Ochrona przeciwprzepięciowa AC i DC: jaka jest różnica?

Ochrona przeciwprzepięciowa ma fundamentalne znaczenie dla bezpieczeństwa i sprawności nowoczesnych systemów elektrycznych. Wybór słuszności Urządzenie przeciwprzepięciowe (SPD) zaczyna się od zrozumienia, w jaki sposób systemy prądu przemiennego i stałego zachowują się inaczej w stanach nieustalonych — zwłaszcza wygaszania łuku (przejście prądu przemiennego przez zero w porównaniu z przejściem prądu stałego przez zero) i konstrukcji komponentów (przełączniki MOV dwukierunkowe i jednokierunkowe). W tym przewodniku wyjaśniono różnicę między SPD AC i SPD DC, przedstawiono obowiązujące standardy IEC/UL i pokazano, jak wybrać SPD, który spełnia wymagania aplikacji i zgodności.

1. Wprowadzenie

Przejściowe przepięcia, zwane również skokami napięcia, to krótkotrwałe skoki napięcia, które mogą uszkodzić lub zniszczyć wrażliwy sprzęt elektroniczny. Przepięcia te mogą być spowodowane uderzeniami piorunów, operacjami przełączania sieci, przełączaniem dużych obciążeń lub uruchamianiem sprzętu indukcyjnego. Urządzenia SPD, zwane także tłumikami przepięć lub ogranicznikami przepięć, zostały zaprojektowane tak, aby wykrywać i odwracać te skoki, zanim dotrą do chronionego sprzętu.

Ale nie wszystkie przepięcia — czyli SPD — są sobie równe. Systemy prądu przemiennego (prądu przemiennego) i prądu stałego (prądu stałego) charakteryzują się bardzo różnymi zachowaniami elektrycznymi i jako takie wymagają odmiennych podejść do ochrony przed przepięciami. Za IEC 61643-11/-31, SPD ogranicza napięcie udarowe i odwraca prąd udarowy w ciągu nanosekund, chroniąc sprzęt znajdujący się dalej.

2. Co to jest ochrona przeciwprzepięciowa prądu przemiennego?

Ochrona przeciwprzepięciowa prądu przemiennego jest przeznaczony do systemów elektrycznych, w których napięcie zmienia okresowo kierunek – zwykle przy 50 Hz lub 60 Hz. Systemy te są szeroko stosowane w domach mieszkalnych, budynkach komercyjnych, fabrykach i sieciach automatyki przemysłowej. Według IEC 61643-11, urządzenia SPD AC dzielą się na typ 1, typ 2 i typ 3, każdy przeznaczony do innego punktu instalacji w systemie dystrybucyjnym.

Kluczowa charakterystyka urządzeń SPD AC

• Działają w obrębie typowych napięć sieciowych, takich jak 115 V, 230 V, 400 V i do 690 V AC.

• Działanie dwukierunkowe umożliwiające przełączanie polaryzacji fal sinusoidalnych prądu przemiennego.

• Wygaszanie łuku poprzez naturalne przejście przez zero przebiegu prądu przemiennego, co sprawia, że ​​odłączanie jest bezpieczniejsze i wydajniejsze.

• Powszechnie używane MOV (warystory tlenku metalu) do pochłaniania energii udarowej; w SPD typu 1 MOV są często łączone z GDT (rurami wyładowczymi) lub komorami łukowymi, aby wytrzymać impulsy piorunowe o wysokiej energii (kształty fali 10/350 µs).

• Wymagana jest koordynacja z zabezpieczeniem poprzedzającym (MCB lub bezpiecznik); najlepszą praktyką jest utrzymywanie jak najkrótszej długości przewodu SPD, najlepiej < 0,5 m, aby zminimalizować napięcie szczątkowe.

Typy SPD do zastosowań AC

• SPD typu 1 – Instalowany przy wejściu serwisowym; wytrzymuje bezpośrednie prądy piorunowe (Iimp 10/350 µs).

• SPD typu 2 – Instalowane na tablicach rozdzielczych; chroni przed przepięciami łączeniowymi i piorunami pośrednimi (In/Imax 8/20 µs).

• SPD typu 3 – Zainstalowany w pobliżu wrażliwego sprzętu; zapewnia doskonałą ochronę przed przepięciami szczątkowymi.

Typowe zastosowania

• Główne panele wejściowe serwisowe (Typ 1)

• Budynkowe tablice rozdzielcze (typ 2)

• Panele sterowania w środowiskach przemysłowych (typ 2)

• Ochrona w miejscu użycia lub na poziomie gniazdka dla wrażliwych urządzeń zasilanych prądem przemiennym (typ 3)

Przykład z Produkt Britec AC SPD Zakres

• BR-50GR (typ 1): Znamionowe dla Uc 275/320/440 V, z Iimp do 25 kA (10/350 µs); Idealny do ochrony odgromowej wejść serwisowych w systemach TN/TT.

• BR-12.5M (hybryda typu 1+2): Obsługuje zarówno impulsy piorunowe, jak i przepięcia przełączające, dzięki czemu nadaje się do obiektów przemysłowych.

• BR-40 i BR-30FU (typ 2): Znamionowe dla Uc 275 V, przy In 20 kA / Imax 40 kA (8/20 µs); BR-30FU posiada wbudowany bezpiecznik zapasowy, upraszczający instalację i poprawiający bezpieczeństwo.

• BR-230/BR275-6 (typ 3): Zaprojektowany do ochrony urządzeń końcowych, przy niskim napięciu szczątkowym (Up ≤ 1,5 kV).

3. Co to jest ochrona przeciwprzepięciowa prądu stałego?

Ochrona przeciwprzepięciowa prądu stałego przeznaczony jest do systemów prądu stałego, w których prąd przepływa w jednym kierunku bez naturalnego przejścia przez zero. W przeciwieństwie do systemów prądu przemiennego, które korzystają z okresowych zmian napięcia, systemy prądu stałego stanowią wyjątkowe wyzwanie inżynieryjne: łuki nie gaszą samoczynnie. Oznacza to, że SPD prądu stałego wymagają solidniejszego gaszenia łuku, odłączenia termicznego i mechanicznych mechanizmów zwalniających, aby zapewnić bezpieczeństwo i zapobiec niekontrolowanej niekontrolowanej utracie ciepła.

Kluczowe cechy SPD DC

• Wartości napięcia: Zwykle zaprojektowane dla napięcia od 500 V prądu stałego do 1500 V prądu stałego, obejmujące panele fotowoltaiczne, systemy magazynowania akumulatorów (BESS) i sieci szybkiego ładowania prądem stałym.

• Jednokierunkowy wybór MOV: Aby dostosować się do polaryzacji DC, SPD DC wykorzystują jednokierunkowe MOV, zapewniając prawidłowe tłumienie przepięć dla jednokierunkowego przepływu prądu.

• Tłumienie łuku: Ponieważ DC nie ma przejścia przez zero, SPD DC zawierają szybko działające rozłączniki termiczne, lampy wyładowcze (GDT) lub komory łukowe, aby bezpiecznie przerywać prądy zwarciowe.

• Obsługa wysokich przepięć: Zbudowany do pochłaniania przepięć o wysokiej energii o wartościach znamionowych In/Imax do 20–40 kA (8/20 µs) i urządzeniach typu 1+2 o wartości znamionowej Iimp.

• Zgodność i certyfikacja:

  • Musi być zgodny z normą IEC 61643-31 (dla fotowoltaicznych urządzeń SPD DC) lub UL1449 (dla systemów prądu stałego w Ameryce Północnej do 1500 V prądu stałego).

  • W zależności od projektu lub wymagań regionalnych produkty mogą posiadać dodatkowe certyfikaty TÜV, CB lub UL w zakresie zgodności z siecią i audytów bezpieczeństwa.

Typowe zastosowania ochrony przeciwprzepięciowej prądu stałego

• Panele fotowoltaiczne (zabezpieczenie stringów lub skrzynek połączeniowych, zazwyczaj 1000 Vdc lub 1500 Vdc).

• Bateryjne systemy magazynowania energii (BESS) dla rozwiązań w skali sieciowej lub mikrosieci.

• Stacje ładowania pojazdów elektrycznych (EV), zwłaszcza szybkie ładowanie prądem stałym.

• Maszty telekomunikacyjne i systemy OZE (przetwornice turbin wiatrowych, hybrydowe sieci prądu stałego).

Przykłady z SPD DC firmy Britec Zakres

• BRPV3-1000 (SPD typu 1+2 DC)

  • Napięcie znamionowe: Uc = 1000 Vdc

  • Nominalny prąd rozładowania: In = 20 kA

  • Maksymalny prąd rozładowania: Imax = 40 kA (8/20 µs)

  • Poziom ochrony napięciowej: Up ≤ 3,8 kV

  • Cechy: Rozłącznik termiczny + zdalna sygnalizacja do monitorowania w czasie rzeczywistym.

• BRPV3-1500 (SPD typu 1+2 DC)

  • Napięcie znamionowe: Uc = 1500 Vdc

  • Nominalny prąd rozładowania: In = 20 kA

  • Maksymalny prąd rozładowania: Imax = 40 kA

  • Poziom ochrony napięciowej: Up ≤ 4,5 kV

  • Cechy: Konstrukcja komory łukowej + odcięcie termiczne, zapewniające niezawodną pracę w instalacjach fotowoltaicznych i infrastrukturze EV.

4. Jaka jest różnica między ochroną przeciwprzepięciową AC i DC?

Chociaż na pierwszy rzut oka urządzenia SPD AC i SPD DC wyglądają podobnie, zasady ich projektowania, standardy i wymagania aplikacyjne są bardzo różne. Poniższa tabela podsumowuje kluczowe różnice między AC SPD i DC SPD:

4.1 Charakterystyka prądu elektrycznego: AC i DC

AC okresowo zmienia kierunek (sinusoida), umożliwiając naturalne przejście przez zero. Prąd stały przepływa w jednym kierunku w sposób ciągły (płaski kształt fali), co sprawia, że ​​gaszenie łuku jest znacznie trudniejsze.

Implikacja:

Urządzenia SPD AC korzystają z przejścia przez zero w celu przerwania łuku, podczas gdy SPD DC wymagają solidniejszych mechanizmów tłumienia łuku ze względu na charakterystykę kształtu fali.

4.2 Kształt fali udarowej

• Przepięcia prądu przemiennego mają często gładsze, sinusoidalne przebiegi.
• Przy płaskim napięciu szczytowym przepięcia prądu stałego są krótsze, szybsze i bardziej gwałtowne

Potrzeby czasu reakcji:

Urządzenia SPD DC zazwyczaj wymagają krótszego czasu reakcji (≤25 ns), aby chronić przed szybkimi stanami przejściowymi.

4.3 Konstrukcja i zasady działania SPD

• SPD prądu przemiennego: Zaprojektowany dla symetrycznej polaryzacji napięcia i wejścia fali sinusoidalnej
• SPD prądu stałego: Zbudowany dla obwodów wrażliwych na polaryzację i jednokierunkowego przepływu prądu

Zastosowana technologia: Zarówno urządzenia SPD prądu przemiennego, jak i stałego powszechnie wykorzystują MOV (warystory z tlenku metalu), rozłączniki termiczne, a czasami GDT (lampy wyładowcze). Aby zrozumieć, jak te elementy działają w urządzeniu przeciwprzepięciowym, zapoznaj się z naszym szczegółowym przewodnikiem na temat jak działa SPD.

4.4 Wartości znamionowe napięcia i zdolność udarowa

• Urządzenia SPD AC: zakres od 115 V do 600 V
• Urządzenia SPD DC: zakres od 500 V do 1500 V

Przykład:

DC SPD FLY1-40PV obsługuje do 40kA; AC SPD USP2 ma zakres do 120 kA, w zależności od modelu.

4.5 Środowiska aplikacji

• SPD prądu przemiennego: Biura, domy, HVAC, panele sterowania
• SPD prądu stałego: Energia odnawialna, telekomunikacja zewnętrzna, systemy transportowe

Tolerancja środowiskowa:

Urządzenia SPD DC zwykle obsługują szersze zakresy temperatur i wilgotności względnej ze względu na zastosowania zewnętrzne.

4.6 Wygaszanie łuku

• klimatyzacja: Łuk naturalnie gaśnie przy przejściu przez zero
• DC: Wymaga mechanicznego/termicznego gaszenia łuku ze względu na brak odwrócenia polaryzacji.

Dlaczego to ma znaczenie:

Nieodpowiednie tłumienie łuku w ogranicznikach przepięć prądu stałego może prowadzić do ucieczki termicznej i pożaru.

4.7 Normy, badania i certyfikacja

• Standardy AC SPD: UL 1449, IEC 61643-11 (typ 1, 2, 3)
• Standardy SPD prądu stałego: EN 50539-11, IEC 61643-31, UL 1449 (fokus PV, BESS, EV)

Przykład:

Klasa ochrony przeciwprzepięciowej musi zostać zweryfikowana za pomocą etykiet SPD z certyfikatem TUV w celu sprawdzenia zgodności z siecią.

5. Jak wybrać odpowiedni SPD

Wybór odpowiedniego urządzenia przeciwprzepięciowego (SPD) nie zależy tylko od napięcia znamionowego, ale obejmuje również pozycję instalacji, koordynację ochrony i zgodność z międzynarodowymi normami. Oto najważniejsze czynniki, które należy wziąć pod uwagę:

1. Dopasuj SPD do napięcia systemu

• Systemy prądu przemiennego (IEC 61643-11 / UL 1449)

  • 230/400 V (sieci TN/TT): Wybierz Uc 275 V modele.

  • Przykład: Britec BR-40/30FU – Typ 2 SPD, Uc 275 V, In 20 kA, Imax 40 kA, ze zintegrowanym bezpiecznikiem do zabezpieczenia rezerwowego.

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

  • Tablice 600 Vdc, 1000 Vdc lub 1500 Vdc: Wybierz pasującą wartość znamionową DC Uc.

  • Przykład: Britec BRPV3-1000 (Uc 1000 Vdc) Lub BRPV3-1500 (Uc 1500 Vdc) – Urządzenia SPD typu 1+2 DC do skrzynek przyłączeniowych i falowników fotowoltaicznych.

Wskazówka: Zawsze sprawdzaj, czy Uc (ciągłe napięcie robocze) SPD wynosi ≥ 1,2 × znamionowe napięcie systemu, aby uniknąć przedwczesnego starzenia.

2. Zastosuj odpowiednią klasę ochrony (typ) do każdego poziomu instalacji

• Typ 1 (prąd piorunowy 10/350 µs)

  • Zainstalowany przy wejściu serwisowym/głównej dystrybucji.

  • Wytrzymuje bezpośrednie prądy piorunowe.

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

• Typ 2 (przepięcia przełączające 8/20 µs)

  • Instalowane na podłogowych tablicach rozdzielczych.

  • Chroni przed przepięciami łączeniowymi i resztkowymi prądami piorunowymi.

  • Przykład: BR-40/30FU Typ 2 SPD (ze zintegrowanym odłącznikiem).

• Typ 3 (punkt użycia)

  • Instalowane w pobliżu wrażliwego sprzętu (komputery, serwery, urządzenia medyczne).

  • Chroni przed przepięciami szczątkowymi, które nie są blokowane przez poprzedzające urządzenia SPD.

Reguła inżynieryjna: Jeżeli długość kabla pomiędzy dwoma stopniami ochrony wynosi >10 m, zainstaluj dodatkowe SPD na obu końcach, aby zapewnić koordynację.

3. Zapewnij koordynację z wyłącznikami i bezpiecznikami

• Urządzenia SPD muszą być skoordynowane z poprzedzającymi bezpiecznikami MCB/RCB/zapasowymi.

• Niektóre modele, np Britec BR-40/30FU, zintegrować rozłączniki termiczne i zabezpieczenia rezerwowe, redukując przestrzeń i koszty.

4. Zgodność ze standardami

• SPD AC: IEC 61643-11, UL 1449

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

Zawsze upewnij się, że SPD posiada odpowiednie certyfikaty testowe CE, UL lub IEC, szczególnie w przypadku projektów międzynarodowych.

Klucz na wynos

Wybór odpowiedniego SPD oznacza dopasowanie napięcia, wybór odpowiedniego typu na poziom instalacji, zapewnienie właściwej koordynacji i zgodność z normami IEC/UL.

Z Portfolio Britec (BR-12.5M, BR-40/30FU, BRPV3-1000, BRPV3-1500), możesz pokryć zastosowania mieszkaniowe, komercyjne, przemysłowe i fotowoltaiczne certyfikowaną, wysokowydajną ochroną przeciwprzepięciową.

6. Wniosek

Urządzenia zabezpieczające przed przepięciami prądu przemiennego i stałego mogą wyglądać podobnie, ale obsługują zasadniczo różne systemy. Urządzenia SPD prądu przemiennego są zoptymalizowane do zastosowań z falami sinusoidalnymi w budynkach i sieciach. Urządzenia SPD DC są dostosowane do płaskich przebiegów napięcia w infrastrukturze prądu stałego odnawialnej i wysokiego napięcia.

Wybór odpowiedniego SPD jest niezbędny do zabezpieczenia sprzętu i utrzymania zgodności z normami bezpieczeństwa.

Aby zapewnić optymalną ochronę:

• Zawsze dopasowuj typ SPD do aktualnego systemu (AC lub DC)
• Należy wziąć pod uwagę napięcie znamionowe, charakterystykę kształtu fali i wymaganą zdolność pochłaniania energii.
• Wybierz certyfikowane produkty (TUV, UL, CE) z odpowiednią klasą ochrony przeciwprzepięciowej.

Potrzebujesz pomocy w wyborze SPD? Skontaktuj się z certyfikowanym elektrykiem lub dostawcą zabezpieczeń przeciwprzepięciowych, aby znaleźć odpowiednie rozwiązanie w zakresie ochrony przed przepięciami prądu stałego lub prądu przemiennego dla swojego systemu.