Unternehmensnachrichten über Was bedeutet SPD in Elektrotechnik?

Wenn eine elektrische Überspannung auftritt, kann eine Spannung, die weit über den zulässigen Spitzenspannungspegeln liegt, über Gebäudestromkreise zu elektrischen Geräten gelangen. Ohne angemessenen Schutz ist dieses Gerät anfällig für Schäden oder Ausfälle durch Spannungsspitzen. Die Art des erforderlichen Schutzes
Zur Beseitigung dieser Spitzen kann ein Überspannungsschutzgerät (SPD) dienen.

Um das richtige SPD festzulegen, müssen Sie die mit seiner Anwendung verbundenen Bewertungen identifizieren und verstehen. Mit einem SPD sind viele Leistungswerte und Nennwerte verbunden, wie z. B. die maximale Dauerbetriebsspannung (MCOV), der Spannungsschutzwert (VPR), der Nennentladestrom (In) und der Kurzschlussstromwert (SCCR). Der am häufigsten missverstandene Wert ist der Stoßstromwert, der normalerweise in Kiloampere (kA) angegeben wird.

Welche Art von Überspannungsschutzgeräten (SPD) gibt es?

Der Typ der Überspannungsschutzgeräte (SPD) ist eine Klassifizierungsmethode zur Kategorisierung von Geräten, die elektrische Systeme vor Überspannungen schützen, basierend auf ihren Schutzfunktionen, Installationsorten und der Fähigkeit, verschiedenen Überspannungen standzuhalten. SPDs werden nach zwei wichtigen Standards klassifiziert: IEC (International Electrotechnical Commission) und UL (Underwriters Laboratories). Jede Norm hat ihre eigene Klassifizierung und Anforderungen, um sicherzustellen, dass die Geräte elektrische Systeme vor Überspannungsereignissen schützen.

Art der Überspannungsschutzgeräte gemäß IEC-Standard

Die Norm IEC 61643-11 legt Leistungsanforderungen und Testmethoden für SPDs fest, die in Wechselstromsystemen verwendet werden. Gemäß dieser Norm werden SPDs in drei Haupttypen mit den folgenden Merkmalen eingeteilt:

Typ 1 SPD (Klasse I):

- Funktion: Schützt die elektrische Anlage vor direkten Blitzeinschlägen.
- Installationsort: Installiert am Systemeingang, in der Nähe des Hauptverteilerkastens.
- Stoßwellenform: 10/350 µs. Diese Wellenform simuliert direkte Blitzeinschläge mit einer Anstiegszeit bis zum Höhepunkt in 10 µs und einem Abfall auf 50 % in 350 µs.
- Stoßstromfestigkeit (Iimp): Hoch, typischerweise ab 10 kA aufwärts.
- Nennentladestrom (In): Ab 10 kA aufwärts, gemäß IEC 61643-11, Klasse I. Dies ist der Strom, dem das SPD mehrere Male standhalten kann, ohne Schaden zu nehmen.
- Spannungsschutzpegel (oben): Von 1,5 kV bis 2 kV. Up ist die maximale Spannung, die das SPD während der Entladung durchlässt.
- Einsatzgebiete: Geeignet für Hochhäuser, Industrieanlagen und Bereiche mit hohem Blitzrisiko.

Typ 2 SPD (Klasse II):

- Funktion: Schützt die elektrische Anlage vor Überspannungen durch indirekte Blitzeinschläge oder Schaltvorgänge.
- Installationsort: Installiert an Unterverteilertafeln oder nach einem Typ-1-SPD.
- Stoßwellenform: 8/20 µs. Diese Wellenform simuliert Stoßspannungen, die sich innerhalb des elektrischen Systems ausbreiten, mit einer Anstiegszeit bis zum Spitzenwert in 8 µs und einem Abfall auf 50 % in 20 µs.
- Nennentladestrom (In): Mittel, typischerweise 5 kA bis 20 kA. Dies ist der Strom, den die SPD mehrere Male ohne Schaden aushalten kann.
- Spannungsschutzpegel (oben): Von 1,5 kV bis 2 kV. Up ist die maximale Spannung, die das SPD während der Entladung durchlässt.
- Anwendungen: Geeignet für Gewerbegebiete, Wohngebiete und Regionen mit mäßigem Blitzrisiko.

Typ 3 SPD (Klasse III):

- Funktion: Schützt empfindliche elektronische Geräte vor Reststoßspannungen, nachdem diese durch SPDs vom Typ 1 und Typ 2 gedämpft wurden.
- Installationsort: In der Nähe empfindlicher elektronischer Geräte wie Steckdosen, Kleinverteiler oder Endgeräte installiert.
- Stoßwellenform: 8/20 µs und 1,2/50 µs. Diese Wellenformen simulieren Reststöße mit schnelleren Anstiegszeiten (1,2 µs) und langsameren Abfallzeiten (50 µs).
- Nennentladestrom (In): Niedrig, typischerweise weniger als 5 kA.
- Spannungsschutzpegel (oben): Von 1 kV bis 1,5 kV. Up ist die maximale Spannung, die das SPD während der Entladung durchlässt.
- Anwendungen: Geeignet für empfindliche elektronische Geräte wie Computer, Telekommunikationsgeräte und medizinische Geräte.

Art der Überspannungsschutzgeräte gemäß UL-Standard

Die Norm UL 1449 legt Anforderungen für SPDs fest, die in elektrischen Systemen in Nordamerika verwendet werden. Gemäß dieser Norm werden SPDs in vier Typen eingeteilt:

Typ 1 SPD:

- Funktion: Schützt vor Überspannungen, die durch direkte oder nahegelegene Blitzeinschläge von außerhalb des Stromnetzes verursacht werden.
- Installationsort: Installiert vor dem Stromzähler, entweder vor oder nach dem Hauptleistungsschalter.
- Stoßstromfestigkeit: Entwickelt, um hohen Stoßströmen standzuhalten.
- Anwendungen: Geeignet für große Industrie- und Gewerbegebäude.

Typ 2 SPD:

- Funktion: Schützt vor Überspannungen, die sich innerhalb der Anlage oder aus dem Stromnetz ausbreiten.
- Installationsort: Installiert nach dem Hauptleistungsschalter oder an Unterverteilertafeln.
- Stoßstromfestigkeit: Entwickelt, um Stoßströmen aus dem Stromnetz oder internen Systemfehlern standzuhalten.
- Anwendungen: Geeignet für Wohn- und Gewerbegebiete.

Typ 3 SPD:

- Funktion: Schützt empfindliche elektronische Geräte vor Restüberspannungen.
- Installationsort: Installiert an Steckdosen oder in der Nähe empfindlicher Geräte.
- Stoßstromfestigkeit: Entwickelt, um Reststoßströmen nach dem Durchgang durch SPDs vom Typ 1 und Typ 2 standzuhalten.
- Anwendungen: Geeignet für elektronische Geräte im Haushalt und Büro.

Typ 4 SPD:

- Funktion: Modulare oder zusammenbaubare SPDs, integriert in elektrische Geräte.
- Installationsort: Typischerweise integriert in Geräte oder Verteilertafeln.
- Stoßstromfestigkeit: Entwickelt, um die Anforderungen integrierter elektrischer Geräte zu erfüllen.
- Anwendungen: Geeignet für Elektrogeräte mit eingebauten SPDs.

SPD: Arbeitsprinzip

Die Funktionsweise einer SPD ist einfach, aber effektiv. Wenn ein Stromstoß auftritt, verringern die MO-Varistoren schnell ihren Widerstand und erhöhen so ihre Leitfähigkeit. Dadurch können sie den Großteil des Stoßstroms sicher zur Erde ableiten, bevor er angeschlossene Geräte erreichen und beschädigen kann. Dadurch wird die Überspannung neutralisiert und nachgeschaltete Geräte vor Hochspannungs- oder Stromspitzen geschützt.

Was sind transiente Überspannungen?

Transiente Überspannungen sind kurzzeitige, große Spannungsstöße, die über einen kurzen Zeitraum auftreten. Diese Überspannungen entstehen durch die plötzliche Freisetzung gespeicherter Energie oder werden durch äußere Faktoren induziert. Sie können entweder als natürlich vorkommend (z. B. Blitzeinschläge) oder als künstlich verursacht (z. B. Schaltvorgänge in elektrischen Systemen) klassifiziert werden.

Wie entstehen transiente Überspannungen?

Durch menschliche Aktivitäten verursachte vorübergehende Überspannungen entstehen häufig durch den Betrieb von Motoren, Transformatoren und bestimmten Beleuchtungssystemen. In der Vergangenheit waren solche Ereignisse in Wohngebieten ungewöhnlich. Allerdings hat der Aufstieg moderner Technologien wie Ladegeräte für Elektrofahrzeuge, Luft- und Erdwärmepumpen und Waschmaschinen mit variabler Drehzahl die Wahrscheinlichkeit von Spannungsspitzen in elektrischen Haushaltssystemen erheblich erhöht.

Natürliche transiente Überspannungen werden typischerweise durch indirekte Blitzeinschläge ausgelöst. Beispielsweise kann ein direkter Blitzeinschlag in nahegelegene Freileitungen oder Telefonleitungen zu Überspannungen entlang der Leitungen führen. Dies kann zu schweren Schäden an Elektroinstallationen und angeschlossenen Geräten führen.

So dimensionieren Sie SPDs richtig

Es gibt nur sehr wenige veröffentlichte Daten oder gar Empfehlungen dazu, welche Stoßstromstärke (kA) an den verschiedenen Standorten verwendet werden sollte. Das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) hat einige Hinweise dazu gegeben, was Überspannungswerte sind und wie diese zu interpretieren sind, veröffentlicht jedoch keine Empfehlungen. Leider steht weder eine bewährte Gleichung noch ein Rechner zur Verfügung, um die Systemanforderungen einzugeben und eine Lösung zu erhalten. Alle Informationen, die ein Hersteller über Taschenrechner oder auf andere Weise bereitstellt, stellen lediglich Empfehlungen dar.

Man geht tendenziell davon aus, dass die für den Schutz erforderliche kA-Geräteleistung umso größer ist, je größer das Panel ist. Ein weiteres Missverständnis ist, dass wenn 200 kA gut sind, 400 kA doppelt so gut sein müssen. Wie Sie in diesem Whitepaper sehen werden, ist dies nicht immer der Fall. Aufgrund seines langjährigen Wissens, seiner Erfahrung und seines Fachwissens in der Elektroindustrie hat Emerson einige Leitlinien zur Anwendung der Stoßstrombewertungen erstellt. (Siehe Abbildung 1, nächste Seite)

Um sicherzustellen, dass Ihre elektrischen Systeme und elektronischen Geräte ausreichend vor Überspannungen geschützt sind, ist die Auswahl des richtigen Typs von Überspannungsschutzgeräten und das Verständnis ihrer Klassifizierung gemäß IEC- und UL-Standards von entscheidender Bedeutung. Jede Norm bietet einen anderen Ansatz zum Schutz elektrischer Systeme, abhängig von den spezifischen Anforderungen der Anwendung und des Standorts.

Der Hauptzweck eines Überspannungsschutzgeräts besteht darin, die transienten Spannungen, die von einer externen oder internen Quelle in ein elektrisches Verteilungssystem eingespeist werden, zu überbrücken und zu unterdrücken. Die Auswahl der richtigen SPDs mit Stoßstrom (kA) im gesamten Stromverteilungssystem sorgt für die beste Lebensdauer der Geräte. Beachten Sie bei der Auswahl der geeigneten SPDs für Ihre Einrichtung die folgenden wichtigen Punkte:

1. Für die ordnungsgemäße Überspannungsunterdrückung einer Anlage und der darin befindlichen Geräte ist mehr als ein einziges SPD am Serviceeingang erforderlich. Wir empfehlen kaskadierte SPDs mit einem geeigneten Stoßstromwert für jeden Standort. Dies sorgt für eine bessere Unterdrückung eines Servicepanels oder einer kritischen Last. Ein einzelnes SPD, egal wie groß oder teuer es ist, bietet nicht das gleiche Maß an Systemschutz.

2. Eine Überdimensionierung einer SPD für ihre Anwendung kann einem System nicht schaden, eine Unterdimensionierung der SPD kann jedoch zu einem vorzeitigen Ausfall der SPD führen, wodurch Systeme Transienten und deren Auswirkungen ausgesetzt werden.

3. Bei direkten Blitzeinschlägen sind SPDs allein kein Ersatz für ein umfassendes Blitzschutzsystem (siehe UL96A Master Lightning Certification).

Vorsichtsmaßnahmen bei der Installation von SPD

Um sicherzustellen, dass Überspannungsschutzgeräte (SPDs) effektiv funktionieren, ist eine sorgfältige Installation unerlässlich. Zu den wichtigsten Vorsichtsmaßnahmen gehören:

- Installieren Sie SPDs parallel und direkt vor Schaltkreisen oder Geräten, um Stoßströme von empfindlichen Geräten wegzuleiten.
- Halten Sie die Anschlusskabel innerhalb der Schaltanlage so kurz wie möglich, mit einer maximalen Länge von 0,5 Metern.
- Die alleinige Verwendung eines Überspannungsschutzes vom Typ 1 reicht möglicherweise nicht aus, um energiereiche Überspannungen zu bewältigen und Überspannungen zu reduzieren. Es empfiehlt sich, es mit einem Überspannungsschutz vom Typ 2 oder Typ 3 zu ergänzen.
- Alle Installationen müssen von qualifizierten Elektrikern unter Einhaltung der örtlichen Elektrovorschriften durchgeführt werden, um eine ordnungsgemäße Erdung und sichere Montage des Geräts zu gewährleisten.

Abschluss

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Überspannungsschutzgeräte für den Schutz elektronischer Geräte sowohl im industriellen als auch im gewerblichen Bereich unerlässlich sind. Die Installation eines ordnungsgemäß bemessenen und zertifizierten SPD bietet zuverlässigen Schutz vor Überspannungen, die über die Leistungsfähigkeit von Standard-Leistungsschaltern hinausgehen.