Für jede Anwendung das passende Gerät

Bei der Konzeption von Blitzschutzsystemen hat es sich bewährt, zum Ableiten von direkten Blitzeinschlägen Typ 1 SPDs (Surge Protective Devices, Überspannungsschutzgeräte) auf Funkenstreckenbasis einzusetzen. Je nach Einsatzort und Anwendung müssen die Geräte oft unterschiedliche Anforderungen erfüllen. Die ‚Safe Energy Control Technology‘ von Phoenix Contact ermöglicht eine genaue Abstimmung der Funkenstrecke auf diese Anforderung und bietet damit einen optimalen Schutz für jede Anwendung.

 Speziell auf die zu sch?tzende Anwendung abgestimmt - nur so kann ein Typ 1 SPD effektiv vor den Auswirkungen direkter Blitzeinschl?ge sch?tzen. (Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH)

Speziell auf die zu schätzende Anwendung abgestimmt – nur so kann ein Typ 1 SPD effektiv vor den Auswirkungen direkter Blitzeinschläge schätzen. (Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH)

Eine wichtige Kenngröße für funkenstreckenbasierte Typ 1 SPDs ist das Folgestromlöschvermögen. Es charakterisiert, bis zu welchem prospektiven Kurzschlussstrom am Einbauort eine Funkenstrecke netzseitige Folgeströme nach dem Ableiten eines Stoßstroms eigenständig abschalten kann. Herkömmliche Funkenstreckentechnologien lassen Folgeströme dabei entweder zu oder begrenzen diese lediglich – verhindern sie jedoch nicht vollständig. Dies stellt eine Belastung für Installation und SPD dar. Eine netzfolgestromfreie Funkenstreckentechnologie ist daher vorteilhaft, wenn die Verfügbarkeit erhöht und die gesamte Installation – inklusive des SPD selbst – geschont werden soll. Die neuen Blitzstromableiter von Phoenix Contact mit Safe Energy Control sind netzfolgestromfrei – und bieten so einen optimalen Schutz für jede Installation. Ebenso wichtig ist die Abstimmung der Leistungsparameter des Typ 1 SPD auf das zu schützende System. Für einen wirksamen Schutz müssen Kenngrößen wie höchste Dauerspannung, Schutzpegel und Ableitvermögen den Anforderungen entsprechen, die sich aus der Konfiguration des Stromversorgungssystems, der Überspannungskategorie der zu schützenden Betriebsmittel sowie der zu erreichenden Blitzschutzklasse ergeben.

Auswahlkriterien für den Einsatz von SPDs

Die Leistungsparameter des SPD müssen anhand verschiedener Eigenschaften der zu schützenden Anlage ausgewählt werden. Nach DIN VDE0100-534 geschieht dies zunächst anhand des Schutzpegels Up, der nicht höher als der Spannungswert der Überspannungskategorie nach DIN VDE0100-443 der Betriebsmittel der Anlage liegen darf. Im Einsatzbereich von Typ 1 SPDs ist dies typischerweise die Überspannungskategorie II oder höher. Die Überspannungskategorie bestimmt dabei die Stoßspannungsfestigkeit des Betriebsmittels zwischen aktiven und geerdeten Teilen und wird mittels eines Spannungsimpulses der Form 1,2/50µs geprüft. Vergleicht man diesen Spannungsimpuls mit der Restspannung eines Typ 1 SPD beim Ableiten eines Blitzstromes, so lässt sich erkennen, wie effektiv die Isolation des Betriebsmittels durch das jeweilige SPD geschützt wird. Beim Vergleich der Restspannung zeigt sich in diesem Zusammenhang ein großer Vorteil, wenn Funkenstrecken statt Varistoren als Typ 1 SPD verwendet werden. Die über die gesamte Dauer des Blitzstroms hohe Restspannung eines Varistors bewirkt eine Langzeitbelastung für die Isolation des Betriebsmittels, da die Spannung weit oberhalb der

 Die Typ 1 SPDs der Familie Flashtrab SEC mit 'Safe Energy Control Technology' von Phoenix Contact bieten den optimalen Schutz f?r jede Installation. (Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH)

Die Typ 1 SPDs der Familie Flashtrab SEC mit ‚Safe Energy Control Technology‘ von Phoenix Contact bieten den optimalen Schutz für jede Installation. (Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH)

Stoßspannungskurve der entsprechenden Überspannungskategorie liegt. Die niedrige Restspannung einer Funkenstrecke hingegen liegt unterhalb der Stoßspannungskurve oder unterhalb der Spannungsfestigkeit des Betriebsmittels, die sich aus der maximalen Betriebsspannung ergibt. Die Isolation des Betriebsmittels wird also nicht übermäßig belastet. Ein weiteres Auswahlkriterium für Typ 1 SPDs richtet sich nach der Blitzschutzklasse, die für die zu schützende Anlage erreicht werden soll. Im Zusammenhang mit der Ausführung des Stromversorgungssystems, in welches das SPD integriert werden soll, kann das Ableitvermögen bestimmt werden, das für die Blitzschutzklasse erforderlich ist. Angegeben wird das Ableitvermögen durch den Wert des Blitzstoßstroms Iimp. Für die höchste Blitzschutzklasse I wird mit einem Blitzstrom in Höhe von 100kA 10/350µs gerechnet, der sich je nach Ausführung des Stromversorgungssystems auf die entsprechenden Leiter und SPDs aufteilt. Für ein dreiphasiges TT-System mit Neutralleiter, das durch eine 3+1-Schaltung gemäß dem Anschlussschema CT2 geschützt werden soll, bedeutet dies – für ein Typ 1 SPD – zwischen Phase und Neutralleiter ein notwendiges Iimp von 25kA 10/350µs. Ein 230/400V AC-System schützt hier der Flashtrab SEC Plus 350/25 – mit seinem besonders niedrigem Schutzpegel Up von 1,5kV. Das notwendige Ableitvermögen beruht auf der Annahme, dass sich der Blitzstrom gleichmäßig auf alle drei Phasen und den Neutralleiter aufteilt. In einem dreiphasigen IT-System ohne Neutralleiter ist für ein Typ 1 SPD zwischen Phase und Schutzleiter bei gleichmäßiger Aufteilung schon ein Iimp von 35kA 10/350µs notwendig. Die höchste Dauerspannung des SPD muss in einem solchen System nicht nur der Strangspannung plus Toleranz, sondern der verketteten Spannung plus Toleranz genügen. Bei einem 230/400V AC-System sind das 440V AC. Dazu wird ein besonders leistungsfähiges SPD benötigt – wie der Flashtrab SEC Plus 440/35. Für einphasige Systeme sind besonders hohe Ableitvermögen notwendig. So ist für die Blitzschutzklasse I bei einem einphasigen TT-System, das wiederum nach dem Anschlussschema CT2 geschützt werden soll, ein Ableitvermögen von 50kA 10/350µs zwischen Phase und Neutralleiter notwendig. Auf schmalstem Bauraum kann ein solcher Energieeintrag nur von besonders leistungsfähigen Funkenstrecken beherrscht werden – wie dem Flashtrab SEC Plus 264/50. Als Teil der elektrischen Installation müssen SPDs auch Anforderungen hinsichtlich der Kurzschlussfestigkeit erfüllen. Diese muss gleich oder größer dem zu erwartenden Kurzschlussstrom am Einbauort des SPD sein. Für Typ 1 SPDs, die in der Regel direkt am Speisepunkt einer Anlage installiert werden, sind die zu erwartenden Kurzschlussleistungen meistens hoch. Sie können von mehreren 10kA bis zu 100kA reichen und stellen damit besonders hohe Ansprüche an das Löschvermögen von Funkenstrecken. Um die Vorteile von Funkenstrecken auch in solchen Anwendungen nutzen zu können, wird eine Technik benötigt, die bei Kurzschlussströmen dieser Höhe weiterhin Stoßströme sicher ableiten und netzseitige Folgeströme unterdrücken kann. Die Typ 1 SPDs Flashtrab SEC Plus 350/25 und Flashtrab SEC Hybrid 264/25 mit Safe Energy Control sind netzfolgestromfrei – auch bei prospektiven Kurzschlussströmen am Einbauort bis zu 100kA.

 Vergleich der Restspannungen der SEC-Funkenstrecke und eines Typ 1 SPD auf Varistorbasis bei Blitzstrombelastung mit der Sto?spannungskurve nach ?berspannungskategorie II f?r 230/400V-AC-Systeme. (Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH)

Vergleich der Restspannungen der SEC-Funkenstrecke und eines Typ 1 SPD auf Varistorbasis bei Blitzstrombelastung mit der Stoßspannungskurve nach Überspannungskategorie II für 230/400V-AC-Systeme. (Bild: Phoenix Contact Deutschland GmbH)

SPD mit integriertem Überstromschutz

Hauptaufgabe eines SPD ist die Begrenzung der abfallenden Spannung am zu schützenden Gerät. Bei Überspannungen soll diese auf ein Niveau unterhalb der Stoßspannungsfestigkeit entsprechend der ausgewiesenen Überspannungskategorie begrenzt werden. Die über dem zu schützenden Gerät abfallende Spannung entspricht dabei der Summe aus Schutzpegel des SPD und den induzierten Spannungen über den Anschlussleitungen des SPD sowie eventuellen externen Überstromschutzeinrichtungen in diesem Pfad. Bei einer Überstromschutzeinrichtung, die im SPD integriert ist, entfällt die induzierte Spannung. Auch möglichst kurze Anschlussleitungen lassen sich einfach realisieren, sodass die Schutzwirkung insgesamt deutlich optimiert werden kann. Die SPDs der Produktfamilie Flashtrab SEC Hybrid bieten für die Kombination aus stoßstromfester Vorsicherung und netzfolgestromfreier Funkenstrecke einen Schutzpegel von 1,5kV für 230/400V-AC-Systeme und von 2,5kV für 400/690V-AC-Systeme. Damit erzielen sie für diese Spannungsebenen eine deutlich bessere Schutzwirkung gegenüber anderen SPDs, die meist gleiche oder höhere Schutzpegel aufweisen und dabei noch die Installation externer Überstromschutzeinrichtungen erfordern. Vorteilhaft ist auch die große Platz- und damit Kostenersparnis durch den Wegfall externer Überstromschutzeinrichtungen. Gegenüber herkömmlichen Lösungen, die die Montage von mehrphasigen Lasttrennern oder Schutzschaltern erfordern, können bis zu zwei Drittel an Platz eingespart werden. Dies erleichtert die Planung, ermöglicht eine kompakte Gestaltung von Schaltschränken und bietet ein hohes Maß an Kosteneffizienz. Auch für die Modernisierung alter Anlagen, die bisher kein oder nur ein unzureichendes Blitz- und Überspannungsschutzkonzept aufweisen, bieten die kombinierten Produkte der Familie Flashtrab SEC Hybrid gute Voraussetzungen, da im Nachhinein oft nur wenig Platz zum Nach- oder Umrüsten von SPDs zur Verfügung steht.

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