Aşırı Gerilim Koruma Cihazlarının Seçimi

01 Aşırı Gerilim Koruma Cihazlarının Tanımı ve Sınıflandırılması

1. Aşırı Gerilim Koruma Cihazının Tanımı
Aşırı Gerilim Koruma Cihazı (SPD), geçici aşırı gerilimleri sınırlandırmak ve aşırı akımları yönlendirmek için canlı elektrik sistemlerinde kullanılan-doğrusal olmayan bir koruyucu cihazdır. Elektrik veya elektronik sistemleri yıldırım, anahtarlama aşırı gerilimleri ve ani akımların neden olduğu hasarlardan korumak için tasarlanmıştır.

2. Aşırı Gerilim Koruma Cihazlarının Sınıflandırılması
SPD'ler,-doğrusal olmayan bileşenlerinin özelliklerine veya farklı sistemlerdeki özel uygulama gereksinimlerine göre sınıflandırılabilir.

2.1 Doğrusal Olmayan- Bileşen Özelliklerine Dayalı Sınıflandırma
(1) Gerilim Anahtarlama Tipi SPD:
Normal koşullar altında yüksek empedans sergiler ve voltaj dalgalanması meydana geldiğinde düşük empedansa geçer. Yaygın bileşenler arasında kıvılcım aralıkları, gaz deşarj tüpleri, silikon-kontrollü redresörler (SCR'ler) veya triyaklar bulunur. "Kazayağı Tipi" SPD olarak da bilinen bu sistem, süreksiz voltaj ve akım özelliklerine sahiptir.

(2) Gerilim Sınırlama Tipi SPD:
Normal koşullar altında yüksek empedans sergiler; ani akım ve gerilim arttıkça empedans sürekli olarak azalır. Yaygın bileşenler arasında metal oksit varistörler (MOV'ler) ve bastırma diyotları bulunur. "Kenetleme Tipi" SPD olarak da bilinen bu ürün, sürekli voltaj ve akım özellikleri sergiler.

(3) Kombinasyon Tipi SPD:
Hem voltaj anahtarlama hem de voltaj sınırlama bileşenlerinden oluşur. Özellikleri, uygulanan gerilime bağlı olarak gerilim anahtarlama tipi, gerilim sınırlama tipi veya her ikisinin birleşimi şeklinde ortaya çıkabilir.

2.2 Farklı Sistemlerdeki Uygulama Gereksinimlerine Göre Sınıflandırma
SPD'ler amaçlarına göre şu şekilde kategorize edilebilir: Güç Sistemi SPD'leri, Sinyal Sistemi SPD'leri ve Anten Besleyici Sistem SPD'leri.

 

02 Aşırı Gerilim Koruma Cihazlarının Seçimi İçin Temel Parametreler

1.SPD Test Kategorisinin Seçimi
SPD test kategorileri üç türe ayrılır: Sınıf I, Sınıf II ve Sınıf III. Genellikle ana dağıtım kabinlerinde Sınıf I veya Sınıf II SPD'ler kullanılır; Sınıf II veya Sınıf III SPD'ler, alt-dağıtım panelleri ve aşağı yönlü uygulamalar için uygundur. Spesifikasyonlar bunu şu şekilde açıklamaktadır:

(1) Bir binaya giren AC güç kaynağı hatları için, LPZ0A veya LPZ0B ve LPZ1 (örneğin ana dağıtım kabini) gibi bölgeler arasındaki sınırda, birincil koruma olarak Sınıf I veya Sınıf II testinden geçmiş bir SPD kurulmalıdır.
(2) Şube devrelerindeki dağıtım panoları veya elektronik ekipman odalarındaki güç dağıtım kabinleri gibi müteakip koruma bölgesi sınırlarında, Sınıf II veya Sınıf III testli SPD'ler ikincil koruma olarak kurulabilir.
(3) Özellikle kritik elektronik bilgi ekipmanı güç bağlantı noktaları için, iyi koruma sağlamak üzere Sınıf II veya Sınıf III test edilmiş SPD'ler kurulabilir. DC güç kaynağı kullanan bilgi ekipmanı için, çalışma voltajı gereksinimlerine göre uygun DC güç hattı SPD'leri kurulmalıdır.

2.Maksimum Sürekli Çalışma Geriliminin Seçimi
(1)Maksimum Sürekli Çalışma Gerilimi (Uc), bir SPD'ye sürekli olarak uygulanabilecek maksimum RMS gerilimidir (veya DC gerilimi). Bu değer SPD için bir eşik görevi görür; çalışma voltajı bu değeri aştığında SPD devreye girer ve kaçak akım katlanarak artar.

(2)Uc seçimi sistem topraklama tipine, sistem voltajına ve güç kalitesine bağlıdır. Uc değeri normal çalışma voltajından büyük olmalıdır. Örneğin 380/220V'luk bir TN sisteminde pozitif voltaj sapması genellikle %7'yi aşmaz. Ancak pratikte Çin'in voltaj pozitif sapması sıklıkla bu değeri aşıyor. Yaşlanma faktörleri için %10'luk bir sapma ve ilave %5 dikkate alındığında, Uc'nin 1,15Uo'dan büyük veya ona eşit olması gerekir.

(3)Güç kaynağı sistemi voltaj sapmasının %10'u aştığı veya harmonik etkilerin normal çalışma voltajı genliğinde artışa neden olduğu yerlerde, SPD'nin Uc değeri belirli koşullara göre uygun şekilde artırılmalıdır. Aynı zamanda aşırı gerilim koruma seviyesi (Up) ile korunan ekipman arasındaki koordinasyon da dikkate alınmalıdır. Uo'nun faz gerilimini ve U'nun hat gerilimini temsil ettiği ayrıntılar için lütfen aşağıdaki şekle bakın.

 

Aşırı Gerilim Koruyucu Cihazların Maksimum Sürekli Çalışma Geriliminin Sistem Özelliklerine Bağlı Minimum Değerleri

SPD Bağlantısı	TN-S Sistemi	TN-C Sistemi	TT Sistemi	Nötr Türetilmiş BT Sistemi ile	Nötr Türetilmiş BT Sistemi Olmadan
L - N	1,15 Uo'dan büyük veya eşit	N/A	1,15 Uo'dan büyük veya eşit	1,15 Uo'dan büyük veya eşit	N/A
L - PE	1,15 Uo'dan büyük veya eşit	N/A	1,15 Uo'dan büyük veya eşit	√3 Uo'dan büyük veya eşit	U'dan büyük veya ona eşit
L - KALEM	N/A	1,15 Uo'dan büyük veya eşit	N/A	N/A	N/A
N - PE	N/A	N/A	N/A	1,15 Uo'dan büyük veya eşit	1,15 Uo'dan büyük veya eşit
L - L	1,15 U'dan büyük veya ona eşit	1,15 U'dan büyük veya ona eşit	1,15 U'dan büyük veya ona eşit	1,15 U'dan büyük veya ona eşit	1,15 U'dan büyük veya ona eşit

DC sistemlerinde, bir SPD'nin Maksimum Sürekli Çalışma Gerilimi (Uc), korunan sistemin nominal geriliminin (ampirik değer olarak) yaklaşık 1,5 katıdır.

 

3. Darbe Akımı ve Maksimum Deşarj Akımının Seçimi

Darbe akımı (Iimp) tipik olarak bir SPD'nin Sınıf I sınıflandırma eylem yükü testi için bir parametre olarak kullanılır ve dalga biçimi genellikle 10/350 μs'dir.

Maksimum deşarj akımı (Imax), bir SPD'nin Sınıf II sınıflandırma testi için kullanılır. Spesifik seçim, pozlama konumuna bağlıdır ve aşağıdaki tabloda referans alınabilir.

Tablo 5.4.3-3 Enerji Hattı Aşırı Gerilim Koruma Cihazlarının Darbe Akımı ve Nominal Deşarj Akımı Parametreleri için Önerilen Değerler

Yıldırımdan Korunma Seviyesi	Ana Dağıtım Dolabı		Alt-dağıtım Kabini	Ekipman Odası Dağıtım Kabini ve Özel Koruma Gerektiren Portlar
	LPZ0'dan LPZ1'e		LPZ1'den LPZ2'ye	Müteakip Koruma Bölgesi Sınırları
	10/350μs (Sınıf I Testi)	8/20μs (Sınıf II Testi)	8/20μs (Sınıf II Testi)	8/20μs (Sınıf II Testi)	Kompozit Dalga (1,2/50μs & 8/20μs) (Sınıf III Testi)
	Iimp (kA)	(kA) olarak	(kA) olarak	(kA) olarak	Uoc (kV) / Isc (kA)
A	20'den büyük veya eşit	80'den büyük veya eşit	40'tan büyük veya eşit	5'ten büyük veya eşit	10'dan büyük veya eşit/ 5'ten büyük veya eşit
B	15'ten büyük veya eşit	60'tan büyük veya eşit	30'dan büyük veya eşit	5'ten büyük veya eşit	10'dan büyük veya eşit/ 5'ten büyük veya eşit
C	12,5'tan büyük veya eşit	50'den büyük veya eşit	20'den büyük veya eşit	3'ten büyük veya eşit	Büyük veya eşit 6/ Büyük veya eşit 3
D	12,5'tan büyük veya eşit	50'den büyük veya eşit	10'dan büyük veya eşit	3'ten büyük veya eşit	Büyük veya eşit 6/ Büyük veya eşit 3

 

4, Gerilim Koruma Seviyesinin Seçimi

Voltaj Koruma Seviyesi (Yukarı), bir SPD'nin terminalleri arasındaki voltajı sınırlayan bir performans parametresidir. Gerilim-anahtarlama tipi SPD'ler için, belirli bir artış oranı altındaki maksimum kıvılcım-aşırı gerilimini ifade eder; voltaj-sınırlayıcı tip SPD'ler için, belirli bir akım dalga biçimi altındaki maksimum artık voltajı ifade eder.

SPD'nin Gerilim Koruma Seviyesi (Up) ile bağlantı kabloları boyunca indüklenen gerilimin toplamı, sistem ve ekipman yalıtımının nominal darbe dayanım geriliminden (Uw) daha düşük olmalı (Uw değerleri için aşağıdaki şekle bakın) ve tercihen korunan ekipmanın dayanma gerilimi seviyesinin %80'ini aşmamalıdır.

Tablo 5.4.3-1 220V/380V Üç Fazlı Dağıtım Sistemindeki Çeşitli Ekipmanlar İçin Nominal Darbe Dayanım Gerilimi (Uw) Değerleri

Ekipman Konumu	Güç Kaynağı Giriş Terminali	Şube Dağıtım Devre Ekipmanları	Kullanım Ekipmanları	Koruma Gerektiren Elektronik Bilgi Ekipmanları
Darbe Dayanım Gerilimi Kategorisi	IV	III	II	I
Uw (kV)	6	4	2.5	1.5

 

5. Aşırı Gerilim Koruyucu Cihaz (SPD) Seçim Tasarımına İlişkin Genel Prensipler

(1) Bütünsel İlke.
Güvenlik mühendisliği projesinin tüm elektromekanik sistemi için yıldırımdan korunmayı birleşik bir koruyucu nesne olarak düşünün. Çeşitli düşük-voltaj alt sistemleri arasında ve bunlarla güç kaynağı ve dağıtım alt sistemleri arasında etkili koordinasyon sağlanırken her bir alt sistemin yıldırımdan korunmasının ele alınması önemlidir. Sistem konfigürasyonu sistematik, ekonomik açıdan makul, güvenli, güvenilir olmalı ve uygun yedeklemeyi içermelidir.

(2) Entegre Önleme.
"Potansiyel dengeleme, ekranlama, hava sonlandırma, yönlendirme, topraklama ve koruma" gibi geleneksel yıldırımdan korunma teknik önlemlerinden tam olarak yararlanın. Kapsamlı ve güvenilir bir teknik çözüm uygulamak için güvenilir yakalama ucu cihazlarını ve Aşırı Gerilim Koruma Cihazlarını (SPD'ler) seçin.

(3) Rasyonel Seçim.
Güvenlik mühendisliği projesinin belirli coğrafi ortam özelliklerine ve elektromekanik ekipmanın bulunduğu yıldırımdan korunma bölgesine bağlı olarak uygun SPD elektriksel performans parametrelerini ve ürün işlevlerini seçin.

 

03 Aşırı Gerilim Koruma Cihazlarının Her Seviyesi İçin Seçim Parametreleri

1.SPD1

Birinci-seviye aşırı gerilim koruma cihazı SPD1 bir binanın ana güç dağıtım odasına kuruluysa, sistem gereksinimlerini karşılamak için genellikle üç voltaj-anahtarlama tipi SPD yeterlidir. Çin'in TN-S konfigürasyonunu benimseyen mevcut güç kaynağı sisteminde bile, Nötr (N) ve Koruyucu Topraklama (PE), ana dağıtım odasında tek bir noktaya bağlanmıştır. Bu nedenle, güç dağıtım odasının ana dağıtım kabinine üç adet voltaj-anahtarlama tipi SPD'nin kurulması etkilidir. N ve PE arasına ek bir SPD takılmasına gerek yoktur.

SPD1 için önerilen seçim parametreleri aşağıdaki gibidir:

Maksimum Sürekli Çalışma Gerilimi:Uc=440V

Maksimum Deşarj Akımı:Genel olarak kod gerekliliklerine göre tasarlanmış ve hesaplanmıştır veya standartlardan referans alınmıştır.

Koruma Seviyesi:Yukarı 2,5kV'a eşit veya daha az

Tepki Süresi:tA 100ns'den küçük veya eşit

2.SPD2

İkinci-düzey aşırı gerilim koruma cihazı en yaygın kullanılan üründür. Yıldırım elektromanyetik darbelerinin, LPZ1 bölgelerine izinsiz giren güç hatlarında 20kA'yı aşan dalgalanma akımlarını indükleyebileceği durumlar nispeten nadirdir. Bu nedenle, ikinci-seviye SPD için nominal deşarj akımı (In), voltaj-sınırlayıcı tip SPD olarak genellikle 20~40kA arasında belirtilir.

SPD2 için önerilen seçim parametreleri aşağıdaki gibidir:

Maksimum Sürekli Çalışma Gerilimi:Uc=260~320V

Nominal Deşarj Akımı (8/20μs):= 20kA cinsinden

Maksimum Deşarj Akımı (8/20μs):Imaks=40kA

Koruma Seviyesi:Yukarı 1,5kV'a eşit veya daha az

Tepki Süresi:tA 25ns'den küçük veya eşit

3.SPD3

Üçüncü-düzey aşırı gerilim koruma cihazı genellikle önemli ekipmanın ön ucuna kurulur ve hassas koruma olarak-hizmet görür.

SPD3 için önerilen seçim parametreleri aşağıdaki gibidir:

Maksimum Sürekli Çalışma Gerilimi:Uc=255V

Nominal Deşarj Akımı (8/20μs):

(L→N)=3kA cinsinden

(N→PE)=5kA cinsinden

Gerilim Koruma Seviyesi (Yukarı):

L→N 1,25kV'den küçük veya ona eşit

L→PE 1,5kV'den küçük veya ona eşit

Tepki Süresi:tA 25ns'den küçük veya eşit

04 Aşırı Gerilim Koruma Cihazları için Kurulum Gereksinimleri

SPD'lerin kurulumu ve kullanımı için üç temel gereksinim:

(1)Bir SPD'nin kurulumundan sonra, dalgalanmaların olmadığı normal çalışma koşulları altında, SPD, elektrik (veya elektronik) sistemin çalışmasını olumsuz yönde etkilememelidir.

(2)Bir SPD'nin kurulumundan sonra, bir dalgalanma durumunda, SPD, beklenen yıldırım akımına hasarsız bir şekilde dayanabilmeli, aynı zamanda aşırı gerilimi kenetleyebilmeli ve aşırı akımı yönlendirebilmelidir.

(3)Dalgalanma akımı geçtikten sonra, SPD derhal yüksek-empedans durumuna dönmeli ve güç-frekansı takip akımını kesmelidir.

Bize Ulaşın