AC ve DC Aşırı Gerilim Koruması: Fark Nedir?

Aşırı gerilim koruması, modern elektrik sistemlerinin güvenliği ve çalışma süresi açısından temel öneme sahiptir. Doğruyu seçmek Aşırı Gerilim Koruma Cihazı (SPD) AC ve DC sistemlerinin geçici olaylar altında nasıl farklı davrandığını anlamakla başlar; özellikle ark sönmesi (AC sıfır geçişli ve sıfır geçişsiz DC) ve bileşen tasarımı (çift yönlü ve tek yönlü MOV'lar). Bu kılavuz, AC SPD ile DC SPD arasındaki farkı açıklar, geçerli IEC/UL standartlarını haritalandırır ve uygulama ve uyumluluk ihtiyaçlarınızı karşılayan bir SPD'nin nasıl seçileceğini gösterir.

1. Giriş

Güç dalgalanmaları olarak da bilinen geçici aşırı gerilimler, hassas elektronik ekipmanlara zarar verebilecek veya tahrip edebilecek kısa süreli voltaj yükselmeleridir. Bu dalgalanmalara yıldırım çarpması, şebeke değiştirme işlemleri, büyük yük değiştirme veya endüktif ekipmanın başlatılması neden olabilir. Dalgalanma bastırıcılar veya aşırı gerilim tutucular olarak da adlandırılan SPD cihazları, bu ani yükselmeleri korunan ekipmana ulaşmadan önce algılayacak ve yönlendirecek şekilde tasarlanmıştır.

Ancak tüm dalgalanmalar (veya SPD'ler) eşit yaratılmamıştır. AC (Alternatif Akım) ve DC (Doğru Akım) sistemleri çok farklı elektriksel davranışlar sergiler ve bu nedenle farklı aşırı gerilim koruma yaklaşımları gerektirir. Başına IEC 61643-11/-31, SPD, dalgalanma voltajını sınırlar ve nanosaniyeler içinde dalgalanma akımını yönlendirerek aşağı yöndeki ekipmanı korur.

2. AC Aşırı Gerilim Koruması Nedir?

AC dalgalanma koruması voltajın periyodik olarak yön değiştirdiği (tipik olarak 50Hz veya 60Hz) elektrik sistemleri için tasarlanmıştır. Bu sistemler konutlarda, ticari binalarda, fabrikalarda ve endüstriyel otomasyon ağlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Buna göre IEC 61643-11, AC SPD'ler, her biri dağıtım sistemi içinde farklı bir kurulum noktasına yönelik olan Tip 1, Tip 2 ve Tip 3 olarak sınıflandırılır.

AC SPD'lerin Temel Özellikleri

• 115V, 230V, 400V ve 690V AC'ye kadar ortak şebeke gerilimlerinde çalışın.

• AC sinüs dalgalarının polarite değişimini yönetmek için çift yönlü çalışma.

• AC dalga formunun doğal sıfır geçişleri yoluyla ark sönmesi, bağlantı kesmeyi daha güvenli ve verimli hale getirir.

• Dalgalanma enerjisini absorbe etmek için yaygın olarak kullanılan MOV'lar (Metal Oksit Varistörler); Tip 1 SPD'lerde MOV'ler, yüksek enerjili yıldırım darbelerine (10/350 µs dalga formları) dayanmak için genellikle GDT'ler (Gaz Deşarj Tüpleri) veya ark odalarıyla birleştirilir.

• Yukarı yönde koruma (MCB veya sigorta) ile koordinasyon gereklidir; En iyi uygulama, artık voltajı en aza indirmek için SPD kablo uzunluğunu mümkün olduğu kadar kısa, ideal olarak <0,5 m'yi tutmaktır.

AC Uygulamaları için SPD Türleri

• Tip 1 SPD – Servis girişine monte edilir; doğrudan yıldırım akımlarına dayanıklıdır (Iimp 10/350 µs).

• Tip 2 SPD – Dağıtım panolarına monte edilir; anahtarlama dalgalanmalarına ve dolaylı yıldırıma karşı koruma sağlar (In/Imax 8/20 µs).

• Tip 3 SPD – Hassas ekipmanlara yakın monte edilmiş; Artık dalgalanmalara karşı iyi koruma sağlar.

Tipik uygulamalar

• Ana servis giriş panelleri (Tip 1)

• Bina dağıtım panoları (Tip 2)

• Endüstriyel ortamlardaki kontrol panelleri (Tip 2)

• AC gücüyle çalışan hassas cihazlar için kullanım noktası veya soket düzeyinde koruma (Tip 3)

Örnek: Britec AC SPD Ürünü Menzil

• BR-50GR (Tip 1): Uc 275/320/440 V için derecelendirilmiş, 25 kA'ya (10/350 µs) kadar Iimp ile; TN/TT sistemlerinde servis girişinde yıldırımdan korunma için idealdir.

• BR-12.5M (Tip 1+2 hibrit): Hem yıldırım darbesini hem de anahtarlama dalgalanmalarını yöneterek endüstriyel tesislere uygun hale getirir.

• BR-40 ve BR-30FU (Tip 2): In 20 kA / Imax 40 kA (8/20 µs) ile Uc 275 V için derecelendirilmiştir; BR-30FU, kurulumu basitleştiren ve güvenliği artıran bir yedek sigortayı entegre eder.

• BR-230/BR275-6 (Tip 3): Düşük artık gerilimle (≤ 1,5 kV'a kadar) terminal ekipmanının korunması için tasarlanmıştır.

3. DC Aşırı Gerilim Koruması Nedir?

DC dalgalanma koruması elektriğin doğal sıfır geçişler olmadan tek yönde aktığı doğru akım sistemleri için tasarlanmıştır. Periyodik voltaj değişimlerinden yararlanan AC sistemlerinden farklı olarak DC sistemleri benzersiz bir mühendislik sorunu sunar: arklar kendiliğinden sönmez. Bu, DC SPD'lerin güvenliği sağlamak ve termal kaçmayı önlemek için daha sağlam ark söndürme, termal bağlantı kesme ve mekanik serbest bırakma mekanizmalarına ihtiyaç duyduğu anlamına gelir.

DC SPD'lerin Temel Özellikleri

• Gerilim Değerleri: Tipik olarak 500 Vdc ila 1500 Vdc için tasarlanmış olup güneş enerjisi PV dizilerini, akü depolama sistemlerini (BESS) ve DC hızlı şarj ağlarını kapsar.

• Tek yönlü MOV seçimi: DC polaritesine uyum sağlamak için DC SPD'ler tek yönlü MOV'lar kullanır ve tek yönlü akım akışı için doğru aşırı gerilim kelepçelemesini sağlar.

• Ark Bastırma: DC'de sıfır geçiş olmadığından, DC SPD'ler arıza akımlarını güvenli bir şekilde kesmek için hızlı etkili termal bağlantı kesicileri, gaz deşarj tüplerini (GDT'ler) veya ark odalarını entegre eder.

• Yüksek Dalgalanma İşlemi: 20–40 kA'e (8/20 µs) kadar In/Imax değerlerine sahip yüksek enerjili dalgalanmaları ve Iimp yıldırım darbeleri için derecelendirilmiş Tip 1+2 cihazları absorbe edecek şekilde üretilmiştir.

• Uyumluluk ve Sertifikasyon:

  • IEC 61643-31 (PV DC SPD'ler için) ile uyumlu olmalıdır veya UL 1449 (Kuzey Amerika'daki DC sistemleri için 1500 Vdc'ye kadar).

  • Projeye veya bölgesel gereksinimlere bağlı olarak ürünler, şebeke uyumluluğu ve güvenlik denetimlerine yönelik ek TÜV, CB veya UL sertifikalarına sahip olabilir.

DC Aşırı Gerilim Korumasının Tipik Uygulamaları

• Solar PV dizileri (dizi veya birleştirici kutu koruması, genellikle 1000 Vdc veya 1500 Vdc).

• Şebeke ölçeğinde veya mikro şebeke çözümleri için Pil Enerji Depolama Sistemleri (BESS).

• Elektrikli Araç (EV) şarj istasyonları, özellikle DC hızlı şarj.

• Telekom kuleleri ve yenilenebilir enerji sistemleri (rüzgar türbini dönüştürücüleri, hibrit DC ağları).

Şuradan örnekler: Britec'in DC SPD'si Menzil

• BRPV3-1000 (Tip 1+2 DC SPD)

  • Gerilim değeri: Uc = 1000 Vdc

  • Nominal deşarj akımı: In = 20 kA

  • Maksimum deşarj akımı: Imax = 40 kA (8/20 µs)

  • Gerilim koruma seviyesi: Yukarı ≤ 3,8 kV

  • Özellikler: Termal ayırıcı + gerçek zamanlı izleme için uzaktan sinyalleme.

• BRPV3-1500 (Tip 1+2 DC SPD)

  • Gerilim değeri: Uc = 1500 Vdc

  • Nominal deşarj akımı: In = 20 kA

  • Maksimum deşarj akımı: Imax = 40 kA

  • Gerilim koruma seviyesi: Yukarı ≤ 4,5 kV

  • Özellikler: Ark odası tasarımı + termal kesme, PV santrallerinde ve EV altyapısında güvenilir çalışma sağlar.

4. AC ve DC Aşırı Gerilim Koruması Arasındaki Fark Nedir?

AC SPD'ler ve DC SPD'ler ilk bakışta benzer görünse de tasarım ilkeleri, standartları ve uygulama gereksinimleri oldukça farklıdır. Aşağıdaki tablo AC SPD ile DC SPD arasındaki temel farkları özetlemektedir:

4.1 Elektrik Akımı Özellikleri: AC ve DC

AC, periyodik olarak yönü tersine çevirerek (sinüs dalgası) doğal sıfır geçiş noktalarına izin verir. DC sürekli olarak tek bir yönde akar (düz dalga formu), bu da ark söndürmeyi çok daha zorlu hale getirir.

İma:

AC SPD'ler ark kesintisi için sıfır geçişten yararlanırken DC SPD'ler dalga biçimi özellikleri nedeniyle daha sağlam ark bastırma mekanizmaları gerektirir.

4.2 Dalgalanma Dalga Formu

• AC dalgalanmaları genellikle daha düzgün, sinüzoidal dalga biçimlerine sahiptir.
• Düz tepe voltajıyla DC dalgalanmaları daha kısa, daha hızlı ve daha ani olur

Yanıt Süresi İhtiyaçları:

DC SPD'ler, hızlı geçici olaylara karşı koruma sağlamak için genellikle daha hızlı yanıt süreleri (≤25ns) gerektirir.

4.3 SPD'lerin Tasarım ve Çalışma Prensipleri

• AC SPD'si: Simetrik voltaj polaritesi ve sinüs dalgası girişi için tasarlanmıştır
• DC SPD'si: Polariteye duyarlı devreler ve tek yönlü akım akışı için tasarlandı

Kullanılan Teknoloji: Hem AC hem de DC SPD cihazları genellikle MOV'ları (metal oksit varistörleri), termal bağlantı kesicileri ve bazen GDT'leri (gaz deşarj tüpleri) kullanır. Bu bileşenlerin bir aşırı gerilim koruma cihazı içinde nasıl çalıştığını anlamak için ayrıntılı kılavuzumuza bakın. SPD nasıl çalışır?.

4.4 Gerilim Değerleri ve Dalgalanma Kapasitesi

• AC SPD'ler: 115V ile 600V arası
• DC SPD'ler: 500V ile 1500V arası

Örnek:

DC SPD FLY1-40PV, 40kA'ya kadar işler; AC SPD USP2, modele bağlı olarak 120kA'ya kadar değişir.

4.5 Uygulama Ortamları

• AC SPD'si: Ofisler, evler, HVAC, kontrol panelleri
• DC SPD'si: Yenilenebilir enerji, dış mekan telekom, ulaşım sistemleri

Çevresel Tolerans:

DC SPD'ler genellikle dış mekan uygulamaları nedeniyle daha geniş sıcaklık aralıklarını ve bağıl nemi destekler.

4.6 Ark Söndürme

• AC: Ark sıfır geçişte doğal olarak söner
• DC: Polaritenin ters çevrilmemesi nedeniyle mekanik/termal ark söndürme gerektirir.

Neden Önemlidir:

DC aşırı gerilim arestörlerindeki yetersiz ark bastırma, termal kaçağa ve yangına yol açabilir.

4.7 Standartlar, Testler ve Sertifikasyon

• AC SPD Standartları: UL 1449, IEC 61643-11 (Tip 1, 2, 3)
• DC SPD Standartları: EN 50539-11, IEC 61643-31, UL 1449 (PV, BESS, EV odaklama)

Örnek:

Şebeke uyumluluğu için aşırı gerilim koruma sınıfının TUV sertifikalı SPD etiketleri aracılığıyla doğrulanması gerekir.

5. Doğru SPD Nasıl Seçilir

Doğru Aşırı Gerilim Koruma Cihazını (SPD) seçmek yalnızca voltaj değeriyle ilgili değildir; aynı zamanda kurulum konumu, koruma koordinasyonu ve uluslararası standartlara uygunluğu da içerir. Göz önünde bulundurulması gereken temel faktörler şunlardır:

1. SPD'yi Sistem Voltajınızla Eşleştirin

• AC sistemleri (IEC 61643-11 / UL 1449)

  • 230/400 V (TN/TT ızgaraları): Seçin Uc 275V modeller.

  • Örnek: Britec BR-40/30FU – Tip 2 SPD, Uc 275 V, 20 kA'da, Imax 40 kA, yedek koruma için entegre sigortalı.

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

  • 600 Vdc, 1000 Vdc veya 1500 Vdc dizileri: Eşleşen DC Uc değerini seçin.

  • Örnek: Britec BRPV3-1000 (Uc 1000 Vdc) veya BRPV3-1500 (Uc 1500 Vdc) – PV birleştirici kutular ve invertörler için Tip 1+2 DC SPD'ler.

Uç: Erken eskimeyi önlemek için her zaman SPD'nin Uc'sinin (sürekli çalışma voltajı) ≥ 1,2 × nominal sistem voltajı olduğunu kontrol edin.

2. Her Kurulum Seviyesine Doğru Koruma Sınıfını (Tip) Uygulayın

• Tip 1 (10/350 µs yıldırım akımı)

  • Servis girişine/ana dağıtıma monte edilir.

  • Doğrudan yıldırım akımlarını idare eder.

  • Örnek: BR-12.5M Tip 1+2 SPD, Iimp 12,5 kA.

• Tip 2 (8/20 µs anahtarlama dalgalanmaları)

  • Kat dağıtım panolarına monte edilir.

  • Anahtarlama dalgalanmalarına ve artık yıldırım akımlarına karşı koruma sağlar.

  • Örnek: BR-40/30FU Tip 2 SPD (entegre ayırıcı ile).

• Tip 3 (kullanım noktası)

  • Hassas ekipmanların (bilgisayarlar, sunucular, tıbbi cihazlar) yakınına monte edilir.

  • Yukarı akışlı SPD'ler tarafından sıkıştırılmayan artık dalgalanmalara karşı koruma sağlar.

Mühendislik kuralı: İki koruma kademesi arasındaki kablo uzunluğu >10 m, koordinasyonu sağlamak için her iki uca ek SPD'ler takın.

3. Kesiciler ve Sigortalarla Koordinasyonu Sağlayın

• SPD'ler yukarı akışlı MCB/RCB/yedek sigortalarla koordine edilmelidir.

• Bazı modeller mesela Britec BR-40/30FU, termal ayırıcıları ve yedek korumayı entegre ederek alanı ve maliyeti azaltır.

4. Standartlara Uygunluk

• AC SPD'ler: IEC 61643-11, UL 1449

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

SPD'nin özellikle uluslararası projeler için her zaman uygun CE, UL veya IEC test sertifikalarına sahip olduğundan emin olun.

Anahtar Paket Servisi

Doğru SPD'yi seçmek, voltajı eşleştirmek, kurulum seviyesine göre doğru Tipi seçmek, uygun koordinasyonu sağlamak ve IEC/UL standartlarına uymak anlamına gelir.

İle Britec portföyü (BR-12.5M, BR-40/30FU, BRPV3-1000, BRPV3-1500), konut, ticari, endüstriyel ve PV güneş enerjisi uygulamalarını sertifikalı, yüksek performanslı aşırı gerilim korumasıyla kapsayabilirsiniz.

6. Sonuç

AC ve DC aşırı gerilim koruma cihazları benzer görünebilir ancak temelde farklı sistemlere hizmet ederler. AC SPD'ler binalarda ve ızgaralarda sinüs dalgası uygulamaları için optimize edilmiştir. DC SPD'ler, yenilenebilir ve yüksek voltajlı DC altyapılarındaki düz voltaj dalga formları için özel olarak tasarlanmıştır.

Ekipmanı korumak ve güvenlik standartlarına uygunluğu sürdürmek için doğru SPD'yi seçmek çok önemlidir.

Optimum korumayı sağlamak için:

• SPD tipini her zaman mevcut sistemle (AC veya DC) eşleştirin
• Gerilim değerini, dalga biçimi özelliklerini ve gerekli enerji emme kapasitesini göz önünde bulundurun.
• Uygun aşırı gerilim koruma sınıfı değerlerine sahip sertifikalı ürünleri (TÜV, UL, CE) seçin.

SPD'nizi seçerken yardıma mı ihtiyacınız var? Sisteminiz için doğru DC aşırı gerilim korumasını veya AC aşırı gerilim koruma çözümünü bulmak için sertifikalı bir elektrik uzmanına veya aşırı gerilim koruma sağlayıcısına başvurun.