiltaan erilaisia ​​järjestelmiä. AC SPD:t on optimoitu rakennusten ja verkkojen siniaaltosovelluksiin. DC SPD:t on räätälöity tasajännitteisille aaltomuodoille uusiutuvissa ja korkeajännitteisissä DC-infrastruktuureissa.

Oikean SPD:n valinta on olennaista laitteiden suojaamiseksi ja turvallisuusstandardien noudattamiseksi.

Optimaalisen suojan varmistamiseksi:

• Yhdistä aina SPD-tyyppi nykyiseen järjestelmään (AC tai DC)
• Ota huomioon jännite, aaltomuodon ominaisuudet ja vaadittu energian absorptiokyky.
• Valitse sertifioidut tuotteet (TUV, UL, CE), joilla on asianmukainen ylijännitesuojausluokka.

Tarvitsetko apua SPD:n valinnassa? Ota yhteyttä valtuutettuun sähköalan ammattilaiseen tai ylijännitesuojan toimittajaan löytääksesi oikean DC-ylijännitesuojan tai AC-ylijännitesuojaratkaisun järjestelmällesi.