AC- versus DC-overspanningsbeveiliging: wat is het verschil?

Overspanningsbeveiliging is van fundamenteel belang voor de veiligheid en uptime van moderne elektrische systemen. Het goede kiezen Overspanningsbeveiliging (SPD) begint met het begrijpen hoe AC- en DC-systemen zich anders gedragen onder transiënten, met name boogdoving (AC-nuldoorgang versus DC zonder nuldoorgang) en componentontwerp (bidirectionele versus unidirectionele MOV's). Deze handleiding legt het verschil uit tussen AC SPD en DC SPD, brengt de IEC/UL-normen in kaart die van toepassing zijn en laat zien hoe u een SPD selecteert die voldoet aan uw toepassings- en compliance-behoeften.

1. Inleiding

Transiënte overspanningen, ook wel stroompieken genoemd, zijn spanningspieken van korte duur die gevoelige elektronische apparatuur kunnen beschadigen of vernietigen. Deze spanningspieken kunnen worden veroorzaakt door blikseminslag, schakelingen op het elektriciteitsnet, schakelen tussen grote belastingen of het opstarten van inductieve apparatuur. SPD-apparaten, ook wel overspanningsonderdrukkers of overspanningsafleiders genoemd, zijn ontworpen om deze pieken te detecteren en om te leiden voordat ze beschermde apparatuur bereiken.

Maar niet alle pieken (of SPD’s) zijn gelijk. AC- (wisselstroom) en DC-systemen (gelijkstroom) vertonen zeer verschillend elektrisch gedrag en vereisen als zodanig verschillende benaderingen van overspanningsbeveiliging. Per IEC 61643-11/-31, beperkt een SPD de piekspanning en leidt de piekstroom binnen nanoseconden af, waardoor stroomafwaartse apparatuur wordt beschermd.

2. Wat is AC-overspanningsbeveiliging?

AC-overspanningsbeveiliging is ontworpen voor elektrische systemen waarbij de spanning periodiek van richting verandert, meestal op 50 Hz of 60 Hz. Deze systemen worden veel gebruikt in woonhuizen, commerciële gebouwen, fabrieken en industriële automatiseringsnetwerken. Volgens IEC 61643-11, AC SPD's worden geclassificeerd in Type 1, Type 2 en Type 3, elk bedoeld voor een ander installatiepunt binnen het distributiesysteem.

Belangrijkste kenmerken van AC-SPD's

• Werkt binnen gangbare netspanningen zoals 115V, 230V, 400V en tot 690V AC.

• Bidirectionele werking voor het omschakelen van de polariteit van AC-sinusgolven.

• Boogdoving door natuurlijke nuldoorgangen van de AC-golfvorm, waardoor ontkoppeling veiliger en efficiënter wordt.

• Veelgebruikte MOV's (Metal Oxide Varistors) om piekenergie te absorberen; in Type 1 SPD's worden MOV's vaak gecombineerd met GDT's (Gas Discharge Tubes) of boogkamers om hoogenergetische bliksemimpulsen (golfvormen van 10/350 µs) te weerstaan.

• Coördinatie met stroomopwaartse beveiliging (MCB of zekering) is vereist; De beste praktijk is om de lengte van de SPD-kabel zo kort mogelijk te houden, idealiter <0,5 m, om de restspanning te minimaliseren.

SPD-typen voor AC-toepassingen

• Type 1 SPD – Geïnstalleerd bij de service-ingang; is bestand tegen directe bliksemstromen (Iimp 10/350 µs).

• Type 2 SPD – Geïnstalleerd op verdeelborden; beschermt tegen schakelpieken en indirecte bliksem (In/Imax 8/20 µs).

• Type 3 SPD – Dicht bij gevoelige apparatuur geïnstalleerd; biedt een goede bescherming tegen restspanningen.

Typische toepassingen

• Hoofdservice-entreepanelen (Type 1)

• Bouwverdeelborden (Type 2)

• Bedieningspanelen in industriële omgevingen (Type 2)

• Beveiliging op gebruiks- of stopcontactniveau voor gevoelige apparaten op wisselstroom (type 3)

Voorbeeld uit Britec AC SPD-product Bereik

• BR-50GR (type 1): Gespecificeerd voor Uc 275/320/440 V, met Iimp tot 25 kA (10/350 µs); Ideaal voor bliksembeveiliging bij service-ingangen in TN/TT-systemen.

• BR-12.5M (Type 1+2 hybride): Kan zowel bliksemimpulsen als schakelpieken verwerken, waardoor het geschikt is voor industriële installaties.

• BR-40 en BR-30FU (type 2): geclassificeerd voor Uc 275 V, met In 20 kA / Imax 40 kA (8/20 µs); de BR-30FU integreert een back-upzekering, wat de installatie vereenvoudigt en de veiligheid verbetert.

• BR-230/BR275-6 (type 3): Ontworpen voor de bescherming van eindapparatuur, met een lage restspanning (tot ≤ 1,5 kV).

3. Wat is DC-overspanningsbeveiliging?

DC-overspanningsbeveiliging is ontworpen voor gelijkstroomsystemen, waarbij elektriciteit in één richting stroomt zonder natuurlijke nuldoorgangen. In tegenstelling tot AC-systemen die profiteren van periodieke spanningsomkeringen, vormen DC-systemen een unieke technische uitdaging: bogen doven niet vanzelf. Dit betekent dat DC SPD's een robuustere boogdoving, thermische ontkoppeling en mechanische ontgrendelingsmechanismen vereisen om de veiligheid te garanderen en thermische overstroming te voorkomen.

Belangrijkste kenmerken van DC-SPD's

• Spanningswaarden: Doorgaans ontworpen voor 500 Vdc tot 1500 Vdc, geschikt voor zonne-PV-arrays, batterijopslagsystemen (BESS) en gelijkstroomsnellaadnetwerken.

• Unidirectionele MOV-selectie: Om DC-polariteit mogelijk te maken, gebruiken DC SPD's unidirectionele MOV's, waardoor een correcte overspanningsklemming voor eenrichtingsstroom wordt gegarandeerd.

• Boogonderdrukking: Omdat DC geen nuldoorgang heeft, integreren DC SPD's snelwerkende thermische ontkoppelingen, gasontladingsbuizen (GDT's) of boogkamers om foutstromen veilig te onderbreken.

• Hoge piekverwerking: Gebouwd om stroomstoten met hoge energie te absorberen met In/Imax-waarden tot 20–40 kA (8/20 µs) en Type 1+2-apparaten die geschikt zijn voor Iimp-bliksemimpulsen.

• Compliance en certificering:

  • Moet voldoen aan IEC 61643-31 (voor PV DC SPD's) of UL 1449 (voor DC-systemen in Noord-Amerika, tot 1500 Vdc).

  • Afhankelijk van de project- of regionale vereisten kunnen producten aanvullende TÜV-, CB- of UL-certificeringen dragen voor netconformiteit en veiligheidsaudits.

Typische toepassingen van DC-overspanningsbeveiliging

• Zonne-PV-arrays (string- of combinerbox-bescherming, doorgaans 1000 Vdc of 1500 Vdc).

• Battery Energy Storage Systems (BESS) voor oplossingen op netwerkschaal of microgrid.

• Oplaadstations voor elektrische voertuigen (EV), vooral DC-snelladen.

• Telecommasten en duurzame energiesystemen (windturbineconverters, hybride DC-netwerken).

Voorbeelden uit Britec’s DC SPD Bereik

• BRPV3-1000 (Type 1+2 DC-SPD)

  • Nominale spanning: Uc = 1000 Vdc

  • Nominale ontlaadstroom: In = 20 kA

  • Maximale ontlaadstroom: Imax = 40 kA (8/20 µs)

  • Spanningsbeveiligingsniveau: Up ≤ 3,8 kV

  • Kenmerken: Thermische scheider + signalering op afstand voor realtime monitoring.

• BRPV3-1500 (Type 1+2 DC-SPD)

  • Nominale spanning: Uc = 1500 Vdc

  • Nominale ontlaadstroom: In = 20 kA

  • Maximale ontlaadstroom: Imax = 40 kA

  • Spanningsbeveiligingsniveau: Up ≤ 4,5 kV

  • Kenmerken: Boogkamerontwerp + thermische uitschakeling, waardoor een betrouwbare werking in PV-installaties en EV-infrastructuur wordt gegarandeerd.

4. Wat is het verschil tussen AC- en DC-overspanningsbeveiliging?

Hoewel AC-SPD's en DC-SPD's op het eerste gezicht hetzelfde lijken, zijn hun ontwerpprincipes, normen en toepassingsvereisten heel verschillend. De onderstaande tabel vat de belangrijkste verschillen tussen AC SPD en DC SPD samen:

4.1 Elektrische stroomkarakteristieken: AC versus DC

AC keert periodiek van richting om (sinusgolf), waardoor natuurlijke nuldoorgangspunten mogelijk zijn. DC stroomt continu in één richting (vlakke golfvorm), waardoor het blussen van de boog een veel grotere uitdaging wordt.

Implicatie:

AC SPD's profiteren van nuldoorgang voor boogonderbreking, terwijl DC SPD's robuustere boogonderdrukkingsmechanismen vereisen vanwege de golfvormkarakteristieken.

4.2 Piekgolfvorm

• AC-pieken hebben vaak vloeiendere, sinusoïdale golfvormen.
• DC-pieken zijn korter, sneller en abrupter bij vlakke spanning

Reactietijdbehoeften:

DC SPD's vereisen doorgaans snellere responstijden (≤25ns) om te beschermen tegen snelle transiënten.

4.3 Ontwerp- en werkingsprincipes van SPD's

• AC-SPD: Ontworpen voor symmetrische spanningspolariteit en sinusgolfingang
• DC-SPD: Gebouwd voor polariteitsgevoelige circuits en unidirectionele stroomstroming

Gebruikte technologie: Zowel AC- als DC-SPD-apparaten maken vaak gebruik van MOV's (metaaloxidevaristors), thermische ontkoppelingen en soms GDT's (gasontladingsbuizen). Om te begrijpen hoe deze componenten functioneren in een overspanningsbeveiligingsapparaat, raadpleegt u onze gedetailleerde handleiding hoe een SPD werkt.

4.4 Spanningswaarden en piekcapaciteit

• AC-SPD's: bereik van 115 V tot 600 V
• DC-SPD's: bereik van 500 V tot 1500 V

Voorbeeld:

DC SPD FLY1-40PV verwerkt tot 40 kA; AC SPD USP2 heeft een bereik tot 120 kA, afhankelijk van het model.

4.5 Applicatieomgevingen

• AC-SPD: Kantoren, woningen, HVAC, bedieningspanelen
• DC-SPD: Hernieuwbare energie, outdoor telecom, transportsystemen

Milieutolerantie:

DC SPD's ondersteunen doorgaans bredere temperatuurbereiken en relatieve vochtigheid vanwege buitentoepassingen.

4.6 Boog doven

• AC: De boog dooft op natuurlijke wijze uit bij de nuldoorgang
• gelijkstroom: Vereist mechanische/thermische boogdoving vanwege het ontbreken van polariteitsomkering.

Waarom het belangrijk is:

Onvoldoende boogonderdrukking in DC-overspanningsafleiders kan leiden tot oververhitting en brand.

4.7 Normen, testen en certificering

• AC SPD-normen: UL 1449, IEC 61643-11 (type 1, 2, 3)
• DC SPD-normen: EN 50539-11, IEC 61643-31, UL 1449 (PV, BESS, EV-focus)

Voorbeeld:

De overspanningsbeveiligingsklasse moet worden geverifieerd via TUV-gecertificeerde SPD-labels voor naleving van het elektriciteitsnet.

5. Hoe u de juiste SPD kiest

Bij het selecteren van het juiste overspanningsbeveiligingsapparaat (SPD) gaat het niet alleen om de spanningswaarde, maar ook om de installatiepositie, beschermingscoördinatie en naleving van internationale normen. Dit zijn de belangrijkste factoren waarmee u rekening moet houden:

1. Zorg ervoor dat de SPD overeenkomt met uw systeemspanning

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

  • 230/400 V (TN/TT-netwerken): Keuze Uc 275 V modellen.

  • Voorbeeld: Britec BR-40/30FU – Type 2 SPD, Uc 275 V, In 20 kA, Imax 40 kA, met geïntegreerde zekering voor back-upbeveiliging.

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

  • Arrays van 600 Vdc, 1000 Vdc of 1500 Vdc: Selecteer de overeenkomende DC Uc-classificatie.

  • Voorbeeld: Britec BRPV3-1000 (Uc 1000 Vdc) of BRPV3-1500 (Uc 1500 Vdc) – Type 1+2 DC SPD's voor PV-combiboxen en omvormers.

Tip: Controleer altijd of de Uc (continue bedrijfsspanning) van de SPD ≥ 1,2 × nominale systeemspanning is om voortijdige veroudering te voorkomen.

2. Pas de juiste beschermingsklasse (type) toe op elk installatieniveau

• Type 1 (10/350 µs bliksemstroom)

  • Geïnstalleerd bij dienstingang/hoofddistributie.

  • Kan directe bliksemstromen verwerken.

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

• Type 2 (schakelpieken van 8/20 µs)

  • Geïnstalleerd op vloerverdeelborden.

  • Beschermt tegen schakeloverspanningen en restbliksemstromen.

  • Voorbeeld: BR-40/30FU Type 2 SPD (met geïntegreerde scheider).

• Type 3 (gebruikspunt)

  • Geïnstalleerd dichtbij gevoelige apparatuur (computers, servers, medische apparaten).

  • Beschermt tegen restspanningen die niet worden afgeremd door stroomopwaartse SPD's.

Technische regel: Als de kabellengte tussen twee beveiligingsniveaus ligt >10 m, installeer extra SPD's aan beide uiteinden om coördinatie te garanderen.

3. Zorg voor coördinatie met onderbrekers en zekeringen

• SPD's moeten worden gecoördineerd met stroomopwaartse MCB/RCB/reservezekeringen.

• Sommige modellen, zoals Britec BR-40/30FU, integreer thermische scheiders en back-upbescherming, waardoor ruimte en kosten worden verminderd.

4. Naleving van normen

• AC SPD's: IEC 61643-11, UL 1449

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

Zorg er altijd voor dat de SPD over de juiste CE-, UL- of IEC-testcertificeringen beschikt, vooral voor internationale projecten.

Sleutel afhaalmaaltijd

Het kiezen van de juiste SPD betekent het afstemmen van de spanning, het selecteren van het juiste Type per installatieniveau, het zorgen voor een goede coördinatie en het voldoen aan de IEC/UL-normen.

Met Britec's portfolio (BR-12.5M, BR-40/30FU, BRPV3-1000, BRPV3-1500), kunt u residentiële, commerciële, industriële en PV-zonnetoepassingen afdekken met gecertificeerde, krachtige overspanningsbeveiliging.

6. Conclusie

AC- en DC-overspanningsbeveiligingsapparaten zien er misschien hetzelfde uit, maar ze bedienen fundamenteel verschillende systemen. AC SPD's zijn geoptimaliseerd voor sinusgolftoepassingen in gebouwen en elektriciteitsnetten. DC SPD's zijn op maat gemaakt voor vlakke spanningsgolfvormen in duurzame en hoogspannings-DC-infrastructuren.

Het kiezen van de juiste SPD is essentieel voor het beveiligen van apparatuur en het handhaven van de naleving van veiligheidsnormen.

Om een ​​optimale bescherming te garanderen:

• Zorg ervoor dat het SPD-type altijd overeenkomt met het huidige systeem (AC of DC)
• Houd rekening met de nominale spanning, de golfvormkarakteristieken en het vereiste energieabsorptievermogen.
• Kies gecertificeerde producten (TUV, UL, CE) met de juiste overspanningsbeveiligingsklassen.

Hulp nodig bij het selecteren van uw SPD? Neem contact op met een gecertificeerde elektricien of leverancier van overspanningsbeveiliging om de juiste DC-overspanningsbeveiliging of AC-overspanningsbeveiligingsoplossing voor uw systeem te vinden.