Lernauftrag 12: SPD
SPD (surge protection device), auf deutsch: Überspannungsableiter.
Für den sehr Interessierten sei vorneweg das Grundlagenwissen zum Überspannungsschutz verlinkt.
SPD dienen dem Überspannungsschutz
Eingebettet sind die SPD in das größere Thema des Blitzschutzes. Dieses werden wir an dieser Stelle nur anreißen und nicht vollumfänglich abbilden können.
Aufgabe 1: Wirkung des Blitzstromes
Recherchiere und benenne mithilfe des Fachbuches, welche Wirkkomponenten der Blitzstrom besitzt.
Aufgabe 2: Äußerer Blitzschutz
Benenne die Verfahren des äußeren Blitzschutzes und lies dir die Beschreibungen derer im Fachbuch durch.
Aufgabe 3: Innerer Blitzschutz
Benenne was für den inneren Blitzschutz notwendig ist.
Aufgabe 4: Blitzschutzzonen
Notiere dir in Stichpunkten, was die Blitzschutzzonen umfassen und verdeutliche dir die Lage derer mithilfe von Bild 2, FB. S. 465.
Aufgabe 5: Leitungen mit Überspannungsschutz
Benenne, welche Leitungen Überspannungsschutz benötigen.
Überspannungskategorien
Betriebsmittel werden in Überspannungskategorien eingeteilt. Diese gibt an, welche Festigkeit die Bestandteile gegenüber Spannungsstößen besitzen. Die Stoßspannungsfestigkeit ist abhängig von der Auswahl der elektronischen Bauteile, den Leitungsquerschnitten, den Luft- und Kriechstrecken zwischen den Bauteilen, den Isolationsstoffe usw.
Je höher die Überspannungskategorie, desto höhere Stoßspannungen erträgt ein Betriebsmittel.
Im Folgenden eine kurze Übersicht der 4 Kategorien. Jeweils mit einem groben Merksatz, woran Geräte dieser Kategorie normalerweise zu erkennen sind und ein paar Beispiele:
1) bis \(1,5\ kV\): Betriebsmittel, die einen externen Trafo / Steckernetzteil nutzen, z.B. Laptop, Handy, usw.
2) bis \(2,5\ kV\): Betriebsmittel, die einen Kaltgerätestecker besitzen, z.B. Waschmaschine, Kühlschrank, usw.
3) bis \(4\ kV\): Betriebsmittel, die keinen Stecker besitzen, sondern fest angeschlossen sind, z.B. LS-Schalter, stationäre Motoren, Herdplatten
4) bis \(6\ kV\): Betriebsmittel für den Einsatz am Anschlusspunkt der Installation, z.B. Elektrizitätszähler, SPD Typ 2, Hauptschalter
Überspannungsschutzeinrichtungen sollen bewirken, daß die hinter ihnen liegenden Betriebsmittel nur noch Stoßspannungen ihrer Überspannungskategorie entsprechend erfahren.
SPD-Typen
Überspannungs-Schutzgeräte Typ 1 (SPD Typ 1), die sogenannten Blitzstromableiter, sind erforderlich, wenn hohe Blitzströme über die Erde oder die Ableitungseinrichtungen des äußeren Blitzschutzsystems in den Potentialausgleichsleiter der Niederspannungsanlage einkoppeln können. Durch sie wird im Moment des Blitzeinschlages der Potentialausgleich zwischen dem Schutzleiter (PE) und den Außenleitern sowie dem Neutralleiter hergestellt. Sie werden für den standardisierten Blitzstoßstrom nach der Impulsform \(10/350\ \mu s\) ausgelegt und beherrschen deshalb die Wirkungen von direkten und indirekten Blitzeinschlägen.
Blitzstromableiter werden als Überspannungs-Schutzgeräte Typ 1 im Hauptstromversorgungssystem möglichst vor dem Zähler eingesetzt. Dadurch wird sichergestellt, dass der Blitzstrom nicht in die Gebäudeinstallation fließen kann. Blitzstromableiter sprechen unterhalb der für die Betriebsmittel in der Einspeisung maximal zulässigen Bemessungs-Stoßspannung von \(6\ kV\) an, führen einen Teilblitzstrom in die Netzzuleitung ab, löschen einen Netzfolgestrom und isolieren anschließend wieder vollkommen. Blitzstromableiter verhindern unkontrollierte Überschläge in der Installation und Schädigungen der Isolation. Sie können aber nicht die gesamte Niederspannungsinstallation bis hin zu den Endgeräten schützen, da diese z. T. weit entfernt sind und eine niedrigere Bemessungs-Stoßspannung aufweisen. Diese Aufgabe übernehmen die Überspannungs-Schutzgeräte Typ 2 und Typ 3.
Überspannungs-Schutzgeräte Typ 2 (SPD Typ 2), die sogenannten Überspannungsableiter, werden als zweite Schutzstufe nach den Blitzstromableitern sowie zur Begrenzung von Blitzüberspannungen aus Ferneinschlägen oder von Schaltüberspannungen eingesetzt. Überspannungsableiter werden für einen Stoßstrom nach der Impulsform \(8/20\ \mu s\) ausgelegt. Diese Überspannungs-Schutzgeräte werden üblicherweise mit Varistoren ausgeführt und lassen keinen Netzfolgestrom zu. Sie müssen auf thermische Überlastung überwacht werden und sind deshalb auch mit einer Einrichtung versehen, die im Falle einer Überlastung das Überspannungs-Schutzgerät vom Netz trennt und diesen Zustand optisch oder mittels Leittechnik signalisiert.
Überspannungsableiter werden koordiniert zu Blitzstromableitern als Überspannungs-Schutzgeräte Typ 2 verwendet. Sie werden in der festen Installation z. B. in der Unterverteilung eingesetzt.
Überspannungs-Schutzgeräte Typ 3 (SPD Typ 3) werden nahe am zu schützenden Gerät (z. B. Kabelkanal, Steckdosen, unmittelbar vor einem Computer) verwendet.
Anforderungen
Ableiterkoordination
Aufgabe 5: SPD Typ 1
Benenne zwischen welchen Blitzschutzzonen SPD des Typ 1 (Blitzstromableiter) eingesetzt werden.
Aufgabe 6
Begründe, warum ein SPD Typ 1 allein einen Router nicht vor den Folgen eines Blitzeinschlages schützen kann.
Aufgabe 7
Begründe, warum ein SPD Typ 3 allein den Router nicht vor den Folgen eines Blitzeinschlags schützen kann.
Schutzpegel und Restspannung
In der Überspannungsschutzeinrichtung sind Überstrom und Überspannung eng miteinander verknüpft. Für jedes Gerät wird die Nennableitstrom \(I_n\) in den Datenblättern ausgeführt. Der Schutzpegel \(U_p\) wird bei dem Nennableitstrom \(I_n\) erreicht.
Ist der anliegende Überstrom jedoch geringer als der Nennableitstrom, so wird ein Schutzpegel $