Aufgrund des weit verbreiteten Einsatzes von Halbleiter- und Mikroprozessortechnik in der Produktion und im Alltag gewinnt die Frage des Schutzes elektrischer Netze bis 1000 V vor Schalt- und Blitzüberspannungen heute besonders an Relevanz.

Teure Geräte, die aus Halbleiterelementen hergestellt werden, haben eine schwache Isolierung und können bereits durch geringfügige Spannungserhöhungen beschädigt werden.

In Übereinstimmung mit der anerkannten Nomenklatur wird ein Überspannungsbegrenzer in elektrischen Anlagen mit Spannungen bis 1 kV als Überspannungsschutzgerät bezeichnet (SPD).

Funktionsprinzipähnelt dem Funktionsprinzip von Überspannungsableitern (OSS) und basiert auf der Nichtlinearität der Strom-Spannungs-Kennlinie des Schutzelements. Bei der Auslegung des Überspannungsschutzes in Netzen bis 1 kV sind in der Regel 3 Schutzstufen vorgesehen, die jeweils für eine bestimmte Impulsströme- und Wellenfrontsteilheit ausgelegt sind.

SPD I – ein Gerät 1. Klasse, wird am Eingang des Gebäudes installiert und übernimmt die Funktion der ersten Stufe des Überspannungsschutzes. Seine Arbeitsbedingungen sind die schwierigsten. Ein solches Gerät soll Impulsströme mit einer Wellenfrontsteilheit von 10/350 μs begrenzen. Die Amplitude der Impulsströme 10/350 μs liegt im Bereich von 25–100 kA, die Dauer der Wellenfront erreicht 350 μs.

SPD II – dient zum Schutz vor Überspannungen durch transiente Prozesse in Verteilnetzen sowie als zweite Stufe nach SPD I. Sein Schutzelement ist für Impulsströme mit einer Wellenform von 8/20 μs ausgelegt. Die Stromamplitude liegt im Bereich von 15-20 kA.

SPD III – dient zum Schutz von Netzen vor Restüberspannungen nach Geräten der ersten und zweiten Klasse. Sie werden direkt am Schutzgerät installiert und durch Impulsströme mit einer Wellenform von 1,2/50 μs und 8/20 μs normiert.

Gerät. Geräte aller Klassen haben einen ähnlichen Aufbau, der Unterschied liegt in den Eigenschaften des Schutzelements. Strukturell besteht das Gerät aus einer festen Basis und einem abnehmbaren Modul. Der Sockel wird direkt an den Verteilerschrankstrukturen auf einer DIN-Schiene befestigt.

Das herausnehmbare Modul wird über Messerkontakte in den Sockel eingesetzt. Durch dieses Design ist es einfach, ein beschädigtes nichtlineares Element selbst auszutauschen. Als nichtlineares Element werden Varistoren und Ableiter unterschiedlicher Bauart eingesetzt. Ihre Ausführung kann ein-, zwei- oder dreipolig sein; die Wahl hängt von der Anzahl der Adern des geschützten Netzwerks ab.

Ausländische Hersteller statten ihre Produkte mit Gerätebetriebsanzeigen aus, mit denen Sie die Funktionsfähigkeit visuell feststellen können. In teureren Modellen können thermische Auslöser installiert werden, um eine Überhitzung eines nichtlinearen Elements zu verhindern, das nicht für einen langfristigen Stromfluss ausgelegt ist.

Schaltplan. Zum Überspannungsschutz in elektrischen Anlagen werden stromführende Teile gezielt über Elemente mit nichtlinearer Strom-Spannungs-Kennlinie an die Erdschleife angeschlossen.

In Elektroinstallationen bis 1000 V ist für den Einsatz eines SPD ein PE-Schutzleiter mit genormtem Widerstand erforderlich. Obwohl die Geräte selbst für hohe Impulsströme und -spannungen ausgelegt sind, sind sie für längere Spannungsanstiege und das Fließen von Leckströmen nicht geeignet.

Viele Hersteller empfehlen den Schutz von Überspannungsschutzgeräten durch Sicherungseinsätze. Diese Empfehlungen erklären sich durch ein schnelleres Auslösen von Sicherungen in Bereichen mit Impulsströmen sowie durch häufige Schäden am Kontaktsystem von Leistungsschaltern, wenn Ströme dieser Stärke ausbrechen.

Beim dreistufigen Überspannungsschutz müssen die Geräte entlang der Leitungslänge in einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sein. Beispielsweise muss der Abstand von SPD I zu SPD II mindestens 15 m über die Länge des sie verbindenden Kabels betragen. Durch die Einhaltung dieser Bedingung können Sie gezielt auf verschiedenen Stufen arbeiten und alle Störungen im Netzwerk zuverlässig unterdrücken.

Der Abstand zwischen Stufe II und III beträgt 5 Meter. Wenn es nicht möglich ist, die Geräte über die vorgeschriebenen Entfernungen zu trennen, wird eine passende Drossel verwendet, bei der es sich um einen aktiv-induktiven Widerstand handelt, der dem Widerstand der Drähte entspricht.

Merkmale nach Wahl. Der kritischste Bereich des Blitzüberspannungsschutzes ist der Eintritt in das Gebäude. Das SPD im ersten Abschnitt begrenzt den größten Impulsstrom. Messerkontakte für SPDs der ersten Klasse stellen die größte Schwachstelle des Gerätes dar.

Impulsströme mit einer Amplitude von 25-50 kA gehen mit erheblichen elektrodynamischen Kräften einher, die dazu führen können, dass das abnehmbare Modul aus den Messerkontakten herausspringt und dem Stromnetz den Überspannungsschutz entzieht. Daher ist es besser, ein SPD zu verwenden ohne Wechselmodul als erste Stufe.

Bei der Wahl eines erstklassigen Schutzes ist es besser, Geräten auf Basis von Ableitern den Vorzug zu geben. Die Herstellung eines Varistor-SPD für einen Impulsstrom von mehr als 20 kA ist recht arbeitsintensiv und kostspielig, daher ist ihre Serienproduktion nicht gerechtfertigt.

Wenn der Hersteller also einen Nennstrom von mehr als 20 kA für das Varistorgerät angibt, sollten Sie bei einem solchen Kauf vorsichtig sein; Vielleicht führt Sie der Hersteller in die Irre.

Ein SPD mit einer Funkenstrecke mit offener Kammer ist bei Auslösung gefährlich, daher ist sein Einsatz in Verteilerschränken gerechtfertigt, in denen die Anwesenheit von Menschen ausgeschlossen ist, wenn der geschützte Bereich in Betrieb ist. Der gepulste Stromfluss durch die Kontakte der Funkenstrecke führt zwangsläufig zur Zündung des Lichtbogens.

Beim Brennen des Lichtbogens können heiße Gase und Spritzer geschmolzenen Metalls die Gesundheit und das Leben von Menschen schädigen. Der Schrank, in dem ein SPD dieses Typs eingebaut wird, muss aus feuerfestem Material bestehen und alle Löcher müssen versiegelt sein.

Als nichtlineares Element können auch Funkenstrecken mit Zündelektrodenschaltung eingesetzt werden. Mit einer zusätzlichen Elektrode können Sie den Zeitpunkt des Durchbruchs der Funkenstrecke und des Öffnens der Funkenstrecke regulieren. Durch den Einsatz einer Zündelektrode ist es möglich, die Impulsspannung zu reduzieren und den Betrieb von SPDs verschiedener Klassen zu koordinieren.

Wenn jedoch der Steuerkreis der Zündelektrode ausfällt, wird am Ausgang ein Schutz mit unbekannter Charakteristik ausgegeben, der möglicherweise nicht nur den korrekten Betrieb, sondern den Betrieb überhaupt nicht gewährleistet.

Moderne Haushaltsgeräte verfügen oft über einen eingebauten Überspannungsschutz in ihren Netzteilen. Allerdings ist die Lebensdauer typischer Varistorlösungen auf maximal 30 Aktivierungsfälle begrenzt, und selbst dann, wenn der Strom im Notfall 10 kA nicht überschreitet. Früher oder später kann der im Gerät eingebaute Schutz versagen, und Geräte, die nicht vor Überspannung geschützt sind, fallen einfach aus und bereiten ihren Besitzern große Probleme. Mittlerweile können die Ursachen für gefährliche Impulsüberspannungen sein: Gewitter, Reparaturarbeiten, Überspannungen beim Schalten starker Blindlasten und wer weiß was noch.

Um solche unangenehmen Situationen zu verhindern, wurden Überspannungsschutzgeräte (kurz SPDs) entwickelt, die einen Notfall-Überspannungsimpuls absorbieren und so verhindern, dass an das Netzwerk angeschlossene Elektrogeräte beschädigt werden.

Das Funktionsprinzip eines SPD ist recht einfach: Im Normalmodus fließt der Strom im Gerät durch einen leitenden Shunt und dann durch die Last, die gerade an das Netzwerk angeschlossen ist; Zwischen dem Shunt und der Erdung ist jedoch ein Schutzelement installiert - ein Varistor oder eine Funkenstrecke, deren Widerstand im Normalmodus Megaohm beträgt. Wenn plötzlich eine Überspannung auftritt, geht das Schutzelement sofort in den leitenden Zustand über und die Strom fließt durch ihn zur Erdung.

Im Moment des Auslösens des SPD sinkt der Widerstand in der Phase-Null-Schleife auf den kritischen Wert und die Haushaltsgeräte werden geschont, da die Leitung durch das Schutzelement des SPD praktisch kurzgeschlossen wird. Wenn sich die Netzspannung stabilisiert, geht das Schutzelement des SPD wieder in den nichtleitenden Zustand über und der Strom fließt wieder über den Shunt zur Last.

Es gibt drei Klassen von Überspannungsschutzgeräten, die weit verbreitet sind:

Schutzgeräte der Klasse I dienen zum Schutz vor Überspannungsimpulsen mit einer Wellencharakteristik von 10/350 μs, was bedeutet, dass die maximal zulässige Zeit für den Anstieg eines Überspannungsimpulses auf das Maximum und den Abfall auf den Nennwert 10 und 350 nicht überschreiten sollte jeweils Mikrosekunden; in diesem Fall ist ein Kurzzeitstrom von 25 bis 100 kA akzeptabel; solche Impulsströme treten bei einer Blitzentladung auf, wenn sie in einer Entfernung von weniger als 1,5 km zum Verbraucher auf eine Stromleitung trifft.

Geräte dieser Klasse werden mit Ableitern hergestellt und ihre Installation erfolgt im Hauptverteiler oder Eingangsverteiler am Eingang des Gebäudes.

SPDs der Klasse II sind zum Schutz vor kurzzeitigem Impulsrauschen konzipiert und werden in Verteilertafeln eingebaut. Sie sind in der Lage, Schutz vor Überspannungsimpulsen mit Parametern von 8/20 μs und einer Stromstärke von 10 bis 40 kA zu bieten. SPDs dieser Klasse verwenden Varistoren.

Da die Ressourcen von Varistoren begrenzt sind, wurde das Design der darauf basierenden SPDs um eine mechanische Sicherung erweitert, die den Shunt einfach vom Varistor ablötet, wenn sein Widerstand nicht mehr dem sicheren Schutzmodus entspricht. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um einen Wärmeschutz, der das Gerät vor Überhitzung und Feuer schützt. Auf der Vorderseite des Moduls befindet sich eine Farbanzeige für den Status der Sicherung. Wenn der Varistor ausgetauscht werden muss, ist dies leicht erkennbar.

SPDs der Klasse III sind ähnlich aufgebaut, mit dem einzigen Unterschied, dass der maximale Strom des internen Varistors 10 kA nicht überschreiten sollte.

Herkömmliche, in Haushaltsgeräte eingebaute Impulsschutzschaltungen haben die gleichen Parameter. Wenn sie jedoch mit einem externen SPD der Klasse III dupliziert werden, wird die Wahrscheinlichkeit eines vorzeitigen Geräteausfalls minimiert.

Fairerweise muss man erwähnen, dass es für einen zuverlässigen Geräteschutz wichtig ist, SPDs der Schutzklassen I, II und III zu installieren. Dies muss beachtet werden, da ein leistungsstarkes SPD der Klasse I aufgrund seiner geringen Empfindlichkeit bei kurzen Impulsen niedriger Überspannung nicht funktioniert und ein weniger leistungsstarkes SPD den hohen Strom, den ein SPD der Klasse I verarbeiten kann, nicht bewältigen kann.

Ein Überspannungsschutzgerät (SPD) ist ein Gerät, das das Stromnetz und elektrische Geräte vor Überspannungen schützen soll, die durch direkte oder indirekte Blitzeinwirkungen sowie transiente Prozesse im Stromnetz selbst verursacht werden können.

Mit anderen Worten SPDs erfüllen die folgenden Funktionen:

— Blitzschutz elektrisches Netzwerk und Ausrüstung, d.h. Schutz vor Überspannungen durch direkte oder indirekte Blitzeinwirkung

— Überspannungsschutz verursacht durch schaltende transiente Prozesse im Netzwerk, die mit dem Ein- oder Ausschalten elektrischer Geräte mit großer induktiver Last, wie Leistungs- oder Schweißtransformatoren, leistungsstarken Elektromotoren usw., verbunden sind.

— Remote-Kurzschlussschutz(d. h. durch Überspannung infolge eines Kurzschlusses)

SPDs haben unterschiedliche Namen: Netzwerk-Überspannungsschutz - OPS (OSN), Überspannungsbegrenzer - OIN, aber sie haben alle die gleichen Funktionen und Funktionsprinzipien.

1. Funktionsprinzip und Schutzvorrichtung von SPD

Das Funktionsprinzip des SPD basiert auf der Verwendung nichtlinearer Elemente, bei denen es sich in der Regel um Varistoren handelt.

Ein Varistor ist ein Halbleiterwiderstand, dessen Widerstandswert nichtlinear von der angelegten Spannung abhängt.

Unten sehen Sie ein Diagramm der Abhängigkeit des Varistorwiderstands von der an ihn angelegten Spannung:

Die Grafik zeigt, dass der Widerstand des Varistors stark abnimmt, wenn die Spannung über einen bestimmten Wert ansteigt.

Schauen wir uns am Beispiel des folgenden Diagramms an, wie das in der Praxis funktioniert:

Das Diagramm zeigt eine vereinfachte Darstellung eines einphasigen Stromkreises, bei dem eine Last in Form einer Glühbirne über einen Leistungsschalter angeschlossen ist, außerdem ist ein SPD im Stromkreis enthalten, der auf einer Seite mit der Phase verbunden ist Draht nach , auf der anderen Seite - zur Erde.

Im normalen Betriebsmodus beträgt die Schaltkreisspannung 220 Volt. Bei dieser Spannung hat der SPD-Varistor einen hohen Widerstand, der in Tausenden von MegaOhm gemessen wird. Ein so hoher Widerstand des Varistors verhindert den Stromfluss durch das SPD.

Was passiert, wenn in einem Stromkreis ein Hochspannungsimpuls auftritt, beispielsweise infolge eines Blitzeinschlags (Gewitter)?

Das Diagramm zeigt, dass beim Auftreten eines Impulses im Stromkreis die Spannung stark ansteigt, was wiederum zu einer sofortigen, mehrfachen Abnahme des Widerstands des SPD führt (der Widerstand des Varistors des SPD tendiert gegen Null), der Abnahme des Widerstands führt dazu, dass die SPD beginnt, elektrischen Strom zu leiten und den Stromkreis auf dem Landweg kurzzuschließen, d.h. Es entsteht ein Kurzschluss, der dazu führt, dass der Leistungsschalter auslöst und den Stromkreis abschaltet. Somit schützt der Überspannungsschutz elektrische Geräte vor dem Fluss eines Hochspannungsimpulses.

1. SPD-Klassifizierung

Gemäß GOST R 51992-2011, entwickelt auf Basis der internationalen Norm IEC 61643-1-2005, gibt es folgende Klassen von SPDs:

SPD 1 Klasse -(auch bezeichnet als KlasseB) dienen dem Schutz vor direkten Blitzeinwirkungen (Blitzeinschläge in das System), atmosphärischen Überspannungen und Schaltüberspannungen. Sie werden am Eingang des Gebäudes im Eingangsverteiler (IDU) oder im Hauptverteiler (MSB) installiert. Muss bei freistehenden Gebäuden im Freien, Gebäuden mit Freileitungsanschluss sowie Gebäuden mit Blitzableiter oder neben hohen Bäumen installiert werden, d. h. Gebäude mit einem hohen Risiko, direkt oder indirekt von Blitzen betroffen zu sein. Normalisierter Impuls mit einer Wellenform von 10/350 μs. Der Nennentladestrom beträgt 30-60 kA.

SPD 2. Klasse -(auch bezeichnet als Klasse C) werden verwendet, um das Netzwerk vor atmosphärischen Restspannungen und Schaltüberspannungen zu schützen, die durch ein SPD der Klasse 1 gelangen. Sie werden in lokalen Verteilertafeln installiert, beispielsweise im Eingangsfeld einer Wohnung oder eines Büros. Sie werden durch Impulsstrom mit einer Wellenform von 8/20 μs normalisiert. Der Nennentladestrom beträgt 20–40 kA.

Klasse SPD 3 -(auch bezeichnet als KlasseD) dienen zum Schutz elektronischer Geräte vor atmosphärischen Rest- und Schaltüberspannungen sowie hochfrequenten Störungen, die durch ein SPD der Klasse 2 gelangen. Sie werden in Abzweigkästen, Steckdosen oder direkt in das Gerät eingebaut. Ein Beispiel für den Einsatz von SPDs der 3. Klasse sind Netzwerkfilter zum Anschluss von Personalcomputern. Sie werden durch Impulsstrom mit einer Wellenform von 8/20 µs normalisiert. Der Nennentladestrom beträgt 5-10 kA.

1. SPD-Kennzeichnung - Eigenschaften

SPD-Eigenschaften:

• Nenn- und Maximalspannung— die maximale Betriebsspannung des Netzes für den Betrieb, für den das SPD ausgelegt ist.
• Aktuelle Frequenz— Betriebsfrequenz des Netzstroms für den Betrieb, für den das SPD ausgelegt ist.
• Nennentladestrom(die aktuelle Wellenform ist in Klammern angegeben) – ein Stromimpuls mit einer Wellenform von 8/20 Mikrosekunden in Kiloampere (kA), den das SPD viele Male übertragen kann.
• Maximaler Entladestrom(die aktuelle Wellenform ist in Klammern angegeben) – der maximale Stromimpuls mit einer Wellenform von 8/20 Mikrosekunden in Kiloampere (kA), den das SPD einmal ohne Ausfall übertragen kann.
• Schutzspannungsniveau— der Maximalwert des Spannungsabfalls in Kilovolt (kV) am SPD, wenn ein Stromimpuls durch ihn fließt. Dieser Parameter charakterisiert die Fähigkeit des SPD, Überspannungen zu begrenzen.

1. SPD-Anschlussplan

Eine allgemeine Voraussetzung für den Anschluss eines SPD ist das Vorhandensein einer Sicherung auf der Versorgungsseite oder entsprechend der Netzlast. Daher sind in allen unten dargestellten Schaltplänen Leistungsschalter enthalten (Anschlussplan des SPD im Schaltschrank):

Schemata zum Anschluss von SPDs (OPS, OIN) an ein einphasiges 220-V-Netzwerk(Zweileiter und Dreileiter):

Schemata zum Anschluss von SPDs (OPS, OIN) an ein dreiphasiges 3800-V-Netzwerk

Schematische Diagramme für den Anschluss eines SPD sind wie folgt.

Wenn Ihr Zuhause über viele teure Haushaltsgeräte verfügt, ist es besser, sich um die Organisation eines umfassenden Elektroschutzes zu kümmern. In diesem Artikel sprechen wir über Überspannungsschutzgeräte, warum sie benötigt werden, was sie sind und wie sie installiert werden.

Die Natur von Impulsüberspannungen und ihre Auswirkungen auf die Technologie

Viele Menschen kennen seit ihrer Kindheit den Aufwand, elektrische Haushaltsgeräte beim ersten Anzeichen eines aufkommenden Gewitters vom Stromnetz zu trennen. Heutzutage ist die elektrische Ausrüstung städtischer Netze fortschrittlicher geworden, weshalb viele Menschen grundlegende Schutzvorrichtungen vernachlässigen. Gleichzeitig ist das Problem nicht vollständig verschwunden; Haushaltsgeräte, insbesondere in Privathaushalten, sind immer noch gefährdet.

Die Art des Auftretens von Impulsüberspannungen (OS) kann natürlicher und vom Menschen verursachter Natur sein. Im ersten Fall entsteht IP durch Blitzeinschläge in Freileitungen, wobei die Entfernung zwischen Einschlagstelle und gefährdeten Verbrauchern bis zu mehreren Kilometern betragen kann. Es ist auch möglich, Funkmasten und Blitzableiter, die an den Haupterdungskreis angeschlossen sind, zu treffen, wodurch es zu einer induzierten Überspannung im Haushaltsnetz kommt.

1 - Fernblitzeinschlag auf Stromleitungen; 2 - Verbraucher; 3 - Erdungsschleife; 4 - Blitzeinschlag in der Nähe von Stromleitungen; 5 - direkter Blitzeinschlag auf den Blitzableiter

Künstliche Stromquellen sind unvorhersehbar; sie entstehen durch Schaltüberlastungen in Umspannwerken. Bei einem asymmetrischen Leistungsanstieg (nur in einer Phase) ist ein starker Spannungsanstieg kaum vorhersehbar.

Impulsspannungen sind zeitlich sehr kurz (weniger als 0,006 s), sie erscheinen systematisch im Netzwerk und bleiben für den Beobachter meist unbemerkt. Haushaltsgeräte sind für Überspannungen bis 1000 V ausgelegt, diese treten am häufigsten auf. Bei einer höheren Spannung ist ein Ausfall der Stromversorgung garantiert; außerdem ist ein Isolationsdurchschlag in der Verkabelung des Hauses möglich, der zu mehreren Kurzschlüssen und Bränden führt.

Wie die SPD funktioniert und wie sie funktioniert

Das SPD kann je nach Schutzart über ein Halbleiterbauelement auf Basis von Varistoren oder über einen Kontaktableiter verfügen. Im Normalmodus arbeitet das SPD im Bypass-Modus, der Strom in seinem Inneren fließt durch einen leitenden Shunt. Der Shunt ist über einen Varistor oder zwei Elektroden mit streng reguliertem Abstand mit der Schutzerde verbunden.

Bei einem Spannungsstoß, selbst bei einem sehr kurzen, fließt der Strom durch diese Elemente und breitet sich entlang der Erdung aus oder wird durch einen starken Widerstandsabfall in der Phase-Null-Schleife (Kurzschluss) kompensiert. Nachdem sich die Spannung stabilisiert hat, verliert der Ableiter seine Kapazität und das Gerät arbeitet wieder im Normalmodus.

Dadurch schließt das SPD den Stromkreis für eine Weile, sodass die Überspannung in thermische Energie umgewandelt werden kann. In diesem Fall fließen erhebliche Ströme durch das Gerät – von mehreren zehn bis Hunderten von Kiloampere.

Was ist der Unterschied zwischen den Schutzklassen?

Abhängig von den Ursachen des IP werden zwei Merkmale der erhöhten Spannungswelle unterschieden: 8/20 und 10/350 Mikrosekunden. Die erste Ziffer gibt die Zeit an, in der der PI seinen Maximalwert erreicht, die zweite die Zeit, die er braucht, um auf Nominalwerte zu fallen. Wie Sie sehen, ist die zweite Art der Überspannung gefährlicher.

Geräte der Klasse I sind für den Schutz vor Überspannungen mit einer Charakteristik von 10/350 μs ausgelegt, die am häufigsten bei einer Blitzentladung in Stromleitungen auftreten, die näher als 1500 m vom Verbraucher entfernt sind. Die Geräte sind in der Lage, kurzzeitig einen Strom von 25 bis 100 kA durch sich selbst zu leiten; fast alle Geräte der Klasse I basieren auf Ableitern.

SPDs der Klasse II konzentrieren sich auf die IP-Kompensation mit einer Charakteristik von 8/20 μs, die Spitzenstromwerte liegen bei ihnen zwischen 10 und 40 kA.

Die Schutzklasse III dient zur Kompensation von Überspannungen mit Stromwerten kleiner 10 kA bei einer IP-Kennlinie von 8/20 μs. Geräte der Schutzklasse II und III basieren auf Halbleiterelementen.

Es mag den Anschein haben, dass es ausreicht, nur Geräte der Klasse I als die leistungsstärksten zu installieren, aber das ist nicht der Fall. Das Problem besteht darin, dass das SPD umso unempfindlicher ist, je höher die untere Schwelle des Durchgangsstroms ist. Mit anderen Worten: Bei kurzen und relativ niedrigen IP-Werten funktioniert ein leistungsstarkes SPD möglicherweise nicht und ein empfindlicheres wird mit Strömen dieser Größenordnung nicht zurechtkommen.

Geräte der Schutzklasse III sind darauf ausgelegt, niedrigste Spannungen – nur wenige tausend Volt – zu eliminieren. Sie ähneln in ihren Eigenschaften völlig den Schutzvorrichtungen, die von Herstellern in Netzteilen für Haushaltsgeräte eingebaut werden. Bei einer Backup-Installation übernehmen sie als Erste die Last und verhindern den Betrieb des SPD bei Geräten, deren Lebensdauer auf 20-30 Zyklen begrenzt ist.

Besteht Bedarf an einer SPD, Risikobewertung?

Eine vollständige Liste der Anforderungen für die Organisation des Schutzes vor Stromversorgung ist in der Norm IEC 61643-21 festgelegt. Die obligatorische Installation kann anhand der Norm IEC 62305-2 festgelegt werden, nach der eine spezifische Bewertung des Risikogrades eines Blitzschlags und der welche Folgen daraus entstehen, ist geklärt.

Im Allgemeinen ist bei der Stromversorgung über Freileitungen die Installation eines Überspannungsschutzes der Klasse I fast immer vorzuziehen, es sei denn, es wurden eine Reihe von Maßnahmen ergriffen, um die Auswirkungen von Gewittern auf den Stromversorgungsmodus zu verringern: erneute Erdung der Stützen, PEN-Leiter und metallische tragende Elemente, Installation eines Blitzableiters mit separater Erdungsschleife, Installation von Potentialausgleichssystemen.

Eine einfachere Möglichkeit, das Risiko einzuschätzen, besteht darin, die Kosten ungeschützter Haushaltsgeräte und Sicherheitsgeräte zu vergleichen. Selbst in mehrstöckigen Gebäuden, in denen Überspannungen mit einer Charakteristik von 8/20 sehr niedrige Werte aufweisen, ist das Risiko eines Isolationsdurchschlags oder eines Geräteausfalls recht hoch.

Installation von Geräten in der Hauptschalttafel

Die meisten Überspannungsschutzgeräte sind modular aufgebaut und können auf einer 35-mm-DIN-Schiene installiert werden. Voraussetzung ist lediglich, dass die Abschirmung zur Installation des SPD über ein Metallgehäuse mit zwingender Verbindung zum Schutzleiter verfügt.

Bei der Auswahl eines SPDs sollten Sie neben den wesentlichen Leistungsmerkmalen auch den Nennbetriebsstrom im Bypass-Modus berücksichtigen; dieser muss der Belastung in Ihrem Stromnetz entsprechen. Ein weiterer Parameter ist die maximale Grenzspannung; sie sollte den höchsten Wert innerhalb der täglichen Schwankungen nicht unterschreiten.

SPDs werden über einen zwei- bzw. vierpoligen Leistungsschalter in Reihe an ein einphasiges bzw. dreiphasiges Versorgungsnetz angeschlossen. Der Einbau ist erforderlich, wenn die Funkenstreckenelektroden verlötet sind oder der Varistor ausfällt, was zu einem dauerhaften Kurzschluss führt. An den oberen Klemmen des SPD werden die Phasen und der Schutzleiter angeschlossen, an den unteren Klemmen der Neutralleiter.

Beispiel für einen SPD-Anschluss: 1 - Eingang; 2 - automatischer Schalter; 3 - SPD; 4 - Erdungsbus; 5 - Erdungsschleife; 6 - Stromzähler; 7 - Differentialautomatik; 8 - zu Verbrauchermaschinen

Bei der Installation mehrerer Schutzgeräte mit unterschiedlichen Schutzklassen ist deren Koordination durch spezielle Drosseln erforderlich, die in Reihe mit dem SPD geschaltet sind. Schutzgeräte werden in aufsteigender Reihenfolge ihrer Klasse in den Stromkreis eingebaut. Ohne Zustimmung werden sensiblere SPDs die Hauptlast übernehmen und früher scheitern.

Der Einbau von Drosseln kann vermieden werden, wenn die Länge der Kabelleitung zwischen den Geräten 10 Meter überschreitet. Aus diesem Grund werden SPDs der Klasse I bereits vor dem Zähler an der Fassade montiert, um die Messeinheit vor Überspannungen zu schützen, und die zweite und dritte Klasse werden jeweils an den ASU- und Etagen-/Gruppenschalttafeln installiert.

Die Norm GOST 13109-97 gibt keine begrenzenden oder zulässigen Impulswerte an, sondern gibt uns nur die Form dieses Impulses und seine Definition. Wir gehen bei Messungen davon aus, dass im Netzwerk keine Impulse auftreten dürfen. Und wenn ja, dann wird es notwendig sein, die Sache zu klären und nach den Schuldigen zu suchen. Bei unseren Messungen in 0,4-kV-Netzen sind keine Impulsprobleme aufgetreten. Das ist nicht überraschend – bei Messungen auf der 0,4-kV-Seite wird jeder Impuls von Überspannungsschutzgeräten absorbiert oder abgeschnitten, aber das ist ein Thema für einen anderen Artikel. Aber wie sie sagen: Vorgewarnt ist gewappnet. Deshalb werden wir in dem Artikel darlegen, was wir wissen.

Dies sind die Definitionen aus GOST 13109-97:

Spannungsimpuls – eine starke Spannungsänderung an einem Punkt im Stromnetz, gefolgt von einer Wiederherstellung der Spannung auf den ursprünglichen oder nahe diesem Wert über einen Zeitraum von bis zu mehreren Millisekunden;

— Impulsamplitude – der maximale Momentanwert des Spannungsimpulses;

— Impulsdauer – das Zeitintervall zwischen dem Anfangszeitpunkt des Spannungsimpulses und dem Moment der Wiederherstellung des momentanen Spannungswerts auf den ursprünglichen oder nahe bei ihm liegenden Wert;

Woher kommen Impulse?

Impulsspannungen werden durch Blitzerscheinungen sowie transiente Vorgänge beim Schalten im Stromversorgungsnetz verursacht. Blitz- und Schaltspannungsimpulse unterscheiden sich deutlich in ihrer Charakteristik und Form.

Bei der Impulsspannung handelt es sich um eine plötzliche Spannungsänderung an einem Punkt im Stromnetz, gefolgt von einer Wiederherstellung der Spannung auf den ursprünglichen oder nahe diesem Wert innerhalb von 10–15 μs (Blitzimpuls) und 10–15 ms (Schaltimpuls). Und wenn die Dauer der Front eines Blitzstromimpulses eine Größenordnung kürzer ist als die des Schaltstromimpulses, dann kann die Amplitude des Blitzimpulses um mehrere Größenordnungen höher sein. Der gemessene Maximalwert des Blitzentladungsstroms kann je nach Polarität zwischen 200 und 300 kA variieren, was selten vorkommt. Typischerweise erreicht dieser Strom 30–35 kA.

Abbildung 1 zeigt ein Oszillogramm eines Spannungsimpulses und Abbildung 2 zeigt dessen Gesamtansicht.

Blitzeinschläge in oder in der Nähe von Stromleitungen ins Erdreich führen zum Auftreten von Impulsspannungen, die gefährlich für die Isolierung von Leitungen und elektrischen Geräten von Umspannwerken sind. Der Hauptgrund für das Versagen der Isolierung von Elektrizitätsanlagen, Unterbrechungen der Stromversorgung und die Kosten für deren Wiederherstellung sind Blitzschäden an diesen Anlagen.

Abbildung 1 – Spannungsimpulsoszillogramm

Abbildung 2 – Gesamtansicht eines Spannungsimpulses

Blitzimpulse sind ein weit verbreitetes Phänomen. Bei Entladungen dringt ein Blitz in die Blitzschutzvorrichtung von Gebäuden und Umspannwerken ein, die durch Hoch- und Niederspannungskabel, Kommunikations- und Steuerleitungen verbunden sind. Bei einem Blitz können bis zu 10 Impulse beobachtet werden, die im Abstand von 10 bis 100 ms aufeinanderfolgen. Wenn ein Blitz in ein Erdungsgerät einschlägt, erhöht sich sein Potenzial relativ zu entfernten Punkten und erreicht eine Million Volt. Dies trägt dazu bei, dass in Schleifen, die mit Kabel- und Freileitungsanschlüssen ausgestattet sind, Spannungen im Bereich von mehreren zehn Volt bis zu vielen hundert Kilovolt induziert werden. Wenn ein Blitz in Freileitungen einschlägt, breitet sich eine Überspannungswelle entlang dieser aus und erreicht die Sammelschienen der Umspannwerke. Die Überspannungswelle wird entweder durch die Stärke der Isolierung während ihres Durchschlags oder durch die Restspannung der Schutzableiter begrenzt, wobei ein Restwert von mehreren zehn Kilovolt erhalten bleibt.

Schaltspannungsimpulse entstehen beim Schalten induktiver (Transformatoren, Motoren) und kapazitiver (Kondensatorbänke, Kabel) Lasten. Sie treten bei einem Kurzschluss und dessen Abschaltung auf. Die Werte der Schaltspannungsimpulse hängen von der Art des Netzes (Freileitung oder Kabel), der Art des Schaltens (Ein oder Aus), der Art der Last und der Art des Schaltgeräts (Sicherung, Trennschalter, Leistungsschalter) ab. Schaltstrom- und Spannungsimpulse haben aufgrund des Lichtbogenbrennens einen oszillierenden, gedämpften und sich wiederholenden Charakter.

Die Werte von Schaltspannungsimpulsen mit einer Dauer von 0,5 Impulsamplituden (siehe Abb. 3.22), gleich 1-5 ms, sind in der Tabelle angegeben.

Der Spannungsimpuls wird durch die Amplitude charakterisiert U imp.a, maximaler Spannungswert U imp, die Dauer der Vorderkante, d.h. Zeitintervall vom Beginn des Impulses T beginnend, bis es seinen maximalen (Amplituden-)Wert erreicht T Ampere und Spannungsimpulsdauer auf einem Niveau von 0,5 seiner Amplitude T Ampere 0,5. Die letzten beiden Zeitverläufe werden als Bruch ∆ dargestellt T Ampere/ T imp 0,5 .

Wert der Schaltstoßspannungen

Liste der verwendeten Quellen

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