การจำแนกประเภทของ SPD

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชาก (SPD) ช่วยปกป้องระบบไฟฟ้าและอุปกรณ์จากเหตุการณ์ไฟกระชากโดยการจำกัดแรงดันไฟฟ้าชั่วคราวและเปลี่ยนกระแสไฟกระชาก.

ลักษณะทางเทคนิคที่สำคัญของ SPD:

• แรงดันไฟฟ้าใช้งานต่อเนื่องสูงสุด (Uc)

• กระแสฟ้าผ่าอิมพัลส์ (Iimp)

• กระแสไฟขาออกที่กำหนด (I)

• ระดับการป้องกันแรงดันไฟฟ้า (ขึ้น)

• ความสามารถในการทนต่อไฟฟ้าลัดวงจร (Isccr)

• ความสามารถในการหยุดชะงักของล้ออิสระที่ Uc (Ifi)

• แรงดันไฟเกินชั่วคราว (TOV)

พารามิเตอร์เหล่านี้จะกำหนดประสิทธิภาพของ SPD ภายใต้สภาวะความผิดปกติที่แตกต่างกัน และต้องจับคู่อย่างระมัดระวังกับแรงดันไฟฟ้าของระบบ จุดติดตั้ง และสภาพแวดล้อมไฟกระชากที่คาดหวัง.

หมวดหมู่หรือประเภท SPD

โดยทั่วไป SPD จะถูกจำแนกตามหลักการทำงานภายในและวิธีการทดสอบมาตรฐาน.

โดยพฤติกรรมส่วนประกอบ

SPD หลักสองประเภทคือ:

• ส่วนประกอบจำกัดแรงดันไฟฟ้า

• ส่วนประกอบการสลับแรงดันไฟฟ้า

SPD สมัยใหม่ส่วนใหญ่จะรวมส่วนประกอบทั้งสองประเภทเข้าด้วยกันเพื่อรวมข้อดีของแต่ละส่วนและลดจุดอ่อนตามลำดับ.

ส่วนประกอบจำกัดแรงดันไฟฟ้าประกอบด้วย:

• วาริสเตอร์ออกไซด์ของโลหะ (MOV)

• ไดโอดลดแรงดันไฟฟ้าชั่วคราว (TVS)

ส่วนประกอบการสลับแรงดันไฟฟ้าประกอบด้วย:

• ท่อระบายแก๊ส (GDT)

• จุดประกายช่องว่าง

ส่วนประกอบเหล่านี้แตกต่างกันในเรื่องความเร็วการตอบสนอง ความสามารถในการจัดการพลังงาน และลักษณะการเสื่อมสภาพ.

การจำแนกประเภท SPD ตามมาตรฐาน

ตามมาตรฐาน ANSI/IEEE C62.41, IEC 61643-11 และการจำแนกประเภท VDE มีประเภท SPD มาตรฐานสามประเภทตามรูปคลื่นที่ทดสอบและระดับการใช้งาน.

ประเภทที่ 1 SPD

• ทดสอบด้วย Iimp กระแสปล่อยอิมพัลส์ (โดยทั่วไปคือ 10/350 µs)

• ทดสอบด้วยแรงกระตุ้นกระแส 8/20 µs ด้วย

• ออกแบบมาเพื่อติดตั้งบริเวณทางเข้าบริการ

• ป้องกันกระแสฟ้าผ่าโดยตรงและไฟกระชากพลังงานสูง

ประเภทที่ 2 SPD

• ทดสอบด้วยกระแสคายประจุที่กำหนดใน (8/20 µs)

• ทดสอบเพิ่มเติมด้วยกระแสคายประจุสูงสุด Imax (8/20 µs)

• หมายเหตุ: ไม่แนะนำให้ใช้ Imax เป็นพื้นฐานในการเลือก SPD

• สำหรับ SPD ที่มีส่วนประกอบการสลับแรงดันไฟฟ้า ให้ทดสอบด้วยแรงดันอิมพัลส์ 1.2/50 µs ด้วย.

• ติดตั้งที่แผงจำหน่ายย่อยหรืออินพุตอุปกรณ์

• ป้องกันไฟกระชากและฟ้าผ่าทางอ้อม

ประเภทที่ 3 SPD

• ทดสอบด้วยเครื่องกำเนิดคลื่นแบบผสมผสาน:

  • แรงดันไฟฟ้าวงจรเปิด Uoc (1.2/50 µs)

  • กระแสไฟฟ้าลัดวงจร Icw (8/20 µs)

  • ความต้านทานเอาต์พุตที่กำหนด: 2 Ω

• ติดตั้งใกล้กับอุปกรณ์ปลายทางที่มีความละเอียดอ่อนเพื่อการป้องกันที่ดี

การใช้งาน SPD ในระบบไฟฟ้า

SPD ใช้ในระบบ AC และ DC หลายระบบ โดยแต่ละระบบมีข้อกำหนดด้านการออกแบบและการเลือกเฉพาะ.

1. การใช้งานระบบไฟฟ้ากระแสสลับ

ในระบบจำหน่ายไฟฟ้ากระแสสลับ SPD ใช้เป็นหลักในการปกป้องอุปกรณ์และเครือข่ายพลังงานจากแรงดันไฟฟ้าเกินชั่วคราวที่เกิดจากฟ้าผ่า การสลับระบบสาธารณูปโภค และเหตุการณ์การแก้ไขข้อผิดพลาด.

• SPD ประเภท 1: ติดตั้งที่แผงจ่ายไฟหลักเพื่อรองรับไฟกระชากพลังงานสูง

• SPD ประเภท 2: ติดตั้งปลายน้ำเพื่อป้องกันในพื้นที่

SPD สำหรับ AC จะต้องตรงกับแรงดันไฟฟ้าของระบบและ Uc ในขณะที่มีความสามารถในการทนต่อการลัดวงจรที่เพียงพอ (Isccr).

ส่วนประกอบภายในทั่วไปได้แก่:

• MOV เพื่อการตอบสนองที่รวดเร็วและการแคลมป์แรงดันไฟฟ้า

• GDT สำหรับการจัดการพลังงานสูงและการแยกจากการรั่วไหล

การรวมกันของทั้งสองช่วยให้มั่นใจในการปราบปรามอย่างรวดเร็วและอายุยืนยาว.

2. การใช้งานระบบไฟฟ้ากระแสตรง

ระบบ DC เช่น:

• สถานีฐานโทรคมนาคม

• ตู้ควบคุมอุตสาหกรรม

• การจัดเก็บแบตเตอรี่

• ชาร์จอีวี

• รถโดยสารพลังงานแสงอาทิตย์ DC

…ต้องใช้ SPD ที่ออกแบบมาโดยเฉพาะสำหรับแรงดันไฟฟ้าตรงต่อเนื่อง ซึ่งไม่มีการข้ามศูนย์และสามารถรักษาส่วนโค้งได้.

DC SPD:

• โดยทั่วไปแล้วจะใช้ MOV ไฟฟ้าแรงสูง

• ต้องรองรับแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงในสภาวะคงตัวสูงโดยไม่มีความร้อนสูงเกินไป

• ติดตั้งที่แผง DC, อินพุตอินเวอร์เตอร์ หรือแบตเตอรี

• ช่วยหลีกเลี่ยงการหยุดทำงานของระบบเนื่องจากไฟกระชากหรือสัญญาณรบกวน

3. การใช้งานระบบไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ (PV)

ระบบ PV เกี่ยวข้องกับแรงดันไฟฟ้ากระแสตรงสูง (สูงถึง 1500 VDC) พื้นผิวอาร์เรย์ขนาดใหญ่ และการสัมผัสฟ้าผ่าบ่อยครั้งเนื่องจากการติดตั้งบนหลังคาหรือภาคสนาม.

SPD เฉพาะ PV จะต้องปฏิบัติตาม:

• IEC 61643-31

• ห้องน้ำในตัว 50539-11

มีการใช้งานที่:

• ฝั่งดีซี: ระหว่างอาร์เรย์ PV และอินเวอร์เตอร์

• อินพุตอินเวอร์เตอร์: สำหรับการป้องกันบัส DC ภายใน

• ฝั่งแอร์: ระหว่างอินเวอร์เตอร์และอินเทอร์เฟซกริด

ข้อกำหนดรวมถึง:

• MCOV สูง (Uc)

• ระดับการป้องกันต่ำ (ขึ้น)

• อายุการใช้งานไฟกระชากยาวนาน

• ทนต่อสภาพอากาศและรังสียูวี (สำหรับกล่อง DC กลางแจ้ง)

PV SPD ที่จัดวางอย่างดีจะช่วยลดต้นทุนการเปลี่ยนอุปกรณ์และปรับปรุงความน่าเชื่อถือของระบบและ ROI.

ทำความเข้าใจกับ Iimp กับ Imax ในการจัดอันดับ SPD

กระแสคายประจุอิมพัลส์ (Iimp)

• ลักษณะของ SPD ประเภท 1

• จำลองการโจมตีด้วยฟ้าผ่าโดยตรง

• ทดสอบด้วยรูปคลื่น 10/350 µs

• แสดงถึงความสามารถของ SPD ในการจัดการกับไฟกระชากที่รุนแรงเพียงครั้งเดียว

• เหมาะสำหรับสร้างจุดเข้าหรือเครื่องป้องกันฟ้าผ่าด้านท้ายน้ำ

กระแสคายประจุสูงสุด (Imax)

• ลักษณะของ SPD ประเภท 2

• จำลองไฟกระชากพลังงานต่ำหลายครั้งจากการสลับหรือฟ้าผ่าโดยอ้อม

• ทดสอบด้วยรูปคลื่น 8/20 µs

• สะท้อนถึงความทนทานต่อไฟกระชากในระยะยาว

• เหมาะสำหรับแผงกระจายสินค้าและการป้องกันระดับอุปกรณ์

โดยสรุป:

• อิมม์ = ความอดทนสูงสุดสำหรับเหตุการณ์ที่หายากและมีพลังงานสูง

• ไอแมกซ์ = ความอดทนซ้ำๆ สำหรับภาวะชั่วคราวที่มีพลังงานต่ำบ่อยครั้ง
  ทั้งสองอย่างมีความสำคัญในการสร้างกลยุทธ์การป้องกัน SPD หลายระดับ.

บทสรุป

อุปกรณ์ป้องกันไฟกระชากเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับระบบไฟฟ้าสมัยใหม่ ทำให้มั่นใจในความปลอดภัยของอุปกรณ์และความต่อเนื่องของพลังงาน การจำแนกประเภทเป็นประเภท 1, 2 และ 3 พร้อมด้วยความเข้าใจในพารามิเตอร์ทางเทคนิค เช่น Uc, Up, Iimp และ Imax มีความสำคัญต่อการเลือกและการนำไปใช้อย่างเหมาะสม.

ไม่ว่าจะเป็นการปกป้องระบบ AC ระบบอัตโนมัติ DC หรือ Solar PV การเลือก SPD ที่เหมาะสมด้วยพิกัดที่เหมาะสมจะช่วยลดความเสียหาย ลดต้นทุน O&M และยืดอายุการใช้งานของระบบ.

แผน SPD ที่ออกแบบมาอย่างดีคือการลงทุนเพียงเล็กน้อยที่จะปกป้องโครงสร้างพื้นฐานขนาดใหญ่ของคุณจากความเสียหายที่แก้ไขไม่ได้.