Überspannungsschutzgeräte (Überspannungsableiter) (SPD)

Das Überspannungsschutzgerät (SPD) ist eine Komponente des elektrischen Installationsschutzsystems.

Dieses Gerät wird parallel an den Stromversorgungskreis der Verbraucher angeschlossen, die es schützen soll (siehe Abb. J17). Es kann auch auf allen Ebenen des Stromversorgungsnetzes eingesetzt werden.

Dies ist die am häufigsten verwendete und effizienteste Art des Überspannungsschutzes.

Wissenschaftler führen seit Jahren wichtige Studien zu den Eigenschaften und Auswirkungen von Blitzeinschlägen durch und haben entsprechende technologische Produkte entwickelt. Heutzutage können Tests dieser Produkte auch durch die Simulation eines Blitzeinschlags in diesem Zusammenhang durchgeführt werden.

Arten von Blitzschlagwellen:

Der Blitzeinschlag kann in zwei verschiedenen Wellenlängen untersucht werden.

1. Direkter Blitzeinschlag 10 / 350μs:

Bei direkten Blitzeinschlägen treten Impulsströme in der Wellenform 10/350 μs auf. Dieser impulsartige Spannungsanstieg setzt eine große Leistung mit einem großen Stromimpuls frei.

Heutzutage werden Materialien für externe Blitzschutzsysteme und Überspannungsableiter-Schaltkreiselemente vom Typ 1 / Klasse I gemäß diesen Kriterien gemäß den Normen geprüft.

2. Blitzeinschlag und Schaltspannungen in einem abgelegenen Gebiet 8 / 20μs:

Es kommt zu Blitzeinschlägen an einem entfernten Ort und zu Stoßströmen mit Schaltspannungen der Wellenform 8/20 μs.

Der Energieinhalt dieses Impulses ist deutlich geringer als die Impulsstromwelle des Blitzprüfstroms von 10/350 μs. Überspannungsschutz-Schaltkreiselemente (Überspannungsableiter) vom Typ 2 / Klasse II und vom Typ 3 / Klasse III werden gemäß diesen Kriterien gemäß den Normen geprüft.

Standards

Zu den häufig aufgeführten Standards gehören:

• IEC 61643-11 Überspannungsschutzgeräte für Niederspannung – Teil 11: Überspannungsschutzgeräte für Niederspannungsnetze – Anforderungen und Prüfverfahren (ersetzt IEC 61643-1)
• IEC 61643-21 Niederspannungs-Überspannungsschutzgeräte – Teil 21: Überspannungsschutzgeräte für den Anschluss an Telekommunikations- und Signalnetze – Leistungsanforderungen und Prüfverfahren
• IEC 61643-22 Niederspannungs-Überspannungsschutzgeräte – Teil 22: Überspannungsschutzgeräte für den Anschluss an Telekommunikations- und Signalnetze – Auswahl- und Anwendungsgrundsätze
• EN 61643-11, 61643-21 und 61643-22
• Technische Referenz von Telcordia Technologies TR-NWT-001011
• ANSI/IEEE C62.xx
• Underwriters Laboratories (UL) 1449.
• AS/NZS 1768

Jede Norm definiert unterschiedliche Schutzeigenschaften, Testvektoren oder Betriebszwecke.

EN 62305 und ANSI/IEEE C62.xx definieren, welche Spitzen ein Protektor voraussichtlich ableiten kann. EN 61643-11 und 61643-21 legen sowohl die Leistungs- als auch Sicherheitsanforderungen des Produkts fest. Im Gegensatz dazu schreibt die IEC nur Standards und zertifiziert kein bestimmtes Produkt als Konformität mit diesen Standards. IEC-Normen werden von Mitgliedern des CB-Programms internationaler Vereinbarungen verwendet, um Produkte auf Sicherheitskonformität zu testen und zu zertifizieren.

Darüber hinaus handelt es sich bei den folgenden Normen nicht um Standards für eigenständige Überspannungsschutzgeräte, sondern um die Prüfung der Überspannungsfestigkeit in elektrischen und elektronischen Geräten insgesamt. Daher werden sie häufig beim Entwurf und Test von Überspannungsschutzschaltungen eingesetzt.

• IEC 61000-4-2 Immunitätstest gegen elektrostatische Entladung
• IEC 61000-4-4 Prüfung der Immunität gegen schnelle elektrische Transienten/Bursts
• IEC 61000-4-5 Prüfung der Störfestigkeit gegen Überspannungen

Prinzip

SPD dient dazu, vorübergehende Überspannungen atmosphärischen Ursprungs zu begrenzen und Stromwellen zur Erde abzuleiten, um die Amplitude dieser Überspannung auf einen Wert zu begrenzen, der für die Elektroinstallation sowie elektrische Schalt- und Steueranlagen ungefährlich ist.

SPD beseitigt Überspannung

• Im Gleichtaktmodus zwischen Phase und Neutralleiter oder Erde;
• Im Differentialmodus zwischen Phase und Neutralleiter.

Im Falle einer Überspannung, die die Betriebsschwelle überschreitet, schaltet das SPD

• Leitet die Energie im Gleichtakt zur Erde;
• Verteilt die Energie im Differentialmodus auf die anderen spannungsführenden Leiter.

Die drei Arten von SPD

Typ 1 SPD

Der Typ 1 SPD wird speziell für Dienstleistungs- und Industriegebäude empfohlen, die durch ein Blitzschutzsystem oder einen Maschenkäfig geschützt sind.

Es schützt elektrische Anlagen vor direkten Blitzeinschlägen. Es kann den Rückstrom von Blitzen ableiten, die sich vom Erdleiter auf die Netzleiter ausbreiten.

Typ-1-SPD zeichnet sich durch eine Stromwelle von 10/350 µs aus.

Typ 2 SPD

Das Typ-2-SPD ist das Hauptschutzsystem für alle elektrischen Niederspannungsinstallationen. Es wird in jeder elektrischen Schaltanlage installiert, verhindert die Ausbreitung von Überspannungen in den Elektroinstallationen und schützt die Verbraucher.

Typ-2-SPD zeichnet sich durch eine Stromwelle von 8/20 µs aus.

Typ 3 SPD

Diese SPDs haben eine geringe Entladekapazität. Sie müssen daher zwingend als Ergänzung zum Typ-2-SPD und in der Nähe empfindlicher Verbraucher installiert werden.

Typ-3-SPD zeichnet sich durch eine Kombination aus Spannungswellen (1,2/50 μs) und Stromwellen (8/20 μs) aus.

Normative Definition der SPD

Abb. J18 – SPD-Standarddefinition

• Hinweis 1: Es gibt  +   SPD (oder Typ 1 + 2 SPD), die den Schutz von Lasten vor direkten und indirekten Blitzeinschlägen kombinieren.
• Hinweis 2: Einige  SPD können auch als  deklariert werden. .

Demnach;

Erste Stufe: Blitzschutz-Überspannungsableiter vom Typ 1 / Klasse 1 / Klasse B sind die vorderen Schutzeinheiten der Anlage / Struktur. Dabei handelt es sich um Schaltelemente, die direkte Blitzeinschläge, die von Stromleitungen ausgehen können, absorbieren und dämpfen können.

Es muss im Hauptverteiler-/Transformatorfeld innerhalb und/oder außerhalb des Gebäudes installiert werden.

Es hätte in einer Wellenform von 10/350 µSec getestet werden sollen. Es muss in der Lage sein, eine Last von mindestens 50 kA zwischen Phase-Neutral und mindestens 100 kA zwischen Phasen, Neutral-Erde, zu entladen.

Zweite Stufe: Überspannungsschutzgeräte der Klasse 2/Klasse 2/C (Überspannungsableiter) sind Schaltkreiselemente, die in den sekundären und/oder unteren sekundären Schalttafeln der Anlage/des Gebäudes verwendet werden. Im Vergleich zu Überspannungsableitern vom Typ 1 / Klasse II ist ihre Stärke geringer, aber ihre Empfindlichkeit ist besser.

Es hätte in einer 8/20 µSek-Wellenform getestet werden sollen. Es muss in der Lage sein, eine Last von mindestens 10 kA zwischen Phase-Neutral und mindestens 25 kA zwischen Phasen, Neutral-Erde, zu entladen.

Kompakte Schutzelemente der Klasse 1 + 2 / Klasse 1 + 2 / B + C wurden in den letzten Jahren als Schutz der zweiten Ebene eingesetzt.

Es hätte in einer Wellenform von 10/350 µSec getestet werden sollen. Es muss in der Lage sein, eine Last von mindestens 40 kA zwischen Phase-Neutral und mindestens 100 kA zwischen Phasen, Neutral-Erde, zu entladen.

Es wird im Schaltschrank der unterbrechungsfreien Stromversorgung und/oder in den wie ein Hauptschaltschrank positionierten Nebenschalttafeln eingesetzt.

Dritte Stufe: Überspannungsableiter der Klasse 3/Klasse 3/D mit plötzlichem Überspannungsschutz sind Schaltungselemente, die in ihren Leitungen zum Schutz empfindlicher elektronischer Geräte verwendet werden.

Die Produktpalette ist recht breit gefächert, da sie an verschiedene Geräte mit unterschiedlichen Verbindungsprotokollen/Sockets/Ports angeschlossen werden kann.

Nachfolgend finden Sie einige Überspannungsableiter der Klasse 3/Klasse 3/D für verschiedene Stromkreise/Geräte.