Rodzaje przemysłowych urządzeń przeciwprzepięciowych i stopniowane strategie ochrony
31/10/2025
W tym artykule systematycznie przedstawiamy rodzaje, metody klasyfikacji i sposób budowania skutecznego stopniowanego systemu ochrony przemysłowe ograniczniki przepięć (SPD).
Klasyfikacja według zasady technicznej i zdolności rozładowania
Jest to podstawowa metoda klasyfikacji SPD, która bezpośrednio określa scenariusze ich zastosowania i poziomy ochrony i zwykle opiera się na normach międzynarodowych, takich jak IEC 61643.
Typ 1 (Typ 1/T1): Wyładowanie energii
Zasada techniczna: Urządzenia przeciwprzepięciowe typu 1 zazwyczaj wykorzystuje iskiernik jako główny element. Jego główną cechą jest zdolność do rozładowania wysokiego prądu udarowego.
Możliwość rozładowania: Wytrzymuje i uwalnia bezpośrednie uderzenia pioruna lub częściowy prąd pioruna (symulacja kształtu fali 10/350µs); prądy testowe mogą zazwyczaj osiągać dziesiątki kiloamperów.
Scenariusze zastosowań: Instalowany głównie przy wejściu do głównej szafy rozdzielczej budynku (MDB) jako podstawowe urządzenie zabezpieczające uwalniające prąd piorunowy z linii zewnętrznych (np. linii energetycznych).
Typ 2 (Typ 2/T2): Ogranicznik napięcia
Zasada techniczna: Podstawowym elementem jest warystor (MOV). Pod normalnym napięciem MOV wykazuje wysoką rezystancję; w przypadku wystąpienia przepięcia udarowego jego rezystancja gwałtownie spada, omijając prąd i utrzymując napięcie na bezpiecznym poziomie.
Pojemność rozładowania: Urządzenia przeciwprzepięciowe typu 2 Stosowany do rozładowywania indukowanych uderzeń pioruna i przepięć roboczych (symulujących przebieg fali 8/20 µs), przy wydajności wyładowania zwykle w zakresie od kilku tysięcy do dziesiątek tysięcy amperów.
Scenariusze zastosowania: Zainstalowany za główną szafą rozdzielczą w szafie rozdzielczej (panel rozdzielczy, SDB) lub przed szafą sterowniczą ważnego sprzętu, służąc jako dodatkowe zabezpieczenie zapewniające ochronę większości urządzeń elektrycznych.
Typ 3 (Typ 3/T3): Zaawansowana ochrona
Zasada techniczna: Zazwyczaj wykorzystuje się drobniejsze MOV, lampy wyładowcze lub diody TVS, co skutkuje wyjątkowo szybką reakcją i niższym napięciem szczątkowym (poziom ochrony).
Pojemność rozładowania: Pojemność rozładowania jest stosunkowo mała i służy głównie do dalszego tłumienia resztkowego napięcia udarowego.
Scenariusze zastosowań: Urządzenia przeciwprzepięciowe typu 3 instalowane bardzo blisko chronionego sprzętu, np. w gnieździe urządzenia lub tablicy gniazdowej, w celu zapewnienia doskonałej ochrony. Zwykle należy go używać w połączeniu z SPD typu 2 i nie można go instalować samodzielnie.
Połączony Spd (typ 1+2): rozwiązanie zintegrowane
Zasada techniczna: To urządzenie łączy w sobie iskiernik typu 1 i warystor typu 2, oferując zalety wysokiej zdolności rozładowania i niskiego poziomu ochrony.
Scenariusze zastosowań: Kombinowane urządzenia przeciwprzepięciowe SPD (typ 1+2). nadaje się do zastosowań o ograniczonej przestrzeni lub wymagających uproszczonej konstrukcji. Można go zainstalować bezpośrednio w głównej szafie rozdzielczej przy wejściu do budynku, zapewniając łączną ochronę pierwszego i drugiego poziomu.
Rozszerzona klasyfikacja przemysłowych urządzeń przeciwprzepięciowych
Oprócz podstawowych typów technologii, przemysłowe urządzenia SPD można również klasyfikować według innych wymiarów.
Klasyfikacja według typu źródła zasilania
Zasilacz prądu przemiennego SPD: Stosowany do ochrony systemów zasilania prądem przemiennym, takich jak przemysłowe sieci energetyczne 380 V/220 V.
Zasilacz prądu stałego SPD: Stosowany do ochrony systemów zasilania prądem stałym, takich jak fotowoltaiczne systemy wytwarzania energii, napędy silników prądu stałego i zasilacze komunikacyjnych stacji bazowych.
SPD zasilania prądem przemiennym vs SPD zasilania prądem stałym
Funkcja
SPD zasilania prądem przemiennym
SPD zasilania prądem stałym
Aplikacja podstawowa
Główne panele elektryczne, podpanele, obwody odgałęzione w domach, biurach i obiektach przemysłowych.
Panele fotowoltaiczne, systemy magazynowania akumulatorów, stacje ładowania pojazdów elektrycznych, telekomunikacja, motoryzacja, transport morski i transport publiczny.
Wysoka zmienność (np. 12 V, 24 V, 48 V dla akumulatorów; 600 V do 1500 V dla ciągów fotowoltaicznych).
Obecne zachowanie
Prąd przemienny. Napięcie przekracza zero 100 lub 120 razy na sekundę. To pomaga zgasić łuk elektryczny.
Prąd stały. Napięcie jest stałe i nie przekracza zera. To sprawia łuk jest znacznie bardziej trwały i niebezpieczny.
Kluczowe wyzwanie projektowe
Zarządzanie przejściowymi przepięciami. Przejście prądu przemiennego przez zero w naturalny sposób pomaga przerwać prąd następczy.
Tłumienie łuku. Podstawowym wyzwaniem jest bezpieczne stłumienie “prądu następczego” ze źródła prądu stałego po wystąpieniu przepięcia, bez zapalenia się SPD.
Wewnętrzna technologia i komponenty
Przede wszystkim używa Warystory tlenku metalu (MOV) a czasami gazowe lampy wyładowcze (GDT). Projekty są stosunkowo proste.
Używa bardziej wytrzymałego filmy MOV ze specjalnymi komorami/wypełniaczami do gaszenia łuku. Większe poleganie na GDT specjalnie zaprojektowany dla prądu stałego, który może bezpiecznie wytrzymać ciągłe napięcie prądu stałego bez wycieków.
Napięcie znamionowe (Uc)
Przystosowane do pracy ciągłej przy standardowych napięciach AC RMS (np. 275 V, 320 V, 440 V).
Przystosowane do pracy ciągłej przy określonym napięciu systemu prądu stałego (np. 1000 V DC, 1500 V DC).
Odłączenie i bezpieczeństwo
Często obejmuje rozłączniki termiczne, aby bezpiecznie uszkodzić MOV, który został uszkodzony przez wiele przepięć.
Krytyczny i solidniejszy. Wymaga zaawansowanych mechanizmów awaryjnych, aby fizycznie odłączyć SPD od źródła prądu stałego w sposób niezawodny, ponieważ utrzymujący się łuk prądu stałego stanowi główne zagrożenie pożarowe.
Standardy certyfikacji
UL 1449 (Ameryka Północna), IEC 61643-11 (międzynarodowa).
UL 1449 (dla określonych zastosowań prądu stałego), IEC 61643-11, UL 497B i określone normy dotyczące systemów fotowoltaicznych, takie jak IEC 62548.
Klasyfikacja według typu sygnału
Środowiska przemysłowe obejmują nie tylko linie energetyczne, ale także liczne linie sygnałowe i sterujące. Urządzenia SPD Signal zostały specjalnie zaprojektowane do ochrony linii niskiego napięcia, takich jak:
● Sieć/Ethernet SPD
● Port szeregowy RS-232/485/422 SPD
● Analogowe/cyfrowe SPD wejścia/wyjścia
● Kabel koncentryczny SPD (używany do monitoringu wideo, anten itp.)
Klasyfikacja według konstrukcji montażowej
Wtykowe urządzenia przeciwprzepięciowe
Wygląda jak adapter i można go podłączyć bezpośrednio do gniazdka ściennego. Służy głównie do ochrony pojedynczego urządzenia i należy do typu 3.
Modułowe urządzenia przeciwprzepięciowe
Standardowa modułowa konstrukcja pozwala na montaż na szynie DIN w szafie rozdzielczej, podobnie jak wyłącznik automatyczny. Jest to najpowszechniejsza forma w zastosowaniach przemysłowych, ułatwiająca instalację, wymianę i monitorowanie stanu (poprzez zdalne styki sygnalizacyjne). Typ 1 i typ 2 są przeważnie tego typu.
Urządzenia przeciwprzepięciowe typu pudełkowego
Moduły SPD, bezpieczniki lub wyłączniki automatyczne są zintegrowane w jednej obudowie ochronnej, która jest powszechnie stosowana w skrzynkach sprzętu zewnętrznego lub polowego.
Jak zbudować wielopoziomowy (stopniowy) system ochrony?
Pojedynczy SPD nie może zapewnić doskonałej ochrony, dlatego wymagana jest wielopoziomowa (lub stopniowana) strategia ochrony.
Zasada wielopoziomowej ochrony
Podstawową koncepcją stopniowanej ochrony jest “rozładowanie krok po kroku i zaciskanie warstwa po warstwie”.”
Poziom 1 (Typ 1/Typ 1+2): Na głównej linii wejściowej pochłania i rozładowuje zdecydowaną większość ogromnej energii udarowej, ograniczając przepięcia o wartości kilku kilowoltów do niższego poziomu (np. 1500-2500 V).
Poziom 2 (typ 2): Na panelu dystrybucyjnym dodatkowo rozładowuje przepięcia resztkowe, które przeniknęły do poziomu 1 i utrzymuje napięcie na bezpieczniejszym poziomie (np. 1000–1500 V).
Poziom 3 (typ 3): Z przodu urządzenia zapewnia końcowe tłumienie niewielkich przepięć szczątkowych, oferując najniższe możliwe napięcie szczątkowe (zwykle poniżej 1000 V), zapewniając absolutne bezpieczeństwo portów sprzętu precyzyjnego.
Należy zachować pewną odległość linii (zazwyczaj zaleca się, aby była większa niż 10 metrów) pomiędzy każdym poziomem SPD, aby wykorzystać impedancję linii do koordynacji energii. Jeśli odległość jest niewystarczająca, wymagane są elementy odsprzęgające (takie jak dedykowane cewki odsprzęgające lub odpowiednie bezpieczniki/wyłączniki automatyczne), aby zapewnić, że każdy poziom SPD działa w skoordynowanej kolejności.
Przykład konfiguracji Spd w typowych scenariuszach przemysłowych
Scenariusz: Zautomatyzowane Centrum Kontroli Linii Produkcyjnej
Główna rozdzielnia (MDB): Zainstaluj SPD typu 1+2, aby chronić zasilanie całego budynku.
Szafa sterownicza linii produkcyjnej (SDB): Zainstaluj SPD typu 2, aby chronić zasilanie głównych jednostek sterujących, takich jak sterowniki PLC i przetwornice częstotliwości.
Przód modułu we/wy sterownika PLC: Zainstaluj urządzenia SPD sygnałowe na liniach sygnału sterującego (np. 24 V DC).
Stacja robocza inżyniera: Użyj płytek gniazd SPD typu 3 na gniazdach, aby chronić komputer i programistę.
Warsztatowy przełącznik sieciowy: Zainstaluj urządzenia Ethernet SPD na portach sieciowych.
Często zadawane pytania
Jak wybrać odpowiedni typ SPD w oparciu o warunki panujące w miejscu pracy?
Krok 1: Określ miejsce instalacji. Wybierz T1 lub T1+2 dla głównej szafki linii wejściowej; T2 do szafy rozdzielczej; i T3 dla przedniej części urządzenia.
Krok 2: Sprawdź kluczowe parametry. Maksymalne ciągłe napięcie pracy (Uc) musi być większe od najwyższego napięcia, jakie może wystąpić w lokalnej sieci energetycznej; nominalny prąd wyładowczy (In) i maksymalny prąd wyładowczy (Imax) muszą spełniać wymagania poziomu ochrony odgromowej (LPL) w miejscu instalacji; napięciowy poziom ochrony (Up) powinien być niższy niż wartość napięcia wytrzymywanego chronionego sprzętu.
Krok 3: Weź pod uwagę inne czynniki, takie jak system zasilania (AC/DC), metoda instalacji (modułowa/skrzynkowa), wskazanie stanu i wymagania dotyczące funkcji zdalnej sygnalizacji.
Codzienna kontrola i konserwacja przemysłowych SPD
Regularna kontrola wzrokowa: Sprawdź SPD pod kątem uszkodzeń fizycznych, takich jak pęknięcia lub ślady przepaleń.
Zwróć uwagę na wskaźnik stanu: większość urządzeń SPD posiada kolorowy wskaźnik w okienku (zielony/czerwony). Kolor zielony oznacza normalne działanie, kolor czerwony oznacza awarię wymagającą natychmiastowej wymiany.
Prowadź dziennik konserwacji: Zapisz datę instalacji, datę wstępnej kontroli i szczegóły kolejnych kontroli. Nawet w normalnym stanie SPD mają ograniczoną żywotność; zaleca się ich okresową kontrolę lub wymianę (np. co 3-5 lat) lub po większym przepięciu.
Profesjonalne testowanie: Użyj specjalistycznych przyrządów do pomiaru prądu upływowego warystora i oceny pogorszenia wydajności.
Czy urządzenia przeciwprzepięciowe mogą zapobiegać zadziałaniu wyłączników automatycznych?
Podstawową funkcją SPD jest zapobieganie uszkodzeniu sprzętu na skutek przepięcia, a nie zapobieganie zadziałaniu wyłączników automatycznych.
Wniosek
Rozumiejąc zasady techniczne i scenariusze zastosowań różnych typów przemysłowych urządzeń przeciwprzepięciowych (SPD) (t1, t2, t3) i łącząc je z kompleksową ochroną linii elektroenergetycznych i sygnałowych, możemy zbudować skuteczny hierarchiczny (krok po kroku) system ochrony.
#!trpst#trp-gettext data-trpgettextoriginal=78#!trpen#Optimized by #!trpst#trp-gettext data-trpgettextoriginal=77#!trpen#Akcelerator Serafinitu#!trpst#/trp-gettext#!trpen##!trpst#/trp-gettext#!trpen#
