A túlfeszültség-védelmi eszköz, más néven túlfeszültség-védő vagy SPD, az elektromos alkatrészek védelmére szolgál az elektromos áramkörben esetlegesen fellépő feszültségingadozások ellen.

Amikor külső interferencia következtében hirtelen áram- vagy feszültségnövekedés keletkezik az elektromos áramkörben vagy a kommunikációs áramkörben, a túlfeszültség-védelmi eszköz nagyon rövid idő alatt képes vezetni és söntölni, megakadályozva, hogy a túlfeszültség károsítsa az áramkörben lévő többi eszközt.

A túlfeszültség-védelmi eszközök (SPD-k) költséghatékony módszert jelentenek a kiesések megelőzésére és a rendszer megbízhatóságának növelésére.

Általában elosztópanelekbe szerelik őket, és fontos szerepet játszanak az elektronikus eszközök zökkenőmentes és zavartalan működésének biztosításában számos alkalmazásban azáltal, hogy korlátozzák a tranziens túlfeszültséget.

Az SPD úgy működik, hogy a tranziens túlfeszültségekből származó túlfeszültséget elvezeti a védett berendezéstől. Általában fém-oxid varisztorokból (MOV) vagy gázkisülési csövekből áll, amelyek elnyelik a túlfeszültséget és a földbe irányítják, ezáltal védve a csatlakoztatott eszközöket.

A túlfeszültségek számos okból előfordulhatnak, beleértve a villámcsapásokat, az elektromos hálózat kapcsolási kapcsolásait, a hibás vezetékeket és a nagy teljesítményű elektromos berendezések működését. Ezeket az épületen belüli események is okozhatják, például motorok indítása vagy nagy készülékek be-/kikapcsolása.

Az SPD telepítése számos előnnyel járhat, többek között:

Érzékeny elektronikus berendezések védelme a káros túlfeszültségekkel szemben.

Adatvesztés vagy adatsérülés megelőzése számítógépes rendszerekben.

A készülékek és berendezések élettartamának meghosszabbítása az elektromos zavaroktól való védelemmel.

A túlfeszültség okozta elektromos tüzek kockázatának csökkentése.

Nyugalom a tudatban, hogy értékes felszerelése biztonságban van.

Egy túlfeszültség-levezető élettartama olyan tényezőktől függően változhat, mint a minősége, a túlfeszültségek erőssége és a karbantartási gyakorlat. Az túlfeszültség-levezetők élettartama általában 5-10 év. Az optimális védelem biztosítása érdekében azonban ajánlott az túlfeszültség-levezetőket rendszeresen ellenőrizni és tesztelni, és szükség szerint cserélni.

Az SPD-k szükségessége olyan tényezőktől függően változhat, mint a földrajzi elhelyezkedés, a helyi előírások és a csatlakoztatott elektronikus berendezések érzékenysége. Javasoljuk, hogy konzultáljon egy szakképzett villanyszerelővel vagy villamosmérnökkel, hogy felmérje az Ön konkrét igényeit, és meghatározza, hogy szükséges-e SPD az Ön elektromos rendszeréhez.

Néhány gyakori túlfeszültség-védelmi alkatrész, amelyet SPD-k gyártásában használnak, a fém-oxid varisztorok (MOV-ok), a lavina-átvezető diódák (ABD-k – korábbi nevén szilícium lavina diódák vagy SAD-ok) és a gázkisülési csövek (GDT-k). A MOV-ok a leggyakrabban használt technológia a váltakozó áramú áramkörök védelmére. A MOV túlfeszültség-áramának névleges értéke a keresztmetszeti területtől és annak összetételétől függ. Általánosságban elmondható, hogy minél nagyobb a keresztmetszeti terület, annál nagyobb az eszköz túlfeszültség-áramának névleges értéke. A MOV-ok általában kerek vagy téglalap alakú geometriájúak, de számos szabványos méretben kaphatók, 7 mm-től (0,28 hüvelyk) 80 mm-ig (3,15 hüvelyk). Ezeknek a túlfeszültség-védelmi alkatrészeknek a túlfeszültség-áramának névleges értéke nagymértékben változik, és a gyártótól függ. Amint azt ebben a fejezetben korábban tárgyaltuk, a MOV-ok párhuzamos tömbbe való összekapcsolásával a túlfeszültség-áram értéke kiszámítható az egyes MOV-ok túlfeszültség-áramának névleges értékének egyszerű összeadásával, így megkapva a tömb túlfeszültség-áramának névleges értékét. Ennek során figyelembe kell venni a működési elv összehangolását.

Számos hipotézis létezik arra vonatkozóan, hogy melyik komponens, milyen topológia és az adott technológia alkalmazása hozza létre a legjobb túlfeszültség-elvezető eszközt a túlfeszültség-áram elvezetésére. Az összes lehetőség bemutatása helyett a legjobb, ha a túlfeszültség-áram névleges értékének, a névleges kisülési áram névleges értékének vagy a túlfeszültség-áram képességeinek megvitatása a teljesítményteszt-adatok köré épül. Függetlenül a tervezésben használt komponensektől vagy az alkalmazott konkrét mechanikai szerkezettől, az a lényeg, hogy az túlfeszültség-elvezető eszköz olyan túlfeszültség-árammal vagy névleges kisülési áram névleges értékkel rendelkezzen, amely megfelel az alkalmazásnak.

Az IET Vezetékezési Szabályzatának jelenlegi kiadása, a BS 7671:2018 kimondja, hogy kockázatértékelés elvégzése hiányában a tranziens túlfeszültség elleni védelmet akkor kell biztosítani, ha a túlfeszültség okozta következmény:

Súlyos sérülést vagy emberi élet elvesztését okozhatja; vagy

A közszolgáltatások megszakadását és/vagy a kulturális örökség károsodását eredményezheti; vagy

A kereskedelmi vagy ipari tevékenység megszakadását eredményezheti; vagy

Nagyszámú, együtt élő egyént érint.

Ez a szabályozás minden típusú helyiségre vonatkozik, beleértve a lakossági, kereskedelmi és ipari helyiségeket is.

Bár az IET Vezetékezési Szabályzata nem visszamenőleges hatályú, amennyiben egy meglévő áramkörön végeznek munkát egy olyan berendezésen belül, amelyet az IET Vezetékezési Szabályzatának egy korábbi kiadása szerint terveztek és telepítettek, biztosítani kell, hogy a módosított áramkör megfeleljen a legújabb kiadásnak. Ez csak akkor előnyös, ha túlfeszültség-védelmi eszközöket (SPD-ket) telepítenek a teljes berendezés védelme érdekében.

A túlfeszültség-védelmi eszközök (SPD-k) beszerzéséről szóló döntés a vásárló kezében van, de elegendő információval kell ellátni őket ahhoz, hogy megalapozott döntést hozhassanak arról, hogy ki kívánják-e hagyni azokat. A döntést a biztonsági kockázati tényezők és a túlfeszültség-védelmi eszközök költségértékelése alapján kell meghozni, amely akár néhány száz fontba is kerülhet, összehasonlítva az elektromos telepítés és a hozzá csatlakoztatott berendezések, például számítógépek, tévék és a szükséges berendezések, például füstérzékelők és kazánvezérlők költségeivel.

A túlfeszültség-védelem telepíthető egy meglévő fogyasztói egységbe, ha megfelelő fizikai hely áll rendelkezésre, vagy ha nincs elég hely, akkor egy külső szekrénybe, a meglévő fogyasztói egység mellett.

Érdemes a biztosítótársaságoddal is egyeztetni, mivel egyes szabályzatok előírhatják, hogy a felszerelést SPD-vel kell fedezni, különben kárigény esetén nem fizetnek.

A túlfeszültség-védő (általában villámvédelemként ismert) osztályozását az IEC 61643-31 és EN 50539-11 szabványok szerinti villámvédelem elmélete szerint értékelik, és a válaszfal csatlakozásánál telepítik. A műszaki követelmények és funkciók eltérőek. Az első fokozatú villámvédelmi eszközt a 0-1 zóna közé, a magas áramlási követelménynek megfelelően telepítik, az IEC 61643-31 és EN 50539-11 minimális követelménye Itotal (10/350) 12,5 kA, a második és harmadik szintet pedig az 1-2 és 2-3 zóna közé telepítik, elsősorban a túlfeszültség elnyomása érdekében.

A túlfeszültség-védelmi eszközök (SPD-k) elengedhetetlenek az elektronikus berendezések védelmében a tranziens túlfeszültség káros hatásaival szemben, amelyek károsodást, rendszerleállást és adatvesztést okozhatnak.

Sok esetben a berendezések cseréjének vagy javításának költsége jelentős lehet, különösen a kritikus fontosságú alkalmazásokban, például kórházakban, adatközpontokban és ipari üzemekben.

A megszakítók és biztosítékok nincsenek úgy tervezve, hogy kezeljék ezeket a nagy energiájú eseményeket, ezért további túlfeszültség-védelemre van szükség.

Míg az SPD-ket kifejezetten arra tervezték, hogy eltereljék a berendezésből a tranziens túlfeszültséget, megvédve azt a károsodástól és meghosszabbítva élettartamát.

Összefoglalva, az SPD-k elengedhetetlenek a modern technológiai környezetben.

SPD működési elve

Az SPD-k mögötti alapelv az, hogy alacsony impedanciájú utat biztosítanak a földhöz a túlfeszültség számára. Feszültségcsúcsok vagy túlfeszültségek esetén az SPD-k úgy működnek, hogy a túlfeszültséget és áramot a földbe terelik.

Ily módon a bejövő feszültség nagysága biztonságos szintre csökken, amely nem károsítja a csatlakoztatott eszközt.

A túlfeszültség-védelmi eszköz működéséhez legalább egy nemlineáris komponenst (varisztort vagy szikraközt) kell tartalmaznia, amely különböző körülmények között nagy és kis impedanciájú állapot között vált át.

Feladatuk a kisülési vagy lökőáram elvezetése és a túlfeszültség korlátozása a downstream berendezéseknél.

A túlfeszültség-védelmi eszközök az alább felsorolt ​​három esetben működnek.

A. Normál állapot (feszültséglökés hiánya)

Túlfeszültség hiányában az SPD nincs hatással a rendszerre, nyitott áramkörként működik, nagy impedanciájú állapotban marad.

B. Feszültségcsúcsok alatt

Feszültségcsúcsok és túlfeszültségek esetén az SPD vezetési állapotba kerül, és impedanciája csökken. Ily módon a lökőáramot a földbe terelik, ezzel védve a rendszert.

C. Visszatérés a normál működéshez

A túlfeszültség kisülése után az SPD visszaállt normál nagy impedanciájú állapotába.

A túlfeszültség-védelmi eszközök (SPD-k) az elektromos hálózatok alapvető elemei. A megfelelő SPD kiválasztása azonban nehéz feladat lehet.

Maximális folyamatos üzemi feszültség (UC)

Az SPD névleges feszültségének kompatibilisnek kell lennie az elektromos rendszer feszültségével, hogy megfelelő védelmet nyújtson a rendszernek. Az alacsonyabb feszültség károsítja az eszközt, a magasabb feszültség pedig nem vezeti el megfelelően a tranzienseket.

Válaszidő

Ez az SPD tranziensekre adott reakcióidejeként írható le. Minél gyorsabban reagál az SPD, annál jobb védelmet nyújt. Általában a Zener-diódás SPD-k a leggyorsabbak. A gáztöltésű típusok viszonylag lassú válaszidővel rendelkeznek, a biztosítékok és a MOV típusok pedig a leglassabbak.

Névleges kisülési áram (In)

Az SPD-t 8/20 μs hullámformán kell vizsgálni, a lakossági miniatűr méretű SPD tipikus értéke pedig 20 kA.

Maximális lökőáram (Iimp)

A készüléknek képesnek kell lennie kezelni az elosztóhálózaton várható maximális túlfeszültség-áramot, hogy tranziens esemény során se hibásodjon meg, és a készüléket 10/350 μs hullámformával kell tesztelni.

Rögzítési feszültség

Ez a küszöbfeszültség, és ezen feszültségszint felett az SPD elkezdi rögzíteni a hálózati vezetékben észlelt feszültségtranzienseket.

Gyártó és tanúsítványok

Fontos, hogy egy ismert gyártótól származó, pártatlan vizsgálóintézet, például az UL vagy az IEC által tanúsított SPD-t válasszunk. A tanúsítvány garantálja, hogy a terméket megvizsgálták, és az megfelel minden teljesítmény- és biztonsági követelménynek.

Ezen méretezési irányelvek megértése lehetővé teszi, hogy kiválassza az Ön igényeinek leginkább megfelelő túlfeszültség-védelmi eszközt, és garantálja a hatékony túlfeszültség-védelmet.

A túlfeszültség-védelmi eszközök (SPD-k) megbízható védelmet nyújtanak a tranziens túlfeszültségek ellen, de bizonyos tényezők meghibásodásukhoz vezethetnek. Az alábbiakban az SPD-k meghibásodásának néhány alapvető oka látható:

1. Túlzott feszültségingadozások

Az SPD meghibásodásának egyik fő oka a túlfeszültség, amelyet villámcsapások, túlfeszültségek vagy más elektromos zavarok okozhatnak. Győződjön meg arról, hogy a megfelelő típusú SPD-t telepíti a helyszínnek megfelelő tervezési számítások után.

2. Öregedési tényező

A környezeti feltételek, beleértve a hőmérsékletet és a páratartalmat, miatt az SPD-k korlátozott eltarthatósági idővel rendelkeznek, és idővel romolhatnak. Továbbá az SPD-ket károsíthatják a gyakori feszültségcsúcsok.

3. Konfigurációs problémák

Rossz konfiguráció, például amikor egy csillagpontos konfigurációjú levezető áramkör (SPD) egy delta kapcsolású terheléshez van csatlakoztatva. Ez nagyobb feszültségnek teheti ki az SPD-t, ami az SPD meghibásodásához vezethet.

4. Alkatrészhiba

Az SPD-k számos alkatrészt tartalmaznak, például fém-oxid varisztorokat (MOV-okat), amelyek gyártási hibák vagy környezeti tényezők miatt meghibásodhatnak.

5. Nem megfelelő földelés

Ahhoz, hogy egy túlfeszültség-védelmi eszköz (SPD) megfelelően működjön, földelni kell. Nem megfelelő földelés esetén egy SPD meghibásodhat, vagy akár biztonsági aggályt is okozhat.