Типы устройств защиты от перенапряжений: 1 тип, 2 и 3 типа объяснены

В современном высокоэлектрифицированном и оцифрованном мире наше общество опирается на хрупкие электронные устройства — от смарт-телевизоров и компьютеров в домах до точных блоков управления в промышленных условиях.

Тем не менее, в энергосистеме таится невидимая угроза: электрические скачки. Они могут нанести огромный урон в течение миллионных долей секунды. Устройства защиты от перенапряжения (СДП) служат критической защитой от этой угрозы. Но не все SPD созданы равными.

Понимание различий между типом 1, тип 2 и SPD 3 типа необходимо для создания всеобъемлющей и эффективной системы защиты от перенапряжения. В этой статье рассматриваются роли, стандарты и приложения этих трех категорий SPD, предоставляя вам полное руководство по построению надежной электронной защиты.

Что такое защитное устройство от перенапряжения (СДП)?

Откуда берутся всплески?

Всплеск, также известный как переходное напряжение, относится к импульсу электрического тока с астрономической длительностью (микросекунды до миллисекунд), но к амплитуде напряжения намного превышает нормальные рабочие уровни. Его можно разделить на два типа: внешние всплески и внутренние всплески.

Внешние всплески (первичная угроза)

а) прямые удары молнии: Мощные электросети или близлежащие конструкции вводят миллионы вольт — самый экстремальный сценарий.

б) индуцированная молния: более распространено. Даже когда молния наносится на сотни метров, ее мощное электромагнитное поле вызывает перенапряжение на электроэнергию и сигнальные линии, которые затем распространяются в оборудование.

Внутренние всплески (частые явления)

Переключение операций мощного оборудования внутри зданий, таких как лифты, компрессоры кондиционеров и сварочные аппараты, генерируют частые переходные процессы в электросети. Даже такие операции, как копировальные аппараты и кофемашины, вызывают частые перенапряжения перенапряжений с низкой энергией.

Кумулятивный эффект этих всплесов действует как «миниатюрный молот», который постоянно удивляется электронным компонентам, постепенно вызывая снижение производительности, повреждение данных и сокращение срока службы оборудования. Однако одно серьезное событие скачка сродни «электронному сердечному приступу», способному мгновенно нанести необратимый ущерб оборудованию или даже вызвать пожар.

Устройства защиты от перенапряжения (SPD) представляют собой электронные устройства безопасности, специально разработанные для противодействия этим угрозам. Их основные функции можно обобщить как «монитор, отклонение и зажим».

В нормальных условиях напряжения SPDS имеют высокий импеданс, не оказывая влияния на схему. При обнаружении перенапряжения он переходит в низкоимпедансное состояние в течение наносекунд, устанавливая безопасный путь разряда к земле для токов перенапряжения, ограничивая напряжение на своих клеммах (напряжение зажима) в безопасном диапазоне в пределах допусков защищаемого оборудования.

Таким образом, SPD — это не роскошь, а неотъемлемая часть любой современной электрической системы, направленной на защиту активов, обеспечение непрерывности бизнеса и защиту данных.

Как работает СДПГ?

В нормальных условиях SPD не влияет на цепь и остается в состоянии высокого сопротивления. При обнаружении опасного всплеска он реагирует в течение наносекунд, переключаясь на состояние с низким импедансом. Это создает путь низкого сопротивления для тока всплеска, быстро «отводя» его к земле, одновременно ограничивая напряжение на его клеммах (известное как напряжение зажима) до безопасного диапазона. Это защищает параллельное оборудование от повреждений.

Вы можете визуализировать его как интеллектуальный клапан сброса давления для высоковольтного потока воды, как показано ниже: Когда давление воды в норме, клапан остается плотно закрытым. Когда давление внезапно поднимается (всплеск), клапан мгновенно открывается, высвобождая избыточный поток воды (всплеск) для обеспечения безопасности нижестоящего оборудования (ваши приборы).

Какие повреждения могут нанести электрические скачки мощности на светодиодные светильники?

Многие люди предполагают, что, поскольку светодиодные светильники долговечны и энергоэффективны, они по своей природе «долговечны и прочны». Однако реальность совсем не совсем наоборот: светодиодные светильники чрезвычайно чувствительны к скачкам напряжения, в первую очередь из-за их основного компонента: источника питания драйвера.

1. Повреждение блоков питания

Как показано ниже, сами светодиодные чипы работают при низком напряжении постоянного тока (например, 3 В) и постоянном токе. Питание 220 В переменного тока, которое мы используем ежедневно, должно быть преобразовано с помощью компонента, называемого «водительским питанием». Этот драйвер, по сути, представляет собой блок питания с прецизионными переключателями, оснащенный чувствительными полупроводниковыми компонентами (такими как MOSFET, IC контроллеры, диоды выпрямителей и т. д.).

Эти полупроводниковые компоненты чрезвычайно хрупкие, с допуском напряжения намного ниже, чем у традиционных ламп накаливания или люминесцентных ламп. Даже незначительный всплеск напряжения может привести к их разрушению. Поэтому коммутационное питание, защищенное от перенапряжений, имеет решающее значение для продления срока службы осветительных приборов.

2. Сжигание светодиодных чипов

Высокие токи могут напрямую разорвать соединения золотой проволоки или повредить светодиодные чипы, что приводит к частичному или полному почернению и выходу из строя чипов.

3. Прогрессивная деградация компонентов

Этот вид повреждения более тонкий и распространенный. Повторяющиеся незначительные скачки, которые не сразу разрушают приспособление, наносят кумулятивный ущерб его внутренним полупроводниковым материалам. Со временем приспособления могут неограниченно тускнеть, мерцать, испытывать цветонос или издавать ненормальные шумы от водителя.

Ожидаемый срок службы приспособлений резко падает с 50 000–100 000 часов до одного или двух лет, а то и меньше. Вы можете предположить, что приобрели «некаквальный продукт», но реальным виновником, вероятно, являются частые внутренние скачки.

Преимущества добавления SPD в светильники

Светодиодные светильники, особенно в коммерческих, промышленных или наружных помещениях (такие как уличные фонари, прожекторы и промышленные/добыча) требуют значительно более высоких затрат на закупки и установки, чем традиционные светильники. Повреждение одного приспособления требует не только затрат на замену самого агрегата, но и значительных затрат на рабочую силу на техническое обслуживание/замену, особенно в условиях большой высоты или сложных условий.

Стоимость установки SPD значительно ниже, чем долгосрочные расходы, связанные с часто заменой светодиодных драйверов или всей светильниками из-за повреждения перенапряжения. Это является важной защитой для инвестиций в освещение.

Таким образом, оснащение светодиодными системами освещения, особенно наружным, коммерческим и промышленным освещением, с устройствами защиты от перенапряжений (SPDS) — это не необязательная роскошь, а необходимая защитная мера. Он позволяет:

• Предотвратить внезапный и дорогостоящий сбой оборудования.
• Избегайте скрытой, постепенной ухудшения производительности и сокращения срока службы.
• Снижение затрат на техническое обслуживание и повышение надежности системы освещения.
• Для индивидуальных бытовых приборов: Используйте высококачественные удлинители со встроенной базовой защитой от перенапряжения.

• Для целых зданий или вилл: Установите 2 SPD типа 2 SPD в главную распределительную панель, чтобы обеспечить защиту багажника для всех бытовых цепей.

• Для наружных светодиодных светильников (уличные фонари, ландшафтные фонари) и больших схем фабрично-заводских светильников SPDS 2 типа должны быть специально установлены для схем освещения в соответствующих зонных распределительных панелях. Для особенно дорогих или критических приспособлений следует добавить SPD типа 3 SPD внутри приспособления или на клемму для гранулированной защиты.

Инвестируя в SPD, вы гарантируете, что ваши инвестиции в светодиодное освещение обеспечивают обещанное долговечность и высокую производительность, тем самым обеспечивая истинное соотношение цены и качества.

Как понять оценку SPD?

Вы можете спросить: если существуют SPD, зачем делить их на разные типы? Ответ: ни один SPD не может самостоятельно обрабатывать все типы угроз скачков.

Энергия, генерируемая ударами молнии, сильно отличается от энергии, вызванной внутренними коммутационными операциями. Таким образом, эффективная стратегия защиты предполагает создание многоуровневой синергетической системы защиты. Эта концепция известна как «энергетическая координация» или «уровень разряда». Представьте это как систему обороны замка:

• Тип 1 действует как прочные наружные стены и ворота, предназначенные для выдержки самых интенсивных лобовых атак.

• Тип 2: Патрульные охранники в замке, обращаясь к отставшим, которые прорываются наружные стены и внутренние помехи.

• Тип 3: Личные охранники у королевской двери спальни, обеспечивая последний и самый утонченный уровень защиты.

Только когда эти три линии обороны работают вместе, замок (ваша электрическая система) может получить самую полную защиту.

Тип 1 СПД: первая линия защиты от внешних всплесов

SPD Type 1 — это устройства с наивысшими номиналами, предназначенные для отвода частей токов молнии, вызванных прямыми ударами. Согласно международным стандартам (например, IEC 61643-1), они должны выдерживать испытания с помощью модели 10/350 мкс, смоделированной сигналом тока молнии. Эта форма волны представляет собой огромную энергию прямого удара молнии, отличающуюся чрезвычайно большой продолжительностью, которая подвергает оборудование сильному стрессу. Место установки: установлен в главном распределительном щите здания (MDB), обычно в точке входа с электроприводом.

Характеристики: Разряды сыпучие молниеносные токи (часто десятки килоампер). Его основная цель не ограничивать напряжение до очень низких уровней, а в том, чтобы безопасно «поглощать» самый смертоносный первоначальный удар.

Типичные компоненты: Обычно использует искровые зазоры или газоразрядные трубы, поскольку эти компоненты могут выдерживать чрезвычайно высокие энергетические воздействия.

Применимые сценарии: В основном используется в зданиях, оборудованных внешними системами молниезащиты (например, громоотводы) или в тех, которые поставляются воздушными линиями электропередач. Он образует основу всей системы защиты от перенапряжения.

Тип 2 SPD: первичная защита, защитные системы распределения

SPD типа 2 являются наиболее широко используемыми SPD, служащими в качестве основного уровня защиты в системах защиты от перенапряжений. Они тестируются с использованием формы тока 8/20 мкс, которая имитирует остаточные всплески, передающиеся после ограничения SPD типа 1, а также всплески, вызванные внутренними коммутационными операциями.

Место установки: Устанавливается в субдистрибуционных платах для обеспечения защиты определенных этажей, зон или групп нагрузки.

Характеристики: Дальнейшие ограничения перенапряжения и разрядов Скачок токов не полностью обрабатывается SPD типа 1, а также внутри генерируемые импульсы. Он ограничивает напряжение до уровня, безопасных для большинства бытовых и коммерческих приборов (например, ниже номинальных напряжений по выдержке оборудования).

Типичное устройство: Чаще всего варистор металла оксид (MOV) из-за его отличной скорости отклика и характеристик напряжения зажима.

Сценарий применения: Почти незаменимое защитное устройство во всех электроустановках. В небольших зданиях без внешней системы молниезащиты он может даже служить защитой первого уровня.

Тип 3 SPD: прецизионная защита для конечных устройств

SPD Type 3 обеспечивает самый усовершенствованный уровень защиты, специально разработанный для защиты высокочувствительных или дорогих конечных устройств. Он проверяется с использованием композитных волн (волна напряжения 1,2/50 мкс и волна тока 8/20 мкс) со значительно более низкими значениями тестового тока, чем тип 2.

SPD типа 3 дополнительно подавляет мельчайшие остаточные перенапряжения, которые обходят первые два уровня защиты. Несмотря на небольшую энергию, эти скачки напряжения могут ухудшить срок службы оборудования или вызвать повреждение данных за счет длительного накопления. Он никогда не должен использоваться отдельно и должен быть установлен ниже по течению от SPD Type 2.

Место установки:

– На конце оборудования, включая розетки с функцией SPD (например, некоторые усовершенствованные удлинители).

- Специальные плагины SPD.

– Встроенные модули SPD внутри оборудования.

комбинация: Комбинация SPD Type 2+3 также доступна на рынке. Они объединяют оба уровня защиты в единый модуль, обеспечивая удобное и эффективное решение для сценариев, в которых установка нескольких автономных SPDS нецелесообразна.

Как выбрать и развернуть свою систему SPD?

Выбор соответствующего СДПГ и построение скоординированной системы имеет решающее значение в условиях, подверженных частым ударам молнии или значительным колебаниям мощности. Правильный выбор и установка SPD не только предотвращают дорогостоящий ремонт, но и обеспечивают непрерывность производства и повседневной жизни, делая это техническим решением, требующим всестороннего рассмотрения.

Во-первых, оцените окружающую среду вашего здания: частоту удара молнии, состояние изоляции, накладные или подземные источники питания, наличие громоотводов в конструкции, а также значение и чувствительность внутреннего оборудования. Это определит, требуется ли вам защита типа 1 или достаточно ли комбинации 2+3.

• Следуйте иерархическому принципу:

– Здания с внешними системами молниезащиты или зонами высокого риска: реализовать полную архитектуру типа 1 → Тип 2 → Тип 3.

– Стандартные коммерческие или жилые здания: Установить по крайней мере SPD типа 2 у главного входа в сервисный центр и дополнить его типом 3 SPD в критически важных пунктах оборудования.

– Небольшие здания или квартиры: Устанавливайте высокопроизводительные SPD 2 SPD на сервисной панели и используйте 3-х разрядные ленты для ценного оборудования.

• Уровень защиты напряжения (вверх), Это представляет собой зажимное напряжение SPD. Более низкие значения указывают на лучшую защиту Убедитесь, что UP ниже номинального напряжения выдержки защищенного оборудования.

• Номинальный ток разряда (In) и максимальный ток разряда (IMAX): Они указывают на способность СДП рассеивать всплеск тока. Более высокие значения означают большую устойчивость.

• Для SPD типа 1 сосредоточьтесь на импульсном токе (IIMP).

• Обеспечить правильную установ: SPD Производительность сильно зависит от установки. Минимизация длины заземления имеет решающее значение, так как чрезмерно длинные провода генерируют индуцированное напряжение, которое значительно ухудшает защиту. Используйте специальные инструменты или шины для подключения SPD напрямую и с минимальной длиной к системе заземления.

• Обслуживание и продолжительность жизни: SPDS - расходные устройства. В частности, SPD на основе MOV постепенно ухудшаются после повторных событий всплеска. Выберите SPD с дистанционными контактами сигнала или окнами визуальной сигнализации, чтобы отслеживать их состояние и ускорять замену.

Выбор подходящего типа SPD и построение системы скоординированной защиты являются ключом к обеспечению безопасности электрооборудования и продлению срока его службы. Понимание их различий и взаимосвязей поможет вам создать по-настоящему надежную «электронную линию обороны» для вашего дома или бизнеса. В приложении приведены справочные параметры для выбора различных типов SPD:

Рекомендуемые значения для тока перенапряжения и номинального тока тока тока тока защиты от перенапряжения

Заключение

Таким образом, каждый тип 1, тип 2 и 3 SPD типа 3 выполняют разные роли, формируя многоуровненную систему защиты от макро до микроуровня. Инвестиции в хорошо продуманную систему защиты от перенапряжения связаны не только с защитой оборудования, но и с стратегическими инвестициями в безопасность данных, непрерывность бизнеса и защиту жизней и имущества. Понимая их соответствующие функции и развертывая их синергетически, вы можете создать надежный барьер для ваших электронных активов против непредсказуемых электрических угроз.