Ein Überspannungsschutzgerät, auch Überspannungsschutz oder SPD genannt, dient zum Schutz elektrischer Komponenten vor Spannungsspitzen, die im Stromkreis auftreten können.

Wenn es infolge äußerer Störungen zu einem plötzlichen Anstieg von Strom oder Spannung im Stromkreis oder Kommunikationskreis kommt, kann das Überspannungsschutzgerät innerhalb kürzester Zeit leiten und einen Nebenschluss bewirken und so verhindern, dass die Überspannung andere Geräte im Stromkreis beschädigt.

Überspannungsschutzgeräte (SPDs) sind eine kostengünstige Methode, um Ausfälle zu verhindern und die Systemzuverlässigkeit zu verbessern.

Sie werden typischerweise in Verteilertafeln installiert und spielen eine wichtige Rolle bei der Gewährleistung eines reibungslosen und unterbrechungsfreien Betriebs elektronischer Geräte in einer Vielzahl von Anwendungen, indem sie vorübergehende Überspannungen begrenzen.

Ein SPD leitet Überspannungen von transienten Überspannungen vom geschützten Gerät ab. Er besteht typischerweise aus Metalloxid-Varistoren (MOVs) oder Gasentladungsröhren, die die Überspannung absorbieren und zur Erde ableiten und so die angeschlossenen Geräte schützen.

Spannungsspitzen können verschiedene Ursachen haben, beispielsweise Blitzeinschläge, Netzumschaltungen, fehlerhafte Verkabelung und den Betrieb von Hochleistungsgeräten. Sie können auch durch Ereignisse innerhalb eines Gebäudes verursacht werden, wie etwa das Anlaufen von Motoren oder das Ein- und Ausschalten von Großgeräten.

Die Installation eines SPD kann mehrere Vorteile bieten, darunter:

Schutz empfindlicher elektronischer Geräte vor schädlichen Spannungsspitzen.

Verhinderung von Datenverlust oder -beschädigung in Computersystemen.

Verlängerung der Lebensdauer von Geräten und Anlagen durch Schutz vor elektrischen Störungen.

Reduzierung des Risikos elektrischer Brände durch Spannungsspitzen.

Sie haben die Gewissheit, dass Ihre wertvolle Ausrüstung geschützt ist.

Die Lebensdauer eines SPDs kann je nach Faktoren wie seiner Qualität, der Stärke der auftretenden Überspannungen und den Wartungspraktiken variieren. Im Allgemeinen haben SPDs eine Lebensdauer von 5 bis 10 Jahren. Es wird jedoch empfohlen, SPDs regelmäßig zu überprüfen, zu testen und bei Bedarf auszutauschen, um optimalen Schutz zu gewährleisten.

Der Bedarf an SPDs kann je nach geografischer Lage, örtlichen Vorschriften und der Empfindlichkeit der angeschlossenen elektronischen Geräte variieren. Es empfiehlt sich, einen qualifizierten Elektriker oder Elektroingenieur zu konsultieren, um Ihren spezifischen Bedarf zu ermitteln und festzustellen, ob ein SPD für Ihr elektrisches System erforderlich ist.

Zu den gängigsten Überspannungsschutzkomponenten bei der Herstellung von Überspannungsschutzgeräten zählen Metalloxid-Varistoren (MOVs), Avalanche-Durchbruchdioden (ABDs – früher bekannt als Silizium-Avalanche-Dioden oder SADs) und Gasentladungsröhren (GDTs). MOVs sind die am häufigsten verwendete Technologie zum Schutz von Wechselstromkreisen. Die Stoßstromfestigkeit eines MOVs hängt von seinem Querschnitt und seiner Zusammensetzung ab. Generell gilt: Je größer der Querschnitt, desto höher die Stoßstromfestigkeit des Bauteils. MOVs haben in der Regel eine runde oder rechteckige Form, sind aber in einer Vielzahl von Standardabmessungen von 7 mm (0,28 Zoll) bis 80 mm (3,15 Zoll) erhältlich. Die Stoßstromfestigkeit dieser Überspannungsschutzkomponenten variiert stark und ist herstellerabhängig. Wie bereits erwähnt, kann durch die Parallelschaltung der MOVs ein Stoßstromwert berechnet werden, indem die Stoßstromfestigkeiten der einzelnen MOVs addiert werden, um die Stoßstromfestigkeit des gesamten Arrays zu erhalten. Dabei ist auf eine Koordination der Betriebsabläufe zu achten.

Es gibt viele Hypothesen darüber, welche Komponente, welche Topologie und welcher Einsatz spezifischer Technologien den besten SPD zur Ableitung von Stoßströmen ergibt. Anstatt alle Optionen vorzustellen, konzentriert sich die Diskussion über Stoßstromfestigkeit, Nennentladestrom und Stoßstromfähigkeit am besten auf Leistungstestdaten. Unabhängig von den verwendeten Komponenten oder der eingesetzten mechanischen Struktur ist entscheidend, dass der SPD eine für die Anwendung geeignete Stoßstromfestigkeit oder Nennentladestromfestigkeit aufweist.

In der aktuellen Ausgabe der IET-Verdrahtungsvorschriften, BS 7671:2018, heißt es, dass, sofern keine Risikobewertung durchgeführt wird, ein Schutz gegen vorübergehende Überspannungen vorgesehen werden muss, wenn die durch die Überspannung verursachten Folgen:

zu schweren Verletzungen oder zum Verlust von Menschenleben führen; oder

zu einer Unterbrechung der öffentlichen Versorgung und/oder einer Beschädigung des kulturellen Erbes führen; oder

Zu einer Unterbrechung der kommerziellen oder industriellen Tätigkeit führen; oder

Betrifft eine große Anzahl von Personen am selben Standort.

Diese Regelung gilt für alle Arten von Räumlichkeiten, einschließlich privater, gewerblicher und industrieller Räumlichkeiten.

Obwohl die IET-Verdrahtungsvorschriften nicht rückwirkend gelten, muss bei Arbeiten an einem vorhandenen Stromkreis innerhalb einer Anlage, die gemäß einer früheren Ausgabe der IET-Verdrahtungsvorschriften entworfen und installiert wurde, sichergestellt werden, dass der geänderte Stromkreis der neuesten Ausgabe entspricht. Dies ist nur dann von Vorteil, wenn SPDs zum Schutz der gesamten Anlage installiert werden.

Die Entscheidung über den Kauf von SPDs liegt beim Kunden. Er sollte jedoch ausreichend informiert sein, um eine fundierte Entscheidung über den Verzicht auf SPDs treffen zu können. Die Entscheidung sollte auf der Grundlage von Sicherheitsrisikofaktoren und einer Kostenabwägung der SPDs (die bereits ab wenigen hundert Pfund kosten können) im Vergleich zu den Kosten der Elektroinstallation und der angeschlossenen Geräte wie Computer, Fernseher und notwendiger Ausrüstung, z. B. Rauchmelder und Kesselsteuerungen, getroffen werden.

Ein Überspannungsschutz könnte in einer vorhandenen Verbrauchereinheit installiert werden, wenn entsprechender Platz vorhanden ist. Wenn nicht genügend Platz vorhanden ist, könnte er in einem externen Gehäuse neben der vorhandenen Verbrauchereinheit installiert werden.

Es lohnt sich auch, bei Ihrer Versicherungsgesellschaft nachzufragen, da in einigen Policen möglicherweise steht, dass die Ausrüstung durch eine SPD abgedeckt sein muss, andernfalls erfolgt im Schadensfall keine Auszahlung.

Die Einstufung des Überspannungsschutzes (allgemein als Blitzschutz bekannt) erfolgt gemäß der Blitzschutztheorie für Unterteilungen nach IEC 61643-31 und EN 50539-11. Er wird an der Verbindungsstelle der Trennwand installiert. Technische Anforderungen und Funktionen unterscheiden sich. Die Blitzschutzeinrichtung der ersten Stufe wird zwischen den Zonen 0-1 installiert, was den hohen Durchflussanforderungen entspricht. Die Mindestanforderung von IEC 61643-31 und EN 50539-11 beträgt Itotal (10/350) 12,5 kA. Die zweite und dritte Stufe werden zwischen den Zonen 1-2 und 2-3 installiert, hauptsächlich zur Unterdrückung von Überspannungen.

Überspannungsschutzgeräte (SPDs) sind unerlässlich, um elektronische Geräte vor den schädlichen Auswirkungen vorübergehender Überspannungen zu schützen, die zu Schäden, Systemausfällen und Datenverlust führen können.

In vielen Fällen können die Kosten für den Austausch oder die Reparatur von Geräten erheblich sein, insbesondere bei unternehmenskritischen Anwendungen wie Krankenhäusern, Rechenzentren und Industrieanlagen.

Leistungsschalter und Sicherungen sind nicht für die Bewältigung dieser Hochenergieereignisse ausgelegt, sodass ein zusätzlicher Überspannungsschutz erforderlich ist.

SPDs hingegen sind speziell dafür ausgelegt, vorübergehende Überspannungen von der Ausrüstung abzuleiten, sie vor Schäden zu schützen und ihre Lebensdauer zu verlängern.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass SPDs in der modernen technologischen Umgebung unverzichtbar sind.

SPD-Funktionsprinzip

Das Grundprinzip von SPDs besteht darin, einen niederohmigen Pfad zur Erde für Überspannung bereitzustellen. Bei Spannungsspitzen oder -stößen leiten SPDs die überschüssige Spannung und den Strom zur Erde ab.

Auf diese Weise wird die Höhe der eingehenden Spannung auf ein sicheres Niveau gesenkt, das das angeschlossene Gerät nicht beschädigt.

Damit ein Überspannungsschutzgerät funktioniert, muss es mindestens eine nichtlineare Komponente (einen Varistor oder eine Funkenstrecke) enthalten, die unter verschiedenen Bedingungen zwischen einem Zustand hoher und niedriger Impedanz wechselt.

Ihre Aufgabe besteht darin, den Entlade- bzw. Impulsstrom abzuleiten und die Überspannung an den nachgeschalteten Geräten zu begrenzen.

Überspannungsschutzgeräte funktionieren in den drei unten aufgeführten Situationen.

A. Normalzustand (keine Spannungsspitze)

Wenn keine Überspannungszustände vorliegen, hat der SPD keinen Einfluss auf das System und fungiert als offener Stromkreis; er bleibt in einem Zustand hoher Impedanz.

B. Bei Spannungsspitzen

Bei Spannungsspitzen und -stößen wechselt der SPD in den Leitungszustand und seine Impedanz verringert sich. Auf diese Weise schützt er das System, indem er den Impulsstrom zur Erde ableitet.

C. Zurück zum Normalbetrieb

Nachdem die Überspannung entladen wurde, wechselte SPD wieder in seinen normalen hochohmigen Zustand.

Überspannungsschutzgeräte (SPDs) sind wesentliche Bestandteile elektrischer Netze. Die Auswahl eines geeigneten SPDs für Ihr System kann jedoch schwierig sein.

Maximale Dauerbetriebsspannung (UC)

Die Nennspannung des Überspannungsableiters sollte mit der Spannung des elektrischen Systems kompatibel sein, um einen angemessenen Schutz des Systems zu gewährleisten. Eine niedrigere Nennspannung beschädigt das Gerät, und eine höhere Nennspannung führt nicht zur ordnungsgemäßen Ableitung von Überspannungen.

Ansprechzeit

Sie wird als die Reaktionszeit des SPD auf Transienten beschrieben. Je schneller der SPD reagiert, desto besser ist sein Schutz. SPDs auf Zenerdiodenbasis reagieren in der Regel am schnellsten. Gasgefüllte Typen reagieren relativ langsam, Sicherungen und MOV-Typen am langsamsten.

Nennentladestrom (In)

SPDs sollten mit einer Wellenform von 8/20 μs getestet werden. Der typische Wert für SPDs im Miniaturformat für den Wohnbereich beträgt 20 kA.

Maximaler Impulsentladungsstrom (Iimp)

Das Gerät muss in der Lage sein, den im Verteilungsnetz zu erwartenden maximalen Stoßstrom zu bewältigen, um sicherzustellen, dass es bei einem vorübergehenden Ereignis nicht ausfällt. Außerdem sollte das Gerät mit einer Wellenform von 10/350 μs getestet werden.

Klemmspannung

Dies ist die Schwellenspannung. Über diesem Spannungsniveau beginnt SPD, alle Spannungsspitzen zu klemmen, die es in der Stromleitung erkennt.

Hersteller und Zertifizierungen

Entscheidend ist die Wahl eines SPDs eines namhaften Herstellers mit Zertifizierung durch eine unabhängige Prüfstelle wie UL oder IEC. Die Zertifizierung garantiert, dass das Produkt geprüft wurde und alle Leistungs- und Sicherheitsanforderungen erfüllt.

Wenn Sie diese Größenrichtlinien verstehen, können Sie das beste Überspannungsschutzgerät für Ihren Bedarf auswählen und einen wirksamen Überspannungsschutz gewährleisten.

Überspannungsschutzgeräte (SPDs) bieten zuverlässigen Schutz vor transienten Überspannungen. Bestimmte Faktoren können jedoch zu ihrem Ausfall führen. Im Folgenden sind einige der Gründe für den Ausfall von SPDs aufgeführt:

1. Übermäßige Stromstöße

Eine der Hauptursachen für SPD-Ausfälle ist Überspannung. Überspannung kann durch Blitzeinschläge, Spannungsspitzen oder andere elektrische Störungen entstehen. Stellen Sie sicher, dass Sie den richtigen SPD-Typ installieren, nachdem Sie die Auslegungsberechnungen entsprechend dem Standort durchgeführt haben.

2. Alterungsfaktor

Aufgrund von Umgebungsbedingungen wie Temperatur und Luftfeuchtigkeit haben SPDs eine begrenzte Haltbarkeit und können mit der Zeit verschleißen. Darüber hinaus können SPDs durch häufige Spannungsspitzen beschädigt werden.

3.Konfigurationsprobleme

Falsch konfiguriert, z. B. wenn ein SPD in Sternschaltung an eine Last angeschlossen ist, die über ein Dreieck angeschlossen ist. Dadurch kann das SPD höheren Spannungen ausgesetzt werden, was zu einem Ausfall des SPDs führen kann.

4.Komponentenfehler

SPDs enthalten mehrere Komponenten, wie beispielsweise Metalloxid-Varistoren (MOVs), die aufgrund von Herstellungsfehlern oder Umweltfaktoren ausfallen können.

5. Unsachgemäße Erdung

Für den ordnungsgemäßen Betrieb eines SPD ist eine Erdung erforderlich. Eine unsachgemäße Erdung kann zu Fehlfunktionen oder einem Sicherheitsrisiko führen.