Überspannungsschutzgeräte (SPDs) verstehen

Die Notwendigkeit eines Überspannungsschutzes

Die heutige Welt ist voll von elektronischen Produkten und Elektrogeräten, die anfällig für Schäden durch Überspannungen sind

Durch statische Entladungen, kapazitive und induktive Lasten oder Blitzeinschläge verursachte Überspannungen können hochentwickelte elektronische Geräte und Komponenten, die in industriellen und kommerziellen Anwendungen verwendet werden, schnell zerstören. Diese Überspannungen legen den Betrieb lahm – insbesondere die Daten- und Kommunikationssysteme, auf die praktisch jedes Unternehmen heute angewiesen ist.,

Überspannungsschutzanforderungen der 18. Ausgabe

Während die 17. Ausgabe auf der Grundlage der Wahrscheinlichkeit eines Blitzeinschlags – der Hauptursache für Stromstöße – nach den AQ-Kriterien arbeitete, berücksichtigt BS7671:2018 stattdessen die Folgen eines Blitzschlags und der damit verbundenen Stromstöße. Die Vorschrift 443.4 besagt nämlich, dass ein SPD installiert werden muss, wenn die Folgen einer Überspannung Folgendes umfassen:

• ‘Schwere Verletzung oder Verlust von Menschenleben’
• ‘Unterbrechung öffentlicher Dienstleistungen und/oder Schädigung des kulturellen Erbes’
• ‘Unterbrechung der gewerblichen oder industriellen Tätigkeit’
• ‘Betrifft eine große Anzahl zusammengetroffener Personen’

Das bedeutet im Endeffekt, dass nun alles außer kleinen Wohnhäusern über einen angemessenen Überspannungsschutz verfügen muss.

Ursachen und Folgen elektrischer Überspannungen

Die meisten Stromstöße werden entweder durch Blitzeinschläge oder Stromumschaltungen verursacht. Ein Blitz kann einen Strom von 200.000 A übertragen und ist besonders gefährlich, da der Überschlag einen Brand oder einen Stromschlag verursachen kann. Schaltstöße, die durch das Abschalten großer induktiver Lasten verursacht werden, sind in der Regel weniger extrem, treten aber häufiger auf und können die Lebensdauer von Systemkomponenten einschränken.

• Blitzeinschläge – großflächiger Einschlag, hoher Strom und hohe Spannung, aber seltenes Vorkommen.
• Leistungsumschaltung – Zunehmende Vorkommnisse:

1. Schalten von Versorgungs- und Kundenlasten – Motoren, große Lasten, Fehler, Kondensatorbänke, Betrieb von Sicherungen und Leistungsschaltern usw.
2. Quellenwechsel – Smart Grid, Stromaggregate, Photovoltaikanlagen und Windenergieerzeugung usw.

Im Sinne von SPDs dienen sie dazu, Schäden an allen Teilen einer Elektroinstallation und angeschlossenen Geräten zu verhindern. Dies wird durch vorübergehende Überspannungen verursacht, die die Nennfestigkeit elektrischer Geräte überschreiten und dadurch Schäden wie verbrannte Komponenten, verschlechterte Isolierung und sogar geschmolzene Drähte verursachen.

Arten von Überspannungsschutzgeräten

Es gibt drei Haupttypen von Überspannungsschutzgeräten, die üblicherweise verwendet werden, je nachdem, wo sie innerhalb einer Installation installiert werden.

Erstens sind SPDs vom Typ 1 in der Lage, Teilblitzströme mit einer Wellenform von 10/350 µs abzuleiten. Dadurch eignen sie sich für die Installation auf der Versorgungsseite des Haupt-Serviceeingangs und schützen die gesamte Installation einschließlich des Service-Panels vor Überspannung. Typischerweise verwenden sie eine Funkenstrecke, um die Überspannung zur Erde zu leiten und zu verhindern, dass sie das Gebäude erreicht.

Zweitens sollen SPDs vom Typ 2 die an eine Anlage angeschlossenen Geräte schützen. Sie werden auf der Lastseite des Hauptnetzeingangs zwischen Phase-Neutralleiter oder Phase-Phase positioniert und verhindern die Ausbreitung von Überspannung durch einen Metalloxid-Varistor (MOV) mit einer 8/20µs-Stromwelle. MOVs behalten einen sehr hohen Widerstand bei, bis eine Stoßspannung auftritt. Dann sinkt der Widerstand dramatisch und überschüssiger Strom kann zur Erde geleitet werden.

Schließlich sind Typ-3-SPDs viel kleiner dimensioniert und sollten nur in Verbindung mit einem Typ-2-Gerät verwendet werden. Sie wurden speziell für den Schutz empfindlicher Geräte wie Fernseher und Computer vor Überspannung entwickelt. Ihre Spannungswellen liegen in der Regel bei etwa 1,5/50 µs und Stromwellen bei etwa 8/20 µs.

Auswahl und Anwendung von AC-Stromversorgungssystem-SPD

Nachdem die erforderliche SPD-Klasse ermittelt wurde, müssen die richtige Spannung und Konfiguration ermittelt werden.

TN-C-System

Bei diesem System werden der Neutralleiter und der Schutzleiter im gesamten System in einem einzigen Leiter zusammengefasst. Dieser Leiter wird als PEN bezeichnet, ein “Protective Earth & Neutral”. Alle freiliegenden leitfähigen Geräteteile sind mit dem PEN verbunden.

TN-S-System

Bei diesem System wird durchgehend ein separater Neutral- und Schutzleiter verlegt. Der Schutzleiter (PE) ist normalerweise ein separater Leiter, kann aber auch der Metallmantel des Stromkabels sein. Alle freiliegenden leitfähigen Geräteteile sind mit dem PE-Leiter verbunden.

TN-C-S-System

Bei diesem System ist die Einspeisung nach TN-C konfiguriert, während die Nachinstallation nach TN-S konfiguriert ist. Der kombinierte PEN-Leiter befindet sich typischerweise zwischen der Umspannstation und dem Eintrittspunkt in das Gebäude, und Erde und Neutralleiter werden in der Hauptverteilungstafel getrennt. Dieses System wird auch als Protective Multiple Earthing (PME) oder Multiple Earthed Neutral (MEN) bezeichnet. Der Versorgungs-PEN-Leiter ist an mehreren Punkten im gesamten Netzwerk und im Allgemeinen so nahe wie möglich geerdetmöglichst am Einstiegspunkt des Verbrauchers.

TT-SYSTEM

Ein System, bei dem ein Punkt der Energiequelle geerdet ist und die freiliegenden leitenden Teile der Anlage an unabhängige geerdete Elektroden angeschlossen sind. Der Neutralleiter der eingehenden Versorgung ist am Hauptverteiler nicht geerdet.

Damit Überstromschutzgeräte (Sicherungen und Leistungsschalter) im TT-System ordnungsgemäß funktionieren, ist es wichtig, dass SPDs nicht direkt von der Phase zur Schutzerde, sondern von der Phase zum Neutralleiter und vom Neutralleiter zur Erde angeschlossen werden dürfen. Daher überträgt das Neutral-zu-PE-SPD sowohl den PE-zu-Neutral-Impulsstrom als auch den PE-zu-Phase-Impulsstrom. Es wird empfohlen, dass es sich bei dieser SPD um eine GDT (Gasentladungsröhre) handelt, da sie im Allgemeinen über bessere Energiehandhabungseigenschaften verfügt.

IT-SYSTEM

Bei einem System besteht keine direkte Verbindung zwischen spannungsführenden Teilen und der Erde, sondern alle freiliegenden leitenden Teile der Anlage sind mit unabhängigen geerdeten Elektroden verbunden. Die Quelle ist entweder erdfrei oder über eine hohe Impedanz geerdet (um Fehlerströme zu begrenzen). Dies bedeutet, dass die Systeme während eines Phase-Erde-Fehlers weiter betrieben werden. Dies wird erkannt und es werden Wartungsmaßnahmen eingeleitet, um den Fehler zu beheben. Während dieser Zeit steigt jedoch die Phase-Erde-Spannung auf das übliche Leitungsniveau anNetzspannung und installierte SPDs müssen dieser Zeit standhalten. Die meisten installierten IT-Systeme nutzen keinen Neutralleiter – die Geräte werden von Leitung zu Leitung mit Strom versorgt. Typischerweise wird das IT-System in älteren Anlagen in Ländern wie Norwegen und Frankreich eingesetzt. Es kommt auch in Sonderanwendungen zum Einsatz, beispielsweise auf Intensivstationen von Krankenhäusern und in speziellen industriellen Anwendungen.

Koordination des Überspannungsschutzes

SPDs sollten einen Schutzpegel haben, der deutlich unter der Nennstoßspannungsfestigkeit liegt. Auch SPDs sollten immer vom gleichen Hersteller sein.

Ein wichtiger zu berücksichtigender Faktor bei der Installation eines Überspannungsschutzes ist die Gesamtlänge der Leitungen, die das SPD mit der Installation verbinden. Sie sollten so kurz wie möglich sein, vorzugsweise insgesamt weniger als 0,5 m und auf keinen Fall mehr als 1 m. SPDs sollten immer gemäß den Anweisungen des Herstellers und vorzugsweise auf der Versorgungsseite von RCDs installiert werden.