Farklı Türlerde Aşırı Gerilim Koruma Cihazları (SPD)

1. Giriş

Güç dalgalanmaları modern elektrik sistemlerinde sessiz katillerdir. Konut elektroniklerinden endüstriyel otomasyona ve güneş enerjisi tesislerine kadar, tek bir geçici aşırı gerilim bile kesintiye, maliyetli onarımlara veya ekipman arızasına neden olabilir. Çözüm? Aşırı Gerilim Koruma Cihazları (SPD'ler).

Bu kılavuzda farklı Aşırı Gerilim Koruma Cihazlarını inceleyeceğiz, nasıl çalıştıklarını açıklayacağız ve uygulamalarını karşılaştıracağız. Sonunda, sisteminize tam olarak hangi SPD türlerinin uyduğunu bileceksiniz; ister ev, ister veri merkezi, isterse PV kurulumu olsun.

2. Aşırı Gerilim Koruma Cihazları Nelerdir?

A Aşırı Gerilim Koruma Cihazı (SPD) yıldırım çarpması, anahtarlama olayları veya şebeke kesintilerinin neden olduğu geçici aşırı gerilimleri sınırlamak için bir elektrik sistemine takılan bir güvenlik bileşenidir. Dalgalanma enerjisini güvenli bir şekilde toprağa yönlendirerek bağlı ekipmanı koruyarak çalışır.

SPD'yi bir basınç tahliye valfi olarak düşünün: dalgalanmanın oluşmasını engellemez ancak fazla enerjiyi hassas elektroniklerden uzaklaştırır.

3. Aşırı Gerilim Koruması Nasıl Çalışır?

SPD'ler, Metal Oksit Varistörler (MOV'ler), Gaz Deşarj Tüpleri (GDT'ler) ve kıvılcım aralıkları gibi bileşenlere dayanır. Gerilim güvenli bir eşiği (Uc) aştığında, SPD iletim moduna geçerek dalgalanmayı daha düşük bir artık gerilime (Yukarı) sıkıştırır.

Anlaşılması gereken temel parametreler:

• Uc (Maksimum Sürekli Çalışma Gerilimi): SPD'nin kaldırabileceği normal voltaj.

• Yukarı (Voltaj Koruma Seviyesi): aşağı yöndeki cihazların “göreceği” sıkıştırma gerilimi.”

• In / Imax (Nominal ve Maksimum Deşarj Akımı): cihazın ne kadar dalgalanma akımını emebileceği.

• Iimp (Darbe Akımı): Yıldırım çarpması dalga formlarını temsil eden Tip 1'e özel.

4. Aşırı Gerilim Koruma Cihazlarının Çeşitleri

SPD türlerini anlamak, katmanlı aşırı gerilim korumasını tasarlamanın anahtarıdır. Gibi uluslararası standartlar IEC 61643-11 (AC), IEC 61643-31 (DC/PV), Ve UL 1449 (Kuzey Amerika) Test dalga formlarına, enerji kapasitesine ve kurulum konumuna göre farklı sınıfları tanımlayın.

Aşağıda karşılaşacağınız farklı türdeki aşırı gerilim koruma cihazlarını (SPD'ler) teknik rolleri ve uygulama kılavuzlarıyla birlikte ele alıyoruz.

4.1 Tip 1 SPD'ler (IEC 61643-11, Sınıf I, 10/350 µs)

• Tanım: Kısmi yıldırım akımını boşaltmak için tasarlanmıştır. Doğrudan yıldırım çarpmasını temsil eden 10/350 µs darbe dalga formu (Iimp) ile test edilmiştir.

• Kurulum Noktası: Servis girişi, genellikle ana dağıtım panosunun yukarısında. Genellikle harici Yıldırımdan Korunma Sistemi (LPS) ile donatılmış binalarda kullanılır.

• Anahtar Parametreler:

  • Iimp (Darbe Akımı): Nominal yıldırım akımı kapasitesi.

  • Uc (Maksimum Sürekli Çalışma Gerilimi): Normal çalışma sırasında hasar oluşmamasını sağlar.

  • Yukarı (Voltaj Koruma Seviyesi): Aşağı akım devreleri tarafından görülen artık voltaj.

• Kullanılan Teknoloji: Kıvılcım boşlukları, ağır hizmet MOV'ları veya hibrit tasarımlar.

• Kullanım Durumları:

  • Endüstriyel tesisler, telekom kuleleri, hastaneler.

  • Yıldırım yoğunluğunun yüksek olduğu bölgelerdeki yüksek binalar.

• Örnek: Çatı üstü paratonerlerin bulunduğu bir fabrika, ana beslemede Tip 1 SPD'lere ihtiyaç duyacaktır.

4.2 Tip 2 SPD'ler (IEC 61643-11, Sınıf II, 8/20 µs)

• Tanım: Anahtarlama dalgalanmalarını ve dolaylı yıldırım etkilerini yönetir. 8/20 µs akım dalga formu (In, Imax) ile test edilmiştir.

• Kurulum Noktası: Tesis içindeki ana veya tali dağıtım panoları.

• Anahtar Parametreler:

  • In (Nominal Deşarj Akımı): çoklu dalgalanmalara karşı dayanıklılık.

  • Imax (Maksimum Deşarj Akımı): maksimum dalgalanma kapasitesi.

  • Yukarı: hem yukarı akış Tip 1 hem de aşağı akış Tip 3 ile koordineli olmalıdır.

• Kullanılan Teknoloji: Kolay değiştirme için genellikle takılabilen MOV tabanlı modüller.

• Kullanım Durumları:

  • Konutlar, ofis binaları, perakende mağazalar.

  • Orta derecede dalgalanma riski olan bölgelerde standart koruma.

• Örnek: Harici LPS'siz küçük bir ofis genellikle ana kartta Tip 2 SPD'leri kullanır.

Ayrıntılı bir döküm ister misiniz? Kılavuzumuzun tamamını okuyun: Tip 2 Aşırı Gerilim Koruma Cihazı Nedir?

4.3 Tip 3 SPD'ler (IEC 61643-11, Sınıf III, birleşik dalga)

• Tanım: Terminal ekipmanı için hassas koruma. Kombinasyon dalgasıyla test edilmiştir (1,2/50 µs gerilim + 8/20 µs akım).

• Kurulum Noktası: Korunan cihaza (priz, cihaz girişi) mümkün olduğu kadar yakın.

• Anahtar Parametreler:

  • Yukarı: Hassas yükleri korumak için çok düşük sıkıştırma seviyesi.

  • Yukarı akış Tip 2 ile koordineli olarak kullanılmalıdır.

• Kullanılan Teknoloji: Ekstra zayıflama için filtrelerle birleştirilmiş MOV'lar.

• Kullanım Durumları:

  • Bilgisayarlar, LED sürücüleri, tıbbi elektronikler ve kontrol sistemleri.

• Örnek: Bir hastane MRI makinesi, cihazın yakınında Tip 2 ile birlikte çalışan Tip 3 SPD gerektirir.

Özel makalemizde daha fazla bilgi edinin: Tip 3 Aşırı Gerilim Koruyucu Nedir?

4.4 T1+T2 Kombinasyon SPD'leri

• Tanım: Hem Sınıf I (10/350 µs) hem de Sınıf II (8/20 µs) dalga formları için test edilen tek bir SPD ünitesi.

• Fayda: Tek bir cihazda doğrudan yıldırıma ve anahtarlama dalgalanmalarına karşı koruma sağlar.

• Kurulum Noktası: Alan veya bütçe birden fazla cihazı sınırladığında hizmet girişi.

• Kullanım Durumları:

  • Orta büyüklükteki ticari veya konut binaları kompakt çözümlere ihtiyaç duyar.

  • Ayrı Tip 1 ve Tip 2 arasındaki koordinasyonun zor olduğu alanlar.

• Örnek: Bir alışveriş merkezinin ana santrali, korumayı kolaylaştırmak için bir T1+T2 SPD kurabilir.

4.5 T2+T3 Kombinasyon SPD'leri

• Tanım: Hibrit cihazlar Sınıf II ve Sınıf III performansı açısından test edilir.

• Fayda: Hem dağıtım düzeyinde hem de terminal koruması sağlar.

• Kurulum Noktası: Özellikle kablo mesafeleri 10 m'yi aşarsa, hassas yüklere yakın alt paneller.

• Kullanım Durumları:

  • Veri merkezleri, sunucu odaları, endüstriyel kontrol kabinleri.

• Örnek: PLC'lere uzun kablo bağlantıları olan bir fabrika otomasyon hattı, PLC panellerinin yakınında bir T2+T3 SPD kullanabilir.

4.6 Tip 4 SPD'ler (UL 1449, yalnızca Kuzey Amerika)

• Tanım (UL 1449): Bileşen düzenekleri tek başına cihazlar olarak tasarlanmamıştır ancak OEM ekipmanına entegre edilmiştir.

• Alt kategoriler:

  • Tip 4 Bileşen Düzenekleri (CA): üreticiler için önceden paketlenmiş SPD parçaları.

  • Tip 5 Bileşenler: ham MOV'lar veya GDT'ler.

• Kurulum Noktası: İç cihazlar, güç kaynakları veya özel yapım paneller.

• Kullanım Durumları:

  • Aşırı gerilime karşı korumalı ekipman tasarlayan OEM'ler.

  • Kuzey Amerika pazarındaki özel endüstriyel ekipmanlar.

• Örnek: Bir UPS üreticisi, ürünlerine Tip 4 SPD düzeneklerini entegre etmektedir.

4,7 PV/DC SPD'ler (IEC 61643-31, 1500 VDC'ye kadar)

• Tanım: Fotovoltaik ve DC devreler için tasarlanmış aşırı gerilim koruma cihazları.

• Test Standartları: IEC 61643-31, DC uygulamalarına yönelik gereksinimleri belirtir.

• Kurulum Noktası: PV dizisi birleştirici kutuları, invertörler ve DC dağıtım panoları.

• Anahtar Parametreler:

  • Ucpv: nominal sürekli PV voltajı (600 V, 1000 V, 1500 V).

  • In / Imax: DC tarafında aşırı akım yönetimi.

  • Tepki süresi: yarı iletken tabanlı invertörler için yeterince hızlı olmalıdır.

• Kullanım Durumları:

  • Hizmet ölçeğinde güneş enerjisi çiftlikleri, çatı üstü PV sistemleri, akü depolama tesisleri.

• Örnek: 1500 VDC'lik bir güneş enerjisi santralinin ihtiyacı olacak T1+T2 PV SPD'ler birleştirici kutularda ve invertör girişlerinde.

Okuyucular için Profesyonel İpucu: Her zaman bir koordineli SPD sistemi. Girişte Tip 1, alt panellerde Tip 2 ve kritik yüklerin yakınında Tip 3. PV için IEC 61643-31'de belirtildiği şekilde Tip 2 veya T1+T2 DC SPD'leri ekleyin.

5. Tip 1 ve Tip 2 ve Tip 3 SPD Cihazları

Daha derin bir inceleme istiyorsanız, bu konuyla ilgili özel blogumuza buradan göz atın:
Tip 1, Tip 2 ve Tip 3 SPD'ler Arasındaki Fark

Doğru SPD tipini seçmenize yardımcı olacak hızlı bir karşılaştırma:

Genel bakış

• Tip 1 SPD'ler yüksek enerjili, doğrudan yıldırım darbelerini (10/350 µs) yönetin.

• Tip 2 SPD'ler anahtarlama dalgalanmalarını ve dolaylı darbeleri azaltın (8/20 µs).

• Tip 3 SPD'ler Hassas ekipmanı son kilometrede koruyun (kombinasyon dalga formu).

6. Aşırı Gerilim Koruma Cihazlarının (SPD) Kurulumu ve Koordinasyonu

Doğru kurulum, doğru Aşırı Gerilim Koruma Cihazı (SPD) Türünün seçilmesi kadar önemlidir. Yanlış kablolama veya zayıf koordinasyon, SPD'nin kendisi IEC veya UL standartlarını karşılasa bile koruma düzeylerini tehlikeye atabilir. IEC 61643-11, IEC 61643-31, UL 1449 ve şirketimizin mühendislik yönergelerine göre en iyi temel uygulamalar şunlardır:

1. En Kısa Bağlantı Kuralı

• Tüm SPD bağlantı kablolarını mümkün olduğu kadar kısa ve düz, ideal olarak ≤ 0,5 m (teknik kılavuzumuzda önerildiği gibi) tutun.

• Uzun kablolar, korunan ekipmanın gördüğü artık voltajı (Yukarı) artıran endüktif voltaj yükselmesine neden olur.

2. Doğru İletken Boyutu

• SPD tipine göre boyutlandırılmış iletkenler kullanın:

  • Tip 1 SPD: minimum 16 mm² bakır (yüksek enerjili yıldırım akımı, Iimp).

  • Tip 2 SPD: minimum 6 mm² bakır.

  • Tip 3 SPD: üreticinin verilerini takip edin; genellikle daha düşük akım nedeniyle daha küçük kesitler.

• Her zaman düşük empedanslı bakır iletkenler kullanın ve keskin bükülmelerden kaçının.

3. Eşpotansiyel Bağlanma

• Tüm SPD'ler aynı ana topraklama çubuğuna veya eş potansiyel bağlama sistemine bağlanmalıdır.

• Bağlama, devreler arasındaki tehlikeli potansiyel farklarını önleyerek dalgalanma enerjisinin güvenli bir şekilde toprağa boşaltılmasını sağlar.

4. SPD Koordinasyonu

• Gerilim Koruma Seviyesi (Yukarı) Hiyerarşisi: Yukarı yöndeki SPD'ler (Tip 1) her zaman Yukarı yöndeki SPD'lerden (Tip 2/3) daha yüksek olmalıdır.

• Mesafe Kuralı: SPD'ler ile korunan yükler arasındaki kablo 10 m'den uzunsa, daha iyi koruma için ilave bir aşağı yönde SPD (örn. Tip 3) takın.

• Paralel Koordinasyon: Çok kademeli koruma için (Tip 1 + Tip 2 + Tip 3), hiçbir cihazın aşırı gerilime maruz kalmaması için uygun enerji dağılımını sağlayın.

5. Yedekleme Koruması (OCPD)

• SPD'nin kendisini korumak için daima özel sigortalar veya devre kesiciler kullanın.

• Kılavuzumuz, SPD modeline ve Imax/Iimp'e bağlı olarak yedek sigorta değerlerini belirtir.

• UL 1449 ayrıca aşırı olaylar sırasında SPD'nin aşırı ısınmasını veya arızalanmasını önlemek için uygun aşırı akım korumasını da gerektirir.

Profesyonel İpucu: Her zaman uyumluluğu doğrulayın IEC 61643-11 (AC SPD'ler), IEC 61643-31 (PV/DC SPD'ler), veya bölgenize bağlı olarak UL 1449 (Kuzey Amerika). Doğru kurulum ve koordinasyon, SPD ömrünü uzatır ve tüm elektrik sisteminin güvenliğini sağlar.

7. Sonuç

Aşırı Gerilim Koruma Cihazlarının Türleri birbirinin yerine kullanılamaz; her biri elektrik sistemlerinin korunmasında benzersiz bir rol oynar.

• Tip 1 doğrudan yıldırım çarpmasına karşı koruma sağlar.

• Tip 2 dağıtım panolarının iş gücüdür.

• Tip 3 En hassas elektroniklerinizi korur.

• Kombinasyonlar ve PV/DC SPD'ler uzmanlaşmış ve yenilenebilir uygulamaları kapsamaktadır.

SPD türlerini, standartlarını ve kurulum kurallarını anlayarak güvenliği sağlayan, arıza süresini en aza indiren ve yatırımları koruyan katmanlı bir savunma tasarlayabilirsiniz.