AC vs. DC túlfeszültségvédelem: mi a különbség?

A túlfeszültségvédelem alapvető fontosságú a modern elektromos rendszerek biztonsága és üzemideje szempontjából. A megfelelő választás Túlfeszültség-védelmi eszköz (SPD) azzal kezdődik, hogy megértjük, hogyan viselkednek eltérően a váltakozó áramú és egyenáramú rendszerek tranziensek alatt – különösen az ívkioltás (váltóáramú nulla-keresztezés vagy egyenáram nulla-átlépés nélkül) és a komponensek tervezése (kétirányú és egyirányú MOV-ok) esetén. Ez az útmutató elmagyarázza a különbséget az AC SPD és a DC SPD között, leképezi az alkalmazandó IEC/UL szabványokat, és bemutatja, hogyan válasszon olyan SPD-t, amely megfelel az alkalmazási és megfelelőségi igényeinek.

1. Bevezetés

A tranziens túlfeszültségek, más néven túlfeszültségek, rövid ideig tartó feszültségugrások, amelyek károsíthatják vagy tönkretehetik az érzékeny elektronikus berendezéseket. Ezeket a túlfeszültségeket villámcsapás, hálózatkapcsolási műveletek, nagy terhelések kapcsolása vagy induktív berendezések indítása okozhatja. Az SPD eszközöket, amelyeket túlfeszültség-levezetőknek vagy túlfeszültség-levezetőknek is neveznek, úgy tervezték, hogy észleljék és eltereljék ezeket a tüskéket, mielőtt azok elérnék a védett berendezéseket.

De nem minden túlfeszültség – vagy SPD – egyenlő. Az AC (váltakozó áramú) és egyenáramú (egyenáramú) rendszerek nagyon eltérő elektromos viselkedést mutatnak, és mint ilyenek, eltérő túlfeszültség-védelmi megközelítést igényelnek. Per IEC 61643-11/-31, az SPD korlátozza a túlfeszültséget, és nanoszekundumokon belül eltéríti a túlfeszültséget, védve a későbbi berendezéseket.

2. Mi az AC túlfeszültségvédelem?

AC túlfeszültség elleni védelem Olyan elektromos rendszerekhez készült, ahol a feszültség időszakosan váltakozik – jellemzően 50 Hz vagy 60 Hz. Ezeket a rendszereket széles körben használják lakóházakban, kereskedelmi épületekben, gyárakban és ipari automatizálási hálózatokban. Szerint IEC 61643-11, az AC SPD-ket 1., 2. és 3. típusba sorolják, mindegyiket az elosztórendszeren belüli más-más telepítési ponthoz szánják.

Az AC SPD-k főbb jellemzői

• Általános hálózati feszültségeken, például 115 V, 230 V, 400 V és 690 V AC-ig működik.

• Kétirányú működés az AC szinuszhullámok polaritásváltásának kezelésére.

• Ívkioltás a váltakozó áramú hullámforma természetes zéró kereszteződései révén, ami biztonságosabbá és hatékonyabbá teszi a leválasztást.

• Általánosan használt MOV-ok (fémoxid-varisztorok) a túlfeszültség elnyelésére; Az 1-es típusú SPD-kben a MOV-okat gyakran GDT-kkel (Gas Discharge Tubes) vagy ívkamrákkal kombinálják, hogy ellenálljanak a nagyenergiájú villámimpulzusoknak (10/350 µs hullámformák).

• Összehangolás a felfelé irányuló védelemmel (MCB vagy biztosíték) szükséges; A legjobb gyakorlat az, hogy az SPD vezeték hosszát a lehető legrövidebbre kell tartani, ideális esetben <0,5 m-re, a maradékfeszültség minimalizálása érdekében.

SPD típusok váltakozó áramú alkalmazásokhoz

• 1. típusú SPD – Szervizbejárathoz szerelve; ellenáll a közvetlen villámáramoknak (Iimp 10/350 µs).

• 2. típusú SPD – Elosztótáblákra szerelve; véd a kapcsolási túlfeszültségtől és a közvetett villámtól (In/Imax 8/20 µs).

• 3. típusú SPD – Érzékeny berendezések közelében telepítve; finom védelmet nyújt a maradék túlfeszültség ellen.

Tipikus alkalmazások

• Fő szervizbejárati panelek (1. típus)

• Épületelosztó táblák (2. típus)

• Vezérlőpanelek ipari környezetben (2. típus)

• Használati pont vagy aljzat szintű védelem az érzékeny váltakozó áramú eszközökhöz (3. típus)

Példa innen Britec AC SPD termék Hatótávolság

• BR-50GR (1. típus): Névleges Uc 275/320/440 V, Iimp 25 kA-ig (10/350 µs); ideális bejárati villámvédelemhez TN/TT rendszerekben.

• BR-12.5M (1+2 típusú hibrid): Villámimpulzusokat és kapcsolási túlfeszültségeket is kezeli, így ipari létesítményekhez is alkalmas.

• BR-40 és BR-30FU (2. típus): névleges Uc 275 V, In 20 kA / Imax 40 kA (8/20 µs); a BR-30FU biztonsági biztosítékot tartalmaz, ami leegyszerűsíti a telepítést és javítja a biztonságot.

• BR-230/BR275-6 (3. típus): Végberendezések védelmére, alacsony maradékfeszültséggel (Fel ≤ 1,5 kV).

3. Mi az a DC túlfeszültség-védelem?

DC túlfeszültség védelem Egyenáramú rendszerekhez készült, ahol az elektromos áram egyetlen irányban áramlik, természetes nulla-átlépés nélkül. Az időszakos feszültségváltás előnyeit élvező váltakozó áramú rendszerekkel ellentétben az egyenáramú rendszerek egyedülálló mérnöki kihívást jelentenek: az ívek nem aludnak ki maguktól. Ez azt jelenti, hogy az egyenáramú SPD-k robusztusabb ívoltást, termikus leválasztást és mechanikus kioldómechanizmusokat igényelnek a biztonság biztosítása és a termikus kifutás megakadályozása érdekében.

A DC SPD-k főbb jellemzői

• Névleges feszültség: Jellemzően 500 V-1500 V DC feszültséghez tervezték, lefedi a napelemes tömböket, az akkumulátortároló rendszereket (BESS) és az egyenáramú gyorstöltő hálózatokat.

• Egyirányú MOV kiválasztás: Az egyenáramú polaritáshoz az egyenáramú SPD-k egyirányú MOV-okat használnak, biztosítva a megfelelő túlfeszültség-lekötést az egyirányú áramáramláshoz.

• Ív elnyomás: Mivel az egyenáramból hiányzik a nulla keresztezés, az egyenáramú SPD-k gyors működésű hőleválasztókat, gázkisülési csöveket (GDT) vagy ívkamrákat integrálnak a hibaáramok biztonságos megszakításához.

• Nagy túlfeszültség kezelése: Nagy energiájú túlfeszültségek elnyelésére tervezték, akár 20–40 kA (8/20 µs) In/Imax névleges értékkel és 1+2 típusú eszközökkel, amelyek Iimp villámimpulzusra lettek méretezve.

• Megfelelőség és tanúsítás:

  • Meg kell felelnie az IEC 61643-31 (PV DC SPD-khez) vagy UL 1449 (Észak-Amerika egyenáramú rendszereihez 1500 V DC-ig).

  • A projekttől vagy a regionális követelményektől függően a termékek további TÜV-, CB- vagy UL-tanúsítvánnyal rendelkezhetnek a hálózati megfelelőség és a biztonsági auditok tekintetében.

Az egyenáramú túlfeszültség-védelem tipikus alkalmazásai

• Napelemes PV tömbök (sztring vagy kombinálódoboz védelem, jellemzően 1000 Vdc vagy 1500 Vdc).

• Akkumulátoros energiatároló rendszerek (BESS) grid-méretű vagy mikrogrid megoldásokhoz.

• Elektromos jármű (EV) töltőállomások, különösen egyenáramú gyorstöltés.

• Távközlési tornyok és megújuló energiarendszerek (szélturbina-átalakítók, hibrid egyenáramú hálózatok).

Példák innen Britec DC SPD-je Hatótávolság

• BRPV3-1000 (1+2. típusú DC SPD)

  • Névleges feszültség: Uc = 1000 Vdc

  • Névleges kisülési áram: In = 20 kA

  • Maximális kisülési áram: Imax = 40 kA (8/20 µs)

  • Feszültségvédelmi szint: Up ≤ 3,8 kV

  • Jellemzők: Hőszakaszoló + távjelzés a valós idejű monitorozáshoz.

• BRPV3-1500 (1+2. típusú DC SPD)

  • Névleges feszültség: Uc = 1500 Vdc

  • Névleges kisülési áram: In = 20 kA

  • Maximális kisülési áram: Imax = 40 kA

  • Feszültségvédelmi szint: Up ≤ 4,5 kV

  • Jellemzők: Ívkamra kialakítás + hőlezárás, megbízható működést biztosítva PV erőművekben és elektromos járművek infrastruktúrájában.

4. Mi a különbség a váltóáramú és egyenáramú túlfeszültség-védelem között?

Bár az AC SPD-k és az egyenáramú SPD-k első pillantásra hasonlónak tűnnek, tervezési elveik, szabványaik és alkalmazási követelményeik nagyon eltérőek. Az alábbi táblázat összefoglalja az AC SPD és a DC SPD közötti főbb különbségeket:

4.1 Elektromos áramjellemzők: AC vs. DC

Az AC periodikusan megfordítja az irányt (szinuszhullám), lehetővé téve a természetes nulla-keresztezési pontokat. Az egyenáram egy irányban áramlik folyamatosan (lapos hullámforma), így az ívoltás sokkal nagyobb kihívást jelent.

Következmény:

Az AC SPD-k számára előnyös a nulla keresztezés az ív megszakítására, míg az egyenáramú SPD-k robusztusabb ívelnyomó mechanizmusokat igényelnek a hullámforma jellemzői miatt.

4.2 Surge Waveform

• Az AC túlfeszültségek gyakran simább, szinuszos hullámformájúak.
• Az egyenáramú túlfeszültségek lapos felső feszültség mellett rövidebbek, gyorsabbak és hirtelenebbek

Válaszidőigény:

Az egyenáramú SPD-k általában gyorsabb válaszidőt (≤25n) igényelnek a gyors tranziensek elleni védelem érdekében.

4.3 Az SPD-k tervezése és működési elvei

• AC SPD: Szimmetrikus feszültségpolaritásra és szinuszos bemenetre tervezték
• DC SPD: Polaritásérzékeny áramkörökhöz és egyirányú áramáramláshoz készült

Alkalmazott technológia: Mind az AC, mind az egyenáramú SPD eszközök általában MOV-okat (fém-oxid varisztorokat), termikus leválasztókat és néha GDT-ket (gázkisülési csöveket) használnak. Ha meg szeretné érteni, hogyan működnek ezek az összetevők a túlfeszültség-védelmi eszközökön belül, tekintse meg részletes útmutatónkat hogyan működik egy SPD.

4.4 Névleges feszültség és túlfeszültség-kapacitás

• AC SPD: 115V és 600V között
• DC SPD-k: 500V és 1500V között

Példa:

DC SPD FLY1-40PV 40kA-ig kezeli; Az AC SPD USP2 modelltől függően 120 kA-ig terjed.

4.5 Alkalmazási környezetek

• AC SPD: Irodák, otthonok, HVAC, központok
• DC SPD: Megújuló energia, kültéri telekommunikáció, közlekedési rendszerek

Környezeti tolerancia:

Az egyenáramú SPD-k általában szélesebb hőmérséklet-tartományokat és relatív páratartalmat támogatnak a kültéri alkalmazások miatt.

4.6 Ív oltás

• AC: Az ív természetesen kialszik a nulla kereszteződésnél
• DC: Mechanikus/termikus ívoltást igényel a polaritásváltás hiánya miatt.

Miért számít:

Az egyenáramú túlfeszültség-levezetők nem megfelelő ívelnyomása termikus kifutáshoz és tüzet okozhat.

4.7 Szabványok, tesztelés és tanúsítás

• AC SPD szabványok: UL 1449, IEC 61643-11 (1., 2., 3. típus)
• DC SPD szabványok: EN 50539-11, IEC 61643-31, UL 1449 (PV, BESS, EV fókusz)

Példa:

A túlfeszültség-védelmi osztályt TUV-tanúsítvánnyal rendelkező SPD-címkékkel kell ellenőrizni a hálózat megfelelősége érdekében.

5. Hogyan válasszuk ki a megfelelő SPD-t

A megfelelő túlfeszültség-védelmi eszköz (SPD) kiválasztása nem csak a feszültségről szól, hanem a beépítési helyzetről, a védelem összehangolásáról és a nemzetközi szabványoknak való megfelelésről is. Itt vannak a legfontosabb tényezők, amelyeket figyelembe kell venni:

1. Illessze az SPD-t a rendszerfeszültséghez

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

  • 230/400 V (TN/TT rácsok): Válasszon Uc 275 V modellek.

  • Példa: Britec BR-40/30FU – 2. típusú SPD, Uc 275 V, 20 kA, Imax 40 kA, beépített biztosítékkal a tartalék védelem érdekében.

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

  • 600 Vdc, 1000 Vdc vagy 1500 Vdc tömbök: Válassza ki a megfelelő DC Uc besorolást.

  • Példa: Britec BRPV3-1000 (Uc 1000 Vdc) vagy BRPV3-1500 (Uc 1500 Vdc) – 1+2 típusú egyenáramú SPD PV kombinálódobozokhoz és inverterekhez.

Tipp: Mindig ellenőrizze, hogy az SPD Uc (folyamatos üzemi feszültsége) ≥ 1,2 × névleges rendszerfeszültség az idő előtti öregedés elkerülése érdekében.

2. Alkalmazza a megfelelő védelmi osztályt (típust) minden telepítési szintre

• 1. típus (10/350 µs villámáram)

  • Szervizbejáratra / főelosztóra szerelve.

  • Kezeli a közvetlen villámáramot.

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

• 2. típus (8/20 µs kapcsolási túlfeszültség)

  • Padlóelosztó táblákra szerelve.

  • Véd a kapcsolási túlfeszültségek és a maradék villámáramok ellen.

  • Példa: BR-40/30FU Type 2 SPD (beépített szakaszolóval).

• 3. típus (használati hely)

  • Érzékeny berendezések (számítógépek, szerverek, orvosi eszközök) közelébe telepítve.

  • Védelmet nyújt a visszamaradó túlfeszültségek ellen, amelyeket a felfelé irányuló SPD-k nem rögzítenek.

Mérnöki szabály: Ha a kábel hossza két védelmi fokozat között van >10 m-re, szereljen fel további SPD-ket mindkét végére a koordináció biztosítása érdekében.

3. Biztosítsa az összehangolást a megszakítókkal és biztosítékokkal

• Az SPD-ket össze kell hangolni a felfelé irányuló MCB/RCB/tartalék biztosítékokkal.

• Néhány modell, pl Britec BR-40/30FU, integrálja a termikus szakaszolókat és a tartalék védelmet, csökkentve a helyet és a költségeket.

4. Szabványoknak való megfelelés

• AC SPD-k: IEC 61643-11, UL 1449

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

Mindig győződjön meg arról, hogy az SPD rendelkezik a megfelelő CE, UL vagy IEC vizsgálati tanúsítvánnyal, különösen nemzetközi projektek esetén.

Kulcs elvitel

A megfelelő SPD kiválasztása a feszültség illesztését, a megfelelő Típus kiválasztását telepítési szintenként, a megfelelő koordináció biztosítását és az IEC/UL szabványok betartását jelenti.

Vel Britec portfóliója (BR-12.5M, BR-40/30FU, BRPV3-1000, BRPV3-1500), lefedheti a lakossági, kereskedelmi, ipari és PV napelemes alkalmazásokat tanúsított, nagy teljesítményű túlfeszültség-védelemmel.

6. Következtetés

Az AC és DC túlfeszültség-védelmi eszközök hasonlónak tűnhetnek, de alapvetően eltérő rendszereket szolgálnak ki. Az AC SPD-ket épületekben és hálózatokban történő szinuszos alkalmazásokhoz optimalizálták. Az egyenáramú SPD-ket a megújuló és nagyfeszültségű egyenáramú infrastruktúrák lapos feszültségű hullámformáira szabták.

A megfelelő SPD kiválasztása elengedhetetlen a berendezések védelme és a biztonsági előírások betartása érdekében.

Az optimális védelem érdekében:

• Mindig igazítsa az SPD típusát az aktuális rendszerhez (AC vagy DC)
• Vegye figyelembe a névleges feszültséget, a hullámforma jellemzőit és a szükséges energiaelnyelési képességet.
• Válasszon tanúsított termékeket (TUV, UL, CE), megfelelő túlfeszültség-védelmi osztályokkal.

Segítségre van szüksége az SPD kiválasztásához? Lépjen kapcsolatba egy minősített elektromos szakemberrel vagy túlfeszültség-védelmi szolgáltatóval, hogy megtalálja a rendszeréhez megfelelő egyenáramú túlfeszültség-védelmi vagy AC túlfeszültség-védelmi megoldást.