Różne typy urządzeń przeciwprzepięciowych (SPD)

1. Wprowadzenie

Skoki napięcia są cichymi zabójcami nowoczesnych systemów elektrycznych. Od elektroniki użytkowej po automatykę przemysłową i elektrownie słoneczne, nawet pojedyncze przejściowe przepięcie może spowodować przestoje, kosztowne naprawy lub awarię sprzętu. Rozwiązanie? Urządzenia przeciwprzepięciowe (SPD).

W tym przewodniku omówimy różne typy urządzeń przeciwprzepięciowych, wyjaśnimy, jak działają i porównamy ich zastosowania. Na koniec będziesz dokładnie wiedzieć, które typy SPD pasują do Twojego systemu – niezależnie od tego, czy jest to dom, centrum danych czy instalacja fotowoltaiczna.

2. Czym są urządzenia przeciwprzepięciowe?

A Urządzenie przeciwprzepięciowe (SPD) to element bezpieczeństwa instalowany w systemie elektrycznym w celu ograniczenia przejściowych przepięć spowodowanych uderzeniami pioruna, zdarzeniami przełączającymi lub zakłóceniami w sieci. Działa poprzez bezpieczne przekierowywanie energii udarowej do ziemi, chroniąc podłączony sprzęt.

Pomyśl o SPD jak o zaworze zwalniającym ciśnienie: nie zatrzymuje on wystąpienia przepięć, ale odprowadza nadmiar energii z dala od wrażliwej elektroniki.

3. Jak działa ochrona przeciwprzepięciowa?

SPD opierają się na takich komponentach, jak warystory z tlenku metalu (MOV), lampy wyładowcze (GDT) i iskierniki. Kiedy napięcie przekroczy bezpieczny próg (Uc), SPD przełącza się w tryb przewodzenia, ograniczając udar do niższego napięcia szczątkowego (Up).

Kluczowe parametry do zrozumienia:

• Uc (maksymalne ciągłe napięcie robocze): normalne napięcie, jakie może obsłużyć SPD.

• W górę (poziom ochrony napięcia): napięcie zaciskania, które “zobaczą” urządzenia podłączone za urządzeniem.”

• In / Imax (nominalny i maksymalny prąd rozładowania): ile prądu udarowego może pochłonąć urządzenie.

• Iimp (prąd impulsowy): specyficzne dla typu 1, reprezentujące przebiegi uderzeń pioruna.

4. Rodzaje urządzeń przeciwprzepięciowych

Zrozumienie typów SPD jest kluczem do projektowania warstwowej ochrony przeciwprzepięciowej. Międzynarodowe standardy, takie jak IEC 61643-11 (AC), IEC 61643-31 (DC/PV), I UL 1449 (Ameryka Północna) zdefiniować różne klasy w oparciu o przebiegi testowe, wydajność energetyczną i lokalizację instalacji.

Poniżej przedstawiamy różne typy urządzeń przeciwprzepięciowych (SPD), z którymi się spotkasz, wraz z ich rolami technicznymi i wskazówkami dotyczącymi zastosowań.

4.1 SPD typu 1 (IEC 61643-11, klasa I, 10/350 µs)

• Definicja: Zaprojektowany do odprowadzania częściowego prądu piorunowego. Testowano za pomocą fali impulsowej 10/350 µs (Iimp) reprezentującej bezpośrednie uderzenie pioruna.

• Punkt instalacji: Wejście serwisowe, zazwyczaj przed główną tablicą rozdzielczą. Często stosowany w budynkach wyposażonych w zewnętrzną instalację odgromową (LPS).

• Kluczowe parametry:

  • Iimp (prąd impulsowy): znamionowa obciążalność prądowa pioruna.

  • Uc (maksymalne ciągłe napięcie robocze): zapewnia brak uszkodzeń podczas normalnej pracy.

  • Up (poziom ochrony napięcia): napięcie szczątkowe widoczne w obwodach za nim.

• Zastosowana technologia: Iskierniki, wytrzymałe MOV lub konstrukcje hybrydowe.

• Przypadki użycia:

  • Obiekty przemysłowe, wieże telekomunikacyjne, szpitale.

  • Wysokie budynki w regionach o dużym natężeniu wyładowań atmosferycznych.

• Przykład: Fabryka wyposażona w piorunochrony na dachu będzie wymagać SPD typu 1 na głównym zasilaniu.

4.2 SPD typu 2 (IEC 61643-11, klasa II, 8/20 µs)

• Definicja: Radzi sobie z przepięciami przełączającymi i pośrednimi efektami wyładowań atmosferycznych. Testowane przy przebiegu prądu 8/20 µs (In, Imax).

• Punkt instalacji: Tablice główne lub podrozdzielnie wewnątrz obiektu.

• Kluczowe parametry:

  • In (nominalny prąd rozładowania): wytrzymałość przy wielokrotnych przepięciach.

  • Imax (maksymalny prąd rozładowania): maksymalna zdolność udarowa.

  • W górę: musi być skoordynowany zarówno z górnym typem 1, jak i dolnym typem 3.

• Zastosowana technologia: Moduły oparte na MOV, często podłączane w celu łatwej wymiany.

• Przypadki użycia:

  • Domy mieszkalne, biurowce, sklepy detaliczne.

  • Standardowa ochrona w obszarach o umiarkowanym ryzyku przepięć.

• Przykład: Małe biuro bez zewnętrznego LPS zazwyczaj używa SPD typu 2 na płycie głównej.

Chcesz szczegółowego zestawienia? Przeczytaj nasz pełny przewodnik: Co to jest urządzenie przeciwprzepięciowe typu 2?

4.3 SPD typu 3 (IEC 61643-11, klasa III, fala combo)

• Definicja: Dobra ochrona urządzeń końcowych. Testowane falą kombinowaną (napięcie 1,2/50 µs + prąd 8/20 µs).

• Punkt instalacji: Jak najbliżej chronionego urządzenia (gniazdko, wejście urządzenia).

• Kluczowe parametry:

  • W górę: bardzo niski poziom mocowania w celu ochrony wrażliwych ładunków.

  • Należy stosować w koordynacji z poprzedzającym typem 2.

• Zastosowana technologia: MOV w połączeniu z filtrami dla dodatkowego tłumienia.

• Przypadki użycia:

  • Komputery, sterowniki LED, elektronika medyczna i systemy sterowania.

• Przykład: Szpitalny aparat do rezonansu magnetycznego wymaga SPD typu 3 w pobliżu urządzenia, współpracującego z poprzedzającym urządzeniem typu 2.

Więcej informacji znajdziesz w naszym dedykowanym artykule: Co to jest zabezpieczenie przeciwprzepięciowe typu 3?

4.4 SPD kombinowane T1+T2

• Definicja: Pojedynczy moduł SPD testowany zarówno dla przebiegów klasy I (10/350 µs), jak i klasy II (8/20 µs).

• Korzyść: Chroni przed bezpośrednim wyładowaniem atmosferycznym oraz przepięciami łączeniowymi w jednym urządzeniu.

• Punkt instalacji: Wejście do usługi, gdy przestrzeń lub budżet ogranicza wiele urządzeń.

• Przypadki użycia:

  • Średniej wielkości budynki komercyjne lub mieszkalne wymagają kompaktowych rozwiązań.

  • Miejsca, w których koordynacja pomiędzy oddzielnymi typami 1 i 2 jest trudna.

• Przykład: W celu uproszczenia ochrony w głównej rozdzielnicy centrum handlowego można zainstalować SPD T1+T2.

4.5 SPD kombinowane T2+T3

• Definicja: Urządzenia hybrydowe są testowane pod kątem wydajności w klasie II i III.

• Korzyść: Zapewnia ochronę na poziomie dystrybucji i terminala.

• Punkt instalacji: Panele pomocnicze w pobliżu wrażliwych obciążeń, zwłaszcza jeśli długość tras kablowych przekracza 10 m.

• Przypadki użycia:

  • Centra danych, serwerownie, przemysłowe szafy sterownicze.

• Przykład: Fabryczna linia automatyki z długimi kablami prowadzącymi do sterowników PLC może wykorzystywać SPD T2+T3 w pobliżu paneli PLC.

4.6 SPD typu 4 (UL 1449, tylko Ameryka Północna)

• Definicja (UL 1449): Zespoły komponentów, które nie są przeznaczone jako urządzenia samodzielne, ale zintegrowane ze sprzętem OEM.

• Podkategorie:

  • Zespoły komponentów typu 4 (CA): wstępnie pakowane części SPD dla producentów.

  • Komponenty typu 5: surowe MOV lub GDT.

• Punkt instalacji: Urządzenia wewnętrzne, zasilacze lub panele wykonane na zamówienie.

• Przypadki użycia:

  • Producenci OEM projektujący sprzęt chroniony przed przepięciami.

  • Specjalistyczne przekładnie przemysłowe na rynek północnoamerykański.

• Przykład: Producent UPS integruje w swoich produktach zespoły SPD typu 4.

4,7 SPD PV/DC (IEC 61643-31, do 1500 VDC)

• Definicja: Ograniczniki przepięć przeznaczone do obwodów fotowoltaicznych i prądu stałego.

• Standardy testowe: IEC 61643-31 określa wymagania dla zastosowań prądu stałego.

• Punkt instalacji: Skrzynki łączące panele fotowoltaiczne, falowniki i tablice rozdzielcze prądu stałego.

• Kluczowe parametry:

  • Ucpv: znamionowe ciągłe napięcie fotowoltaiczne (600 V, 1000 V, 1500 V).

  • In / Imax: obsługa prądu udarowego po stronie DC.

  • Czas reakcji: musi być wystarczająco szybki dla falowników półprzewodnikowych.

• Przypadki użycia:

  • Farmy fotowoltaiczne na skalę użytkową, systemy fotowoltaiczne na dachach, magazyny akumulatorów.

• Przykład: Potrzebna będzie farma fotowoltaiczna 1500 VDC SPD fotowoltaiczne T1+T2 w skrzynkach przyłączeniowych i wejściach falownika.

Pro wskazówka dla czytelników: Zawsze używaj A skoordynowany system SPD. Typ 1 przy wejściu, Typ 2 przy podpanelach i Typ 3 w pobliżu obciążeń krytycznych. W przypadku fotowoltaiki dodać SPD typu 2 lub T1+T2 DC zgodnie z normą IEC 61643-31.

5. Urządzenia SPD typu 1, typu 2 i typu 3

Jeśli chcesz głębiej nurkować, sprawdź nasz dedykowany blog na ten temat tutaj:
Różnica między SPD typu 1, typu 2 i typu 3

Oto krótkie porównanie, które pomoże Ci wybrać odpowiedni typ SPD:

Przegląd

• SPD typu 1 wytrzymują bezpośrednie uderzenia pioruna o wysokiej energii (10/350 µs).

• SPD typu 2 ograniczają przepięcia przełączające i uderzenia pośrednie (8/20 µs).

• SPD typu 3 chroń wrażliwy sprzęt na ostatniej mili (przebieg kombinowany).

6. Jak instalować i koordynować urządzenia przeciwprzepięciowe (SPD)

Prawidłowa instalacja jest tak samo ważna, jak wybór odpowiedniego typu urządzeń przeciwprzepięciowych (SPD). Niewłaściwe okablowanie lub słaba koordynacja mogą obniżyć poziom ochrony, nawet jeśli sam SPD spełnia standardy IEC lub UL. W oparciu o normy IEC 61643-11, IEC 61643-31, UL 1449 i wytyczne inżynieryjne naszej firmy, oto najważniejsze najlepsze praktyki:

1. Zasada najkrótszego połączenia

• Wszystkie przewody łączące SPD powinny być możliwie krótkie i proste, najlepiej ≤ 0,5 m (zgodnie z zaleceniami zawartymi w naszej instrukcji technicznej).

• Długie przewody wprowadzają indukcyjny wzrost napięcia, co zwiększa napięcie szczątkowe (Up) widziane przez chroniony sprzęt.

2. Prawidłowy rozmiar przewodu

• Stosować przewody o wymiarach zgodnych z typem SPD:

  • SPD typu 1: miedź minimum 16 mm² (wysokoenergetyczny prąd piorunowy, Iimp).

  • SPD typu 2: miedź o minimalnej grubości 6 mm².

  • SPD typu 3: postępuj zgodnie z danymi producenta, zazwyczaj mniejsze przekroje ze względu na niższy prąd.

• Zawsze używaj przewodów miedzianych o niskiej impedancji i unikaj ostrych zagięć.

3. Połączenie wyrównawcze

• Wszystkie urządzenia SPD muszą być podłączone do tej samej głównej szyny uziemiającej lub systemu połączeń wyrównawczych.

• Klejenie zapewnia bezpieczne odprowadzanie energii udarowej do uziemienia, unikając niebezpiecznych różnic potencjałów między obwodami.

4. Koordynacja SPD

• Hierarchia poziomu ochrony napięciowej (górnej): SPD upstream (typ 1) powinna zawsze mieć wyższą wartość SPD góra niż SPD downstream (typ 2/3).

• Zasada odległości: Jeśli kabel pomiędzy SPD a chronionymi obciążeniami jest dłuższy niż 10 m, zainstaluj dodatkowy SPD na odpływie (np. Typ 3) dla lepszej ochrony.

• Koordynacja równoległa: W przypadku ochrony wielostopniowej (typ 1 + typ 2 + typ 3) należy zapewnić odpowiednią dystrybucję energii, aby żadne pojedyncze urządzenie nie było nadmiernie obciążone.

5. Ochrona zapasowa (OCPD)

• Zawsze używaj dedykowanych bezpieczników lub wyłączników automatycznych w celu ochrony samego SPD.

• Nasza instrukcja określa parametry bezpieczników rezerwowych w zależności od modelu SPD i Imax/Iimp.

• Norma UL 1449 wymaga również odpowiedniego zabezpieczenia nadprądowego, aby zapobiec przegrzaniu lub awarii SPD podczas ekstremalnych zdarzeń.

Wskazówka dla profesjonalistów: Zawsze sprawdzaj zgodność z IEC 61643-11 (SPD AC), IEC 61643-31 (SPD PV/DC), lub UL 1449 (Ameryka Północna) w zależności od regionu. Prawidłowa instalacja i koordynacja maksymalizują żywotność SPD i zapewniają bezpieczeństwo całego układu elektrycznego.

7. Wniosek

Rodzaje urządzeń przeciwprzepięciowych nie są zamienne – każdy z nich odgrywa wyjątkową rolę w ochronie systemów elektrycznych.

• Typ 1 chroni przed bezpośrednimi uderzeniami piorunów.

• Typ 2 jest koniem pociągowym dla tablic rozdzielczych.

• Typ 3 chroni najbardziej wrażliwą elektronikę.

• Kombinacje i SPD PV/DC obejmują zastosowania specjalistyczne i odnawialne.

Rozumiejąc typy SPD, ich standardy i zasady instalacji, można zaprojektować warstwową ochronę, która zapewni bezpieczeństwo, minimalizuje przestoje i chroni inwestycje.