Различные типы устройств защиты от перенапряжения (SPD)

1. Введение

Скачки напряжения — тихие убийцы современных электрических систем. От бытовой электроники до промышленной автоматизации и солнечных электростанций даже одно кратковременное перенапряжение может привести к простою, дорогостоящему ремонту или выходу из строя оборудования. Решение? Устройства защиты от перенапряжения (SPD).

В этом руководстве мы разберем различные типы устройств защиты от перенапряжений, объясним, как они работают, и сравним их применение. К концу вы будете точно знать, какие типы УЗИП подходят для вашей системы — будь то дома, в центре обработки данных или фотоэлектрической установке.

2. Что такое устройства защиты от перенапряжения?

A Устройство защиты от перенапряжения (SPD) представляет собой компонент безопасности, установленный в электрической системе для ограничения переходных перенапряжений, вызванных ударами молнии, переключениями или сбоями в электросети. Он работает путем безопасного отвода энергии перенапряжения на землю, защищая подключенное оборудование.

Думайте об УЗИП как о клапане сброса давления: он не предотвращает скачок давления, но отводит избыточную энергию от чувствительной электроники.

3. Как работает защита от перенапряжений?

В УЗИП используются такие компоненты, как металлооксидные варисторы (MOV), газоразрядные трубки (GDT) и искровые разрядники. Когда напряжение превышает безопасный порог (Uc), УЗИП переключается в режим проводимости, ограничивая всплеск до более низкого остаточного напряжения (Up).

Ключевые параметры для понимания:

• Uc (Максимальное непрерывное рабочее напряжение): нормальное напряжение, которое может выдержать УЗИП.

• Вверх (уровень защиты по напряжению): напряжение ограничения, которое “увидят” последующие устройства.”

• In/Imax (номинальный и максимальный ток разряда): какой импульсный ток может поглотить устройство.

• Iimp (импульсный ток): специфичен для типа 1 и представляет собой форму волны удара молнии.

4. Типы устройств защиты от перенапряжения

Понимание типов УЗИП является ключом к разработке многоуровневой защиты от перенапряжений. Международные стандарты, такие как МЭК 61643-11 (переменный ток), МЭК 61643-31 (постоянный/фотоэлектрический), и UL 1449 (Северная Америка) определить различные классы на основе форм тестовых сигналов, энергетических возможностей и места установки.

Ниже мы разберем различные типы устройств защиты от перенапряжений (SPD), с которыми вы столкнетесь, с их техническими функциями и рекомендациями по применению.

4.1 УЗИП типа 1 (IEC 61643-11, класс I, 10/350 мкс)

• Определение: Предназначен для отвода частичного тока молнии. Протестировано с импульсной формой волны 10/350 мкс (Iimp), соответствующей прямому удару молнии.

• Точка установки: Служебный вход, обычно перед главным распределительным щитом. Часто используется в зданиях, оборудованных внешней системой молниезащиты (СМЗ).

• Ключевые параметры:

  • Iimp (импульсный ток): номинальная мощность тока молнии.

  • Uc (Максимальное непрерывное рабочее напряжение): гарантирует отсутствие повреждений при нормальной работе.

  • Up (уровень защиты по напряжению): остаточное напряжение, наблюдаемое последующими цепями.

• Используемая технология: Искровые разрядники, сверхмощные MOV или гибридные конструкции.

• Варианты использования:

  • Промышленные объекты, вышки связи, больницы.

  • Высокие здания в регионах с высокой плотностью молний.

• Пример: Заводу с молниеотводами на крыше потребуются УЗИП типа 1 для основного источника питания.

4.2 УЗИП типа 2 (IEC 61643-11, класс II, 8/20 мкс)

• Определение: Справляется с коммутационными перенапряжениями и непрямыми эффектами молнии. Протестировано с формой тока 8/20 мкс (In, Imax).

• Точка установки: Главные или дополнительные распределительные щиты внутри объекта.

• Ключевые параметры:

  • In (номинальный ток разряда): выносливость при многократных скачках напряжения.

  • Imax (Максимальный ток разряда): максимальная импульсная устойчивость.

  • Вверх: должен координироваться как с восходящим типом 1, так и с нисходящим типом 3.

• Используемая технология: Модули на основе MOV, часто подключаемые для легкой замены.

• Варианты использования:

  • Жилые дома, офисные здания, магазины розничной торговли.

  • Стандартная защита в зонах с умеренным риском перенапряжения.

• Пример: В небольшом офисе без внешнего LPS обычно используются SPD типа 2 на основной плате.

Хотите подробную разбивку? Прочтите наше полное руководство: Что такое устройство защиты от перенапряжения типа 2?

4.3 УЗИП типа 3 (IEC 61643-11, класс III, комбинированный)

• Определение: Прекрасная защита терминального оборудования. Протестировано с использованием комбинированной волны (напряжение 1,2/50 мкс + ток 8/20 мкс).

• Точка установки: Как можно ближе к защищаемому устройству (розетка, вход устройства).

• Ключевые параметры:

  • Вверх: очень низкий уровень зажима для защиты чувствительных грузов.

  • Должен использоваться в сочетании с восходящим типом 2.

• Используемая технология: MOV в сочетании с фильтрами для дополнительного ослабления.

• Варианты использования:

  • Компьютеры, драйверы светодиодов, медицинская электроника и системы управления.

• Пример: Больничному аппарату МРТ требуется SPD типа 3 рядом с устройством, работающий вместе с входным устройством типа 2.

Узнайте больше в нашей специальной статье: Что такое сетевой фильтр типа 3?

4.4 Комбинированные УЗИП T1+T2

• Определение: Один блок УЗИП протестирован для сигналов класса I (10/350 мкс) и класса II (8/20 мкс).

• Выгода: Защищает от прямой молнии, а также коммутационных перенапряжений в одном устройстве.

• Точка установки: Вход в службу, когда пространство или бюджет ограничивают несколько устройств.

• Варианты использования:

  • Коммерческим или жилым зданиям среднего размера необходимы компактные решения.

  • Объекты, где координация между отдельными типами 1 и 2 затруднена.

• Пример: В главном распределительном щите торгового центра можно установить УЗИП Т1+Т2 для упрощения защиты.

4.5 Комбинированные УЗИП T2+T3

• Определение: Гибридные устройства тестируются на соответствие требованиям классов II и III.

• Выгода: Обеспечивает защиту как на уровне распределения, так и на уровне терминала.

• Точка установки: Подпанели расположены рядом с чувствительными нагрузками, особенно если длина кабеля превышает 10 м.

• Варианты использования:

  • Дата-центры, серверные, промышленные шкафы управления.

• Пример: Линия автоматизации производства с длинными кабелями, идущими к ПЛК, может использовать УЗИП T2+T3 рядом с панелями ПЛК.

4.6 УЗИП типа 4 (UL 1449, только для Северной Америки)

• Определение (UL 1449): Сборки компонентов не предназначены для использования в качестве автономных устройств, а интегрированы в OEM-оборудование.

• Подкатегории:

  • Сборки компонентов типа 4 (CA): предварительно упакованные детали SPD для производителей.

  • Компоненты типа 5: необработанные MOV или GDT.

• Точка установки: Внутри бытовой техники, источников питания или панелей, изготовленных по индивидуальному заказу.

• Варианты использования:

  • OEM-производители, разрабатывающие оборудование с защитой от перенапряжения.

  • Специализированное промышленное оборудование на рынке Северной Америки.

• Пример: Производитель ИБП интегрирует блоки SPD типа 4 в свою продукцию.

4.7 УЗИП PV/DC (IEC 61643-31, до 1500 В постоянного тока)

• Определение: Устройства защиты от перенапряжения, предназначенные для фотоэлектрических цепей и цепей постоянного тока.

• Стандарты испытаний: МЭК 61643-31 определяет требования для приложений постоянного тока.

• Точка установки: Коробки для объединения фотоэлектрических массивов, инверторы и распределительные щиты постоянного тока.

• Ключевые параметры:

  • Ucpv: номинальное постоянное фотоэлектрическое напряжение (600 В, 1000 В, 1500 В).

  • In / Imax: обработка импульсного тока на стороне постоянного тока.

  • Время отклика: должно быть достаточно быстрым для полупроводниковых инверторов.

• Варианты использования:

  • Солнечные электростанции коммунального масштаба, фотоэлектрические системы на крыше, хранилища аккумуляторов.

• Пример: Потребуется солнечная ферма на 1500 В постоянного тока. Фотоэлектрические УЗИП T1+T2 на сумматорах и входах инверторов.

Совет для читателей: Всегда используйте скоординированная система СПД. Тип 1 на входе, Тип 2 на подпанелях и Тип 3 вблизи критических нагрузок. Для фотоэлектрических систем добавьте УЗИП постоянного тока типа 2 или T1+T2, как указано в IEC 61643-31.

5. Устройства SPD типа 1, типа 2 и типа 3

Если вы хотите более глубокого погружения, посетите наш специальный блог по этой теме здесь:
Разница между УЗИП типа 1, типа 2 и типа 3

Вот краткое сравнение, которое поможет вам выбрать правильный тип SPD:

Обзор

• УЗИП типа 1 выдерживать высокоэнергетические прямые удары молнии (10/350 мкс).

• УЗИП типа 2 смягчают коммутационные скачки и непрямые удары (8/20 мкс).

• УЗИП типа 3 защитить чувствительное оборудование на последней миле (комбинированная форма сигнала).

6. Как установить и согласовать устройства защиты от перенапряжения (SPD)

Правильная установка так же важна, как и выбор правильных типов устройств защиты от перенапряжений (SPD). Неправильная проводка или плохая координация могут поставить под угрозу уровень защиты, даже если сам УЗИП соответствует стандартам IEC или UL. Ниже приведены основные рекомендации, основанные на стандартах IEC 61643-11, IEC 61643-31, UL 1449 и технических руководящих принципах нашей компании:

1. Правило кратчайшего соединения

• Все соединительные провода УЗИП должны быть как можно более короткими и прямыми, в идеале ≤ 0,5 м (как рекомендовано в нашем техническом руководстве).

• Длинные провода вызывают индуктивный рост напряжения, что увеличивает остаточное напряжение (Up), воспринимаемое защищаемым оборудованием.

2. Правильный размер проводника.

• Используйте проводники, размер которых соответствует типу УЗИП:

  • СПД типа 1: медь сечением минимум 16 мм² (ток молнии высокой энергии, Iimp).

  • СПД типа 2: медь минимум 6 мм².

  • СПД типа 3: следуйте данным производителя, обычно меньшие сечения из-за меньшего тока.

• Всегда используйте медные проводники с низким сопротивлением и избегайте резких изгибов.

3. Эквипотенциальное соединение

• Все УЗИП должны быть подключены к одной и той же главной заземляющей шине или системе уравнивания потенциалов.

• Соединение обеспечивает безопасный отвод энергии перенапряжения на землю, избегая опасной разницы потенциалов между цепями.

4. Координация СПД

• Иерархия уровней защиты по напряжению (вверх): у входных УЗИП (тип 1) всегда должен быть более высокий верхний уровень, чем у нисходящих УЗИП (тип 2/3).

• Правило расстояния: если кабель между УЗИП и защищаемыми нагрузками длиннее 10 м, установите дополнительный нисходящий УЗИП (например, типа 3) для лучшей защиты.

• Параллельная координация: для многоступенчатой ​​защиты (Тип 1 + Тип 2 + Тип 3) обеспечьте правильное распределение энергии, чтобы ни одно устройство не подвергалось перегрузке.

5. Резервная защита (OCPD)

• Всегда используйте специальные предохранители или автоматические выключатели для защиты самого УЗИП.

• В нашем руководстве указаны номиналы резервных предохранителей в зависимости от модели УЗИП и Imax/Iimp.

• UL 1449 также требует надлежащей защиты от перегрузки по току, чтобы предотвратить перегрев или выход УЗИП из строя во время экстремальных событий.

Совет для профессионалов: Всегда проверяйте соответствие IEC 61643-11 (УЗП переменного тока), IEC 61643-31 (УЗП PV/DC), или UL 1449 (Северная Америка) в зависимости от вашего региона. Правильная установка и координация увеличивают срок службы УЗИП и обеспечивают безопасность всей электрической системы.

7. Заключение

Типы устройств защиты от перенапряжения не являются взаимозаменяемыми — каждое из них играет уникальную роль в защите электрических систем.

• Тип 1 защищает от прямых ударов молнии.

• Тип 2 является рабочей лошадкой для распределительных щитов.

• Тип 3 защищает вашу самую чувствительную электронику.

• Комбинации и УЗИП PV/DC охватывают специализированные и возобновляемые приложения.

Понимая типы УЗИП, их стандарты и правила установки, вы можете разработать многоуровневую защиту, которая обеспечит безопасность, сведет к минимуму время простоя и защитит инвестиции.