Einführung in SPD und seine Rolle

In einem elektrischen In Systemen werden SPDs normalerweise in Abzweigkonfiguration (parallel) installiert. zwischen den stromführenden Leitern und der Erde. Das Funktionsprinzip von SPD kann dem eines Leistungsschalters ähneln.

Bei normalem Gebrauch (Nr Überspannung): Das SPD ähnelt einem offenen Leistungsschalter.

Wenn es eine gibt Überspannung: Das SPD wird aktiv und leitet den Blitzstrom ab Erde. Es kann mit dem Schließen eines Leistungsschalters verglichen werden Schließen Sie das Stromnetz über das Äquipotential mit der Erde kurz Erdungssystem und die freiliegenden leitfähigen Teile für einen sehr kurzen Moment auf die Dauer der Überspannung begrenzt.

Für den Benutzer ist die Die Arbeit der SPD ist völlig transparent, da sie nur einen winzigen Bruchteil davon dauert eine Sekunde.

Wenn das Sobald die Überspannung entladen ist, kehrt das SPD automatisch in den Normalzustand zurück Zustand (Leistungsschalter offen).

1. Schutzgrundsätze

1.1 Schutzmodi

Es gibt zwei Blitzüberspannungsmodi: Gleichtaktmodus und Fehlerstrommodus.

Blitz Überspannungen treten hauptsächlich im Gleichtaktmodus und normalerweise am Ursprung der Spannung auf Elektroinstallation. Überspannungen im Fehlerstrombetrieb treten meist auf im TT-Modus und beeinträchtigen hauptsächlich empfindliche Geräte (elektronische Geräte, Computer usw.).

Gleichtaktschutz zwischen Phase/Neutralleiter und Erde

Phase/Neutralleiter Der Schutz in einem TT-Erdungssystem ist gerechtfertigt, wenn der Neutralleiter am Die Verteilerseite ist mit einem Anschluss mit niedrigem Wert (einige Ohm) verbunden Die Erdungselektrode der Anlage hat mehrere zehn Ohm.

Fehlerstrom Modusschutz zwischen Phase und Neutralleiter

Die aktuelle Rendite Der Stromkreis verläuft dann wahrscheinlich über den Neutralleiter der Installation und nicht über den Erde.

Der Rest Die Spannung U im Strommodus zwischen Phase und Neutralleiter kann bis zu einem Wert ansteigen gleich der Summe der Restspannungen jedes Elements des SPD, d. h. Verdoppelung des Schutzniveaus im Gleichtaktmodus.

Phase/Neutralleiter Schutz in einem TT-Erdungssystem

Ein ähnliches In einem TN-S-Erdungssystem kann ein Phänomen auftreten, wenn sowohl der N- als auch der PE-Leiter vorhanden sind getrennt oder nicht ordnungsgemäß äquipotential sind. Der Strom ist dann wahrscheinlich Folgen Sie bei der Rückführung dem Neutralleiter und nicht dem Schutzleiter und das Bindungssystem.

Eine theoretische optimales Schutzmodell, das für alle Erdungssysteme gilt, möglich sein definiert, obwohl SPDs tatsächlich fast immer Gleichtaktschutz und kombinieren Fehlerstromschutz (außer IT- oder TN-C-Modelle).

Es ist wichtig, Überprüfen Sie, ob die verwendeten SPDs mit dem Erdungssystem kompatibel sind.

1.2 Kaskadenschutz

Genauso wie Der Überstromschutz muss durch Geräte mit entsprechenden Nennwerten bereitgestellt werden Jede Ebene der Installation (Ursprung, Sekundär, Terminal) ist mit koordiniert Untereinander basiert der Schutz vor transienten Überspannungen auf einem ähnlichen Prinzip Ansatz mit einer „kaskadierten“ Kombination mehrerer SPDs.

Zwei oder drei Im Allgemeinen sind SPD-Niveaus erforderlich, um die Energie zu absorbieren und zu begrenzen Überspannungen, die durch die Kopplung aufgrund hochfrequenter Schwingungserscheinungen induzierte werden.

Das Beispiel unten basiert auf der Hypothese, dass nur 80 % der Energie zur Erde umgeleitet werden (80 %: Erfahrungswert abhängig vom SPD-Typ und der Elektrik Installation, aber immer weniger als 100 %).

Das Prinzip von Kaskadenschutz wird auch für Schwachstromanwendungen (Telefonie, Kommunikations- und Datennetze), die die ersten beiden Schutzstufen kombinieren in einem einzigen Gerät, das sich normalerweise am Ursprung der Installation befindet.

Funkenstreckenbasiert Komponenten, die den Großteil der Energie zur Erde ableiten sollen, werden mit kombiniert Varistoren oder Dioden, die die Spannungen auf mit dem kompatible Werte begrenzen zu schützende Ausrüstung.

Terminal Der Schutz wird in der Regel mit diesem Herkunftsschutz kombiniert. Das Terminal Der Schutz erfolgt in der Nähe des Geräts, bereitgestellt durch Proximity-SPDs.

1.2.1 Kombination mehrerer SPDs

Um einzuschränken Um Überspannungen so weit wie möglich zu vermeiden, muss immer ein SPD in der Nähe des installiert werden zu schützende Ausrüstung 3.

Allerdings ist dies Der Schutz schützt nur Geräte, die direkt mit ihm verbunden sind, jedoch darüber Alles in allem lässt seine geringe Energiekapazität nicht zu, dass die gesamte Energie entladen wird.

Dazu braucht es eine SPD ist am Ursprungsort der Installation notwendig 1.

Ebenso SPD 1 kann nicht die gesamte Anlage schützen, da es einen bestimmten Betrag zulässt Restenergie passieren muss und dass Blitze ein Hochfrequenzphänomen sind.

Abhängig von Umfang der Anlage und die Art des Risikos (Exposition und Empfindlichkeit von Ausrüstung, Kritikalität der Betriebskontinuität), Stromkreisschutz 2 ist zusätzlich zu 1 und 3 notwendig.

Kaskadierter Schutz

Notiere dass der Die erste Ebene des SPD (1) muss so weit wie möglich vor dem installiert werden Installation, um die induzierten Auswirkungen so weit wie möglich zu reduzieren Blitz durch elektromagnetische Kopplung.

1.3 Standort der SPDs

Für effektive Zur Absicherung durch SPDs kann es erforderlich sein, mehrere SPDs zu kombinieren:

1. Haupt-SPD ➀

2. Schaltkreis SPD ➁

3. Näherungs-SPD ➂

Zusätzlich Abhängig vom Maßstab (Leitungslängen) und der Größe kann ein Schutz erforderlich sein Empfindlichkeit der zu schützenden Ausrüstung (Computer, Elektronik usw.). Wenn Da mehrere SPDs installiert sind, müssen sehr genaue Koordinationsregeln angewendet werden.

 

Herkunft von Installation	Verteilung Ebene	Anwendung Ebene
Der Der Schutz am Ursprung der Anlage (Primärschutz) überbrückt am meisten der einfallenden Energie (gemeinsam (Betriebsbedingte Überspannung im Netz) an den Potenzialausgleich weiterleiten System und zur Erde.	Schaltkreis Schutz (Sekundärschutz) ergänzt den Ursprungsschutz durch Koordinierung und begrenzt Fehlerstrom-Überspannungen, die aus dem entstehen Konfiguration der Installation.	Nähe Der Schutz (Klemmenschutz) führt die endgültige Spitzenbegrenzung des aus Überspannungen, die für Geräte am gefährlichsten sind.

Es ist wichtig Bedenken Sie, dass der Schutz der gesamten Anlage und Ausrüstung gewährleistet ist nur dann voll wirksam, wenn:

1. Mehrere Ebenen Es werden mehrere SPDs installiert (Kaskadierung), um den Schutz der installierten Geräte zu gewährleisten einiger Abstand vom Ursprung der Installation: für die Ausrüstung erforderlich 30 m oder mehr entfernt sein (IEC 61643-12) oder erforderlich, wenn die Schutzstufe höher ist des Haupt-SPD ist höher als die Gerätekategorie (IEC 60364-4-443 und 62305-4)

2. Alle Netzwerke sind geschützt:

2.1. Leistung Netze, die das Hauptgebäude und auch alle externen Nebengebäude versorgen Beleuchtungssysteme von Parkplätzen usw.

2.2. Kommunikation Netzwerke: eingehende Leitungen und Leitungen zwischen verschiedenen Gebäuden

1.4 Geschützte Längen

Es ist wesentlich dass bei der Auslegung eines wirksamen Überspannungsschutzsystems berücksichtigt wird von der Länge der Leitungen, die die zu schützenden Empfänger versorgen (siehe Tabelle). unten).

Tatsächlich oben a Über eine bestimmte Länge kann die an den Empfänger angelegte Spannung mittels einer Resonanzphänomen, die erwartete Grenzspannung erheblich überschreiten. Der Das Ausmaß dieses Phänomens hängt direkt mit den Eigenschaften des zusammen Installation (Leiter und Potentialausgleichssysteme) und mit der Stromstärke durch die Lichtentladung induziert.

Eine SPD ist richtig verkabelt, wenn:

1. Der Geschützte Das Gerät ist potenzialmäßig mit derselben Erde verbunden wie das SPD in Verbindung gebracht

2. Die SPD und ihre zugehöriger Backup-Schutz angeschlossen sind:

2.1. Zum Netzwerk (stromführende Leitungen) und mit der Hauptschutzschiene (PE/PEN) der Platine verbunden Leitungslängen möglichst kurz und unter 0,5 m.

2.2. Mit Leiter, deren Querschnitte für die SPD-Anforderungen geeignet sind (siehe Tabelle unten).

Tabelle 1 – Maximum Leitungslänge zwischen SPDe und dem zu schützenden Gerät

SPD-Position		Am Ursprungsort der Installation		Nicht am Ursprungsort der Installation
Dirigent Querschnitt		Verdrahtung (inländisch)	große Kabel (Industrie)	Verdrahtung (inländisch)	große Kabel (Industrie)
Komposition des Bindungssystems	AN Dirigent	< 10 m	10 m	< 10 m*	20 m*
	vermascht/Äquipotential	10 m	20 m	20 m*	30 m*

* Schutz bei größerer Entfernung am Einsatzort empfohlen

1.4.1 Wirkung der Doppelspannung

Über einem bestimmten Länge d beginnt der durch das SPD geschützte Stromkreis zu schwingen, wenn der Induktivität und Kapazität sind gleich:

Lω = -1 / Cω

Die Rennbahn Die Impedanz wird dann auf ihren Widerstand reduziert. Trotz des von der SPD übernommenen Anteils Der Restblitzstrom I im Stromkreis ist weiterhin impulsbasiert. Es ist Ein Anstieg aufgrund der Resonanz wird zu erheblichen Erhöhungen von Ud und Uc führen und Urm-Spannungen.

Unter diesen Unter bestimmten Bedingungen kann sich die am Empfänger anliegende Spannung verdoppeln.

Wirkung von Double Stromspannung

Wo:

•C – Kapazität, die die Last darstellt

•Ld – Induktivität der Stromversorgungsleitung

•Lrm – Induktivität des Verbindungssystems

Die Installation Die Anzahl der SPDs darf die Kontinuität des Dienstes nicht beeinträchtigen, was der Fall wäre dem angestrebten Ziel widerspricht. Sie müssen insbesondere an der angebracht werden Herkunft von häuslichen oder ähnlichen Anlagen (TT-Erdungsanlagen), in Verbindung mit einem verzögerten Fehlerstrom-Schutzschalter vom Typ S.

Vorsicht! Wenn da Bei erheblichen Blitzeinschlägen (> 5 kA) entsteht der sekundäre Fehlerstrom Geräte können trotzdem auslösen.

2. Installation von SPDs

2.1 Anschluss von SPDs

2.1.1 Potentialausgleichssystem bzw. Erdungsanschluss

Normungsgremien Verwenden Sie den allgemeinen Begriff „Erdungsgerät“, um das Konzept der Erdung zu bezeichnen System und das einer Erdungselektrode, wobei kein Unterschied zwischen dem gemacht wird zwei. Entgegen der landläufigen Meinung besteht kein direkter Zusammenhang zwischen Wert der Erdungselektrode, zur Gewährleistung der Sicherheit mit niedriger Frequenz bereitgestellt der Menschen und die Wirksamkeit des durch SPDs gebotenen Schutzes.

Wie unten gezeigt, Diese Schutzart kann auch ohne Erdung hergestellt werden Elektrode.

Die Impedanz von Der Entladekreis des vom SPD überbrückten Stroms kann unterteilt werden in zwei Teile.

Das erste, das Erdungselektrode, wird durch Leiter, bei denen es sich in der Regel um Drähte handelt, und durch gebildet der Widerstand des Bodens. Seine im Wesentlichen induktive Natur bedeutet, dass es Die Wirksamkeit nimmt trotz Vorsichtsmaßnahmen bei der Verkabelung mit der Frequenz ab (Längenbeschränkung, 0,5-m-Regel). Der zweite Teil dieser Impedanz ist geringer sichtbar, aber bei hoher Frequenz unerlässlich, da es tatsächlich aus dem besteht Streukapazität zwischen Anlage und Erde.

Natürlich die Die relativen Werte jeder dieser Komponenten variieren je nach Typ und Maßstab der Installation, der Standort des SPD (Haupt- oder Proximity-Typ) und nach dem Erdungsschema (Erdungssystem).

Allerdings ist es so Es wurde nachgewiesen, dass der Anteil des Überspannungsschutzes am Entladestrom liegt kann im Äquipotentialsystem 50 bis 90 % erreichen, während der Betrag direkt beträgt Die durch die Erdungselektrode entladene Ladung beträgt etwa 10 bis 50 %. Das Bindungssystem ist Es ist wichtig, eine niedrige Referenzspannung aufrechtzuerhalten, die mehr oder weniger gleich ist über die gesamte Installation hinweg.

Die SPDs sollten es sein verbunden mit diesem Bindungssystem für maximale Wirksamkeit.

Das Minimum Der empfohlene Querschnitt für die Anschlussleiter berücksichtigt die Maximaler Entladestromwert und die Eigenschaften des Endes der Lebensdauer Schutzvorrichtung.

Es ist unrealistisch diesen Querschnitt zu vergrößern, um Verbindungslängen auszugleichen, die dies nicht tun Halten Sie die 0,5-m-Regel ein. Tatsächlich ist bei hoher Frequenz die Impedanz des Leiter ist direkt mit ihrer Länge verbunden.

Im Elektrobereich Bei Schalttafeln und großen Schalttafeln kann es eine gute Idee sein, die zu reduzieren Impedanz der Verbindung mithilfe der freiliegenden metallischen leitenden Teile des Chassis, Platten und Gehäuse.

Tabelle 2 – Minimum Querschnitt der SPD-Anschlussleiter

SPD-Kapazität		Querschnitt (mm2)
Klasse II SPD	SStandard: Imax < 15 kA (x 3-Klasse II)	6
	EErhöht: Imax < 40 kA (x 3-Klasse II)	10
	HHoch: Imax < 70 kA (x 3-Klasse II)	16
Klasse Ich SPD		16

Die Verwendung der freiliegende metallisch leitende Teile von Gehäusen als Schutzleiter dienen gemäß der Norm IEC 60439-1 zulässig, sofern dies von der zertifiziert wurde Hersteller.

Es ist immer Behalten Sie vorzugsweise einen Drahtleiter zum Anschluss der Schutzleiter bei an den Klemmenblock oder den Kollektor, der dann die über hergestellte Verbindung verdoppelt die freiliegenden leitenden Teile des Gehäusegehäuses.

2.1.2 Verbindungslänge

In der Praxis ist es so Es wird empfohlen, dass die Gesamtlänge des SPD-Stromkreises 50 cm nicht überschreitet. Diese Anforderung ist nicht immer einfach umzusetzen, aber mit den verfügbaren Mitteln Freiliegende leitende Teile in der Nähe können hilfreich sein.

Gesamtlänge der SPD-Schaltung

* darf installiert sein auf derselben DIN-Schiene. Allerdings ist die Installation besser geschützt, wenn beides der Fall ist Geräte werden auf 2 verschiedenen DIN-Schienen montiert (SPD unter dem Schutz)

Die Anzahl der Blitzeinschläge, die die SPD verkraften kann, nehmen mit dem Wert ab Entladestrom (von 15 Schlägen für einen Strom mit dem Wert In bis zu einem einzelnen Schlag bei Imax/Iimp).

0,5-m-Regel In Theoretisch steigt bei einem Blitzeinschlag die Spannung Ut an, an der der Empfänger liegt ausgesetzt ist, ist das gleiche wie die Schutzspannung Up des Spannungsstoßes Beschützer (für seinen In), aber in der Praxis ist letzterer höher.

Tatsächlich ist die Spannungseinbrüche, die durch die Impedanzen der SPD-Anschlussleiter und deren verursacht werden Hinzu kommen folgende Schutzeinrichtungen:

Ut = UI1 + Ud + UI2 + Oben + UI3

Zum Beispiel die Spannungseinbruch in 1 m Leiter, über den ein Stoßstrom von 10 kA fließt für 10 μs erreichen 1000 V.

Δu = L × di / dt

•     di – Stromschwankung 10.000 A

•     dt – Zeitvariation 10 μs

•     L – Induktivität von 1 m Leiter = 1 μs

• Wert Δu ist zur Spannung Up zu addieren

Die Gesamtlänge Es muss daher so kurz wie möglich sein. In der Praxis empfiehlt sich das 0,5 m werden nicht überschritten. Bei Schwierigkeiten kann es hilfreich sein, breit und flach zu verwenden Leiter (isolierte Litzen, flexible isolierte Stäbe).

0,5 m SPD Verbindungsregel

Die Erdverbindung Der Leiter des Überspannungsschutzes darf nicht grün/gelb sein Sinn der Definition eines PE-Leiters.

Gängige Praxis ist so dass diese Kennzeichnung jedoch häufig verwendet wird.

Etwas Verkabelung Konfigurationen können Kopplungen zwischen Upstream und Downstream erzeugen Leiter der SPD, die eine Ausbreitung der Blitzwelle bewirken dürften während der gesamten Installation.

SPD-Verkabelung Konfiguration #1

Upstream und Nachgeschaltete Leiter sind an der Überspannungsschutzklemme mit a verbunden gemeinsamer Weg.

SPD-Verkabelung Konfiguration 1

SPD-Verkabelung Konfiguration #2

Eingabe und Ausgabe Leiter physisch gut getrennt und an derselben Klemme angeschlossen.

SPD-Verkabelung Konfiguration 2

SPD-Verkabelung Konfiguration #3

Verbindung Leiter zu lang, Ausgangsleiter physisch getrennt.

SPD-Verkabelung Konfiguration 3

SPD-Verkabelung Konfiguration #4

Verbindung möglichst kurze Leiter mit Rückleiter vom Erdungsanschluss in der Nähe der Live-Dirigenten.

SPD-Verkabelung Konfiguration 4

2.2 End-of-Life-Schutz von SPDs

Die SPD ist ein Gerät, dessen Lebensende besondere Beachtung erfordert. Seine Bestandteile altern Jedes Mal gibt es einen Blitzeinschlag.

Am Ende des Lebens ein internes Gerät im SPD trennt es von der Versorgung. Ein Indikator (auf des Protektors) und einer optionalen Alarmrückmeldung (Statusrückmeldungszubehör). eingebaut) zeigen diesen Status an, der einen Austausch des Moduls erforderlich macht betroffen.

Wenn die SPD überschreitet Wenn es seine Begrenzungsfähigkeiten verliert, kann es durch einen Kurzschluss selbst zerstört werden. A Deshalb muss ein Kurzschluss- und Überlastschutz eingebaut werden Reihe vor dem SPD (dies wird üblicherweise als SPD-Zweig bezeichnet).

Abbildung X – Installationsprinzipien von SPDs mit zugehörigem Schutz

Gegensätzlich zu Nach bestimmter landläufiger Meinung muss ein Überspannungsschutz immer geschützt werden gegen mögliche Kurzschluss- und Überlastströme. Und das gilt für alle Überspannungsschutzgeräte der Klasse II und I, unabhängig vom Typ der verwendeten Komponenten oder Technologien.

Dieser Schutz müssen im Einklang mit den üblichen Diskriminierungsregeln erfolgen.

2.3 Koordinierende SPDs

Organisation mehrerer SPDs In der Kaskade müssen sie so koordiniert werden, dass jeder von ihnen das absorbiert Energie optimal und begrenzt die Ausbreitung des Blitzeinschlags durch die Installation so weit wie möglich.

Die Koordination von SPDs ist ein komplexes Konzept, das Gegenstand spezifischer Studien sein muss und Tests. Mindestabstände zwischen SPDs bzw. der Einbau von Entkopplungsdrosseln werden von den Herstellern nicht empfohlen.

Primär und Sekundär-SPDs müssen so koordiniert werden, dass die Gesamtenergie abgeführt werden kann (E1 + E2) wird entsprechend ihrer Entladekapazität zwischen ihnen aufgeteilt. Der Der empfohlene Abstand d1 ermöglicht die Entkopplung der Überspannungsableiter und verhindert somit, dass zu viel Energie direkt in die sekundäre SPD gelangt mit der Gefahr der Zerstörung.

Das ist ein Situation, die tatsächlich von den Merkmalen der einzelnen SPDs abhängt.

Abbildung X – Koordinierende SPDs

Zwei identisch Überspannungsschutz. Beispielsweise können Up: 2 ​​kV und Imax: 70 kA sein installiert werden, ohne dass der Abstand d1 erforderlich ist: Die Energie wird geteilt Die Verteilung der beiden SPDs ist mehr oder weniger gleichmäßig verteilt. Aber zwei verschiedene SPDs (z.B Up: 2 ​​kV/Imax: 70 kA und Up: 1,2 kV/Imax: 15 kA) sollten mindestens 8 m voneinander entfernt sein Vermeiden Sie eine Überbeanspruchung des zweiten Überspannungsschutzes.

Falls nicht angegeben, Nehmen Sie d1 min (in Metern) als 1 % der Differenz zwischen Up1 und Up2 (in). Volt). Zum Beispiel:

Up1 = 2,0 kV (2000 V) und Up2 = 1,2 kV (1200 V)

⇒ d1 = 8 m min. (2000 – 1200 = 800 >> 1 % von 800 = 8 m)

Ein anderes Beispiel, Wenn:

Up1 = 1,4 kV und Up2 = 1,2 kV ⇒ d1 = 2 m min