Защита от перенапряжений переменного и постоянного тока: в чем разница?

Защита от перенапряжения имеет основополагающее значение для безопасности и бесперебойной работы современных электрических систем. Выбор правильного Устройство защиты от перенапряжения (SPD) начинается с понимания того, как системы переменного и постоянного тока по-разному ведут себя в условиях переходных процессов, особенно при гашении дуги (переход через ноль переменного тока или постоянный ток без перехода через ноль) и конструкции компонентов (двунаправленные и однонаправленные MOV). В этом руководстве объясняется разница между УЗИП переменного тока и УЗИП постоянного тока, сопоставляются применимые стандарты IEC/UL и показано, как выбрать УЗИП, соответствующий вашему приложению и требованиям соответствия.

1. Введение

Переходные перенапряжения, также известные как скачки напряжения, представляют собой кратковременные всплески напряжения, которые могут повредить или вывести из строя чувствительное электронное оборудование. Эти скачки могут быть вызваны ударами молнии, операциями по переключению сети, переключением большой нагрузки или запуском индуктивного оборудования. Устройства SPD, также называемые ограничителями перенапряжения или ограничителями перенапряжения, разработаны для обнаружения и отклонения этих выбросов до того, как они достигнут защищаемого оборудования.

Но не все скачки напряжения (или УЗИП) одинаковы. Системы переменного тока (переменного тока) и постоянного тока (постоянного тока) демонстрируют совершенно разные электрические характеристики и, как таковые, требуют разных подходов к защите от перенапряжений. Пер МЭК 61643-11/-31, УЗИП ограничивает перенапряжение и отводит импульсный ток в течение наносекунд, защищая нижестоящее оборудование.

2. Что такое защита от перенапряжения переменного тока?

Защита от перенапряжения переменного тока предназначен для электрических систем, в которых напряжение периодически меняет направление — обычно с частотой 50 Гц или 60 Гц. Эти системы широко используются в жилых домах, коммерческих зданиях, на заводах и в сетях промышленной автоматизации. В соответствии с МЭК 61643-11, УЗИП переменного тока подразделяются на Тип 1, Тип 2 и Тип 3, каждый из которых предназначен для отдельной точки установки в распределительной системе.

Ключевые характеристики УЗИП переменного тока

• Работайте в пределах обычных сетевых напряжений, таких как 115 В, 230 В, 400 В и до 690 В переменного тока.

• Двунаправленная работа для переключения полярности синусоидальных волн переменного тока.

• Гашение дуги за счет естественного перехода через нуль формы волны переменного тока, что делает отключение более безопасным и эффективным.

• Обычно используемые MOV (металлооксидные варисторы) для поглощения импульсной энергии; в УЗИП типа 1 MOV часто комбинируются с GDT (газоразрядными трубками) или дугогасительными камерами, чтобы выдерживать высокоэнергетические грозовые импульсы (формы сигналов 10/350 мкс).

• Требуется координация с вышестоящей защитой (MCB или предохранитель); Лучше всего делать длину провода УЗИП как можно короче, в идеале <0,5 м, чтобы минимизировать остаточное напряжение.

Типы УЗИП для приложений переменного тока

• Тип 1 СПД – Устанавливается у служебного входа; выдерживает прямые токи молнии (Iimp 10/350 мкс).

• Тип 2 СПД – Устанавливаются на распределительных щитах; защищает от коммутационных перенапряжений и непрямой молнии (In/Imax 8/20 мкс).

• Тип 3 СПД – Устанавливается вблизи чувствительного оборудования; обеспечивает прекрасную защиту от остаточных скачков напряжения.

Типичные приложения

• Панели главного служебного входа (Тип 1)

• Распределительные щиты здания (Тип 2)

• Панели управления в промышленных условиях (Тип 2)

• Защита на уровне точки использования или розетки для чувствительных устройств с питанием от переменного тока (Тип 3)

Пример из Продукт Britec AC SPD Диапазон

• БР-50ГР (Тип 1): рассчитан на Uc 275/320/440 В, с Iimp до 25 кА (10/350 мкс); идеально подходит для молниезащиты служебных входов в системах TN/TT.

• БР-12,5М (гибрид Тип 1+2): выдерживает как грозовые импульсы, так и коммутационные перенапряжения, что делает его пригодным для промышленных объектов.

• БР-40 и БР-30ФУ (Тип 2): рассчитан на Uc 275 В, In 20 кА / Imax 40 кА (8/20 мкс); BR-30FU оснащен резервным предохранителем, что упрощает установку и повышает безопасность.

• БР-230/БР275-6 (Тип 3): Предназначен для защиты оконечного оборудования с низким остаточным напряжением (Up ≤ 1,5 кВ).

3. Что такое защита от перенапряжения постоянного тока?

Защита от перенапряжения постоянного тока предназначен для систем постоянного тока, где электричество течет в одном направлении без естественных переходов через нуль. В отличие от систем переменного тока, которые выигрывают от периодического изменения напряжения, системы постоянного тока представляют собой уникальную инженерную задачу: дуги не затухают самостоятельно. Это означает, что УЗИП постоянного тока требуют более надежных механизмов гашения дуги, термического отключения и механического разблокирования для обеспечения безопасности и предотвращения теплового разбега.

Основные характеристики УЗИП постоянного тока

• Номинальные напряжения: Обычно рассчитан на напряжение от 500 до 1500 В постоянного тока, включая солнечные фотоэлектрические батареи, системы хранения аккумуляторов (BESS) и сети быстрой зарядки постоянного тока.

• Однонаправленный выбор MOV: Чтобы обеспечить полярность постоянного тока, в УЗИП постоянного тока используются однонаправленные варисторы, обеспечивающие правильное ограничение перенапряжений для одностороннего потока тока.

• Подавление дуги: Поскольку в постоянном токе отсутствует точка перехода через нуль, УЗИП постоянного тока оснащены быстродействующими терморазъединителями, газоразрядными трубками (GDT) или дугогасительными камерами для безопасного отключения токов повреждения.

• Обработка высоких всплесков напряжения: Создан для поглощения скачков высокой энергии с номиналами In/Imax до 20–40 кА (8/20 мкс) и устройствами типа 1+2, рассчитанными на грозовые импульсы Iimp.

• Соответствие и сертификация:

  • Должен соответствовать IEC 61643-31 (для фотоэлектрических УЗИП постоянного тока) или УЛ 1449 (для систем постоянного тока в Северной Америке до 1500 В постоянного тока).

  • В зависимости от требований проекта или региона продукты могут иметь дополнительные сертификаты TÜV, CB или UL для проверки соответствия электросети и безопасности.

Типичные применения защиты от перенапряжения постоянного тока

• Солнечные фотоэлектрические батареи (защита цепочки или сумматора, обычно 1000 В постоянного тока или 1500 В постоянного тока).

• Аккумуляторные системы хранения энергии (BESS) для сетевых или микросетевых решений.

• Станции зарядки электромобилей (EV), особенно быстрая зарядка постоянным током.

• Телекоммуникационные башни и системы возобновляемой энергии (преобразователи ветряных турбин, гибридные сети постоянного тока).

Примеры из DC SPD от Britec Диапазон

• BRPV3-1000 (УЗП постоянного тока типа 1+2)

  • Номинальное напряжение: Uc = 1000 В постоянного тока

  • Номинальный ток разряда: In = 20 кА

  • Максимальный ток разряда: Imax = 40 кА (8/20 мкс)

  • Уровень защиты по напряжению: Up ≤ 3,8 кВ

  • Особенности: Терморазъединитель + дистанционная сигнализация для мониторинга в реальном времени.

• BRPV3-1500 (УЗП постоянного тока типа 1+2)

  • Номинальное напряжение: Uc = 1500 В постоянного тока

  • Номинальный ток разряда: In = 20 кА

  • Максимальный ток разряда: Imax = 40 кА

  • Уровень защиты по напряжению: Up ≤ 4,5 кВ

  • Особенности: Конструкция дуговой камеры + термозащита, обеспечивающая надежную работу фотоэлектрических станций и инфраструктуры электромобилей.

4. В чем разница между защитой от перенапряжений переменного и постоянного тока?

Хотя УЗИП переменного тока и УЗИП постоянного тока на первый взгляд выглядят одинаково, их принципы проектирования, стандарты и требования к применению сильно различаются. В таблице ниже приведены основные различия между УЗИП переменного тока и УЗИП постоянного тока:

4.1 Характеристики электрического тока: переменный и постоянный ток

Переменный ток периодически меняет направление (синусоидальная волна), обеспечивая естественные точки пересечения нуля. Постоянный ток непрерывно течет в одном направлении (плоская форма волны), что значительно усложняет гашение дуги.

Импликация:

УЗИП переменного тока выигрывают от перехода через нуль для прерывания дуги, в то время как УЗИП постоянного тока требуют более надежных механизмов подавления дуги из-за характеристик формы сигнала.

4.2 Форма импульсного сигнала

• Скачки переменного тока часто имеют более плавную синусоидальную форму.
• Скачки постоянного тока короче, быстрее и резче с плоским верхним напряжением.

Необходимое время ответа:

УЗИП постоянного тока обычно требуют более быстрого времени отклика (<25 нс) для защиты от быстрых переходных процессов.

4.3 Конструкция и принципы работы УЗИП

• СПД переменного тока: Разработан для симметричной полярности напряжения и синусоидального входа.
• СПД постоянного тока: Создан для цепей, чувствительных к полярности и однонаправленному току.

Используемая технология: В устройствах SPD как переменного, так и постоянного тока обычно используются MOV (металлооксидные варисторы), тепловые разъединители, а иногда и GDT (газоразрядные трубки). Чтобы понять, как эти компоненты функционируют внутри устройства защиты от перенапряжений, ознакомьтесь с нашим подробным руководством по как работает СПД.

4.4 Номинальные напряжения и импульсная мощность

• УЗИП переменного тока: диапазон от 115 В до 600 В.
• УЗИП постоянного тока: диапазон от 500 В до 1500 В.

Пример:

УЗИП постоянного тока FLY1-40PV выдерживает ток до 40 кА; Диапазон переменного тока SPD USP2 составляет до 120 кА, в зависимости от модели.

4.5 Среды применения

• СПД переменного тока: Офисы, дома, системы отопления, вентиляции и кондиционирования, панели управления
• СПД постоянного тока: Возобновляемая энергия, наружная связь, транспортные системы

Экологическая толерантность:

УЗИП постоянного тока обычно поддерживают более широкий диапазон температур и относительной влажности из-за применения на открытом воздухе.

4.6 Гашение дуги

• АС: Дуга естественным образом гаснет при пересечении нуля.
• ДК: Требуется механическая/термическая дуговая закалка из-за отсутствия переполюсовки.

Почему это важно:

Недостаточное гашение дуги в ограничителях перенапряжения постоянного тока может привести к тепловому разгону и возгоранию.

4.7 Стандарты, тестирование и сертификация

• Стандарты УЗИП переменного тока: UL 1449, IEC 61643-11 (тип 1, 2, 3)
• Стандарты УЗИП постоянного тока: EN 50539-11, IEC 61643-31, UL 1449 (PV, BESS, EV фокус)

Пример:

Класс защиты от перенапряжения должен быть проверен с помощью маркировки SPD, сертифицированной TUV, для соответствия требованиям сети.

5. Как выбрать правильный УЗИП

Выбор правильного устройства защиты от перенапряжения (SPD) зависит не только от номинального напряжения, но и от места установки, координации защиты и соответствия международным стандартам. Вот ключевые факторы, которые следует учитывать:

1. Подберите УЗИП к напряжению вашей системы.

• Системы переменного тока (МЭК 61643-11 / UL 1449)

  • 230/400 В (сети TN/TT): выберите UC 275 В модели.

  • Пример: Britec BR-40/30FU – УЗИП типа 2, Uc 275 В, In 20 кА, Imax 40 кА, со встроенным предохранителем для резервной защиты.

• Фотоэлектрические системы постоянного тока (IEC 61643-31 / UL 1449 ≤1500 В постоянного тока)

  • Массивы на 600 В постоянного тока, 1000 В постоянного тока или 1500 В постоянного тока: выберите соответствующий номинал постоянного тока Uc.

  • Пример: Britec BRPV3-1000 (Uc 1000 В постоянного тока) или БРПВ3-1500 (Uc 1500 В постоянного тока) – УЗИП постоянного тока типа 1+2 для фотоэлектрических объединительных коробок и инверторов.

Кончик: Во избежание преждевременного старения всегда проверяйте, чтобы Uc (постоянное рабочее напряжение) УЗИП составляло ≥ 1,2 × номинальное напряжение системы.

2. Примените правильный класс защиты (тип) к каждому уровню установки.

• Тип 1 (ток молнии 10/350 мкс)

  • Устанавливается у служебного входа/основного распределения.

  • Выдерживает прямые токи молнии.

  • Пример: БР-12,5М Тип 1+2 СПД, Iимп 12,5 кА.

• Тип 2 (коммутационные импульсы 8/20 мкс)

  • Устанавливается на напольных распределительных щитах.

  • Защищает от коммутационных перенапряжений и остаточных токов молнии.

  • Пример: БР-40/30ФУ СПД Тип 2 (со встроенным разъединителем).

• Тип 3 (точка использования)

  • Устанавливается вблизи чувствительного оборудования (компьютеров, серверов, медицинского оборудования).

  • Защищает от остаточных перенапряжений, не ограниченных входными УЗИП.

Инженерное правило: Если длина кабеля между двумя ступенями защиты >10 м установите дополнительные УЗИП на обоих концах для обеспечения координации.

3. Обеспечьте координацию с выключателями и предохранителями.

• УЗИП должны быть скоординированы с вышестоящими MCB/RCB/резервными предохранителями.

• Некоторые модели, например Бритек БР-40/30ФУ, интегрируйте тепловые разъединители и резервную защиту, сокращая занимаемое пространство и стоимость.

4. Соответствие стандартам

• УЗИП переменного тока: МЭК 61643-11, UL 1449.

• Фотоэлектрические УЗИП постоянного тока: МЭК 61643-31, UL 1449 (≤1500 В постоянного тока)

Всегда проверяйте, что SPD имеет соответствующие сертификаты испытаний CE, UL или IEC, особенно для международных проектов.

Ключевой вывод

Выбор правильного УЗИП означает соответствие напряжения, выбор правильного типа для каждого уровня установки, обеспечение надлежащей координации и соответствие стандартам IEC/UL.

С Портфель Britec (БР-12,5М, БР-40/30ФУ, БРПВ3-1000, БРПВ3-1500), вы можете охватить жилые, коммерческие, промышленные и фотоэлектрические солнечные установки с помощью сертифицированной высокоэффективной защиты от перенапряжения.

6. Заключение

Устройства защиты от перенапряжений переменного и постоянного тока могут выглядеть одинаково, но они обслуживают принципиально разные системы. УЗИП переменного тока оптимизированы для применения в синусоидальных волнах в зданиях и сетях. УЗИП постоянного тока предназначены для работы с плоскими формами напряжения в возобновляемых источниках и высоковольтных инфраструктурах постоянного тока.

Выбор правильного УЗИП имеет важное значение для защиты оборудования и соблюдения стандартов безопасности.

Чтобы обеспечить оптимальную защиту:

• Всегда сопоставляйте тип УЗИП с текущей системой (переменного или постоянного тока).
• Учитывайте номинальное напряжение, характеристики формы сигнала и требуемую способность поглощения энергии.
• Выбирайте сертифицированную продукцию (TUV, UL, CE) с соответствующими классами защиты от перенапряжения.

Нужна помощь в выборе SPD? Свяжитесь с сертифицированным специалистом-электриком или поставщиком средств защиты от перенапряжений, чтобы найти подходящее решение для защиты от перенапряжения постоянного или переменного тока для вашей системы.