Verschillende soorten overspanningsbeveiligingsapparaten (SPD)

1. Inleiding

Stroompieken zijn stille moordenaars in moderne elektrische systemen. Van huishoudelijke elektronica tot industriële automatisering en zonne-energiecentrales: zelfs een enkele transiënte overspanning kan uitval, dure reparaties of uitval van apparatuur veroorzaken. De oplossing? Overspanningsbeveiligingsapparaten (SPD's).

In deze handleiding bespreken we de verschillende soorten overspanningsbeveiligingsapparaten, leggen we uit hoe ze werken en vergelijken we hun toepassingen. Uiteindelijk weet u precies welke SPD-types bij uw systeem passen, of het nu om een ​​woning, datacenter of PV-installatie gaat.

2. Wat zijn overspanningsbeveiligingsapparaten?

A Overspanningsbeveiligingsapparaat (SPD) is een veiligheidscomponent die in een elektrisch systeem is geïnstalleerd om voorbijgaande overspanningen te beperken die worden veroorzaakt door blikseminslag, schakelgebeurtenissen of storingen in de netvoeding. Het werkt door piekenergie veilig naar de aarde te leiden, waardoor aangesloten apparatuur wordt beschermd.

Beschouw een SPD als een drukontlastklep: hij stopt de piek niet, maar kanaliseert de overtollige energie weg van gevoelige elektronica.

3. Hoe werkt overspanningsbeveiliging?

SPD's zijn afhankelijk van componenten zoals metaaloxidevaristoren (MOV's), gasontladingsbuizen (GDT's) en vonkbruggen. Wanneer de spanning een veilige drempel (Uc) overschrijdt, schakelt de SPD over naar de geleidingsmodus, waarbij de piek wordt beperkt tot een lagere restspanning (Up).

Belangrijke parameters om te begrijpen:

• Uc (maximale continue bedrijfsspanning): de normale spanning die de SPD aankan.

• Omhoog (spanningsbeveiligingsniveau): klemspanning die stroomafwaartse apparaten zullen “zien”.”

• In / Imax (nominale en maximale ontlaadstroom): hoeveel stootstroom het apparaat kan absorberen.

• Iimp (impulsstroom): specifiek voor Type 1, die blikseminslaggolfvormen vertegenwoordigt.

4. Soorten overspanningsbeveiligingsapparaten

Het begrijpen van SPD-typen is de sleutel tot het ontwerpen van gelaagde overspanningsbeveiliging. Internationale standaarden zoals IEC 61643-11 (AC), IEC 61643-31 (DC/PV), En UL 1449 (Noord-Amerika) definieer verschillende klassen op basis van testgolfvormen, energiecapaciteit en installatielocatie.

Hieronder geven we een overzicht van de verschillende soorten overspanningsbeveiligingsapparaten (SPD's) die u tegenkomt, met hun technische rollen en toepassingsrichtlijnen.

4.1 Type 1 SPD's (IEC 61643-11, klasse I, 10/350 µs)

• Definitie: Ontworpen om gedeeltelijke bliksemstroom te ontladen. Getest met de impulsgolfvorm van 10/350 µs (Iimp), die een directe blikseminslag vertegenwoordigt.

• Installatiepunt: Service-ingang, meestal stroomopwaarts van het hoofdverdeelbord. Vaak gebruikt in gebouwen die zijn uitgerust met een extern bliksembeveiligingssysteem (LPS).

• Belangrijkste parameters:

  • Iimp (Impulsstroom): nominale bliksemstroomcapaciteit.

  • Uc (Maximum Continuous Operating Voltage): garandeert geen schade tijdens normaal gebruik.

  • Up (Voltage Protection Level): restspanning waargenomen door stroomafwaartse circuits.

• Gebruikte technologie: Vonkbruggen, zware MOV's of hybride ontwerpen.

• Gebruiksscenario's:

  • Industriële faciliteiten, telecommunicatietorens, ziekenhuizen.

  • Hoge gebouwen in gebieden met een hoge bliksemdichtheid.

• Voorbeeld: Een fabriek met bliksemafleiders op het dak heeft Type 1 SPD's nodig bij de hoofdtoevoer.

4.2 Type 2 SPD's (IEC 61643-11, klasse II, 8/20 µs)

• Definitie: Behandelt schakelpieken en indirecte bliksemeffecten. Getest met een stroomgolfvorm van 8/20 µs (In, Imax).

• Installatiepunt: Hoofd- of onderverdeelborden binnen de installatie.

• Belangrijkste parameters:

  • In (nominale ontladingsstroom): uithoudingsvermogen onder meerdere pieken.

  • Imax (maximale ontladingsstroom): maximale piekcapaciteit.

  • Up: moet coördineren met zowel upstream Type 1 als downstream Type 3.

• Gebruikte technologie: Op MOV gebaseerde modules, vaak plugbaar voor eenvoudige vervanging.

• Gebruiksscenario's:

  • Woonhuizen, kantoorgebouwen, winkels.

  • Standaardbescherming in gebieden met matig overspanningsrisico.

• Voorbeeld: Een klein kantoor zonder externe LPS gebruikt doorgaans Type 2 SPD's in het moederbord.

Wilt u een gedetailleerd overzicht? Lees onze volledige gids: Wat is een type 2-overspanningsbeveiligingsapparaat?

4.3 Type 3 SPD's (IEC 61643-11, klasse III, combo-golf)

• Definitie: Fijne bescherming voor eindapparatuur. Getest met combinatiegolf (1,2/50 µs spanning + 8/20 µs stroom).

• Installatiepunt: Zo dicht mogelijk bij het beveiligde apparaat (stopcontact, apparaatingang).

• Belangrijkste parameters:

  • Omhoog: zeer laag klemniveau om gevoelige ladingen te beschermen.

  • Moet worden gebruikt in coördinatie met stroomopwaarts Type 2.

• Gebruikte technologie: MOV's gecombineerd met filters voor extra demping.

• Gebruiksscenario's:

  • Computers, LED-drivers, medische elektronica en besturingssystemen.

• Voorbeeld: Een MRI-machine in een ziekenhuis vereist Type 3 SPD in de buurt van het apparaat, en werkt samen met stroomopwaartse Type 2.

Lees meer in ons speciale artikel: Wat is een type 3-overspanningsbeveiliging?

4.4 T1+T2 Combinatie-SPD's

• Definitie: Eén enkele SPD-eenheid getest voor zowel klasse I (10/350 µs) als klasse II (8/20 µs) golfvormen.

• Voordeel: Beschermt tegen directe bliksem en schakelpieken in één apparaat.

• Installatiepunt: Toegang tot service wanneer ruimte of budget meerdere apparaten beperkt.

• Gebruiksscenario's:

  • Middelgrote commerciële of residentiële gebouwen hebben compacte oplossingen nodig.

  • Locaties waar coördinatie tussen afzonderlijke Type 1 en Type 2 moeilijk is.

• Voorbeeld: Op het hoofdschakelbord van een winkelcentrum kan een T1+T2 SPD worden geïnstalleerd om de bescherming te vereenvoudigen.

4.5 T2+T3 Combinatie-SPD's

• Definitie: Hybride apparaten worden getest op prestaties van klasse II en klasse III.

• Voordeel: Biedt zowel distributieniveau als terminalbescherming.

• Installatiepunt: Subpanelen dicht bij gevoelige belastingen, vooral als de kabellengte langer is dan 10 m.

• Gebruiksscenario's:

  • Datacenters, serverruimtes, industriële schakelkasten.

• Voorbeeld: Een fabrieksautomatiseringslijn met lange kabeltrajecten naar PLC's kan gebruik maken van een T2+T3 SPD nabij de PLC-panelen.

4.6 Type 4 SPD's (UL 1449, alleen Noord-Amerika)

• Definitie (UL 1449): Componentassemblages zijn niet bedoeld als zelfstandige apparaten, maar geïntegreerd in OEM-apparatuur.

• Subcategorieën:

  • Type 4 Component Assemblies (CA): voorverpakte SPD-onderdelen voor fabrikanten.

  • Type 5-componenten: onbewerkte MOV's of GDT's.

• Installatiepunt: Binnenapparatuur, voedingen of op maat gemaakte panelen.

• Gebruiksscenario's:

  • OEM's die tegen overspanning beveiligde apparatuur ontwerpen.

  • Gespecialiseerde industriële uitrusting op de Noord-Amerikaanse markt.

• Voorbeeld: Een UPS-fabrikant integreert Type 4 SPD-assemblages in zijn producten.

4,7 PV/DC SPD's (IEC 61643-31, tot 1500 VDC)

• Definitie: Overspanningsbeveiligingsapparaten ontworpen voor fotovoltaïsche en gelijkstroomcircuits.

• Testnormen: IEC 61643-31 specificeert vereisten voor DC-toepassingen.

• Installatiepunt: Combineerboxen voor PV-arrays, omvormers en DC-verdeelborden.

• Belangrijkste parameters:

  • Ucpv: nominale continue PV-spanning (600 V, 1000 V, 1500 V).

  • In / Imax: stootstroomafhandeling aan de DC-zijde.

  • Reactietijd: moet snel genoeg zijn voor op halfgeleiders gebaseerde omvormers.

• Gebruiksscenario's:

  • Zonneparken op utiliteitsschaal, PV-systemen op het dak, batterijopslagfaciliteiten.

• Voorbeeld: Een zonnepark van 1500 VDC heeft dit nodig T1+T2 PV-SPD's bij combinerboxen en omvormeringangen.

Pro-tip voor lezers: Gebruik altijd een gecoördineerd SPD-systeem. Type 1 bij de ingang, Type 2 bij subpanelen en Type 3 bij kritische belastingen. Voeg voor PV type 2 of T1+T2 DC SPD's toe zoals gespecificeerd in IEC 61643-31.

5. Type 1 versus Type 2 versus Type 3 SPD-apparaten

Als je een diepere duik wilt, bekijk dan hier onze speciale blog over dit onderwerp:
Verschil tussen Type 1, Type 2 en Type 3 SPD's

Hier is een snelle vergelijking om u te helpen bij het kiezen van het juiste SPD-type:

Overzicht

• Type 1 SPD's omgaan met hoge energie, directe blikseminslagen (10/350 µs).

• Type 2 SPD's om schakelpieken en indirecte stakingen te verminderen (8/20 µs).

• Type 3 SPD's bescherm gevoelige apparatuur tijdens de laatste kilometer (combinatiegolfvorm).

6. Overspanningsbeveiligingsapparaten (SPD) installeren en coördineren

Een correcte installatie is net zo belangrijk als het selecteren van de juiste typen overspanningsbeveiligingsapparaten (SPD). Onjuiste bedrading of slechte coördinatie kunnen de beschermingsniveaus in gevaar brengen, zelfs als de SPD zelf voldoet aan de IEC- of UL-normen. Gebaseerd op IEC 61643-11, IEC 61643-31, UL 1449 en de technische richtlijnen van ons bedrijf, zijn dit de belangrijkste best practices:

1. Kortste verbindingsregel

• Houd alle SPD-aansluitleidingen zo kort en recht mogelijk, idealiter ≤ 0,5 m (zoals aanbevolen in onze technische handleiding).

• Lange kabels introduceren een inductieve spanningsstijging, waardoor de restspanning (Up) die door de beschermde apparatuur wordt waargenomen, toeneemt.

2. Juiste geleidermaat

• Gebruik geleiders die zijn gedimensioneerd volgens het SPD-type:

  • Type 1 SPD: minimaal 16 mm² koper (hoogenergetische bliksemstroom, Iimp).

  • Type 2 SPD: minimaal 6 mm² koper.

  • Type 3 SPD: volg de gegevens van de fabrikant, doorgaans kleinere doorsneden vanwege lagere stroomsterkte.

• Gebruik altijd koperen geleiders met een lage impedantie en vermijd scherpe bochten.

3. Equipotentiale binding

• Alle SPD's moeten worden aangesloten op hetzelfde hoofdaardingsrail- of potentiaalvereffeningssysteem.

• De verbinding zorgt ervoor dat piekenergie veilig naar aarde wordt afgevoerd, waardoor gevaarlijke potentiaalverschillen tussen circuits worden vermeden.

4. SPD-coördinatie

• Hiërarchie van spanningsbeschermingsniveau (omhoog): Stroomopwaartse SPD's (Type 1) moeten altijd een hogere Up-waarde hebben dan stroomafwaartse SPD's (Type 2/3).

• Afstandsregel: Als de kabel tussen SPD's en beschermde belastingen langer is dan 10 m, installeer dan een extra stroomafwaartse SPD (bijvoorbeeld Type 3) voor een betere bescherming.

• Parallelle coördinatie: Zorg voor meertrapsbeveiliging (Type 1 + Type 2 + Type 3) voor een goede energieverdeling, zodat geen enkel apparaat overbelast raakt.

5. Back-upbescherming (OCPD)

• Gebruik altijd speciale zekeringen of stroomonderbrekers om de SPD zelf te beschermen.

• Onze handleiding specificeert de waarden van de back-upzekeringen, afhankelijk van het SPD-model en Imax/Iimp.

• UL 1449 vereist ook een goede overstroombeveiliging om oververhitting of uitval van de SPD tijdens extreme gebeurtenissen te voorkomen.

Pro-tip: Controleer altijd de naleving van IEC 61643-11 (AC SPD's), IEC 61643-31 (PV/DC SPD's), of UL 1449 (Noord-Amerika), afhankelijk van uw regio. Een juiste installatie en coördinatie maximaliseren de levensduur van de SPD en garanderen de veiligheid van het gehele elektrische systeem.

7. Conclusie

Soorten overspanningsbeveiligingsapparaten zijn niet uitwisselbaar; elk speelt een unieke rol bij het verdedigen van elektrische systemen.

• Type 1 beschermt tegen directe blikseminslagen.

• Type 2 is het werkpaard voor verdeelborden.

• Type 3 beschermt uw meest gevoelige elektronica.

• Combinaties en PV/DC SPD's betrekking hebben op gespecialiseerde en hernieuwbare toepassingen.

Door SPD-typen, hun normen en installatieregels te begrijpen, kunt u een gelaagde verdediging ontwerpen die de veiligheid garandeert, de uitvaltijd minimaliseert en investeringen beschermt.