Aşırı Gerilim Koruma Cihazları (Aşırı Parafudrlar) (SPD)

Aşırı Gerilim Koruma Cihazı (SPD), elektrik tesisatı koruma sisteminin bir bileşenidir.

Bu cihaz, koruması gereken yüklerin güç kaynağı devresine paralel olarak bağlanır (bkz. Şekil J17). Ayrıca güç kaynağı ağının her seviyesinde kullanılabilir.

Bu, en yaygın kullanılan ve en verimli aşırı gerilim koruma türüdür.

Bilim insanları yıllardır yıldırım çarpmasının özellikleri ve etkileri konusunda önemli çalışmalar yapmış ve buna göre teknolojik ürünler geliştirmişlerdir. Günümüzde bu ürünlerin testleri de bu kapsamda yıldırım çarpması simüle edilerek yapılabilmektedir.

Yıldırım Çarpması Dalga Çeşitleri:

Yıldırım çarpması iki farklı dalga boyunda incelenebilir.

1. Doğrudan Yıldırım Çarpması 10 / 350μs:

Doğrudan yıldırım çarpmasında 10/350 μs dalga biçiminde darbe akımları meydana gelir. Bu darbeli hızlı voltaj artışı, büyük bir akım darbesiyle büyük bir güç açığa çıkarır.

Günümüzde Harici Yıldırımdan Korunma Sistemi malzemeleri ve Tip 1/Sınıf I tipi Parafudr devre elemanları standartlara göre bu kriterlere göre test edilmektedir.

2. Uzak Bir Alanda Yıldırım Çarpması ve Anahtarlama Gerilimleri 8/20μs:

Uzak bir yere yıldırım düşer ve anahtarlama gerilimleri 8/20 μs dalga biçimine sahip darbe akımları meydana gelir.

Bu darbenin enerji içeriği, yıldırım testi akımının 10/350 μs'lik darbe akımı dalgasından önemli ölçüde düşüktür. Tip 2/Sınıf II ve Tip 3/Sınıf III tipi Parafudr (Parafudr) devre elemanları standartlara göre bu kriterlere göre test edilmektedir.

Standartlar

Sıkça listelenen standartlardan bazıları şunlardır:

• IEC 61643-11 Alçak gerilim aşırı gerilim koruyucu cihazlar – Bölüm 11: Alçak gerilim güç sistemlerine bağlı aşırı gerilim koruyucu cihazlar – Gereksinimler ve test yöntemleri (IEC 61643-1'in yerine geçer)
• IEC 61643-21 Alçak gerilim aşırı gerilim koruyucu cihazlar - Bölüm 21: Telekomünikasyon ve sinyal ağlarına bağlı aşırı gerilim koruyucu cihazlar - Performans gereksinimleri ve test yöntemleri
• IEC 61643-22 Alçak gerilim aşırı gerilim koruyucu cihazlar - Bölüm 22: Telekomünikasyon ve sinyal ağlarına bağlı aşırı gerilim koruyucu cihazlar - Seçim ve uygulama ilkeleri
• EN 61643-11, 61643-21 ve 61643-22
• Telcordia Technologies Teknik Referansı TR-NWT-001011
• ANSI/IEEE C62.xx
• Underwriters Laboratuvarları (UL) 1449.
• AS/NZS 1768

Her standart farklı koruyucu özelliklerini, test vektörlerini veya operasyonel amacı tanımlar.

EN 62305 ve ANSI/IEEE C62.xx, bir koruyucunun hangi sivri uçları yönlendirmesinin beklenebileceğini tanımlar. EN 61643-11 ve 61643-21, ürünün hem performansını hem de güvenlik gereksinimlerini belirtir. Bunun aksine, IEC yalnızca standartlar yazar ve herhangi bir ürünün bu standartları karşıladığını onaylamaz. IEC Standartları, uluslararası anlaşmaların CB Programı üyeleri tarafından ürünleri güvenlik uyumluluğu açısından test etmek ve belgelendirmek için kullanılır.

Ayrıca, aşağıdaki standartlar tek başına aşırı gerilim koruyuculara yönelik standartlar değildir; bunun yerine elektrikli ve elektronik ekipmanlarda bir bütün olarak aşırı gerilim bağışıklığını test etmeye yöneliktir. Bu nedenle aşırı gerilim koruma devresinin tasarımında ve testinde sıklıkla kullanılırlar.

• IEC 61000-4-2 Elektrostatik deşarj bağışıklık testi
• IEC 61000-4-4 Elektriksel hızlı geçici/patlama bağışıklık testi
• IEC 61000-4-5 Dalgalanma bağışıklık testi

Prensip

SPD, atmosferik kaynaklı geçici aşırı gerilimi sınırlamak ve akım dalgalarını toprağa yönlendirmek, böylece bu aşırı gerilimin genliğini elektrik tesisatı, elektrik şalt sistemi ve kontrol donanımı için tehlikeli olmayan bir değerle sınırlandırmak üzere tasarlanmıştır.

SPD aşırı voltajı ortadan kaldırır

• Ortak modda, faz ile nötr veya toprak arasında;
• Diferansiyel modda, faz ve nötr arasında.

Aşırı voltajın çalışma eşiğini aşması durumunda SPD

• Enerjiyi ortak modda toprağa iletir;
• Enerjiyi diferansiyel modda diğer canlı iletkenlere dağıtır.

Üç tür SPD

Tip 1 SPD

Tip 1 SPD, yıldırımdan korunma sistemi veya örgülü kafesle korunan hizmet sektörü ve endüstriyel binalara özel durumlarda önerilir.

Elektrik tesisatlarını doğrudan yıldırım darbelerine karşı korur. Toprak iletkeninden ağ iletkenlerine yayılan yıldırımın karşı akımını deşarj edebilir.

Tip 1 SPD, 10/350 µs'lik bir akım dalgasıyla karakterize edilir.

Tip 2 SPD

Tip 2 SPD, tüm alçak gerilim elektrik tesisatları için ana koruma sistemidir. Her elektrik panosuna takılarak elektrik tesisatlarında aşırı voltajın yayılmasını önler ve yükleri korur.

Tip 2 SPD, 8/20 µs'lik bir akım dalgasıyla karakterize edilir.

Tip 3 SPD

Bu SPD'lerin deşarj kapasitesi düşüktür. Bu nedenle Tip 2 SPD'ye ek olarak ve hassas yüklerin yakınına zorunlu olarak kurulmaları gerekir.

Tip 3 SPD, gerilim dalgaları (1,2/50 μs) ve akım dalgalarının (8/20 μs) birleşimiyle karakterize edilir.

SPD normatif tanımı

Şekil J18 – SPD standart tanımı

• Not 1: Yüklerin doğrudan ve dolaylı yıldırım darbelerine karşı korunmasını birleştiren  +   SPD (veya Tip 1 + 2 SPD) mevcuttur.
• Not 2: bazı SPD'ler şu şekilde de bildirilebilir: .

Buna göre;

Birinci Kademe: Tip 1 / Sınıf 1 / Sınıf B yıldırımdan korunma parafudrları tesisin/yapının ön koruma üniteleridir. Enerji hatlarından gelebilecek doğrudan yıldırım çarpmalarını absorbe edebilen ve sönümleyebilen devre elemanlarıdır.

Bina içi ve/veya bina dışındaki ana dağıtım/trafo panosuna monte edilmelidir.

10/350 µSec dalga formunda test edilmiş olmalıdır. Faz-Nötr arası en az 50kA, Fazlar-Nötr-Toprak arası en az 100kA yük boşaltabilmelidir.

İkinci Aşama: Tip 2 / Sınıf 2 / C Sınıfı Aşırı Gerilim Koruma Cihazları (Parafudrlar), tesisin/binanın sekonder ve/veya alt sekonder panellerinde kullanılan devre elemanlarıdır. Tip 1/Sınıf II parafudrlara göre mukavemetleri daha düşük fakat hassasiyetleri daha iyidir.

8/20 µSn dalga formunda test edilmiş olmalıdır. Faz-Nötr arasında en az 10kA, Fazlar-Nötr-Toprak arasında en az 25kA yük boşaltabilmelidir.

Tip 1 + 2 / Sınıf 1 + 2 / B + C Sınıfı kompakt koruma elemanları son yıllarda ikinci seviye koruma olarak kullanılmaktadır.

10/350 µSec dalga formunda test edilmiş olmalıdır. Faz-Nötr arası en az 40kA, Fazlar-Nötr-Toprak arası en az 100kA yük boşaltabilmelidir.

Kesintisiz güç kaynağının elektrik panosunda ve/veya ana pano gibi konumlandırılan tali panolarında kullanılır.

Üçüncü Aşama: Tip 3 / Sınıf 3 / D Sınıfı ani aşırı gerilim korumalı parafudrlar, hatlarında hassas elektronik cihazları korumak amacıyla kullanılan devre elemanlarıdır.

Farklı cihazlara farklı bağlantı protokolleri/soketleri/portları ile bağlanabildiği için ürün yelpazesi oldukça geniştir.

Aşağıda farklı devrelere/cihazlara uygun Tip 3/Sınıf 3/D Sınıfı parafudrlardan bazıları yer almaktadır.