DC spd-waarde

DC SPD Betekenis

DC SPD, volledige naam Direct Current Surge Protection Device (Overspanningsbeveiliging voor Gelijkstroom), is een beschermingsapparaat dat specifiek is ontworpen voor DC-voedingssystemen om te beschermen tegen transiënte overspanningen (pieken) veroorzaakt door blikseminslagen, schakelhandelingen of andere elektrische storingen. Als deze pieken niet worden beheerst, kunnen ze gevoelige elektronische apparaten in het DC-systeem beschadigen en zelfs leiden tot systeemfouten.

Een DC-overspanningsbeveiliging is ontworpen om DC-gevoede systemen en apparatuur te beschermen tegen plotselinge spanningspieken of -pieken. DC SPDs onderdrukken of leiden spanningspieken af, waardoor schade aan gevoelige elektronische componenten, systeemfouten en zelfs gegevensverlies wordt voorkomen.

Overwegingen voor DC-overspanningsbeveiligingen in PV-installaties

Bliksemflitsen tussen wolken en binnen wolken met magnitudes van 100 kA kunnen gerelateerde magnetische velden creëren die transiënte stromen in de DC-bekabeling van PV-systemen veroorzaken. Deze transiënte spanningen ontstaan aan de apparaataansluitingen en veroorzaken belangrijke isolatie- en diëlektrische storingen van componenten.

Deze gegenereerde en onvolledige bliksemstromen worden verminderd door SPDs op specifieke locaties te plaatsen. De SPD is parallel met de geëlektrificeerde draden verbonden met de aarde. Wanneer er een overspanning optreedt, schakelt deze van een hoge impedantie naar een lage impedantie. De SPD ontlaadt de gerelateerde transiënte stroom in dit ontwerp, waardoor de overspanning die anders aan de apparaataansluitingen zou bestaan, wordt verminderd.

Dit parallelle apparaat voert een nullaststroom. De SPD die u kiest, moet worden ontworpen, beoordeeld en goedgekeurd, met name met DC PV-spanningen. De inherente SPD-ontkoppeling moet in staat zijn om de ernstiger DC-boog te onderbreken die niet aanwezig is in AC-toepassingen.

In grote commerciële en utiliteits-PV-systemen die werken met een maximale open-circuitspanning van 600 of 1.000 V DC, is het aansluiten van MOV-modules in een Y-configuratie een populaire SPD-opstelling.

Een MOV-module is aangesloten op elke pool en aarde op elke poot van de Y. Er zijn twee modules tussen elke pool en zowel pool als basis in een ongeaard systeem. Omdat elke module in deze configuratie is beoordeeld voor de helft van de systeemspanning, overschrijden de MOV-modules hun nominale waarde niet, zelfs niet als er een pool-naar-aarde-fout optreedt.

De functie van de DC-overspanningsbeveiliging

De kernfunctie van DC SPD is het absorberen en vrijgeven van deze plotselinge hoogenergetische pieken, het beperken van de amplitude van de overspanning en het beschermen van apparaten die zijn aangesloten op de DC-voeding tegen schade. Ze worden doorgaans geïnstalleerd op belangrijke knooppunten in DC-voedingssystemen, zoals de DC-zijde van fotovoltaïsche energieopwekkingssystemen, de stroomingang van communicatiebasisstations of het DC-uitgangseinde van oplaadpalen voor elektrische voertuigen om een stabiele werking van het systeem te garanderen.

Vergeleken met overspanningsbeveiligingen voor AC (AC SPD), moeten DC SPDs de unieke uitdagingen van gelijkstroom aanpakken, zoals continue unidirectionele stromen en potentieel hoge spanningsniveaus. Daarom zijn DC SPDs ontworpen met speciale componenten en technologieën om te voldoen aan de behoeften van een DC-omgeving.

Werkingsprincipe

Een juiste selectie, installatie en onderhoud van DC-overspanningsbeveiligingen zijn noodzakelijk om effectieve overspanningsbeveiliging in DC-systemen te garanderen. De prestatie-effectiviteit van een DC SPD varieert met factoren zoals piekclassificatie, klemmingsspanning, reactietijd en de specifieke toepassing.

U kunt de werking van een DC-overspanningsbeveiliging als volgt opsplitsen:

- Piekdetectie

Een DC-overspanningsbeveiliging detecteert een spanningspiek boven zijn classificatie in een DC-systeem. Dit apparaat bewaakt doorgaans het spanningsniveau door gebruik te maken van speciale circuits voor het detecteren van pieken.

- Spanningsklemming

DC-overspanningsbeveiligingen gebruiken componenten zoals metaaloxidevaristoren (MOV's) of gasontladingsbuizen (GDT's) om spanningsklemming te bereiken. Deze componenten vertonen een hoge weerstand tegen de spanning binnen normale grenzen, waardoor een normale elektrische stroom kan stromen. Desalniettemin vermindert een spanningspiek boven de drempel de weerstand van de component aanzienlijk, waardoor een pad met lage impedantie voor de piek stroom ontstaat. De drempel waarboven een spanning als een piek wordt beschouwd, wordt klemmingsspanning of doorgangsspanning genoemd.

- Energieabsorptie

De primaire componenten van een overspanningsbeveiliging absorberen overtollige energie wanneer een spanningspiek door het apparaat wordt afgeleid. Het ontwerp van metaaloxidevaristoren (MOV) is zodanig dat ze bij hoge spanningen afbreken en de piek als warmte afvoeren.

In een DC-circuit bevindt de overspanningsbeveiliging zich in een toestand met hoge weerstand en werkt deze niet onder normale spanning (Un). Wanneer deze detecteert dat de piekspanning de nominale spanning (Uc) overschrijdt, zal de SPD zelf snel zijn eigen weerstand verminderen en geleiden (binnen 25 nanoseconden), de piek stroom vrijgeven, de spanning verlagen tot een veilige toestand en vervolgens terugkeren naar een toestand met hoge weerstand, waardoor de bescherming voor elektrische apparatuur in het circuit wordt voltooid.

De belangrijkste kenmerken van de DC-overspanningsbeveiliging

- Hoge reactiesnelheid: in staat om binnen nanoseconden op pieken te reageren en snel beschermingsmechanismen te activeren.

- Hoge energieabsorptiecapaciteit: in staat om grote hoeveelheden piekenergie te weerstaan en af te voeren, waardoor backend-apparatuur wordt beschermd.

- Stabiel spanningsbeschermingsniveau: ervoor zorgen dat de systeemspanning tijdens piekgebeurtenissen de veilige bedrijfsgrenzen van de apparatuur niet overschrijdt.

Door een DC-overspanningsbeveiliging te installeren, kan de betrouwbaarheid en veiligheid van het gelijkstroomsysteem aanzienlijk worden verbeterd, waardoor de levensduur van de apparatuur wordt verlengd en de onderhouds- en vervangingskosten die door pieken worden veroorzaakt, worden verlaagd. Op verschillende gebieden zoals fotovoltaïsche energieopwekking, communicatie, transport, enz. is de DC-overspanningsbeveiliging een onmisbare beschermende component geworden.

Hoe een DC-overspanningsbeveiliging te installeren

- Plaats de SDP zo dicht mogelijk bij het te beschermen paneel.

- Om de lengte van de verbindingsdraden van de aansluitingen van de overspanningsbeveiliging naar de stroomonderbreker van het volgende paneel te verminderen, boort en pons een gat in de behuizing van de overspanningsbeveiliging op een buitengewoon hoge plaats (of gesmolten ontkoppelingsaansluitingen).

- Gebruik indien mogelijk een nauw aangesloten verbinding met draden die naar de eerste stroomonderbreker aan de bovenkant van een paneel lopen. Dit garandeert dat alle belastingen die op het paneel zijn aangesloten, adequaat worden beschermd.

- Sluit de SPD aan op het stroomonderbrekerpaneel met AWG #10 gestrande draad of groter (gemakkelijk verkrijgbaar en eenvoudig te installeren). Vermijd scherpe bochten en overmatige lengte in de bedrading. De meest succesvolle installaties zijn meestal niet de meest esthetisch aantrekkelijke. De meest effectieve ontmoetingen zijn kort en direct.

- SPDs moeten worden aangesloten op een correct geclassificeerde stroomonderbreker in plaats van de hoofdaansluitingen van het paneel. Een gesmolten ontkoppelingsschakelaar moet worden gebruikt om te communiceren met de lijnen en SPD-onderhoud te vergemakkelijken waar stroomonderbrekers niet beschikbaar of onpraktisch zijn.

DC SPD vergelijken met AC SPD

Het belangrijkste verschil tussen DC- en AC-overspanningsbeveiligingen is gebaseerd op het gebruikte voedingssysteem. Als zodanig zijn er kleine afwijkingen tussen de twee met betrekking tot spanningsclassificaties, piekbehandelingsmogelijkheden, reactietijden en normen.

De volgende verklaringen benadrukken enkele van de overeenkomsten en verschillen tussen DC- en AC-overspanningsbeveiligingen (SPDs):

- Frequentieafhandeling

Overspanningsbeveiliging die in DC-systemen wordt gebruikt, heeft geen frequentiespecificaties dankzij de constantheid van de DC-spanning. Aan de andere kant hebben die in AC-systemen verschillende frequentiebehoeften die verschillende afhandeling vereisen.

- Polariteitsgevoeligheid

Overspanningsbeveiligingen in DC-systemen zijn polair gevoelig en vereisen installatie met de juiste terminaluitlijning. Vanwege de constant veranderende spanningsrichting in AC-systemen, hebben ze geen specifieke terminalaanduidingen.

- Piekdetectie en -klemming

Afhankelijk van het systeemontwerp zullen zowel DC- als AC-SPDs spanningspieken tegengaan door ze te absorberen of af te leiden naar een veilig niveau. De verschillende spanningskenmerken kunnen echter leiden tot een verandering in de mechanismen die worden toegepast bij de detectie en klemming.

DC SPD-typen

Geclassificeerd op spanningsniveau

Volgens het spanningsniveau van het DC-systeem kan de DC-overspanningsbeveiliging worden onderverdeeld in de volgende categorieën:

- Laagspannings-DC SPD: geschikt voor laagspannings-DC-systemen, meestal met een spanningsbereik onder de 48 V, vaak te vinden in communicatieapparatuur, kleine fotovoltaïsche systemen of laagspannings-DC-distributiesystemen.

- Middenspannings-DC SPD: geschikt voor middenspannings-DC-systemen, met een spanningsbereik meestal tussen 48 V en 1000 V, veel gebruikt in de gelijkstroomzijde van fotovoltaïsche energieopwekkingssystemen, oplaadstations voor elektrische voertuigen en andere scenario's.

- Hoogspannings-DC SPD: geschikt voor hoogspannings-gelijkstroomsystemen, met een spanningsbereik boven de 1000 V, voornamelijk gebruikt in grootschalige fotovoltaïsche centrales, hoogspannings-gelijkstroomtransmissiesystemen, enz.

Belangrijkste parameters van DC SPD

De parameters van een DC-overspanningsbeveiliging definiëren hun prestaties en geschiktheid in een bepaald DC-systeem tegen spanningspieken. Zorgvuldige overweging van deze parameters en het beoogde systeem voor gebruik is daarom essentieel voor effectieve matching.

De belangrijkste parameters die voor DC-overspanningsbeveiligingen worden verstrekt, zijn:

- Lekkage stroom: Wanneer de DC-overspanningsbeveiliging normaal werkt, beschrijft de lekstroom de minimale stroom die erdoorheen stroomt. Een lage lekstroom heeft de voorkeur, omdat dit resulteert in minder warmteafvoer en vermogensverlies.

- Maximale continue bedrijfsspanning: definieert de DC-spanning waarboven de overspanningsbeveiliging wordt geactiveerd, afhankelijk van de nominale spanning van het systeem.

- Nominale ontlaadstroom: beschrijft de hoogste stroomwaarde die een DC-overspanningsbeveiliging kan ontladen wanneer er een piekgebeurtenis optreedt.

- Bedrijfstemperatuurbereik: definieert de temperaturen waarbinnen de DC-overspanningsbeveiliging optimaal kan presteren. Deze parameter is toepassingsspecifiek, vooral wanneer het DC-systeem dat bescherming nodig heeft, wordt gebruikt in extreme temperatuuromstandigheden.

- Spanningsbeschermingsniveau: vertegenwoordigt de maximale spanning over de aansluitingen van een geactiveerde DC-overspanningsbeveiliging. Het wordt bereikt wanneer de stroom die door de overspanningsbeveiliging gaat, overeenkomt met die van de nominale ontlading.

Toepassingsscenario's van DC-overspanningsbeveiliging

DC-overspanningsbeveiliging is onderverdeeld in twee typen:

- De ene wordt gebruikt in laagspanning DC, voor het beschermen van communicatiemodules, monitoring, enz.

- De andere wordt gebruikt in fotovoltaïsche systemen, voor het beschermen van fotovoltaïsche systemen, energieopslag, enz.

Fotovoltaïsch energieopwekkingssysteem

- PV DC-zijde bescherming: geïnstalleerd tussen de PV-string en de omvormer om de PV-modules en omvormers te beschermen tegen piekschade veroorzaakt door blikseminslagen of schakelhandelingen.

- PV AC-zijde bescherming: geïnstalleerd aan het uitgangseinde van de omvormer om AC-zijde apparatuur te beschermen.

Communicatiebasisstation

- Bescherming van het voedingssysteem: beschermt de DC-voedingsapparatuur van communicatiebasisstations, zoals accupacks en gelijkrichters.

- Bescherming van het signalsysteem: beschermt communicatiesignaal lijnen om te voorkomen dat pieken communicatieapparatuur verstoren of beschadigen.

Oplaadfaciliteiten voor elektrische voertuigen

- Bescherming van de oplaadpaal: geïnstalleerd aan het DC-uitgangseinde van de oplaadpaal om de oplaadpaal en het batterijbeheersysteem van het elektrische voertuig te beschermen.

- Bescherming van het accupack: gebruikt aan de DC-zijde van accupacks voor elektrische voertuigen om te voorkomen dat pieken de batterijen beschadigen.

Industrieel controlesysteem

- PLC- en sensorsbescherming: beschermt DC-voedingsapparaten in industriële controlesystemen, zoals PLC's, sensoren, enz.

- DC-motorbescherming: gebruikt voor DC-motoraandrijfsystemen om te voorkomen dat pieken motoren en aandrijvingen beschadigen.

Overweeg bij praktische toepassingen bij het selecteren van een DC-overspanningsbeveiliging de volgende factoren:

- Systeemspanning: kies een DC-overspanningsbeveiliging die overeenkomt met de systeemspanning.

- Piekstroomclassificatie: selecteer de juiste nominale ontlaadstroom (In) en maximale ontlaadstroom (Imax) op basis van het piekriticonderdeel van het systeem.

- Installatieomgeving: houd rekening met omgevingsfactoren zoals temperatuur, vochtigheid, enz., en kies een geschikt beschermingsniveau (IP-classificatie).

Voordelen van het gebruik van een DC SPD

Door DC SPDs te gebruiken, kunnen de kwetsbaarheden van DC-gevoede systemen voor spanningspieken effectief worden verminderd, waardoor de bescherming van apparatuur, de betrouwbaarheid van het systeem en de algehele operationele veiligheid worden bevorderd.

Hieronder wordt een samenvatting gegeven van de voordelen van het gebruik van een DC-overspanningsbeveiliging:

- Apparatuurbescherming: dit is het belangrijkste voordeel van het configureren van uw DC-systeem met een overspanningsbeveiliging. Het leidt overmatige spanningspieken af of onderdrukt deze, waardoor de apparatuur tegen schade wordt beschermd.

- Verlengde levensduur van apparatuur: het voorkomen van de schadelijke effecten van pieken door DC SPDs zorgt ervoor dat apparatuur langer kan functioneren. Anders bezwijkt onbeschermde apparatuur gemakkelijk voor spanningspieken, wat resulteert in schade of belemmering van de prestaties.

- Veiligheidsborging: wanneer piekgebeurtenissen optreden, vormen ze veiligheidsrisico's, vooral in een industriële omgeving die DC-bronnen met hoge energie gebruikt. Door piekenergie te absorberen of om te leiden, verminderen deze apparaten de kans op elektrische storingen, branden of andere veiligheidsrisico's.

- Systeem betrouwbaarheid: overspanningsbeveiligingen dragen bij aan de verbetering van de betrouwbaarheid van het DC-systeem in hun beschermende rol. Ze verminderen het risico op apparatuurstoringen, waardoor de continue werking wordt gehandhaafd en verstoringen worden geminimaliseerd.

Kunnen overspanningsbeveiligingen voor AC worden gebruikt om DC-circuits te beschermen?

Sommige mensen willen misschien overspanningsbeveiligingen voor AC gebruiken om DC-voedingssystemen te beschermen. Vanuit een professioneel perspectief veranderen de spanning en stroom van AC-elektriciteit periodiek, 50 keer per seconde (50 Hz) of 60 keer per seconde (60 Hz). Wanneer de stroom verandert van een positieve halve cyclus naar een negatieve halve cyclus, gaat deze door het “nul punt”, op welk moment de spanning en stroom “0” zijn, waardoor transiënte stromen effectief worden onderdrukt.

                        Enkelfasig AC-signaal                                            Driefasig AC-signaal

Maar DC zal dat niet doen, het is een eenrichtingscontinue stroomspanning, er is geen “nul punt” optie, dus de piek stroom wordt niet onderdrukt, waardoor een aanhoudende impact op de apparatuur ontstaat. Als op dit moment een AC-overspanningsbeveiliging wordt gebruikt om de DC-lijn te beschermen, zullen de continue sterke overspanning en piek stroom de AC-overspanningsbeveiliging doorbreken, de levensduur van de overspanningsbeveiliging aanzienlijk verkorten en een brand veroorzaken. Daarom is het noodzakelijk om betrouwbare DC-overspanningsbeveiligingen te selecteren voor bescherming.

                                                                                   DC-signaal

Een DC-overspanningsbeveiliging testen

Het testen van een DC-overspanningsbeveiliging controleert de functionaliteit ervan en zorgt ervoor dat deze effectief apparatuur kan beschermen tegen spanningspieken. Vergelijk tijdens het testen de testresultaten met de specifieke reactie-eigenschappen waaraan de SPD moet voldoen.

Veelgebruikte tests zijn onder meer:

- Isolatieweerstandstest: hier koppelt u de SPD los van de DC-bron en meet u de weerstand tussen de aansluitingen van het apparaat en de aarde. Het zorgt ervoor dat er geen paden van lekkage of fouten aanwezig zijn.

- Spanningsvaltest: deze test zorgt ervoor dat de spanningsval binnen de gespecificeerde limieten valt. U sluit het apparaat aan op een DC-bron voordat u de nominale spanning toepast en deze meet.

- Piektest: hier voert u een simulatie uit van transiënte pieken door piekimpulsen toe te passen op de overspanningsbeveiliging. Daarna onderzoekt u de golfvormen en vergelijkt u deze met de testspecificaties.

Enkele misvattingen over overspanningsbeveiligingen voor gelijkstroom.

1. Het idee dat een eenvoudig DC-systeem slechts éénfasige overspanningsbeveiliging vereist om aan de eisen te voldoen, is onjuist. Overspanningsbeveiliging is systematisch en verschillende fasen vereisen verschillende DC-overspanningsbeveiligingen voor meerlaagse bescherming. Vooral voor communicatiesystemen geldt: hoe preciezer en gevoeliger de apparatuur, hoe betrouwbaarder de overspanningsbeveiliging.

2. Het is verkeerd om DC-overspanningsbeveiligingen ver weg van apparaten te installeren, zolang ze maar geaard zijn. DC-overspanningsbeveiligingen moeten zich dicht bij de te beschermen apparatuur bevinden. Als een DC-overspanningsbeveiliging te ver van het apparaat verwijderd is dat bescherming nodig heeft, moet de DC-overspanningsbeveiliging binnen microseconden reageren om elektrische apparatuur te redden wanneer een piek stroom optreedt. Als de lijn te lang is en alle piekstromen het apparaat bereiken voordat ze het bereiken, zelfs als de DC-overspanningsbeveiliging snel reageert, heeft deze geen tijd om de piek stroom vrij te geven. Daarom moeten DC-overspanningsbeveiligingen “dichtbij bescherming” bieden voor elektrische apparatuur.

3. In een gelijkstroomsysteem waar de spanning stabiel blijft zonder frequente schommelingen zoals wisselspanning, betekent dit niet dat er minder risico op pieken is dan in een AC-systeem? Fout – stabiele spanning is niet gelijk aan geen risico. In een gelijkstroomsysteem is er geen “nul punt” in termen van stroom of spanning, maar eerder een continue stroom die gemakkelijk blikseminslagen kan aantrekken, waardoor ze gevoeliger zijn in vergelijking met AC-systemen. Neem zonnepanelen als voorbeeld – buitenapparaten zoals fotovoltaïsche arrays zijn bijzonder gevoelig voor blikseminslagen vanwege hun grote oppervlakte en continue stroom van elektriciteit die bliksem aantrekt, waardoor krachtige pieken ontstaan.

4. Het is verkeerd om losse aardingsvereisten te hebben voor laagspannings-gelijkstroomsystemen; u kunt aarding niet overslaan of ze gewoon in de buurt van een behuizing aansluiten met enige afstand ertussen. Het is essentieel om ze correct te aarden, omdat aarding een cruciale rol speelt bij het beschermen van elektrische apparaten met behulp van overspanningsbeveiligingsapparaten voor gelijkstroom. Direct aansluiten op behuizingen betekent niet noodzakelijkerwijs een goede aarding; sommige behuizingen hebben mogelijk geen verbindingen met de aarde of lijken geaard, maar kunnen worden geïsoleerd door verflagen die een effectieve aardingsverbinding voorkomen. Als er een kleine lekkage in de apparatuur is die ertoe leidt dat de behuizing wordt opgeladen, zouden deze tijdens de aankomst van spanningspieken terugleiden via het beschermende apparaat, waardoor brandgevaar ontstaat en het overspanningsbeveiligingsapparaat nutteloos wordt. Daarom is het essentieel dat overspanningsbeveiligingsapparaten voor gelijkstroom correct worden geaard

Conclusie

DC-overspanningsbeveiliging overspanningsbeveiligingen, als de “veiligheidswachten” van DC-voedingssystemen, spelen een cruciale rol in de moderne stroombeveiliging. Of het nu gaat om fotovoltaïsche energieopwekkingssystemen, communicatiebasisstations of oplaadfaciliteiten voor elektrische voertuigen, DC SPD kan effectief de bedreigingen die door pieken worden veroorzaakt, weerstaan, de stabiele werking van apparatuur garanderen, de levensduur verlengen en de onderhoudskosten verlagen.