AC vs. DC överspänningsskydd: Vad är skillnaden?

Överspänningsskydd är grundläggande för säkerheten och drifttiden hos moderna elsystem. Att välja rätt Överspänningsskyddsanordning (SPD) börjar med att förstå hur AC- och DC-system beter sig olika under transienter - särskilt bågsläckning (AC nollgenomgång vs DC ingen nollgenomgång) och komponentdesign (dubbelriktad vs enkelriktad MOV). Den här guiden förklarar skillnaden mellan AC SPD och DC SPD, kartlägger de IEC/UL-standarder som gäller och visar hur du väljer en SPD som uppfyller dina applikations- och efterlevnadsbehov.

1. Inledning

Transienta överspänningar, även känd som strömstötar, är kortvariga spänningstoppar som kan skada eller förstöra känslig elektronisk utrustning. Dessa överspänningar kan orsakas av blixtnedslag, nätväxlingsoperationer, stor belastningsväxling eller start av induktiv utrustning. SPD-enheter, även kallade överspänningsdämpare eller överspänningsavledare, är konstruerade för att upptäcka och avleda dessa spikar innan de når skyddad utrustning.

Men inte alla överspänningar - eller SPD - skapas lika. AC (växelström) och DC (likström) system uppvisar mycket olika elektriska beteenden och kräver som sådana distinkta överspänningsskydd. Per IEC 61643-11/-31, begränsar en SPD överspänning och avleder överspänningsström inom nanosekunder, vilket skyddar nedströmsutrustning.

2. Vad är AC Surge Protection?

AC överspänningsskydd är designad för elektriska system där spänningen växlar riktning periodiskt - vanligtvis vid 50Hz eller 60Hz. Dessa system används ofta i bostadshus, kommersiella byggnader, fabriker och industriella automationsnätverk. Enligt IEC 61643-11, AC SPD:er klassificeras i typ 1, typ 2 och typ 3, var och en avsedd för en annan installationspunkt i distributionssystemet.

Nyckelegenskaper hos AC SPD:er

• Arbeta inom vanliga nätspänningar som 115V, 230V, 400V och upp till 690V AC.

• Dubbelriktad drift för att hantera polaritetsväxling av AC sinusvågor.

• Bågsläckning genom naturliga nollkorsningar av AC-vågformen, vilket gör frånkoppling säkrare och effektivare.

• Vanligt använda MOVs (Metal Oxide Varistors) för att absorbera överspänningsenergi; i typ 1 SPD kombineras MOV ofta med GDT (Gas Discharge Tubes) eller bågkammare för att motstå blixtimpulser med hög energi (10/350 µs vågformer).

• Samordning med uppströmsskydd (MCB eller säkring) krävs; bästa praxis är att hålla SPD-ledningslängden så kort som möjligt, helst <0,5 m, för att minimera kvarvarande spänning.

SPD-typer för AC-tillämpningar

• Typ 1 SPD – Installerad vid serviceingången; tål direkta blixtströmmar (Iimp 10/350 µs).

• Typ 2 SPD – Installerad vid fördelningscentraler; skyddar mot växlingsstötar och indirekt blixtnedslag (In/Imax 8/20 µs).

• Typ 3 SPD – Installerad nära känslig utrustning; ger fint skydd mot kvarvarande överspänningar.

Typiska applikationer

• Huvudpaneler för serviceingång (typ 1)

• Byggfördelningstavlor (typ 2)

• Kontrollpaneler i industriella miljöer (typ 2)

• Skydd vid användningsställe eller uttagsnivå för känsliga växelströmsdrivna enheter (typ 3)

Exempel från Britec AC SPD-produkt Räckvidd

• BR-50GR (Typ 1): Klassad för Uc 275/320/440 V, med Iimp upp till 25 kA (10/350 µs); idealisk för åskskydd för serviceingång i TN/TT-system.

• BR-12,5M (Typ 1+2 hybrid): Klarar både blixtimpulser och växlingsstötar, vilket gör den lämplig för industrianläggningar.

• BR-40 och BR-30FU (Typ 2): Klassad för Uc 275 V, med In 20 kA / Imax 40 kA (8/20 µs); BR-30FU integrerar en reservsäkring, vilket förenklar installationen och förbättrar säkerheten.

• BR-230/BR275-6 (Typ 3): Designad för skydd av terminalutrustning, med låg restspänning (upp ≤ 1,5 kV).

3. Vad är DC Surge Protection?

DC överspänningsskydd är designad för likströmssystem, där elektriciteten flyter i en enda riktning utan naturliga nollgenomgångar. Till skillnad från AC-system som drar nytta av periodiska spänningsomkastningar, utgör DC-system en unik teknisk utmaning: ljusbågar slocknar inte själv. Detta innebär att DC SPD:er kräver mer robust ljusbågsdämpning, termisk frånkoppling och mekaniska frigöringsmekanismer för att garantera säkerhet och förhindra termisk rusning.

Viktiga egenskaper hos DC SPD:er

• Spänningsvärden: Typiskt utformad för 500 Vdc till 1500 Vdc, som täcker solcellspaneler, batterilagringssystem (BESS) och DC snabbladdningsnätverk.

• Enkelriktad MOV-val: För att tillgodose DC-polaritet använder DC SPD:er enkelriktade MOV, vilket säkerställer korrekt överspänningsspänning för envägsströmflöde.

• Bågundertryckning: Eftersom DC saknar nollgenomgång, integrerar DC SPD:er snabbverkande termiska frånkopplingar, gasurladdningsrör (GDT) eller ljusbågskammare för att säkert bryta felströmmar.

• Hantering av hög överspänning: Byggd för att absorbera överspänningar med hög energi med In/Imax-värden upp till 20–40 kA (8/20 µs) och enheter av typ 1+2 klassade för Iimp-blixtimpulser.

• Efterlevnad och certifiering:

  • Måste följa IEC 61643-31 (för PV DC SPD) eller UL 1449 (för DC-system i Nordamerika, upp till 1500 Vdc).

  • Beroende på projekt eller regionala krav kan produkter ha ytterligare TÜV-, CB- eller UL-certifieringar för nätöverensstämmelse och säkerhetsrevisioner.

Typiska tillämpningar av DC överspänningsskydd

• Solcellspaneler (sträng- eller kombineringsboxskydd, vanligtvis 1000 Vdc eller 1500 Vdc).

• Battery Energy Storage Systems (BESS) för lösningar i nätskala eller mikronät.

• Laddningsstationer för elektriska fordon (EV), speciellt DC snabbladdning.

• Telekomtorn och förnybara energisystem (vindkraftsomvandlare, hybrida DC-nät).

Exempel från Britecs DC SPD Räckvidd

• BRPV3-1000 (typ 1+2 DC SPD)

  • Spänningsmärke: Uc = 1000 Vdc

  • Nominell urladdningsström: In = 20 kA

  • Maximal urladdningsström: Imax = 40 kA (8/20 µs)

  • Spänningsskyddsnivå: Upp ≤ 3,8 kV

  • Funktioner: Termisk frånskiljare + fjärrsignalering för realtidsövervakning.

• BRPV3-1500 (typ 1+2 DC SPD)

  • Spänning: Uc = 1500 Vdc

  • Nominell urladdningsström: In = 20 kA

  • Maximal urladdningsström: Imax = 40 kA

  • Spänningsskyddsnivå: Upp ≤ 4,5 kV

  • Funktioner: Bågkammardesign + termisk avstängning, säkerställer tillförlitlig drift i PV-anläggningar och EV-infrastruktur.

4. Vad är skillnaden mellan AC och DC överspänningsskydd?

Även om AC SPD och DC SPD ser likadana ut vid första anblicken är deras designprinciper, standarder och applikationskrav väldigt olika. Tabellen nedan sammanfattar de viktigaste skillnaderna mellan AC SPD och DC SPD:

4.1 Elektriska strömegenskaper: AC vs. DC

AC vänder riktningen periodiskt (sinusvåg), vilket tillåter naturliga nollgenomgångspunkter. DC flödar i en enda riktning kontinuerligt (plat vågform), vilket gör bågsläckning mycket mer utmanande.

Inblandning:

AC SPD:er drar nytta av nollgenomgång för bågavbrott, medan DC SPD:er kräver mer robusta bågundertryckningsmekanismer på grund av vågformsegenskaper.

4.2 Överspänningsvågform

• AC-stötar har ofta jämnare, sinusformade vågformer.
• Likströmsspänningar är kortare, snabbare och mer abrupta med platt toppspänning

Svarstidsbehov:

DC SPD kräver vanligtvis snabbare svarstider (≤25ns) för att skydda mot snabba transienter.

4.3 Design och driftsprinciper för SPD

• AC SPD: Designad för symmetrisk spänningspolaritet och sinusvågingång
• DC SPD: Byggd för polaritetskänsliga kretsar och enkelriktat strömflöde

Använd teknik: Både AC- och DC SPD-enheter använder vanligtvis MOV:er (metalloxidvaristorer), termiska frånkopplingar och ibland GDT:er (gasurladdningsrör). För att förstå hur dessa komponenter fungerar inuti en överspänningsskyddsenhet, se vår detaljerade guide om hur en SPD fungerar.

4.4 Spänningsvärden och överspänningskapacitet

• AC SPD:er: Sträcker sig från 115V till 600V
• DC SPD:er: Sträcker sig från 500V till 1500V

Exempel:

DC SPD FLY1-40PV hanterar upp till 40kA; AC SPD USP2 sträcker sig upp till 120kA, beroende på modell.

4.5 Applikationsmiljöer

• AC SPD: Kontor, bostäder, VVS, kontrollpaneler
• DC SPD: Förnybar energi, utomhustelekom, transportsystem

Miljötolerans:

DC SPD stöder vanligtvis bredare temperaturintervall och relativ luftfuktighet på grund av utomhusapplikationer.

4.6 Bågsläckning

• AC: Arc släcks naturligt vid nollkorsningen
• DC: Kräver mekanisk/termisk bågsläckning på grund av bristande polaritetsomkastning.

Varför det är viktigt:

Otillräcklig ljusbågsdämpning i DC-överspänningsavledare kan leda till termisk rusning och brand.

4.7 Standarder, testning och certifiering

• AC SPD-standarder: UL 1449, IEC 61643-11 (Typ 1, 2, 3)
• DC SPD-standarder: EN 50539-11, IEC 61643-31, UL 1449 (PV, BESS, EV-fokus)

Exempel:

Överspänningsskyddsklass måste verifieras via TUV-certifierade SPD-etiketter för att uppfylla näten.

5. Hur man väljer rätt SPD

Att välja rätt överspänningsskyddsenhet (SPD) handlar inte bara om spänningsklassning – det involverar också installationsposition, skyddskoordination och överensstämmelse med internationella standarder. Här är de viktigaste faktorerna att tänka på:

1. Matcha SPD:n med din systemspänning

• AC-system (IEC 61643-11 / UL 1449)

  • 230/400 V (TN/TT-nät): Välj Uc 275 V modeller.

  • Exempel: Britec BR-40/30FU – Typ 2 SPD, Uc 275 V, In 20 kA, Imax 40 kA, med integrerad säkring för reservskydd.

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

  • 600 Vdc, 1000 Vdc eller 1500 Vdc-matriser: Välj matchande DC Uc-klassificering.

  • Exempel: Britec BRPV3-1000 (Uc 1000 Vdc) eller BRPV3-1500 (Uc 1500 Vdc) – Typ 1+2 DC SPD:er för PV-kombinationsboxar och växelriktare.

Dricks: Kontrollera alltid att SPD:s Uc (kontinuerlig driftspänning) är ≥ 1,2 × nominell systemspänning för att undvika för tidigt åldrande.

2. Tillämpa rätt skyddsklass (typ) på varje installationsnivå

• Typ 1 (10/350 µs blixtström)

  • Monteras vid serviceingång/huvuddistribution.

  • Klarar direkta blixtströmmar.

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

• Typ 2 (8/20 µs omkopplingsstötar)

  • Monteras vid golvfördelningstavlor.

  • Skyddar mot kopplingsstötar och kvarvarande blixtströmmar.

  • Exempel: BR-40/30FU Typ 2 SPD (med integrerad frånskiljare).

• Typ 3 (användningsställe)

  • Installerad nära känslig utrustning (datorer, servrar, medicinsk utrustning).

  • Skyddar mot återstående överspänningar som inte kläms av uppströms SPD:er.

Ingenjörsregel: Om kabellängden mellan två skyddssteg är >10 m, installera ytterligare SPD:er i båda ändar för att säkerställa samordning.

3. Säkerställ samordning med brytare och säkringar

• SPD:er måste koordineras med uppströms MCB/RCB/backup-säkringar.

• Vissa modeller, som Britec BR-40/30FU, integrera termiska frånskiljare och reservskydd, vilket minskar utrymme och kostnad.

4. Överensstämmelse med standarder

• AC SPD: IEC 61643-11, UL 1449

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

Se alltid till att SPD har rätt CE-, UL- eller IEC-testcertifieringar, särskilt för internationella projekt.

Key Takeaway

Att välja rätt SPD innebär att matcha spänningen, välja rätt typ per installationsnivå, säkerställa korrekt koordination och följa IEC/UL-standarder.

Med Britecs portfölj (BR-12.5M, BR-40/30FU, BRPV3-1000, BRPV3-1500), kan du täcka bostads-, kommersiella, industriella och solcellsapplikationer med certifierat, högpresterande överspänningsskydd.

6. Slutsats

AC- och DC-överspänningsskydd kan se likadana ut, men de tjänar fundamentalt olika system. AC SPD: er är optimerade för sinusvågstillämpningar i byggnader och nät. DC SPD:er är skräddarsydda för platta spänningsvågformer i förnybara och högspännings DC-infrastrukturer.

Att välja rätt SPD är viktigt för att skydda utrustningen och upprätthålla överensstämmelse med säkerhetsstandarder.

För att säkerställa optimalt skydd:

• Matcha alltid SPD-typen med det aktuella systemet (AC eller DC)
• Tänk på spänningsklassning, vågformsegenskaper och nödvändig energiabsorptionsförmåga.
• Välj certifierade produkter (TUV, UL, CE) med lämpliga klassificeringar för överspänningsskydd.

Behöver du hjälp med att välja din SPD? Kontakta en certifierad elektriker eller leverantör av överspänningsskydd för att hitta rätt DC-överspänningsskydd eller AC-överspänningsskyddslösning för ditt system.