Klassifizierung von SPDs

Ein Überspannungsschutzgerät (SPD) schützt elektrische Systeme und Geräte vor Überspannungsereignissen, indem es transiente Spannungen begrenzt und Überspannungen ableitet.

Die wichtigen technischen Merkmale von SPD:

• Maximale Dauerbetriebsspannung (Uc)

• Blitzstoßstrom (Iimp)

• Nennentladestrom (I)

• Spannungsschutzpegel (Up)

• Kurzschlussfestigkeit (Isccr)

• Freilaufunterbrechungsfähigkeit bei Uc (Ifi)

• Transiente Überspannung (TOV)

Diese Parameter bestimmen die Leistung des SPD unter verschiedenen Fehlerbedingungen und müssen sorgfältig an die Spannung des Systems, den Installationsort und die erwartete Überspannungsumgebung angepasst werden.

SPD-Kategorien oder -Typen

SPDs werden im Allgemeinen auf der Grundlage interner Arbeitsprinzipien und Standardtestmethoden klassifiziert.

Nach Komponentenverhalten

Die zwei Haupttypen von SPDs sind:

• Spannungsbegrenzende Komponenten

• Spannungsschaltkomponenten

Die meisten modernen SPDs enthalten beide Komponententypen, um die Vorteile beider zu kombinieren und ihre jeweiligen Schwächen zu verringern.

Zu den spannungsbegrenzenden Komponenten gehören:

• Metalloxid-Varistoren (MOVs)

• Transientenspannungsunterdrückungsdioden (TVS).

Zu den Spannungsschaltkomponenten gehören:

• Gasentladungsröhren (GDTs)

• Funkenstrecken

Diese Komponenten unterscheiden sich in der Reaktionsgeschwindigkeit, der Energieaufnahmekapazität und den Alterungseigenschaften.

SPD-Klassifizierung nach Standards

Gemäß ANSI/IEEE C62.41, IEC 61643-11 und VDE-Klassifizierung gibt es drei Standard-SPD-Typen, basierend auf ihrer getesteten Wellenform und Anwendungsebene.

Typ 1 SPD

• Getestet mit Impulsentladungsstrom Iimp (typischerweise 10/350 µs)

• Auch mit 8/20 µs Stromimpulsen getestet

• Konzipiert für die Installation am Serviceeingang

• Schützt vor direktem Blitzstrom und energiereichen Überspannungen

Typ 2 SPD

• Getestet mit Nennentladestrom in (8/20 µs)

• Optional getestet mit maximalem Entladestrom Imax (8/20 µs)

• Hinweis: Imax wird nicht als Grundlage für die SPD-Auswahl empfohlen

• Für SPDs mit spannungsschaltenden Bauteilen, auch geprüft mit 1,2/50 µs Spannungsimpulsen.

• Wird an Unterverteilern oder Geräteeingängen installiert

• Schützt vor Schaltüberspannungen und indirektem Blitzschlag

Typ 3 SPD

• Getestet mit einem Kombinationswellengenerator:

  • Leerlaufspannung Uoc (1,2/50 µs)

  • Kurzschlussstrom Icw (8/20 µs)

  • Nominale Ausgangsimpedanz: 2 Ω

• Für optimalen Schutz in der Nähe empfindlicher Endgeräte installiert

SPD-Anwendungen in Energiesystemen

SPDs werden in einer Vielzahl von AC- und DC-Systemen eingesetzt, für die jeweils spezifische Design- und Auswahlanforderungen gelten.

1. Anwendungen von Wechselstromsystemen

In Wechselstromverteilungssystemen werden SPDs hauptsächlich zum Schutz von Geräten und Stromnetzen vor transienten Überspannungen eingesetzt, die durch Blitzeinschläge, Netzumschaltungen und Fehlerbeseitigungsereignisse verursacht werden.

• SPDs vom Typ 1: Wird an Hauptverteilern installiert, um Überspannungen mit hoher Energie zu bewältigen

• SPDs vom Typ 2: Zum lokalen Schutz stromabwärts installiert

SPDs für Wechselstrom müssen der Nennspannung und Uc des Systems entsprechen und gleichzeitig eine ausreichende Kurzschlussfestigkeit (Isccr) bieten.

Zu den typischen internen Komponenten gehören:

• MOVs für schnelle Reaktion und Spannungsbegrenzung

• GDTs für die Handhabung hoher Energie und die Isolierung gegen Leckagen

Die Kombination aus beidem sorgt für schnelle Unterdrückung und Langlebigkeit.

2. Anwendungen von Gleichstromsystemen

Gleichstromsysteme wie:

• Telekommunikations-Basisstationen

• Industrielle Schaltschränke

• Batteriespeicher

• Laden von Elektrofahrzeugen

• Solar-DC-Busse

…erfordern SPDs, die speziell für kontinuierliche Gleichspannung ausgelegt sind, bei denen es keinen Nulldurchgang gibt und die Lichtbögen aushalten können.

DC-SPDs:

• Verwenden Sie normalerweise Hochspannungs-MOVs

• Muss eine hohe Dauergleichspannung ohne Überhitzung bewältigen

• Installiert an DC-Panels, Wechselrichtereingängen oder Batteriebänken

• Vermeiden Sie Systemausfälle aufgrund von Überspannungen oder Schaltgeräuschen

3. Anwendungen von Photovoltaik-Systemen (PV).

PV-Systeme erfordern hohe Gleichspannungen (bis zu 1500 VDC), große Feldflächen und sind aufgrund der Dach- oder Feldmontage häufig Blitzüberspannungen ausgesetzt.

PV-spezifische SPDs müssen Folgendes erfüllen:

• IEC 61643-31

• EN 50539-11

Sie werden eingesetzt bei:

• DC-Seite: Zwischen der PV-Anlage und dem Wechselrichter

• Wechselrichtereingang: Für den internen DC-Bus-Schutz

• AC-Seite: Zwischen Wechselrichter und Netzschnittstelle

Zu den Anforderungen gehören:

• Hoher MCOV (Uc)

• Niedrige Schutzstufe (Hoch)

• Lange Stoßlebensdauer

• Witterungs- und UV-Beständigkeit (für Outdoor-DC-Boxen)

Gut platzierte PV-SPDs reduzieren die Kosten für den Austausch von Geräten und verbessern die Systemzuverlässigkeit und den ROI.

Iimp vs. Imax in SPD-Bewertungen verstehen

Impulsentladestrom (Iimp)

• Charakteristisch für Typ-1-SPD

• Simuliert einen direkten Blitzeinschlag

• Getestet mit 10/350 µs Wellenform

• Stellt die Fähigkeit der SPD dar, einen einzelnen extremen Anstieg zu bewältigen

• Geeignet für Gebäudeeinführungspunkte oder nachgeschaltete Blitzableiter

Maximaler Entladestrom (Imax)

• Charakteristisch für Typ-2-SPD

• Simuliert mehrere Überspannungen niedrigerer Energie durch Schaltvorgänge oder indirekte Blitze

• Getestet mit 8/20 µs Wellenform

• Spiegelt die langfristige Überspannungsfestigkeit wider

• Geeignet für Verteilertafeln und den Schutz auf Geräteebene

Zusammenfassend:

• Iimp = Höchste Ausdauer bei seltenen, energiereichen Ereignissen

• Imax = Wiederholte Ausdauer für häufige Transienten mit niedrigerer Energie
  Beides ist für den Aufbau einer mehrstufigen SPD-Schutzstrategie von wesentlicher Bedeutung.

Abschluss

Überspannungsschutzgeräte sind für moderne Energiesysteme unerlässlich, da sie die Sicherheit der Geräte und die Kontinuität der Stromversorgung gewährleisten. Ihre Klassifizierung in Typ 1, 2 und 3 sowie das Verständnis technischer Parameter wie Uc, Up, Iimp und Imax sind für die richtige Auswahl und Implementierung von entscheidender Bedeutung.

Ganz gleich, ob es sich um den Schutz von Wechselstromsystemen, Gleichstromautomatisierung oder Solar-PV handelt: Die Auswahl des richtigen SPD mit geeigneten Nennwerten trägt dazu bei, Schäden zu reduzieren, die Betriebs- und Wartungskosten zu senken und die Systemlebensdauer zu verlängern.

Ein ausgereifter SPD-Plan ist eine kleine Investition, die Ihre große Infrastruktur vor irreversiblen Schäden schützt.