Arten von industriellen Überspannungsschutzgeräten und abgestufte Schutzstrategien

31/10/2025

In diesem Artikel werden die Typen, Klassifizierungsmethoden und der Aufbau eines effektiven abgestuften Schutzsystems systematisch vorgestellt Industrielle Überspannungsschutzgeräte (SPD).

Klassifizierung nach technischem Prinzip und Entladungskapazität

Dies ist die zentrale Klassifizierungsmethode für SPD, die direkt deren Anwendungsszenarien und Schutzniveaus bestimmt und in der Regel auf internationalen Standards wie IEC 61643 basiert.

Typ 1 (Typ 1/T1): Energieentladung

Technisches Prinzip: Überspannungsschutzgeräte vom Typ 1 Typischerweise wird als Kernkomponente eine Funkenstrecke verwendet. Sein Hauptmerkmal ist seine hohe Stoßstromableitfähigkeit.

Entladungsfähigkeit: Kann direkten Blitzeinschlägen oder Teilblitzströmen standhalten und diese auslösen (Simulation einer 10/350µs-Wellenform); Prüfströme können typischerweise mehrere zehn Kiloampere erreichen.

Anwendungsszenarien: Wird hauptsächlich am Eingang des Hauptverteilerschranks (MDB) des Gebäudes als primäres Schutzgerät zur Ableitung von Blitzströmen aus externen Leitungen (z. B. Stromleitungen) installiert.

Typ 2 (Typ 2/T2): Spannungsbegrenzer

Technisches Prinzip: Die Kernkomponente ist ein Varistor (MOV). Unter normaler Spannung weist der MOV einen hohen Widerstand auf; Wenn eine Überspannung auftritt, sinkt ihr Widerstand stark, wodurch der Strom umgeleitet und die Spannung auf ein sicheres Niveau begrenzt wird.

Entladungskapazität: Überspannungsschutzgeräte vom Typ 2 Wird zur Entladung induzierter Blitzeinschläge und betriebsbedingter Überspannungen verwendet (Simulation einer 8/20-µs-Wellenform), mit einer Entladekapazität, die typischerweise zwischen mehreren Tausend und Zehntausenden Ampere liegt.

Anwendungsszenarien: Wird hinter dem Hauptverteilerschrank im Verteilerschrank (Distribution Panel, SDB) oder vor dem Schaltschrank wichtiger Geräte installiert und dient als Sekundärschutz zum Schutz der meisten elektrischen Geräte.

Typ 3 (Typ 3/T3): Erweiterter Schutz

Technisches Prinzip: Verwendet typischerweise feinere MOVs, Gasentladungsröhren oder TVS-Dioden, was zu einer extrem schnellen Reaktion und einer niedrigeren Restspannung (Schutzpegel) führt.

Entladekapazität: Die Entladekapazität ist relativ gering und dient hauptsächlich der weiteren Unterdrückung der Reststoßspannung.

Anwendungsszenarien: Überspannungsschutzgeräte vom Typ 3 Für einen optimalen Schutz wird es sehr nahe an der geschützten Ausrüstung installiert, z. B. in der Steckdose oder der Steckdosenleiste des Geräts. Es muss normalerweise in Verbindung mit einem Typ-2-SPD verwendet werden und kann nicht alleine installiert werden.

Kombinierter SPD (Typ 1+2): Integrierte Lösung

Technisches Prinzip: Dieses Gerät integriert eine Funkenstrecke vom Typ 1 und einen Varistor vom Typ 2 und bietet die Vorteile einer hohen Entladefähigkeit und eines niedrigen Schutzniveaus.

Anwendungsszenarien: Kombinierte SPD-Überspannungsschutzgeräte (Typ 1+2). Geeignet für Anwendungen mit begrenztem Platzangebot oder einem vereinfachten Design. Es kann direkt im Hauptverteilerschrank am Gebäudeeingang installiert werden und bietet so einen kombinierten Schutz der ersten und zweiten Ebene.

Erweiterte Klassifizierung industrieller Überspannungsschutzgeräte

Neben den Kerntechnologietypen können Industrie-SPDs auch nach anderen Dimensionen klassifiziert werden.

Klassifizierung nach Stromquellentyp

AC-Stromversorgungs-SPD: Wird zum Schutz von AC-Stromversorgungssystemen wie 380-V-/220-V-Industriestromnetzen verwendet.

DC-Stromversorgungs-SPD: Wird zum Schutz von DC-Stromversorgungssystemen wie Photovoltaik-Stromerzeugungssystemen, DC-Motorantrieben und Netzteilen für Kommunikationsbasisstationen verwendet.

Wechselstrom-SPD vs. Gleichstrom-SPD

Besonderheit	Wechselstrom-SPD	Gleichstrom-SPD
Primäre Anwendung	Hauptschalttafeln, Unterschalttafeln, Abzweigstromkreise in Häusern, Büros und Industrieanlagen.	Solar-PV-Anlagen, Batteriespeichersysteme, Ladestationen für Elektrofahrzeuge, Telekommunikation, Automobil, Schifffahrt und öffentliche Verkehrsmittel.
Systemspannung	Entspricht Standard-Wechselspannungen (z. B. 120 V, 230 V, 400 V, 480 V).	Sehr variabel (z. B. 12 V, 24 V, 48 V für Batterien; 600 V bis 1500 V für Solarstränge).
Aktuelles Verhalten	Wechselstrom. Die Spannung durchläuft 100 oder 120 Mal pro Sekunde den Nullpunkt. Das hilft einen Lichtbogen löschen.	Gleichstrom. Die Spannung ist konstant und überschreitet nicht den Nullpunkt. Das macht Lichtbögen sind viel nachhaltiger und gefährlicher.
Wichtige Design-Herausforderung	Umgang mit transienten Überspannungen. Der Nulldurchgang des Wechselstroms trägt natürlich dazu bei, den Folgestrom zu unterbrechen.	Lichtbogenunterdrückung. Die größte Herausforderung besteht darin, den “Folgestrom” der Gleichstromquelle nach einem Überspannungsereignis sicher zu löschen, ohne dass das SPD Feuer fängt.
Interne Technologie und Komponenten	Hauptsächlich verwendet Metalloxid-Varistoren (MOVs) und manchmal Gasentladungsröhren (GDTs). Designs sind relativ einfach.	Verwendet robuster MOVs mit speziellen Lichtbogenlöschkammern/Füllern. Stärkere Abhängigkeit von GDTs Speziell für Gleichstrom entwickelt, der die kontinuierliche Gleichspannung sicher und ohne Lecks verarbeiten kann.
Nennspannung (Uc)	Ausgelegt für Dauerbetrieb bei Standard-Wechselstrom-Effektivspannungen (z. B. 275 V, 320 V, 440 V).	Ausgelegt für Dauerbetrieb bei der spezifischen DC-Systemspannung (z. B. 1000 V DC, 1500 V DC).
Trennung und Sicherheit	Enthält häufig thermische Trennschalter, um einen MOV, der durch viele Überspannungen beschädigt wurde, sicher ausfallen zu lassen.	Kritischer und robuster. Erfordert fortschrittliche Fehlermechanismen, um das SPD physisch und ausfallsicher von der Gleichstromquelle zu trennen, da ein anhaltender Gleichstromlichtbogen eine große Brandgefahr darstellt.
Zertifizierungsstandards	UL 1449 (Nordamerika), IEC 61643-11 (International).	UL 1449 (für bestimmte DC-Anwendungen), IEC 61643-11, UL 497B und spezifische Standards für PV-Systeme wie IEC 62548.

Klassifizierung nach Signaltyp

In industriellen Umgebungen gibt es nicht nur Stromleitungen, sondern auch zahlreiche Signal- und Steuerleitungen. Signal-SPDs wurden speziell zum Schutz dieser Niederspannungsleitungen entwickelt, wie zum Beispiel:

● Netzwerk-/Ethernet-SPD

● RS-232/485/422 serieller Port SPD

● Analog-/Digital-I/O-SPD

● Koaxialkabel SPD (wird für Videoüberwachung, Antennen usw. verwendet)

Klassifizierung nach Montagestruktur

Steckbare Überspannungsschutzgeräte

Es sieht aus wie ein Adapter und wird direkt in eine Steckdose gesteckt. Es wird hauptsächlich zum Schutz eines einzelnen Geräts verwendet und gehört zum Typ 3.

Modulare Überspannungsschutzgeräte

Der standardmäßige modulare Aufbau ermöglicht die Montage auf einer DIN-Schiene in einem Verteilerschrank, genau wie ein Leistungsschalter. Dies ist die häufigste Form in industriellen Anwendungen und erleichtert die Installation, den Austausch und die Zustandsüberwachung (über Fernmeldekontakte). Typ 1 und Typ 2 sind meist von diesem Typ.

Überspannungsschutzgeräte in Kastenform

SPD-Module, Sicherungen oder Leistungsschalter sind in einem einzigen Schutzgehäuse integriert, das üblicherweise in Außen- oder Feldgerätekästen verwendet wird.

Wie baut man ein abgestuftes (gestuftes) Schutzsystem auf?

Eine einzelne SPD kann keinen perfekten Schutz bieten, daher ist eine abgestufte (oder abgestufte) Schutzstrategie erforderlich.

Prinzip des abgestuften Schutzes

Das Kernkonzept des abgestuften Schutzes ist die “stufenweise Entladung und schichtweise Klemmung”.”

Stufe 1 (Typ 1/Typ 1+2): An der Haupteingangsleitung absorbiert und entlädt es den Großteil der massiven Stoßenergie und begrenzt Überspannungen von mehreren Kilovolt auf ein niedrigeres Niveau (z. B. 1500–2500 V).

Stufe 2 (Typ 2): Am Verteilerfeld werden Restüberspannungen, die in die Stufe 1 eingedrungen sind, weiter abgeleitet und die Spannung auf ein sichereres Niveau (z. B. 1000–1500 V) begrenzt.

Stufe 3 (Typ 3): Am vorderen Ende des Geräts sorgt es für die endgültige Unterdrückung geringfügiger Restüberspannungen und bietet die niedrigstmögliche Restspannung (typischerweise unter 1000 V) und gewährleistet so die absolute Sicherheit der Präzisionsgeräteanschlüsse.

Zwischen den einzelnen SPD-Ebenen muss ein bestimmter Leitungsabstand (im Allgemeinen mehr als 10 Meter empfohlen) eingehalten werden, um die Leitungsimpedanz für die Energiekoordination zu nutzen. Wenn der Abstand nicht ausreicht, sind Entkopplungskomponenten (z. B. spezielle Entkopplungsinduktivitäten oder geeignete Sicherungen/Leistungsschalter) erforderlich, um sicherzustellen, dass jede SPD-Ebene in einer koordinierten Reihenfolge arbeitet.

Beispiel einer SPD-Konfiguration in typischen Industrieszenarien

Szenario: Automatisiertes Produktionslinien-Kontrollzentrum

Hauptverteilerraum (MDB): Installieren Sie SPDs vom Typ 1+2, um die Stromzufuhr zum gesamten Gebäude zu schützen.

Produktionslinien-Schaltschrank (SDB): Installieren Sie SPDs vom Typ 2, um die Stromversorgung zentraler Steuereinheiten wie SPS und Frequenzumrichter zu schützen.

Vorderseite des SPS-E/A-Moduls: Installieren Sie Signal-SPDs auf Steuersignalleitungen (z. B. 24 V DC).

Techniker-Arbeitsplatz: Verwenden Sie SPD-Buchsenplatinen vom Typ 3 an den Steckdosen, um den Computer und den Programmierer zu schützen.

Werkstatt-Netzwerk-Switch: Installieren Sie Ethernet-SPDs an den Netzwerk-Ports.

FAQ

Wie wählt man den geeigneten SPD-Typ basierend auf den Standortbedingungen aus?

Schritt 1: Bestimmen Sie den Installationsort. Wählen Sie T1 oder T1+2 für den Haupteingangsleitungsschrank; T2 für den Verteilerschrank; und T3 für das Geräte-Frontend.

Schritt 2: Überprüfen Sie die wichtigsten Parameter. Die maximale Dauerbetriebsspannung (Uc) muss größer sein als die höchste Spannung, die im örtlichen Stromnetz auftreten darf; Der Nennentladestrom (In) und der maximale Entladestrom (Imax) müssen den Anforderungen des Blitzschutzniveaus (LPL) des Installationsorts entsprechen. Der Spannungsschutzpegel (Up) sollte niedriger sein als der Spannungsfestigkeitswert des geschützten Geräts.

Schritt 3: Berücksichtigen Sie weitere Faktoren wie das Stromversorgungssystem (AC/DC), die Installationsmethode (modular/kastenförmig), die Statusanzeige und die Anforderungen an die Fernsignalisierungsfunktion.

Tägliche Inspektion und Wartung von Industrie-SPD

Regelmäßige Sichtprüfung: Überprüfen Sie das SPD auf physische Schäden wie Risse oder Brandflecken.

Beachten Sie die Statusanzeige: Die meisten SPDs verfügen über eine farbcodierte Fensteranzeige (grün/rot). Grün weist auf einen normalen Betrieb hin und Rot auf einen Fehler, der einen sofortigen Austausch erfordert.

Führen Sie ein Wartungsprotokoll: Notieren Sie das Installationsdatum, das Datum der Erstinspektion und die Einzelheiten der nachfolgenden Inspektion. Selbst im Normalzustand haben SPDs eine begrenzte Lebensdauer; Es wird empfohlen, sie regelmäßig (z. B. alle 3–5 Jahre) oder nach einem größeren Überspannungsereignis zu überprüfen oder auszutauschen.

Professionelle Tests: Verwenden Sie spezielle Instrumente, um den Leckstrom des Varistors zu messen und auf Leistungseinbußen zu prüfen.

Können Überspannungsschutzgeräte das Auslösen von Leistungsschaltern verhindern?

Die Hauptfunktion eines SPD besteht darin, zu verhindern, dass Geräte durch Überspannung beschädigt werden, und nicht darin, das Auslösen von Leistungsschaltern zu verhindern.

Abschluss

Wenn wir die technischen Prinzipien und Anwendungsszenarien verschiedener Arten von industriellen Überspannungsschutzgeräten (SPD) (t1, t2, t3) verstehen und diese mit einem umfassenden Schutz von Strom- und Signalleitungen kombinieren, können wir ein effektives hierarchisches (schrittweises) Schutzsystem aufbauen.

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