Typer av industriella överspänningsskyddsanordningar och graderade skyddsstrategier

31/10/2025

Den här artikeln kommer systematiskt att introducera typerna, klassificeringsmetoderna och hur man bygger ett effektivt graderat skyddssystem för industriella överspänningsskydd (SPD).

Klassificering efter teknisk princip och urladdningskapacitet

Detta är den grundläggande klassificeringsmetoden för SPD, som direkt bestämmer deras tillämpningsscenarier och skyddsnivåer, och är vanligtvis baserad på internationella standarder som IEC 61643.

Typ 1 (Typ 1/T1): Energiurladdning

Teknisk princip: Överspänningsskydd typ 1 använder vanligtvis ett gnistgap som sin kärnkomponent. Dess främsta kännetecken är dess höga strömutladdningsförmåga.

Urladdningsförmåga: Kan motstå och släppa direkta blixtnedslag eller partiell blixtström (simulerar en 10/350 µs vågform); testströmmar kan vanligtvis nå tiotals kiloampere.

Applikationsscenarier: Installeras i första hand vid ingången till byggnadens huvudfördelningsskåp (MDB) som en primär skyddsanordning för att frigöra blixtström från externa ledningar (t.ex. kraftledningar).

Typ 2 (Typ 2/T2): Spänningsbegränsare

Teknisk princip: Kärnkomponenten är en varistor (MOV). Under normal spänning uppvisar MOV hög resistans; när en överspänning uppstår, sjunker dess motstånd kraftigt, förbi strömmen och klämmer spänningen till en säker nivå.

Utsläppskapacitet: Överspänningsskydd typ 2 Används för att ladda ur inducerade blixtnedslag och driftsöverspänningar (simulerar 8/20 µs vågform), med en urladdningskapacitet som vanligtvis sträcker sig från flera tusen till tiotusentals ampere.

Tillämpningsscenarier: Installeras nedströms om huvudfördelningsskåpet i fördelningsskåpet (fördelningspanel, SDB) eller före kontrollskåpet för viktig utrustning, vilket fungerar som sekundärt skydd för att ge skydd för de flesta elektriska utrustningar.

Typ 3 (Typ 3/T3): Avancerat skydd

Teknisk princip: Använder vanligtvis finare MOV, gasurladdningsrör eller TVS-dioder, vilket resulterar i extremt snabb respons och lägre restspänning (skyddsnivå).

Urladdningskapacitet: Urladdningskapaciteten är relativt liten och används främst för att ytterligare dämpa kvarvarande överspänningsspänning.

Applikationsscenarier: Överspänningsskydd typ 3 installeras mycket nära den skyddade utrustningen, såsom i utrustningens uttag eller uttagskort, för fint skydd. Den behöver vanligtvis användas tillsammans med en typ 2 SPD och kan inte installeras ensam.

Kombinerad spd (typ 1+2): Integrerad lösning

Teknisk princip: Denna enhet integrerar en typ 1 gnistgap och en typ 2 varistor, vilket erbjuder fördelarna med hög urladdningskapacitet och låg skyddsnivå.

Applikationsscenarier: Kombinerade SPD (Typ 1+2) överspänningsskydd lämplig för applikationer med begränsat utrymme eller som kräver förenklad design. Den kan installeras direkt i huvudfördelningsskåpet vid byggnadens entré, vilket ger kombinerat skydd på första och andra nivån.

Utökad klassificering av industriella överspänningsskyddsanordningar

Utöver kärntekniktyper kan industriella SPD även klassificeras enligt andra dimensioner.

Klassificering efter typ av strömkälla

AC-strömförsörjning SPD: Används för att skydda AC-strömförsörjningssystem, såsom 380V/220V industriella elnät.

DC-strömförsörjning SPD: Används för att skydda DC-strömförsörjningssystem, såsom fotovoltaiska kraftgenereringssystem, DC-motordrifter och strömförsörjning för kommunikationsbasstationer.

AC Power SPD VS DC Power SPD

Särdrag	AC Power SPD	DC Power SPD
Primär tillämpning	Huvudpaneler, underpaneler, grenkretsar i hem, kontor och industrianläggningar.	Solcellspaneler, batterilagringssystem, laddningsstationer för elbilar, telekommunikation, fordon, marin och kollektivtrafik.
Systemspänning	Följer standard AC-spänningar (t.ex. 120V, 230V, 400V, 480V).	Mycket variabel (t.ex. 12V, 24V, 48V för batterier; 600V till 1500V för solslingor).
Aktuellt beteende	Växelström. Spänningen korsar noll 100 eller 120 gånger per sekund. Detta hjälper släcka en elektrisk ljusbåge.	Likström. Spänningen är konstant och korsar inte noll. Detta gör bågbildning mycket mer ihållande och farligare.
Nyckeldesignutmaning	Hantera transienta överspänningar. Nollgenomgången av AC hjälper naturligtvis till att avbryta följström.	Bågundertryckning. Den primära utmaningen är att säkert släcka “följströmmen” från DC-källan efter en överspänningshändelse utan att SPD tar eld.
Intern teknik och komponenter	Använder främst Metal Oxide Varistors (MOV) och ibland gasurladdningsrör (GDT). Designen är relativt enkla.	Använder mer robust MOVs med speciella bågsläckande kammare/fyllmedel. Större beroende av GDT speciellt designad för DC, som säkert kan hantera den kontinuerliga DC-spänningen utan att läcka.
Spänningsklassning (Uc)	Klassad för kontinuerlig drift vid standard AC RMS-spänningar (t.ex. 275V, 320V, 440V).	Klassad för kontinuerlig drift vid den specifika DC-systemspänningen (t.ex. 1000V DC, 1500V DC).
Frånkoppling & Säkerhet	Inkluderar ofta termiska frånskiljare för att säkert misslyckas med en MOV som har försämrats av många överspänningar.	Kritisk och mer robust. Kräver avancerade felmekanismer för att fysiskt koppla bort SPD från DC-källan på ett felsäkert sätt, eftersom en ihållande DC-båge är en stor brandrisk.
Certifieringsstandarder	UL 1449 (Nordamerika), IEC 61643-11 (internationell).	UL 1449 (för specifika DC-tillämpningar), IEC 61643-11, UL 497B och specifika standarder för PV-system som IEC 62548.

Klassificering efter signaltyp

Industriella miljöer innehåller inte bara kraftledningar utan även många signal- och styrledningar. Signal SPD:er är speciellt utformade för att skydda dessa lågspänningsledningar, såsom:

● Nätverk/Ethernet SPD

● RS-232/485/422 serieport SPD

● Analog/Digital I/O SPD

● Koaxialkabel SPD (används för videoövervakning, antenner, etc.)

Klassificering efter monteringskonstruktion

Plug-in överspänningsskydd

Den ser ut som en adapter och ansluts direkt till ett vägguttag. Den används främst för att skydda en enda enhet och tillhör typ 3.

Modulära överspänningsskyddsanordningar

Den modulära standardkonstruktionen gör att den kan monteras på en DIN-skena i ett distributionsskåp, precis som en effektbrytare. Detta är den vanligaste formen i industriella applikationer, vilket underlättar installation, utbyte och tillståndsövervakning (via fjärrsignaleringskontakter). Typ 1 och Typ 2 är mestadels av denna typ.

Överspänningsskydd av boxtyp

SPD-moduler, säkringar eller strömbrytare är integrerade i ett enda skyddskåp, som vanligtvis används i utomhus- eller fältutrustningslådor.

Hur man bygger ett stegvis (stegvist) skyddssystem?

En enda SPD kan inte ge perfekt skydd, så en skiktad (eller stegvis) skyddsstrategi krävs.

Principen för stegvis skydd

Kärnkonceptet för graderat skydd är “steg-för-steg urladdning och lager-för-lager fastspänning.”

Nivå 1 (Typ 1/Typ 1+2): Vid den inkommande huvudledningen absorberar och urladdar den den stora majoriteten av den massiva överspänningsenergin, vilket begränsar överspänningar på flera kilovolt till en lägre nivå (t.ex. 1500-2500V).

Nivå 2 (typ 2): Vid distributionspanelen släpper den ytterligare ur överspänningar som har penetrerat nivå 1 och klämmer spänningen till en säkrare nivå (t.ex. 1000-1500V).

Nivå 3 (Typ 3): Vid utrustningens främre ände ger den slutlig dämpning av mindre kvarvarande överspänningar, och erbjuder lägsta möjliga restspänning (vanligtvis under 1000V), vilket säkerställer den absoluta säkerheten för precisionsutrustningsportar.

Ett visst linjeavstånd (vanligtvis rekommenderat att vara mer än 10 meter) måste upprätthållas mellan varje nivå av SPD för att utnyttja linjeimpedansen för energikoordinering. Om avståndet är otillräckligt krävs frånkopplingskomponenter (såsom dedikerade frånkopplingsinduktorer eller lämpliga säkringar/kretsbrytare) för att säkerställa att varje nivå av SPD fungerar i en koordinerad sekvens.

Exempel på Spd-konfiguration i typiska industriella scenarier

Scenario: Automatiserat produktionslinjekontrollcenter

Huvuddistributionsrum (MDB): Installera SPD:er av typ 1+2 för att skydda strömtillförseln till hela byggnaden.

Produktionslinjestyrskåp (SDB): Installera SPD:er av typ 2 för att skydda strömförsörjningen till kärnstyrenheter som PLC:er och frekvensomvandlare.

PLC I/O-modul fram: Installera signal-SPD på styrsignalledningar (t.ex. 24V DC).

Ingenjörsarbetsstation: Använd typ 3 SPD-uttagskort på uttagen för att skydda datorn och programmeraren.

Workshop Network Switch: Installera Ethernet SPD:er på nätverksportarna.

FAQ

Hur väljer man lämplig SPD-typ baserat på platsförhållandena?

Steg 1: Bestäm installationsplatsen. Välj T1 eller T1+2 för huvudinkommande linjeskåp; T2 för fördelningsskåpet; och T3 för utrustningens frontend.

Steg 2: Kontrollera nyckelparametrar. Den maximala kontinuerliga driftspänningen (Uc) måste vara större än den högsta spänning som kan uppstå i det lokala elnätet; den nominella urladdningsströmmen (In) och den maximala urladdningsströmmen (Imax) måste uppfylla kraven på åskskyddsnivån (LPL) för installationspunkten; spänningsskyddsnivån (upp) bör vara lägre än motstå spänningsvärdet för den skyddade utrustningen.

Steg 3: Tänk på andra faktorer, såsom strömförsörjningssystemet (AC/DC), installationsmetod (modulär/box-typ), statusindikering och krav på fjärrsignaleringsfunktioner.

Daglig inspektion och underhåll av industriella SPD

Regelbunden visuell inspektion: Kontrollera SPD för fysiska skador, såsom sprickor eller brännmärken.

Observera statusindikatorn: De flesta SPD:er har en färgkodad fönsterindikator (grön/röd). Grönt indikerar normal drift och rött indikerar fel, som kräver omedelbart utbyte.

Håll en underhållslogg: Anteckna installationsdatum, första inspektionsdatum och efterföljande inspektionsdetaljer. Även i normalt tillstånd har SPD en begränsad livslängd; det rekommenderas att inspektera eller byta ut dem med jämna mellanrum (t.ex. vart 3-5 år) eller efter en större överspänningshändelse.

Professionell testning: Använd specialiserade instrument för att mäta varistorns läckström och bedöma prestandaförsämring.

Kan överspänningsskydd förhindra strömbrytare från att snubbla?

Den primära funktionen hos en SPD är att förhindra att utrustning skadas av överspänning, inte att förhindra att strömbrytare löser ut.

Slutsats

Genom att förstå de tekniska principerna och tillämpningsscenarierna för olika typer av industriella överspänningsskyddsanordningar (SPD) (t1, t2, t3), och kombinera dem med ett omfattande skydd av kraft- och signalledningar, kan vi bygga ett effektivt hierarkiskt (steg-för-steg) skyddssystem.

Föreg Överspänningsskydd VS Överspänningsskydd VS Överspänningsavledare

Nästa Typ 1 överspänningsskydd VS Typ 2 SPD

TILLBAKA

senaste nyheterna