Überspannungen gehören zu den am meisten unterschätzten Gefahren in elektrischen Systemen. Eine plötzliche Überspannung, sei es durch Blitzschlag, Netzumschaltung oder sogar interne Geräte, kann die Isolierung beeinträchtigen, Leistungsschalter auslösen oder empfindliche Geräte im Handumdrehen zerstören. Ein einphasiges Überspannungsschutzgerät (SPD) ist die erste Verteidigungslinie. Es leitet überschüssige Energie zur Erde ab und stellt sicher, dass die Spannung, die Ihre Geräte erreicht, innerhalb sicherer Grenzen bleibt.
Für Elektroingenieure und Beschaffungsspezialisten besteht die Herausforderung nicht darin, ob sie ein einphasiges SPD verwenden sollen, sondern darin, wie sie das richtige auswählen. Dieser Leitfaden bietet einen klaren, technischen und praktischen Ansatz, der internationale Standards, bewährte technische Verfahren und Erfahrungen aus der Praxis kombiniert.
Zum Schutz vor transienten Überspannungen wird in einphasigen 230/240-V-Wechselstromsystemen ein einphasiges Überspannungsschutzgerät installiert. Bei normaler Spannung bleibt es passiv, aber sobald eine Überspannung auftritt, wird es zu einem Pfad mit niedriger Impedanz und leitet den Überspannungsstrom zur Erde um.
Einphasige Schutzgeräte werden häufig in Wohnverteilern, Gewerbegebäuden, Photovoltaikanlagen und industriellen Schalttafeln eingesetzt. In jedem Fall verlängern sie die Lebensdauer der Geräte, reduzieren Ausfallzeiten und sorgen für die Einhaltung moderner Sicherheitsanforderungen.
Die Auswahl eines einphasigen Überspannungsschutzgeräts muss sich in erster Linie an internationalen Standards orientieren IEC 61643-11 Und IEC 61643-12. Diese definieren die Testwellenformen, Klassifizierung und Installationsrichtlinien:
Typ 1 SPD: Getestet mit 10/350-µs-Wellenform, ausgelegt für den Widerstand gegen direkte Blitzströme. Wird am Serviceeingang installiert, wo Freileitungen oder Blitzschutzanlagen vorhanden sind.
Typ 2 SPD: Getestet mit 8/20 µs Wellenform, schützt vor Schaltüberspannungen und indirektem Blitzschlag. Typischerweise in Verteilertafeln installiert.
Typ 3 SPD: In der Nähe empfindlicher Lasten installiert, gewährleistet eine sehr niedrige Restspannung (Up). Wird als letzte Schutzstufe verwendet.
Wenn Sie tiefer in die detaillierte Klassifizierung von SPDs eintauchen möchten und wie jeder Typ in Standards und praktischen Anwendungen definiert ist, können Sie hier unseren speziellen Artikel lesen: Klassifizierung von SPDs.
Beim Vergleich verschiedener einphasiger SPDs sind mehrere Parameter für die richtige Auswahl entscheidend:
Uc (Maximale Dauerbetriebsspannung): Die maximale RMS-Spannung, die das Gerät ohne Leistungseinbußen verarbeiten kann. Für 230/240-V-Systeme beträgt der Standardwert 275 V AC zwischen Leitung und Neutralleiter.
Up (Spannungsschutzstufe): Die Klemmspannung während einer Überspannung. Empfindliche Elektronik erfordert Up unter 1,5–2,5 kV.
In (Nennentladestrom): Den Strom kann die SPD wiederholt ohne Ausfall entladen. Ein gutes einphasiges SPD sollte mindestens 20 kA (8/20 µs) bewältigen.
Imax (maximaler Entladestrom): Der maximale Strom, dem das SPD in einem einzelnen Fall standhalten kann, typischerweise 40 kA oder mehr.
Iimp (Impulsstrom): Spezifisch für SPDs vom Typ 1, getestet mit 10/350 µs Wellenform. Die Werte beginnen bei 12,5 kA, in Hochrisikogebieten werden 25 kA empfohlen.
Ansprechzeit: SPDs wirken in Nanosekunden. Je schneller die Reaktion, desto besser ist der Schutz für empfindliche Elektronik.
Diese Parameter sollten immer mit dem Expositionsgrad, der Erdungsart und der Geräteisolationskategorie des Systems übereinstimmen.
Die Art der Erdung wird oft übersehen, ist aber einer der entscheidenden Faktoren bei der Auswahl eines einphasigen Überspannungsschutzgeräts.
TT-Systeme: Erfordert 1P+N (auch 1+1 genannt) SPD. Diese Konfiguration verwendet MOV-Schutz zwischen Leitung und Neutralleiter sowie eine Funkenstrecke oder ein spezielles Element zwischen Neutralleiter und PE. Es gewährleistet eine kontrollierte Entladung zur Erde, was bei TT von entscheidender Bedeutung ist, wo das Neutralleiterpotential bei Fehlern ansteigen kann.
TN-S- oder TN-C-S-Systeme: Je nach Ausführung des Verteilers kann entweder 1P oder 1P+N verwendet werden. Sowohl Leiter-zu-Neutralleiter- als auch Leiter-zu-Erde-Pfade müssen geschützt werden.
TN-C-Systeme: Verwenden Sie normalerweise 1P- oder 2P-SPDs, je nachdem, ob der PEN-Leiter zugänglich ist.
Für alle Systeme gelten die gleichen Verkabelungsregeln: Halten Sie die Verbindung des SPD zur Erde so kurz wie möglich, idealerweise weniger als 0,5 m. Lange Leitungen erhöhen die Induktivität und damit die Restspannung, die das geschützte Gerät wahrnimmt.
Dies ist das Herzstück des Entscheidungsprozesses. Viele Ingenieure und Käufer suchen speziell nach der Auswahl eines einphasigen SPDs, daher bietet dieser Abschnitt eine detaillierte, praktische Roadmap:
Stellen Sie fest, ob das Gebäude über ein äußeres Blitzschutzsystem (LPS) verfügt oder über Freileitungen versorgt wird. Wenn ja, ist ein SPD vom Typ 1 am Serviceeingang obligatorisch. Für unterirdische Versorgungen in Gebieten mit geringem Risiko kann ein Typ 2 mit hoher Kapazität ausreichend sein.
Überprüfen Sie, ob es sich bei Ihrer Installation um TT, TN-S, TN-C-S oder TN-C handelt. Dadurch wird bestimmt, ob Sie ein 1P-SPD, ein 1P+N-SPD oder ein 2P-SPD benötigen. Die Auswahl der falschen Verdrahtungskonfiguration kann dazu führen, dass das SPD unwirksam wird.
Am Serviceeingang: Typ 1 oder Typ 1+2 kombiniertes SPD.
An Verteilertafeln: Typ 2, mit In ≥ 20 kA und Imax ≥ 40 kA.
Bei empfindlichen Lasten: Typ 3, um die Isolationsfestigkeit elektronischer Geräte zu unterschreiten.
Passen Sie die Bewertungen der SPD an Ihr System an:
Uc: 275 V AC für 230/240 V-Systeme.
Oben: Muss niedriger sein als die Geräteisolationskategorie (IEC 60664: Kat. II ≈ 2,5 kV, Kat. III ≈ 4 kV).
In/Imax/Iimp: Je nach Installationsniveau und Risikozone.
SPDs müssen zusammenarbeiten. Das vorgeschaltete Gerät muss Energie absorbieren, ohne zerstörerische Spannung nachgeschaltet zu übertragen, während das nachgeschaltete SPD den Schutz fein abstimmt. Halten Sie einen Abstand von mindestens 10 Metern zwischen den Geräten ein oder fügen Sie eine Entkopplungsinduktivität ein, um eine ordnungsgemäße Energieverteilung sicherzustellen.
Jedes SPD benötigt einen Backup-Schutz. Sofern das SPD keine integrierte Sicherung enthält, installieren Sie einen MCB oder eine Sicherung in Reihe. Dies verhindert Kurzschlüsse, wenn das SPD das Ende seiner Lebensdauer erreicht.
SPDs verschlechtern sich mit der Zeit. Wählen Sie Modelle mit:
Statusanzeigefenster, die grüne/rote Zustände anzeigen.
Fernmeldekontakte zur Überwachung in Leitsystemen.
Austauschbare Steckmodule, sodass für die Wartung keine Neuverkabelung erforderlich ist.
Wenn Sie diesen Schritt-für-Schritt-Prozess befolgen, stellen Sie sicher, dass Ihr einphasiges SPD nicht nur richtig dimensioniert, sondern auch richtig installiert und gewartet wird, um eine langfristige Zuverlässigkeit zu gewährleisten.
Selbst die besten einphasigen Schutzgeräte versagen, wenn sie falsch installiert werden. Befolgen Sie diese technischen Grundsätze:
Halten Sie die Leitungen kurz und direkt, weniger als 0,5 m.
Trennen Sie Strom- und Signalkabel voneinander, um Kopplungsüberspannungen zu vermeiden.
Bündeln Sie SPD-Leitungen nicht mit geschützten Stromkreisen.
Verbinden Sie die SPD-Erde immer mit der nächstgelegenen Potenzialausgleichsschiene.
Beachten Sie die Koordinationsabstände zwischen verschiedenen SPD-Stufen.
Häufige Fehler sind die Installation nur einer Stufe, das Vergessen des N-PE-Schutzes in TT-Systemen oder die Überdimensionierung von SPDs ohne tatsächlichen Bedarf. Jedes davon verringert die Schutzeffizienz und erhöht die Kosten ohne Nutzen.
Wohnanwendungen: Ein im Hauptverteiler installiertes SPD vom Typ 2 (In 20 kA, Imax 40 kA, Up < 1,5 kV) schützt die Haushaltselektronik vor Netzstörungen.
Gewerbebauten: Eine SPD vom Typ 1+2 an der Hauptschalttafel in Kombination mit SPDs vom Typ 2 an den Etagenverteilertafeln gewährleistet die Kontinuität des Dienstes.
Industrieanlagen: Typ-1-SPDs mit 25 kA Iimp am Serviceeingang, mit koordinierten Typ-2-SPDs in Motorkontrollzentren und Typ-3-SPDs zum Schutz von SPS.
Solar-PV-Systeme: Auf der DC-Seite PV-bewertete SPDs verwenden. Auf der AC-Seite schützt ein einphasiges SPD vom Typ 2 am Wechselrichterausgang sowohl den Wechselrichter als auch die Netzschnittstelle.
Die Auswahl des richtigen einphasigen Überspannungsschutzgeräts erfordert mehr als das Scannen eines Datenblatts. Es bedeutet, Ihr System zu verstehen, Risiken zu bewerten, IEC-Standards anzuwenden und Parameter sorgfältig anzupassen.
Am Eingang mit Typ 1 vor Blitzschlag schützen.
Setzen Sie im Vertrieb auf robuste Typ-2-Geräte.
Geben Sie bei empfindlicher Elektronik Typ 3 am Verwendungsort hinzu.
Beachten Sie stets Ihr Erdungssystem, Ihre Verkabelungspraktiken und Ihre Wartungsanforderungen.
Durch die Anwendung dieser Grundsätze können Elektroingenieure und Beschaffungsfachleute sicherstellen, dass ihre Systeme nicht nur konform, sondern auch belastbar, kosteneffizient und zukunftssicher sind.
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