Verschiedene Arten von Überspannungsschutzgeräten (SPD)

1. Einführung

Überspannungen sind in modernen elektrischen Systemen lautlose Killer. Von der Haushaltselektronik bis zur industriellen Automatisierung und Solaranlagen kann bereits eine einzige vorübergehende Überspannung zu Ausfallzeiten, kostspieligen Reparaturen oder Geräteausfällen führen. Die Lösung? Überspannungsschutzgeräte (SPDs).

In diesem Leitfaden werden wir die verschiedenen Arten von Überspannungsschutzgeräten aufschlüsseln, ihre Funktionsweise erklären und ihre Anwendungen vergleichen. Am Ende wissen Sie genau, welche SPD-Typen zu Ihrem System passen – egal, ob es sich um ein Eigenheim, ein Rechenzentrum oder eine PV-Anlage handelt.

2. Was sind Überspannungsschutzgeräte?

A Überspannungsschutzgerät (SPD) ist eine Sicherheitskomponente, die in einem elektrischen System installiert wird, um transiente Überspannungen zu begrenzen, die durch Blitzeinschläge, Schaltereignisse oder Netzstörungen verursacht werden. Es leitet Überspannungsenergie sicher zur Erde ab und schützt so angeschlossene Geräte.

Stellen Sie sich ein SPD wie ein Druckentlastungsventil vor: Es stoppt den Druckstoß nicht, aber es leitet die überschüssige Energie von der empfindlichen Elektronik weg.

3. Wie funktioniert der Überspannungsschutz?

SPDs basieren auf Komponenten wie Metalloxid-Varistoren (MOVs), Gasentladungsröhren (GDTs) und Funkenstrecken. Wenn die Spannung einen sicheren Schwellenwert (Uc) überschreitet, schaltet das SPD in den Leitungsmodus und begrenzt die Überspannung auf eine niedrigere Restspannung (Up).

Zu verstehende Schlüsselparameter:

• Uc (Maximale Dauerbetriebsspannung): die normale Spannung, die das SPD verarbeiten kann.

• Up (Spannungsschutzstufe): Klemmspannung, die nachgeschaltete Geräte “sehen” können.”

• In / Imax (Nenn- und Maximalentladestrom): wie viel Stoßstrom das Gerät aufnehmen kann.

• Iimp (Impulsstrom): spezifisch für Typ 1, der Blitzwellenformen darstellt.

4. Arten von Überspannungsschutzgeräten

Das Verständnis der SPD-Typen ist der Schlüssel zum Entwurf eines mehrschichtigen Überspannungsschutzes. Internationale Standards wie z IEC 61643-11 (AC), IEC 61643-31 (DC/PV), Und UL 1449 (Nordamerika) Definieren Sie verschiedene Klassen basierend auf Testwellenformen, Energiekapazität und Installationsort.

Im Folgenden werden die verschiedenen Arten von Überspannungsschutzgeräten (SPDs), die Ihnen begegnen, mit ihren technischen Rollen und Anwendungshinweisen aufgeschlüsselt.

4.1 SPDs vom Typ 1 (IEC 61643-11, Klasse I, 10/350 µs)

• Definition: Entwickelt, um Teilblitzströme abzuleiten. Getestet mit der 10/350-µs-Impulswellenform (Iimp), die einen direkten Blitzeinschlag darstellt.

• Installationsort: Serviceeingang, normalerweise vor dem Hauptverteiler. Wird häufig in Gebäuden verwendet, die mit einem externen Blitzschutzsystem (LPS) ausgestattet sind.

• Schlüsselparameter:

  • Iimp (Impulsstrom): Bemessungs-Blitzstromkapazität.

  • Uc (Maximale Dauerbetriebsspannung): stellt sicher, dass im Normalbetrieb keine Schäden entstehen.

  • Up (Spannungsschutzpegel): Restspannung, die von nachgeschalteten Schaltkreisen wahrgenommen wird.

• Verwendete Technologie: Funkenstrecken, Hochleistungs-MOVs oder Hybridkonstruktionen.

• Anwendungsfälle:

  • Industrieanlagen, Telekommunikationstürme, Krankenhäuser.

  • Hohe Gebäude in Regionen mit hoher Blitzdichte.

• Beispiel: Eine Fabrik mit Blitzableitern auf dem Dach benötigt SPDs vom Typ 1 an der Haupteingangsversorgung.

4.2 Typ-2-SPDs (IEC 61643-11, Klasse II, 8/20 µs)

• Definition: Bewältigt Schaltstöße und indirekte Blitzeffekte. Getestet mit 8/20 µs Stromwellenform (In, Imax).

• Installationsort: Haupt- oder Unterverteiler innerhalb der Anlage.

• Schlüsselparameter:

  • In (Nennentladestrom): Beständigkeit bei mehreren Überspannungen.

  • Imax (Maximaler Entladestrom): maximale Stoßstromfähigkeit.

  • Oben: Muss sowohl mit Upstream-Typ 1 als auch mit Downstream-Typ 3 koordiniert werden.

• Verwendete Technologie: MOV-basierte Module, oft steckbar für einfachen Austausch.

• Anwendungsfälle:

  • Wohnhäuser, Bürogebäude, Einzelhandelsgeschäfte.

  • Standardschutz in Bereichen mit mäßigem Überspannungsrisiko.

• Beispiel: Ein kleines Büro ohne externes LPS würde typischerweise Typ-2-SPDs in der Hauptplatine verwenden.

Möchten Sie eine detaillierte Aufschlüsselung? Lesen Sie unseren vollständigen Leitfaden: Was ist ein Überspannungsschutzgerät vom Typ 2?

4.3 SPDs vom Typ 3 (IEC 61643-11, Klasse III, Combo-Welle)

• Definition: Feiner Schutz für Endgeräte. Getestet mit Kombinationswelle (1,2/50 µs Spannung + 8/20 µs Strom).

• Installationsort: Möglichst nahe am geschützten Gerät (Steckdose, Geräteeingang).

• Schlüsselparameter:

  • Oben: Sehr niedriges Klemmniveau zum Schutz empfindlicher Lasten.

  • Muss in Abstimmung mit Upstream-Typ 2 verwendet werden.

• Verwendete Technologie: MOVs kombiniert mit Filtern für zusätzliche Dämpfung.

• Anwendungsfälle:

  • Computer, LED-Treiber, medizinische Elektronik und Steuerungssysteme.

• Beispiel: Für ein Krankenhaus-MRT-Gerät ist ein SPD vom Typ 3 in der Nähe des Geräts erforderlich, das mit dem vorgeschalteten Typ 2 zusammenarbeitet.

Erfahren Sie mehr in unserem speziellen Artikel: Was ist ein Überspannungsschutz vom Typ 3?

4.4 T1+T2-Kombinations-SPDs

• Definition: Eine einzelne SPD-Einheit, getestet für Wellenformen der Klasse I (10/350 µs) und der Klasse II (8/20 µs).

• Nutzen: Schützt sowohl vor direktem Blitzeinschlag als auch vor Schaltüberspannungen in einem Gerät.

• Installationsort: Serviceeingang, wenn der Platz oder das Budget mehrere Geräte begrenzt.

• Anwendungsfälle:

  • Mittelgroße Gewerbe- oder Wohngebäude benötigen kompakte Lösungen.

  • Standorte, an denen die Koordination zwischen den einzelnen Typen 1 und 2 schwierig ist.

• Beispiel: In der Hauptschalttafel eines Einkaufszentrums kann zur Vereinfachung des Schutzes ein T1+T2-SPD installiert werden.

4.5 T2+T3-Kombinations-SPDs

• Definition: Hybridgeräte werden auf die Leistung der Klassen II und III getestet.

• Nutzen: Bietet sowohl Schutz auf Verteilungsebene als auch auf Terminalebene.

• Installationsort: Unterschränke in der Nähe empfindlicher Lasten, insbesondere wenn die Kabellänge 10 m überschreitet.

• Anwendungsfälle:

  • Rechenzentren, Serverräume, industrielle Schaltschränke.

• Beispiel: Eine Fabrikautomationslinie mit langen Kabelwegen zu SPS kann ein T2+T3-SPD in der Nähe der SPS-Schalttafeln verwenden.

4.6 SPDs vom Typ 4 (UL 1449, nur Nordamerika)

• Definition (UL 1449): Komponentenbaugruppen sind nicht als eigenständige Geräte gedacht, sondern in OEM-Geräte integriert.

• Unterkategorien:

  • Typ-4-Komponentenbaugruppen (CA): vorverpackte SPD-Teile für Hersteller.

  • Komponenten vom Typ 5: Roh-MOVs oder GDTs.

• Installationsort: In Geräten, Netzteilen oder maßgeschneiderten Panels.

• Anwendungsfälle:

  • OEMs entwickeln überspannungsgeschützte Geräte.

  • Spezialisierte Industrieausrüstung auf dem nordamerikanischen Markt.

• Beispiel: Ein USV-Hersteller integriert SPD-Baugruppen vom Typ 4 in seine Produkte.

4,7 PV/DC-SPDs (IEC 61643-31, bis zu 1500 VDC)

• Definition: Überspannungsschutzgeräte für Photovoltaik- und Gleichstromkreise.

• Teststandards: IEC 61643-31 legt Anforderungen für Gleichstromanwendungen fest.

• Installationsort: PV-Array-Anschlusskästen, Wechselrichter und DC-Verteiler.

• Schlüsselparameter:

  • Ucpv: Bemessungsdauer-PV-Spannung (600 V, 1000 V, 1500 V).

  • In / Imax: Stoßstrombehandlung auf der DC-Seite.

  • Reaktionszeit: muss für halbleiterbasierte Wechselrichter schnell genug sein.

• Anwendungsfälle:

  • Solarparks im Versorgungsmaßstab, PV-Dachanlagen, Batteriespeicher.

• Beispiel: Es wird ein Solarpark mit 1500 VDC benötigt T1+T2 PV-SPDs an Generatoranschlusskästen und Wechselrichtereingängen.

Profi-Tipp für Leser: Verwenden Sie immer a koordiniertes SPD-System. Typ 1 am Eingang, Typ 2 an Unterschalttafeln und Typ 3 in der Nähe kritischer Lasten. Fügen Sie für PV DC-SPDs vom Typ 2 oder T1+T2 gemäß IEC 61643-31 hinzu.

5. Typ 1 vs. Typ 2 vs. Typ 3 SPD-Geräte

Wenn Sie tiefer eintauchen möchten, schauen Sie sich hier unseren speziellen Blog zu diesem Thema an:
Unterschied zwischen SPDs vom Typ 1, Typ 2 und Typ 3

Hier ist ein kurzer Vergleich, der Ihnen bei der Auswahl des richtigen SPD-Typs hilft:

Überblick

• SPDs vom Typ 1 Bewältigen Sie energiereiche, direkte Blitzeinschläge (10/350 µs).

• SPDs vom Typ 2 Reduzieren Sie Schaltstöße und indirekte Stöße (8/20 µs).

• SPDs vom Typ 3 Schützen Sie empfindliche Geräte auf der letzten Meile (Kombinationswellenform).

6. So installieren und koordinieren Sie Überspannungsschutzgeräte (SPD)

Die richtige Installation ist ebenso wichtig wie die Auswahl der richtigen Arten von Überspannungsschutzgeräten (SPD). Eine unsachgemäße Verkabelung oder schlechte Koordination kann die Schutzniveaus beeinträchtigen, selbst wenn das SPD selbst den IEC- oder UL-Standards entspricht. Basierend auf IEC 61643-11, IEC 61643-31, UL 1449 und den technischen Richtlinien unseres Unternehmens sind hier die wichtigsten Best Practices:

1. Regel der kürzesten Verbindung

• Halten Sie alle SPD-Anschlussleitungen so kurz und gerade wie möglich, idealerweise ≤ 0,5 m (wie in unserem technischen Handbuch empfohlen).

• Lange Leitungen führen zu einem induktiven Spannungsanstieg, der die vom geschützten Gerät wahrgenommene Restspannung (Up) erhöht.

2. Korrekte Leitergröße

• Verwenden Sie entsprechend dem SPD-Typ dimensionierte Leiter:

  • Typ 1 SPD: mindestens 16 mm² Kupfer (energiereicher Blitzstrom, Iimp).

  • Typ 2 SPD: mindestens 6 mm² Kupfer.

  • Typ 3 SPD: Beachten Sie die Angaben des Herstellers, typischerweise kleinere Querschnitte aufgrund geringerer Ströme.

• Verwenden Sie immer Kupferleiter mit niedriger Impedanz und vermeiden Sie scharfe Biegungen.

3. Potenzialausgleich

• Alle SPDs müssen an die gleiche Haupterdungsschiene oder das gleiche Potenzialausgleichssystem angeschlossen werden.

• Durch die Erdung wird sichergestellt, dass Überspannungsenergie sicher zur Erde abgeleitet wird, wodurch gefährliche Potenzialunterschiede zwischen Stromkreisen vermieden werden.

4. SPD-Koordination

• Hierarchie des Spannungsschutzpegels (Up): Upstream-SPDs (Typ 1) sollten immer einen höheren Up haben als Downstream-SPDs (Typ 2/3).

• Abstandsregel: Wenn das Kabel zwischen SPDs und geschützten Lasten länger als 10 m ist, installieren Sie für einen besseren Schutz ein zusätzliches nachgeschaltetes SPD (z. B. Typ 3).

• Parallele Koordination: Stellen Sie bei mehrstufigem Schutz (Typ 1 + Typ 2 + Typ 3) eine ordnungsgemäße Energieverteilung sicher, damit kein einzelnes Gerät überlastet wird.

5. Backup-Schutz (OCPD)

• Verwenden Sie immer spezielle Sicherungen oder Schutzschalter, um das SPD selbst zu schützen.

• In unserem Handbuch sind die Sicherungswerte der Vorsicherung je nach SPD-Modell und Imax/Iimp angegeben.

• UL 1449 erfordert außerdem einen geeigneten Überstromschutz, um eine Überhitzung oder einen Ausfall des SPDs bei extremen Ereignissen zu verhindern.

Profi-Tipp: Überprüfen Sie stets die Einhaltung IEC 61643-11 (AC-SPDs), IEC 61643-31 (PV/DC-SPDs), oder UL 1449 (Nordamerika), je nach Region. Durch die richtige Installation und Koordination wird die Lebensdauer des SPD maximiert und die Sicherheit des gesamten elektrischen Systems gewährleistet.

7. Fazit

Die Arten von Überspannungsschutzgeräten sind nicht austauschbar – jedes spielt eine einzigartige Rolle beim Schutz elektrischer Systeme.

• Typ 1 schützt vor direkten Blitzeinschlägen.

• Typ 2 ist das Arbeitstier für Verteiler.

• Typ 3 schützt Ihre empfindlichste Elektronik.

• Kombinationen und PV/DC-SPDs decken spezialisierte und erneuerbare Anwendungen ab.

Durch das Verständnis der SPD-Typen, ihrer Standards und Installationsregeln können Sie einen mehrschichtigen Schutz entwerfen, der Sicherheit gewährleistet, Ausfallzeiten minimiert und Investitionen schützt.