Különféle típusú túlfeszültség-védelmi eszközök (SPD)

1. Bevezetés

A túlfeszültségek csendes gyilkosok a modern elektromos rendszerekben. A lakossági elektronikától az ipari automatizálásig és a napelemes erőművekig egyetlen tranziens túlfeszültség is leállást, költséges javításokat vagy berendezések meghibásodását okozhatja. A megoldás? Túlfeszültség-védelmi eszközök (SPD).

Ebben az útmutatóban lebontjuk a túlfeszültség-védelmi eszközök különböző típusait, elmagyarázzuk működésüket, és összehasonlítjuk alkalmazásaikat. A végére pontosan tudni fogja, hogy mely SPD típusok illenek a rendszeréhez – legyen szó otthoni, adatközponti vagy fotovillamos telepítésről.

2. Mik azok a túlfeszültség-védelmi eszközök?

A Túlfeszültség-védelmi eszköz (SPD) egy elektromos rendszerbe szerelt biztonsági alkatrész a villámcsapás, kapcsolási események vagy közüzemi zavarok által okozott tranziens túlfeszültségek korlátozására. Úgy működik, hogy a túlfeszültséget biztonságosan a földre tereli, védve a csatlakoztatott berendezéseket.

Tekints az SPD-re, mint egy nyomáskioldó szelepre: nem akadályozza meg a túlfeszültséget, de elvezeti a felesleges energiát az érzékeny elektronikától.

3. Hogyan működik a túlfeszültség-védelem?

Az SPD-k olyan alkatrészekre támaszkodnak, mint a fémoxid-varisztorok (MOV), a gázkisülési csövek (GDT) és a szikraközök. Ha a feszültség meghaladja a biztonságos küszöböt (Uc), az SPD vezetési módba kapcsol, és a túlfeszültséget alacsonyabb maradékfeszültségre (Up) rögzíti.

A legfontosabb megértendő paraméterek:

• Uc (maximális folyamatos üzemi feszültség): az SPD által kezelhető normál feszültség.

• Fel (feszültségvédelmi szint): szorítófeszültség, amelyet a későbbi eszközök “látnak”.”

• In / Imax (névleges és maximális kisütési áram): mekkora túlfeszültséget képes felvenni a készülék.

• Iimp (impulzusáram): az 1. típusra jellemző, amely villámcsapás hullámformáit képviseli.

4. Túlfeszültség-védelmi eszközök típusai

Az SPD-típusok megértése a kulcsa a réteges túlfeszültség-védelem tervezésének. Nemzetközi szabványok, mint pl IEC 61643-11 (AC), IEC 61643-31 (DC/PV), és UL 1449 (Észak-Amerika) különböző osztályokat határozhat meg a teszt hullámformái, energiaképessége és telepítési helye alapján.

Az alábbiakban lebontjuk a különböző típusú túlfeszültség-védelmi eszközöket (SPD), amelyekkel találkozni fog, azok műszaki szerepkörével és alkalmazási útmutatásaival.

4.1 1. típusú SPD-k (IEC 61643-11, I. osztály, 10/350 µs)

• Meghatározás: Részleges villámáram levezetésére tervezték. A 10/350 µs impulzus hullámformával (Iimp) tesztelve, amely közvetlen villámcsapást jelent.

• Telepítési pont: Szervizbejárat, jellemzően a fő elosztótábla előtt. Gyakran használják külső villámvédelmi rendszerrel (LPS) felszerelt épületekben.

• Főbb paraméterek:

  • Iimp (impulzusáram): névleges villámáram kapacitás.

  • Uc (maximális folyamatos üzemi feszültség): biztosítja, hogy normál működés közben ne sérüljön meg.

  • Fel (feszültségvédelmi szint): az alsó áramkörök által látható maradék feszültség.

• Alkalmazott technológia: Szikraközök, nagy teherbírású MOV-ok vagy hibrid kialakítások.

• Használati esetek:

  • Ipari létesítmények, távközlési tornyok, kórházak.

  • Magas épületek nagy villámsűrűségű régiókban.

• Példa: A tetőtéri villámhárítókkal rendelkező gyárban 1-es típusú SPD-kre lesz szükség a fő bejövő ellátásnál.

4.2 2. típusú SPD-k (IEC 61643-11, II. osztály, 8/20 µs)

• Meghatározás: Kezeli a kapcsolási túlfeszültségeket és a közvetett villámhatásokat. 8/20 µs áram hullámformájával tesztelve (In, Imax).

• Telepítési pont: Fő- vagy alelosztó táblák a létesítményen belül.

• Főbb paraméterek:

  • In (névleges kisülési áram): állóképesség többszörös túlfeszültség alatt.

  • Imax (maximális kisülési áram): maximális túlfeszültség.

  • Felfelé: koordinálnia kell a felfelé irányuló 1-es és az alsó 3-as típussal.

• Alkalmazott technológia: MOV-alapú modulok, amelyek gyakran csatlakoztathatók az egyszerű csere érdekében.

• Használati esetek:

  • Lakóházak, irodaházak, kiskereskedelmi üzletek.

  • Szabványos védelem közepes túlfeszültség kockázattal járó területeken.

• Példa: Egy külső LPS nélküli kis iroda általában 2-es típusú SPD-ket használ az alaplapon.

Részletes lebontást szeretne? Olvassa el teljes útmutatónkat: Mi az a 2-es típusú túlfeszültség-védelmi eszköz?

4.3 3-as típusú SPD-k (IEC 61643-11, III. osztály, kombinált hullám)

• Meghatározás: Finom védelem a végberendezésekhez. Kombinált hullámmal tesztelve (1,2/50 µs feszültség + 8/20 µs áram).

• Telepítési pont: A lehető legközelebb a védett eszközhöz (aljzat, készülék bemenet).

• Főbb paraméterek:

  • Fel: nagyon alacsony szorítási szint az érzékeny terhek védelmére.

  • Az upstream 2-es típussal együtt kell használni.

• Alkalmazott technológia: MOV-ok szűrőkkel kombinálva az extra csillapítás érdekében.

• Használati esetek:

  • Számítógépek, LED-meghajtók, orvosi elektronika és vezérlőrendszerek.

• Példa: A kórházi MRI-készülékhez 3-as típusú SPD-re van szükség a készülék közelében, amely együttműködik a 2-es típusú áramlási sebességgel.

Tudjon meg többet erről szóló cikkünkben: Mi az a 3-as típusú túlfeszültségvédő?

4.4 T1+T2 kombinált SPD-k

• Meghatározás: Egyetlen SPD egység az I. osztályú (10/350 µs) és a II. osztályú (8/20 µs) hullámformákra is tesztelt.

• Haszon: Egy készülékben véd a közvetlen villámcsapástól és a kapcsolási túlfeszültségektől.

• Telepítési pont: Szervizbelépés, ha a hely vagy a költségvetés korlátozza több eszközt.

• Használati esetek:

  • A közepes méretű kereskedelmi vagy lakóépületek kompakt megoldásokat igényelnek.

  • Olyan helyek, ahol a különálló 1. és 2. típus közötti koordináció nehézkes.

• Példa: Egy bevásárlóközpont fő elosztótáblája T1+T2 SPD-t telepíthet a védelem egyszerűsítése érdekében.

4.5 T2+T3 kombinált SPD

• Meghatározás: A hibrid eszközök II. és III. osztályú teljesítményét tesztelték.

• Haszon: Elosztási szintű és terminálvédelmet is biztosít.

• Telepítési pont: Érzékeny terhelések közelében lévő altáblák, különösen, ha a kábelek hossza meghaladja a 10 métert.

• Használati esetek:

  • Adatközpontok, szervertermek, ipari vezérlőszekrények.

• Példa: A PLC-khez hosszú kábelekkel rendelkező gyári automatizálási vonal T2+T3 SPD-t használhat a PLC-panelek közelében.

4.6 4-es típusú SPD-k (UL 1449, csak Észak-Amerika)

• Meghatározás (UL 1449): Alkatrész-összeállítások, amelyeket nem önálló eszköznek szántak, hanem az OEM-berendezésekbe integrálva.

• Alkategóriák:

  • Type 4 Component Assemblies (CA): előre csomagolt SPD alkatrészek a gyártók számára.

  • 5. típusú komponensek: nyers MOV-ok vagy GDT-k.

• Telepítési pont: Berendezések, tápegységek vagy egyedi építésű panelek belsejében.

• Használati esetek:

  • Túlfeszültség-védett berendezéseket tervező OEM-ek.

  • Speciális ipari felszerelések az észak-amerikai piacon.

• Példa: Az UPS gyártója 4-es típusú SPD-szerelvényeket épít be termékeibe.

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

• Meghatározás: Túlfeszültség-védelmi készülékek fotovoltaikus és egyenáramú áramkörökhöz.

• Vizsgálati szabványok: Az IEC 61643-31 szabvány előírja az egyenáramú alkalmazások követelményeit.

• Telepítési pont: PV tömb kombináló dobozok, inverterek és egyenáramú elosztó táblák.

• Főbb paraméterek:

  • Ucpv: névleges folyamatos PV feszültség (600 V, 1000 V, 1500 V).

  • In / Imax: túlfeszültség-kezelés a DC oldalon.

  • Válaszidő: elég gyorsnak kell lennie a félvezető alapú inverterekhez.

• Használati esetek:

  • Közüzemi méretű napelemes farmok, tetőtéri PV rendszerek, akkumulátortárolók.

• Példa: Egy 1500 VDC napelemes farmra lesz szükség T1+T2 PV SPD-k a kombinálódobozoknál és az inverter bemeneteknél.

Profi tipp olvasóknak: Mindig használja a koordinált SPD rendszer. 1-es típus a bejáratnál, 2-es típus az alpaneleknél és 3-as típus a kritikus terhelések közelében. PV esetén adjon hozzá 2-es típusú vagy T1+T2 egyenáramú SPD-ket az IEC 61643-31 szabványnak megfelelően.

5. 1. típusú és 2. típusú és 3. típusú SPD-eszközök

Ha mélyebbre szeretne merülni, nézze meg a témával foglalkozó blogunkat itt:
Különbség az 1-es, 2-es és 3-as típusú SPD-k között

Íme egy gyors összehasonlítás, amely segít kiválasztani a megfelelő SPD-típust:

Áttekintés

• 1. típusú SPD-k kezeli a nagy energiájú, közvetlen villámcsapásokat (10/350 µs).

• 2. típusú SPD-k csökkenti a kapcsolási túlfeszültségeket és a közvetett ütéseket (8/20 µs).

• 3. típusú SPD-k az érzékeny berendezések védelme az utolsó mérföldnél (kombinált hullámforma).

6. A túlfeszültség-védelmi eszközök (SPD) telepítése és koordinálása

A megfelelő telepítés ugyanolyan kritikus, mint a megfelelő típusú túlfeszültség-védelmi eszközök (SPD) kiválasztása. A nem megfelelő vezetékezés vagy a rossz koordináció veszélyeztetheti a védelmi szintet, még akkor is, ha maga az SPD megfelel az IEC vagy UL szabványoknak. Az IEC 61643-11, IEC 61643-31, UL 1449 és vállalatunk mérnöki irányelvei alapján itt vannak a legfontosabb bevált gyakorlatok:

1. Legrövidebb csatlakozási szabály

• Az összes SPD csatlakozó vezetéket tartsa a lehető legrövidebbre és egyenesre, ideális esetben ≤ 0,5 m-re (a műszaki kézikönyvben javasoltak szerint).

• A hosszú vezetékek induktív feszültségnövekedést okoznak, ami növeli a védett berendezés által észlelt maradékfeszültséget (Up).

2. Megfelelő vezetékméret

• Használjon az SPD típusának megfelelő méretű vezetékeket:

  • 1. típusú SPD: minimum 16 mm² réz (nagy energiájú villámáram, Iimp).

  • 2. típusú SPD: legalább 6 mm² réz.

  • 3. típusú SPD: kövesse a gyártó adatait, jellemzően kisebb keresztmetszetek az alacsonyabb áramerősség miatt.

• Mindig alacsony impedanciájú rézvezetőt használjon, és kerülje az éles hajlításokat.

3. Potenciálkiegyenlítés

• Minden SPD-t ugyanahhoz a fő földelőrúdhoz vagy potenciálkiegyenlítő rendszerhez kell csatlakoztatni.

• A kötés biztosítja, hogy a túlfeszültség biztonságosan lekerüljön a földre, elkerülve a veszélyes potenciálkülönbségeket az áramkörök között.

4. SPD koordináció

• Feszültségvédelmi szint (felfelé) hierarchia: Az upstream SPD-knek (1. típus) mindig magasabbnak kell lennie, mint a downstream SPD-knek (2/3-as típus).

• Távolságszabály: Ha az SPD-k és a védett terhelések közötti kábel 10 m-nél hosszabb, a jobb védelem érdekében szereljen be egy további alsó SPD-t (pl. 3-as típusú).

• Párhuzamos koordináció: A többlépcsős védelemhez (1. típus + 2. típus + 3. típus) gondoskodjon a megfelelő energiaelosztásról, hogy egyetlen eszköz se legyen túlterhelve.

5. Biztonsági védelem (OCPD)

• Mindig használjon speciális biztosítékokat vagy megszakítókat magának az SPD-nek a védelmére.

• Kézikönyvünk az SPD-modelltől és az Imax/Iimp-től függően határozza meg a biztonsági biztosítékok névleges értékét.

• Az UL 1449 megfelelő túláramvédelmet is ír elő, hogy megakadályozza az SPD túlmelegedését vagy meghibásodását szélsőséges események során.

Pro tipp: Mindig ellenőrizze a betartását IEC 61643-11 (AC SPD), IEC 61643-31 (PV/DC SPD), vagy UL 1449 (Észak-Amerika) a régiótól függően. A helyes telepítés és koordináció maximalizálja az SPD élettartamát és biztosítja a teljes elektromos rendszer biztonságát.

7. Következtetés

A túlfeszültség-védelmi eszközök típusai nem cserélhetők fel – mindegyik egyedi szerepet játszik az elektromos rendszerek védelmében.

• 1. típus pajzsok a közvetlen villámcsapás ellen.

• 2. típus az elosztótáblák igáslója.

• 3. típus védi legérzékenyebb elektronikáját.

• Kombinációk és PV/DC SPD-k speciális és megújuló alkalmazásokra terjed ki.

Az SPD típusok, szabványaik és telepítési szabályok megismerésével olyan réteges védelmet tervezhet, amely biztosítja a biztonságot, minimalizálja az állásidőt és védi a beruházásokat.