Parafudr SPD Teknolojileri Nasıl Çalışır?

Alçak gerilim parafudrları diğer adıyla SPDler, elektrik sistemlerini ve ekipmanlarını ani gerilim artışlarından korumak için tasarlanmıştır. Bu cihazlar, geçici gerilimleri sınırlayarak ve ani akımları yönlendirerek darbe olaylarından kaynaklanan hasarları engeller. Son yıllarda orajlı gün haritasının ülkemizde değişmesi, iklim krizi ve atmosferik olaylarının sıklığının artması parafudrların önemini bir kere daha ortaya çıkardı.

SPD’ler Nasıl Çalışır?

SPD’ler, korunan devrede ani bir gerilim oluştuğunda, geçici gerilimi sınırlar ve akımı kaynağına veya toprağa yönlendirir. Bunun için en az bir adet doğrusal olmayan bileşenin olması gerekmektedir. Bu bileşen, farklı koşullarda yüksek ve düşük bir empedans durumu arasında geçiş yapar.

Normal çalışma gerilimlerinde, SPD’ler yüksek empedans durumunda olduğundan sistemi etkilemez. Ancak devrede ani bir gerilim oluştuğunda, SPD iletken bir duruma geçer ve darbe akımını kaynağına veya toprağa yönlendirerek gerilimi daha güvenli bir seviyeye indirir. Geçici olay yönlendirildikten sonra, SPD otomatik olarak yüksek empedans durumuna geri döner.

SPD Kategorileri veya Türleri

SPD’lerin iki ana türü vardır: gerilimi sınırlayan bileşenler ve gerilimi yönlendiren bileşenler. Gerilimi sınırlayan bileşenler, gerilim yükseldikçe empedanslarını değiştirerek geçici gerilimi sınırlar. Gerilimi yönlendiren bileşenler ise eşik gerilimi aştığında “açılır” ve hemen düşük bir empedansa geçer. Bugün çoğu sistem, her iki bileşen türünün güçlü yanlarını birleştirerek ve zayıf yanlarını sınırlayarak kullanmaktadır.

Gerilimi sınırlayan bileşenler arasında metal oksit varistörler (MOVs) ve geçici gerilim bastırma (TVS) diyotları bulunur. Gerilimi yönlendiren bileşenler arasında gaz deşarj tüpleri (GDT’ler) ve spark gap diğer adıyla kıvılcım aralığı vardır.

SPD Kategorilerinin Karşılaştırılması

Darbe bileşenleri aşağıdaki faktörlere göre performans açısından karşılaştırılabilir.

• Tepki Süresi: Bir bileşenin tepki süresi, darbe eşiğinin aşıldığında bileşenin ne kadar hızlı tepki verdiğini ifade eder. Özellikle TVS diyotları, gerilimi yönlendiren bileşenlerden (örneğin kıvılcım boşlukları yani spark gap ve GDT’ler) daha hızlı tepki sürelerine sahiptir.
• Devam Eden Akım: Bu durum, gerilimi yönlendiren cihazlarda sınırlıdır. Devam eden akım, darbe koruma cihazının geçici olaydan sonra “kapanmaması” (yani yüksek empedans durumuna dönmemesi) durumunda meydana gelir. Bu durum, normal işlem sırasında cihazdan akımın devam etmesine izin verir. Bu olgu, AC sistemlerinde daha az endişe kaynağıdır, çünkü sıfır geçiş, bileşenin kapanmasına ve yüksek empedans durumuna dönmesine olanak tanır. Bununla birlikte, gerilimi yönlendiren cihazlar kullanan DC sistemlerinde daha fazla dikkate alınması gerekmektedir.
• İzin Verilen Gerilim: Bir darbe durumunda, izin verilen gerilim, bileşenin bağlı ekipmana ulaşmasına izin verilen gerilim miktarıdır. Diyotlar, gerilimi en iyi şekilde sınırlar ve düşük tutar, ancak bu avantaj, daha büyük darbe akımlarını yönetmede diodların o kadar etkili olmaması nedeniyle sınırlıdır.

Yukarıda belirtilmeyen bir bileşen, her üç alanda da en iyi veya en kötü olan bir MOV’dur, çünkü MOV’lar genellikle her kategoride kullanılabilir olarak kabul edilir, yani her birinde en iyi olmazlar.

Not: Bugün piyasada bulunan çoğu SPD ürünü, birden fazla darbe bileşeninin kombinasyonu olan hibrid tasarımlardır. Bu ürünler, her bir bileşenin avantajlarını ve dezavantajlarını dengeler ve çeşitli türdeki darbe’lara karşı dengeli koruma sağlar. 

Parafudrların Temel Parametreleri

SPD’lerin standartları sürdüren performans özellikleri veya özellikleri, SPD için gereken güç dağıtım sistemini belirledikten sonra farklı mevcut cihazları karşılaştırmak için kullanılmalıdır.

1. Maksimum Sürekli Çalışma Gerilimi (MCOV). MCOV, cihazın dayanabileceği maksimum gerilimdir ve doğru şekilde çalışmaya devam eder. Genellikle, MCOV, nominal besleme geriliminin en az %25 üzerinde olmalıdır, ancak ilgili standartlar tarafından belirlenir. Örneğin Raycap parafudrların çalışma gerilimleri şebeke gerilimlerinin %125 fazlasını karşılayacak şekilde üretilmiştir.
2. Gerilim Koruma Derecesi (VPR) veya Gerilim Koruma Seviyesi (Up). Gerilim koruma derecesi ve gerilim koruma seviyesi, sırasıyla UL ve IEC tarafından tanımlanan, cihazın izin verilen gerilimini ifade eden derecelendirmelerdir. UL 1449, cihaza 6kV/3kA kombinasyonlu bir dalga formu uygulayan ve gerilim izin verilenini ölçen bir test içerir ve bu da gerilim koruma derecesini (VPR) belirler. IEC 61643-11 de benzer bir teste sahiptir ve buna gerilim koruma seviyesi (Up) denir.
3. Nominal Boşaltma Akımı (In) Derecesi. SPD tarafından bir dalganın 8/20μs şekline uygun olarak iletebileceği bir akımın tepe değeridir ve SPD, 15 uygulanan darbe’dan sonra hala işlev gördüğünde belirtilir. UL 1449’a göre üreticiler, bu test için önceden belirlenmiş bir nominal boşaltma akımı seçmek zorundadır (3kA, 5kA, 10kA veya 20kA).
4. Gösterge Durumu. Durum göstergesi, basit bir açık-kapalı kontak göstergesi olan mekanik bir gösterge, LED veya uzaktan alarm olabilir.
5. Darbe Akım Kapasitesi veya Maksimum Darbe Derecesi. Üreticiler, bu derecelendirmeleri (varsa) cihazın ömür boyu dayanıklılığına veya cihazın tek seferlik maksimum darbe akımını taşıyabilme kapasitesine işaret ettiği için genellikle birer gösterge olarak listelerler. Bu derecelendirmeler, birçok üretici web sitesinde ve veri sayfalarında yer alsa da, UL veya IEEE bu derecelendirmeleri tanımlamaz. Bu, her bir üreticinin kendi test gereksinimlerini (varsa) oluşturmasına olanak tanır ve sonuç olarak bunlar performansın daha az güvenilir göstergeleri haline gelir.

SPD Sınıfları veya Türleri

SPD’ler, standartlar tarafından tür (UL) veya test sınıfı (IEC) olarak sınıflandırılır. Her bir tip ve test sınıfı için belirli test koşulları belirtilmiştir ve bunlar farklı yerlerde ve kurulumlarda doğru çalışmayı değerlendirmek ve sağlamak amacıyla belirlenmiştir. Önerilen test sınıfı veya SPD türü, kurulumun büyük darbe akım büyüklüklerine ve korunan yükün izin verilen gerilimini sınırlamak için ne kadar hassas olduğunu dikkate alarak belirlenir.

Aşağıdaki görsel, ANSI/IEEE C62.41, IEC 61643-11 ve VDE Sınıflandırması’na göre SPD’lerin sınıflandırmalarını ve kategorilerini göstermektedir.

B Sınıfı (Sınıf 1 – Tip 1) Parafudrlar

Bir binada veya binanın 50 metre civarında bir alanda yıldırıma karşı paratoner uygulaması varsa, Tip 1 parafudr seçimi yapılmalıdır. Bu parafudrlar, alçak gerilim tesisatlarında besleme hattının binaya girdiği en yakın noktada kullanılır. Yıldırıma karşı koruyucu parafudr sınıfıdır ve elektrik sayacı öncesinde kullanılmalıdır.

C Sınıfı (Sınıf 2 – Tip 2) Parafudrlar

İç kaynaklı geçici aşırı gerilimlere karşı koruma sağlamak için tesisattaki her bir dağıtım panosuna ilave olarak “Tip 2” parafudrlar kullanılmalıdır. Bu parafudrlar, alçak gerilim tesisatlarında aşırı gerilim sınırlayıcısı olarak kullanılır. Elektrik sayacı sonrasında yerleştirilmelidir.

D Sınıfı (Sınıf 3 – Tip 3) Parafudrlar

Alçak gerilim tesislerinde hassas elektronik cihazların korunması için kullanılan parafudrlardır. Tip 2 parafudrün bulunduğu dağıtım panosuna olan uzaklık 30 metreyi aştığında, Tip 3 parafudrlar ek olarak kullanılmalıdır. Bu parafudrlar hızlı bir şekilde devreye girer, düşük Up koruma seviyelerine sahiptir ve 8/20 eğrisinde koruma yaparlar.

B+C Sınıfı (Sınıf 1+2 – Tip 1+2) Parafudrlar

Tip 1 ve Tip 2 parafudrların bir kombinasyonudur. Ana dağıtım panosu ve tali dağıtım panoları arası mesafenin 10 metreyi aşması durumunda kullanılması tavsiye edilir. Bu parafudrlar, hem yıldırım darbelerine karşı koruma yapar hem de şebeke kaynaklı ani aşırı gerilimlere karşı koruma sağlar.