Blitzstromstoß und Überspannungsschutz

Blitzstromstoß und Überspannungsschutz

Überspannung atmosphärischen Ursprungs
Überspannungsdefinitionen

Überspannung (in einem System) jede Spannung zwischen einem Phasenleiter und Erde oder zwischen Phasenleitern mit einem Spitzenwert, der den entsprechenden Spitzenwert der höchsten Spannung für die Gerätedefinition aus dem International Electrotechnical Vocabulary (IEV 604-03-09) überschreitet.

Verschiedene Arten von Überspannungen

Eine Überspannung ist ein Spannungsimpuls oder eine Spannungswelle, die der Nennspannung des Netzwerks überlagert ist (siehe Abb. J1).

Diese Art der Überspannung ist gekennzeichnet durch (siehe Abb. J2):

• die Anstiegszeit tf (in μs);
• der Gradient S (in kV / μs).

Eine Überspannung stört Geräte und erzeugt elektromagnetische Strahlung. Darüber hinaus verursacht die Dauer der Überspannung (T) eine Energiespitze in den Stromkreisen, die Geräte zerstören könnte.
Abb. J2 - Hauptmerkmale einer Überspannung

Vier Arten von Überspannungen können elektrische Anlagen und Lasten stören:

• Schaltstöße: Hochfrequenz-Überspannungen oder Burst-Störungen (siehe Abb. J1), die durch eine Änderung des stationären Zustands in einem elektrischen Netz (während des Betriebs der Schaltanlage) verursacht werden.
• Netzfrequenz-Überspannungen: Überspannungen mit der gleichen Frequenz wie das Netzwerk (50, 60 oder 400 Hz), die durch eine permanente Zustandsänderung im Netzwerk verursacht werden (nach einem Fehler: Isolationsfehler, Ausfall des Neutralleiters usw.).
• Überspannungen durch elektrostatische Entladung: Sehr kurze Überspannungen (einige Nanosekunden) mit sehr hoher Frequenz, die durch die Entladung akkumulierter elektrischer Ladungen verursacht werden (z. B. wird eine Person, die mit isolierenden Sohlen auf einem Teppich läuft, mit einer Spannung von mehreren Kilovolt elektrisch aufgeladen).
• Überspannungen atmosphärischen Ursprungs.

Überspannungseigenschaften atmosphärischen Ursprungs

Blitzeinschläge in wenigen Abbildungen: Blitzschläge erzeugen eine extrem große Menge gepulster elektrischer Energie (siehe Abbildung J4).

• von mehreren tausend Ampere (und mehreren tausend Volt)
• von hoher Frequenz (ungefähr 1 Megahertz)
• von kurzer Dauer (von einer Mikrosekunde bis zu einer Millisekunde)

Zwischen 2000 und 5000 Stürme bilden sich weltweit ständig. Diese Stürme werden von Blitzschlägen begleitet, die eine ernsthafte Gefahr für Personen und Ausrüstung darstellen. Blitzeinschläge treffen mit durchschnittlich 30 bis 100 Schlägen pro Sekunde auf den Boden, dh 3 Milliarden Blitzschläge pro Jahr.

Die Tabelle in Abbildung J3 zeigt einige Blitzeinschlagwerte mit ihrer zugehörigen Wahrscheinlichkeit. Wie zu sehen ist, haben 50% der Blitzschläge einen Strom von mehr als 35 kA und 5% einen Strom von mehr als 100 kA. Die durch den Blitzschlag übertragene Energie ist daher sehr hoch.

Abb. J3 - Beispiele für Blitzentladungswerte gemäß der Norm IEC 62305-1 (2010 - Tabelle A.3)

Abb. J4 - Beispiel eines Blitzstroms

Blitze verursachen auch eine große Anzahl von Bränden, hauptsächlich in landwirtschaftlichen Gebieten (Zerstörung von Häusern oder deren Nutzung). Hochhäuser sind besonders anfällig für Blitzeinschläge.

Auswirkungen auf elektrische Anlagen

Blitzschäden beschädigen insbesondere elektrische und elektronische Systeme: Transformatoren, Stromzähler und Elektrogeräte in Wohn- und Industriegebäuden.

Die Kosten für die Reparatur des durch Blitzschlag verursachten Schadens sind sehr hoch. Es ist jedoch sehr schwer, die Folgen von:

• Störungen von Computern und Telekommunikationsnetzen;
• Fehler beim Ausführen von Programmen und Steuerungssystemen für speicherprogrammierbare Steuerungen.

Darüber hinaus können die Kosten für Betriebsverluste weit höher sein als der Wert der zerstörten Ausrüstung.

Blitzschlag schlägt ein

Blitz ist ein hochfrequentes elektrisches Phänomen, das Überspannungen an allen leitenden Gegenständen verursacht, insbesondere an elektrischen Kabeln und Geräten.

Blitzeinschläge können die elektrischen (und / oder elektronischen) Systeme eines Gebäudes auf zwei Arten beeinflussen:

• durch den direkten Einfluss des Blitzschlags auf das Gebäude (siehe Abb. J5 a);
• durch indirekte Auswirkungen des Blitzeinschlags auf das Gebäude:
• Ein Blitzschlag kann auf eine Freileitung fallen, die ein Gebäude versorgt (siehe Abb. J5 b). Der Überstrom und die Überspannung können sich mehrere Kilometer vom Aufprallpunkt aus ausbreiten.
• Ein Blitzschlag kann in die Nähe einer Stromleitung fallen (siehe Abb. J5 c). Es ist die elektromagnetische Strahlung des Blitzstroms, die einen hohen Strom und eine Überspannung im Stromversorgungsnetz erzeugt. In den beiden letztgenannten Fällen werden die gefährlichen Ströme und Spannungen vom Stromversorgungsnetz übertragen.

Ein Blitzschlag kann in die Nähe eines Gebäudes fallen (siehe Abb. J5 d). Das Potenzial der Erde um den Aufprallpunkt steigt gefährlich an.

Abb. J5 - Verschiedene Arten von Blitzeinschlägen

In allen Fällen können die Folgen für elektrische Anlagen und Lasten dramatisch sein.

Abb. J6 - Folge eines Blitzschlags

Ein Blitz fällt auf ein ungeschütztes Gebäude.	Ein Blitz fällt in die Nähe einer Freileitung.	Ein Blitz fällt in die Nähe eines Gebäudes.
Der Blitzstrom fließt über die mehr oder weniger leitenden Strukturen des Gebäudes mit sehr zerstörerischen Auswirkungen zur Erde: thermische Effekte: Sehr heftige Überhitzung von Materialien, die einen Brand verursacht mechanische Effekte: Strukturelle Verformung thermischer Überschlag: Das äußerst gefährliche Phänomen bei Vorhandensein brennbarer oder explosiver Stoffe (Kohlenwasserstoffe, Staub usw.)	Der Blitzstrom erzeugt durch elektromagnetische Induktion im Verteilungssystem Überspannungen. Diese Überspannungen breiten sich entlang der Leitung zu den elektrischen Geräten innerhalb der Gebäude aus.	Der Blitzschlag erzeugt die gleichen Überspannungsarten wie die beschriebenen Gegensätze. Außerdem steigt der Blitzstrom von der Erde zur elektrischen Anlage zurück und verursacht so einen Geräteausfall.
Das Gebäude und die Installationen im Inneren des Gebäudes werden in der Regel zerstört	Die elektrischen Anlagen im Gebäude werden in der Regel zerstört.

Die verschiedenen Ausbreitungsarten

Gleichtakt

Gleichtaktüberspannungen treten zwischen stromführenden Leitern und Erde auf: Phase-Erde oder Neutral-Erde (siehe Abb. J7). Sie sind besonders für Geräte gefährlich, deren Rahmen aufgrund der Gefahr eines dielektrischen Durchschlags mit der Erde verbunden ist.

Abb. J7 - Gleichtakt

Differentialmodus

Differenzspannungsüberspannungen treten zwischen stromführenden Leitern auf:

Phase-zu-Phase oder Phase-zu-Neutral (siehe Abb. J8). Sie sind besonders gefährlich für elektronische Geräte, empfindliche Hardware wie Computersysteme usw.

Abb. J8 - Differentialmodus

Charakterisierung der Blitzwelle

Die Analyse der Phänomene ermöglicht die Definition der Arten von Blitzstrom- und Spannungswellen.

• 2 Arten von Stromwellen werden von den IEC-Normen berücksichtigt:
• 10/350 µs Welle: zur Charakterisierung der Stromwellen aus einem direkten Blitzschlag (siehe Abb. J9);

Abb. J9 - 10/350 µs Stromwelle

• 8/20 µs Welle: Zur Charakterisierung der Stromwellen eines indirekten Blitzschlags (siehe Abb. J10).

Abb. J10 - 8/20 µs Stromwelle

Diese beiden Arten von Blitzstromwellen werden verwendet, um Tests an SPDs (IEC-Norm 61643-11) und die Störfestigkeit der Geräte gegen Blitzströme zu definieren.

Der Spitzenwert der Stromwelle kennzeichnet die Intensität des Blitzschlags.

Die durch Blitzschläge erzeugten Überspannungen sind durch eine Spannungswelle von 1.2 / 50 µs gekennzeichnet (siehe Abb. J11).

Diese Art von Spannungswelle wird verwendet, um zu überprüfen, ob Geräte Überspannungen atmosphärischen Ursprungs standhalten (Impulsspannung gemäß IEC 61000-4-5).

Abb. J11 - Spannungswelle von 1.2 / 50 µs

Prinzip des Blitzschutzes
Allgemeine Blitzschutzregeln

Verfahren zur Vermeidung von Blitzeinschlagrisiken
Das System zum Schutz eines Gebäudes vor Blitzeinschlägen muss Folgendes umfassen:

• Schutz von Bauwerken vor direkten Blitzeinschlägen;
• Schutz elektrischer Anlagen vor direkten und indirekten Blitzeinschlägen.

Das Grundprinzip für den Schutz der Anlage vor Blitzeinschlägen besteht darin, zu verhindern, dass die störende Energie empfindliche Geräte erreicht. Um dies zu erreichen, ist es notwendig:

• Erfassen Sie den Blitzstrom und leiten Sie ihn über den direktesten Weg zur Erde (unter Vermeidung der Nähe empfindlicher Geräte).
• Äquipotentialverklebung der Anlage durchführen; Diese Potentialausgleichsverbindung wird durch Verbinden von Leitern implementiert, ergänzt durch Überspannungsschutzgeräte (SPDs) oder Funkenstrecken (z. B. Funkenstrecke des Antennenmastes).
• Minimieren Sie induzierte und indirekte Effekte durch die Installation von SPDs und / oder Filtern. Zwei Schutzsysteme werden verwendet, um Überspannungen zu beseitigen oder zu begrenzen: Sie werden als Gebäudeschutzsystem (für die Außenseite von Gebäuden) und als Schutzsystem für die elektrische Installation (für die Innenseite von Gebäuden) bezeichnet.

Gebäudeschutzsystem

Das Gebäudeschutzsystem hat die Aufgabe, es vor direkten Blitzeinschlägen zu schützen.
Das System besteht aus:

• das Erfassungsgerät: das Blitzschutzsystem;
• Ableiter, die den Blitzstrom zur Erde leiten sollen;
• "Krähenfuß" Erdleitungen miteinander verbunden;
• Verbindungen zwischen allen Metallrahmen (Potentialausgleich) und den Erdungsleitungen.

Wenn der Blitzstrom in einem Leiter fließt und Potentialunterschiede zwischen ihm und den mit der Erde verbundenen Rahmen auftreten, die sich in der Nähe befinden, kann letzterer zerstörerische Überschläge verursachen.

Die 3 Arten des Blitzschutzsystems
Es werden drei Arten des Gebäudeschutzes verwendet:

Der Blitzableiter (einfacher Stab oder mit Auslösesystem)

Der Blitzableiter ist eine metallische Einfangspitze, die oben im Gebäude platziert ist. Es wird von einem oder mehreren Leitern (häufig Kupferstreifen) geerdet (siehe Abb. J12).

Abb. J12 - Blitzableiter (einfacher Stab oder mit Auslösesystem)

Der Blitzableiter mit gespannten Drähten

Diese Drähte werden über die zu schützende Struktur gespannt. Sie dienen zum Schutz spezieller Strukturen: Raketenstartbereiche, militärische Anwendungen und Schutz von Hochspannungsfreileitungen (siehe Abb. J13).

Abb. J13 - Straffe Drähte

Der Blitzableiter mit vermaschtem Käfig (Faradayscher Käfig)

Bei diesem Schutz werden zahlreiche Ableiter / Bänder symmetrisch um das Gebäude herum angebracht. (siehe Abb. J14).

Diese Art von Blitzschutzsystem wird für stark exponierte Gebäude verwendet, in denen sehr empfindliche Installationen wie Computerräume untergebracht sind.

Abb. J14 - Vernetzter Käfig (Faradayscher Käfig)

Folgen des Gebäudeschutzes für die Ausrüstung der Elektroinstallation

50% des vom Gebäudeschutzsystem abgegebenen Blitzstroms steigen in die Erdungsnetze der Elektroinstallation zurück (siehe Abb. J15): Der mögliche Anstieg der Rahmen übersteigt sehr häufig die Isolationsfestigkeit der Leiter in den verschiedenen Netzen ( LV, Telekommunikation, Videokabel usw.).

Darüber hinaus erzeugt der Stromfluss durch die Ableiter induzierte Überspannungen in der elektrischen Anlage.

Infolgedessen schützt das Gebäudeschutzsystem die elektrische Installation nicht: Es ist daher obligatorisch, ein elektrisches Installationsschutzsystem vorzusehen.

Abb. J15 - Gleichstrom

Blitzschutz - Elektrisches Installationsschutzsystem

Das Hauptziel des elektrischen Installationsschutzsystems besteht darin, Überspannungen auf Werte zu begrenzen, die für das Gerät akzeptabel sind.

Das elektrische Installationsschutzsystem besteht aus:

• eine oder mehrere SPDs je nach Gebäudekonfiguration;
• die Potentialausgleichsbindung: ein Metallgitter aus freiliegenden leitenden Teilen.

Sytemimplementierung

Das Verfahren zum Schutz der elektrischen und elektronischen Systeme eines Gebäudes ist wie folgt.

Suche nach Informationen

• Identifizieren Sie alle empfindlichen Lasten und ihren Standort im Gebäude.
• Identifizieren Sie die elektrischen und elektronischen Systeme und ihre jeweiligen Eintrittspunkte in das Gebäude.
• Überprüfen Sie, ob am Gebäude oder in der Nähe ein Blitzschutzsystem vorhanden ist.
• Machen Sie sich mit den für den Standort des Gebäudes geltenden Vorschriften vertraut.
• Bewerten Sie das Risiko von Blitzeinschlägen anhand des geografischen Standorts, der Art der Stromversorgung, der Blitzeinschlagdichte usw.

Lösungsimplementierung

• Installieren Sie die Verbindungsleiter mit einem Netz an den Rahmen.
• Installieren Sie eine SPD in der eingehenden LV-Telefonzentrale.
• Installieren Sie eine zusätzliche SPD in jeder Unterverteilungskarte in der Nähe empfindlicher Geräte (siehe Abb. J16).

Abb. J16 - Beispiel für den Schutz einer elektrischen Großanlage

Das Überspannungsschutzgerät (SPD)

Überspannungsschutzgeräte (SPD) werden für Stromversorgungsnetze, Telefonnetze sowie Kommunikations- und automatische Steuerbusse verwendet.

Das Überspannungsschutzgerät (SPD) ist Bestandteil des elektrischen Installationsschutzsystems.

Dieses Gerät ist parallel an den Stromversorgungskreis der zu schützenden Lasten angeschlossen (siehe Abb. J17). Es kann auch auf allen Ebenen des Stromversorgungsnetzes verwendet werden.

Dies ist die am häufigsten verwendete und effizienteste Art des Überspannungsschutzes.

Abb. J17 - Prinzip des parallelen Schutzsystems

Parallel geschaltete SPD haben eine hohe Impedanz. Sobald die transiente Überspannung im System auftritt, nimmt die Impedanz des Geräts ab, sodass ein Stoßstrom durch die SPD geleitet wird, der die empfindlichen Geräte umgeht.

Prinzip

SPD wurde entwickelt, um transiente Überspannungen atmosphärischen Ursprungs zu begrenzen und Stromwellen zur Erde umzuleiten, um die Amplitude dieser Überspannung auf einen Wert zu begrenzen, der für die elektrische Installation sowie elektrische Schalt- und Steuergeräte nicht gefährlich ist.

SPD eliminiert Überspannungen

• im Gleichtakt zwischen Phase und Neutralleiter oder Erde;
• im Differentialmodus zwischen Phase und Neutralleiter.

Bei einer Überspannung, die die Betriebsschwelle überschreitet, wird die SPD

• leitet die Energie im gemeinsamen Modus zur Erde;
• verteilt die Energie im Differentialmodus auf die anderen stromführenden Leiter.

Die drei Arten von SPD

Typ 1 SPD
Die SPD Typ 1 wird im speziellen Fall von Dienstleistungs- und Industriegebäuden empfohlen, die durch ein Blitzschutzsystem oder einen vermaschten Käfig geschützt sind.
Es schützt elektrische Anlagen vor direkten Blitzeinschlägen. Es kann den Gegenstrom von Blitzen entladen, die sich vom Erdleiter zu den Netzwerkleitern ausbreiten.
Typ 1 SPD ist durch eine Stromwelle von 10/350 µs gekennzeichnet.

Typ 2 SPD
Das SPD Typ 2 ist das Hauptschutzsystem für alle elektrischen Niederspannungsinstallationen. In jeder elektrischen Schalttafel installiert, verhindert es die Ausbreitung von Überspannungen in den elektrischen Anlagen und schützt die Lasten.
Typ 2 SPD ist durch eine Stromwelle von 8/20 µs gekennzeichnet.

Typ 3 SPD
Diese SPDs haben eine geringe Entladekapazität. Sie müssen daher zwingend als Ergänzung zur Typ 2 SPD und in der Nähe empfindlicher Lasten installiert werden.
Typ 3 SPD ist durch eine Kombination von Spannungswellen (1.2 / 50 μs) und Stromwellen (8/20 μs) gekennzeichnet.

Normative SPD-Definition

Abb. J18 - SPD-Standarddefinition

Hinweis 1: Es gibt T1 + T2 SPD (oder Typ 1 + 2 SPD), die den Schutz von Lasten gegen direkte und indirekte Blitzschläge kombinieren.

Anmerkung 2: Einige T2 SPD können auch als T3 deklariert werden

Eigenschaften der SPD

Die internationale Norm IEC 61643-11 Edition 1.0 (03/2011) definiert die Eigenschaften und Prüfungen für SPD, die an Niederspannungsverteilungssysteme angeschlossen sind (siehe Abb. J19).

In grün die garantierte Reichweite der SPD.
Abb. J19 - Zeit- / Stromkennlinie einer SPD mit Varistor

Gemeinsamkeiten

• U_C: Maximale Dauerbetriebsspannung. Dies ist die AC- oder DC-Spannung, über der die SPD aktiv wird. Dieser Wert wird entsprechend der Nennspannung und der Systemerdungsanordnung gewählt.
• U_P: Spannungsschutzstufe (bei I._n). Dies ist die maximale Spannung an den Klemmen der SPD, wenn diese aktiv ist. Diese Spannung ist erreicht, wenn der in der SPD fließende Strom gleich In ist. Das gewählte Spannungsschutzniveau muss unterhalb der Überspannungsfestigkeit der Lasten liegen. Bei Blitzeinschlägen bleibt die Spannung an den Klemmen der SPD in der Regel kleiner als U._P.
• In: Nennentladestrom. Dies ist der Spitzenwert eines Stroms mit einer Wellenform von 8/20 µs, den die SPD mindestens 19 Mal entladen kann.

Warum ist In wichtig?
In entspricht einem Nennentladestrom, dem eine SPD mindestens 19-mal standhalten kann: Ein höherer Wert von In bedeutet eine längere Lebensdauer der SPD. Es wird daher dringend empfohlen, höhere Werte als den minimal auferlegten Wert von 5 kA zu wählen.

Typ 1 SPD

• I_Kobold: Impulsstrom. Dies ist der Spitzenwert eines Stroms mit einer Wellenform von 10/350 µs, den das SPD mindestens einmal entladen oder entladen kann.

Warum bin ich_Kobold wichtig?
Die Norm IEC 62305 verlangt für das Dreiphasensystem einen maximalen Impulsstromwert von 25 kA pro Pol. Dies bedeutet, dass die SPD für ein 3P + N-Netzwerk einem maximalen Gesamtimpulsstrom von 100 kA aus der Erdverbindung standhalten sollte.

• I_fi: Autoextinguish Follow Current. Gilt nur für die Funkenstreckentechnologie. Dies ist der Strom (50 Hz), den die SPD nach einem Überschlag von selbst unterbrechen kann. Dieser Strom muss immer größer sein als der voraussichtliche Kurzschlussstrom am Installationsort.

Typ 2 SPD

• Imax: Maximaler Entladestrom. Dies ist der Spitzenwert eines Stroms mit einer Wellenform von 8/20 µs, den die SPD einmal entladen kann.

Warum ist Imax wichtig?
Wenn Sie 2 SPDs mit demselben In, aber mit unterschiedlichem Imax vergleichen: Das SPD mit höherem Imax-Wert hat einen höheren „Sicherheitsspielraum“ und kann einem höheren Stoßstrom standhalten, ohne beschädigt zu werden.

Typ 3 SPD

• U_OC: Leerlaufspannung, die während Tests der Klasse III (Typ 3) angelegt wird.

Hauptanwendungen

• Niederspannungs-SPD. Mit diesem Begriff werden sowohl aus technologischer als auch aus benutzerbezogener Sicht sehr unterschiedliche Geräte bezeichnet. Niederspannungs-SPDs sind modular aufgebaut und können problemlos in LV-Schalttafeln installiert werden. Es gibt auch SPDs, die an Steckdosen angepasst werden können, aber diese Geräte haben eine geringe Entladekapazität.

• SPD für Kommunikationsnetze. Diese Geräte schützen Telefonnetzwerke, Vermittlungsnetze und automatische Steuerungsnetze (Bus) vor Überspannungen von außen (Blitzschlag) und internen Netzspannungsnetzen (umweltschädliche Geräte, Schaltanlagenbetrieb usw.). Solche SPDs werden auch in RJ11-, RJ45-,… -Anschlüssen installiert oder in Lasten integriert.

Notizen

1. Testsequenz gemäß Norm IEC 61643-11 für SPD basierend auf MOV (Varistor). Insgesamt 19 Impulse bei I._n:

• Ein positiver Impuls
• Ein negativer Impuls
• 15 Impulse werden alle 30 ° auf die 50-Hz-Spannung synchronisiert
• Ein positiver Impuls
• Ein negativer Impuls

2. für Typ 1 SPD nach den 15 Impulsen bei I._n (siehe vorherige Anmerkung):

• Ein Impuls bei 0.1 x I._Kobold
• Ein Impuls bei 0.25 x I._Kobold
• Ein Impuls bei 0.5 x I._Kobold
• Ein Impuls bei 0.75 x I._Kobold
• Ein Impuls bei mir_Kobold

Aufbau des elektrischen Installationsschutzsystems
Konstruktionsregeln des elektrischen Installationsschutzsystems

Um eine elektrische Installation in einem Gebäude zu schützen, gelten einfache Regeln für die Auswahl von

• SPD (s);
• sein Schutzsystem.

Bei einem Stromverteilungssystem werden folgende Hauptmerkmale verwendet, um das Blitzschutzsystem zu definieren und eine SPD zum Schutz einer elektrischen Installation in einem Gebäude auszuwählen:

• SPD
• Menge der SPD
• tippe
• Belichtungsgrad zur Definition des maximalen Entladestroms der SPD Imax.
• Das Kurzschlussschutzgerät
• maximaler Entladestrom Imax;
• Kurzschlussstrom Isc am Installationsort.

Das Logikdiagramm in Abbildung J20 unten veranschaulicht diese Entwurfsregel.

Abb. J20 - Logikdiagramm zur Auswahl eines Schutzsystems

Die anderen Eigenschaften für die Auswahl einer SPD sind für die elektrische Installation vordefiniert.

• Anzahl der Pole in der SPD;
• Spannungsschutzstufe U._P;
• U_C: Maximale Dauerbetriebsspannung.

In diesem Unterabschnitt Aufbau des Schutzsystems für elektrische Anlagen werden die Kriterien für die Auswahl des Schutzsystems anhand der Merkmale der Anlage, der zu schützenden Ausrüstung und der Umgebung ausführlicher beschrieben.

Elemente des Schutzsystems

SPD muss immer am Ursprung der elektrischen Installation installiert werden.

Ort und Art der SPD

Die Art der SPD, die am Ursprung der Installation installiert werden soll, hängt davon ab, ob ein Blitzschutzsystem vorhanden ist oder nicht. Wenn das Gebäude mit einem Blitzschutzsystem (gemäß IEC 62305) ausgestattet ist, sollte ein SPD Typ 1 installiert werden.

Für SPD, die am eingehenden Ende der Installation installiert werden, legen die IEC 60364-Installationsstandards Mindestwerte für die folgenden 2 Merkmale fest:

• Nennentladestrom I._n = 5 kA (8/20) us;
• Spannungsschutzstufe U._P(bei mir_n) <2.5 kV.

Die Anzahl der zusätzlich zu installierenden SPDs wird bestimmt durch:

• die Größe des Standorts und die Schwierigkeit, Bondleiter zu installieren. Bei großen Standorten ist es wichtig, eine SPD am eingehenden Ende jedes Unterverteilungsgehäuses zu installieren.
• der Abstand zwischen empfindlichen Lasten, die von der ankommenden Endschutzvorrichtung geschützt werden sollen. Wenn sich die Lasten mehr als 10 Meter vom Eingangsschutzgerät entfernt befinden, muss ein zusätzlicher Feinschutz so nahe wie möglich an empfindlichen Lasten vorgesehen werden. Das Phänomen der Wellenreflexion nimmt ab 10 Metern zu, siehe Ausbreitung einer Blitzwelle
• das Risiko einer Exposition. Im Fall eines sehr exponierten Standorts kann die SPD am eingehenden Ende nicht sowohl einen hohen Blitzstromfluss als auch ein ausreichend niedriges Spannungsschutzniveau gewährleisten. Insbesondere wird eine SPD vom Typ 1 im Allgemeinen von einer SPD vom Typ 2 begleitet.

Die folgende Tabelle in Abbildung J21 zeigt die Menge und den Typ der SPD, die auf der Grundlage der beiden oben definierten Faktoren eingerichtet werden sollen.

Abb. J21 - Die 4 Fälle der SPD-Implementierung

Schutz verteilter Ebenen

Durch verschiedene SPD-Schutzstufen kann die Energie auf mehrere SPDs verteilt werden, wie in Abbildung J22 dargestellt, in der die drei SPD-Typen vorgesehen sind:

• Typ 1: Wenn das Gebäude mit einem Blitzschutzsystem ausgestattet ist und sich am Eingang der Anlage befindet, nimmt es eine sehr große Energiemenge auf.
• Typ 2: absorbiert Restüberspannungen;
• Typ 3: Bietet bei Bedarf einen „feinen“ Schutz für die empfindlichsten Geräte, die sich sehr nahe an den Lasten befinden.

Hinweis: Die SPD Typ 1 und 2 können in einer einzigen SPD kombiniert werden
Abb. J22 - Feinschutzarchitektur

Gemeinsame Eigenschaften von SPDs gemäß den Installationseigenschaften
Maximale Dauerbetriebsspannung Uc

Abhängig von der Systemerdungsanordnung beträgt die maximale Dauerbetriebsspannung U._C von SPD muss gleich oder größer als die in der Tabelle in Abbildung J23 gezeigten Werte sein.

Abb. J23 - Vorgeschriebener Mindestwert von U._C für SPDs in Abhängigkeit von der Systemerdungsanordnung (basierend auf Tabelle 534.2 der Norm IEC 60364-5-53)

N / a nicht anwendbar
U: Netzspannung des Niederspannungssystems
ein. Diese Werte beziehen sich auf Worst-Case-Fehlerzustände, daher wird die Toleranz von 10% nicht berücksichtigt.

Die gebräuchlichsten UC-Werte werden gemäß der Systemerdungsanordnung ausgewählt.
TT, TN: 260, 320, 340, 350 V.
IT: 440, 460 V.

Spannungsschutzstufe U._P (bei mir_n)

Die Norm IEC 60364-4-44 hilft bei der Wahl der Schutzstufe Up für die SPD in Abhängigkeit von den zu schützenden Lasten. Die Tabelle in Abbildung J24 zeigt die Impulsfestigkeit jeder Art von Ausrüstung.

Abb. J24 - Erforderliche Nennimpulsspannung des Geräts Uw (Tabelle 443.2 der IEC 60364-4-44)

ein. Gemäß IEC 60038: 2009.
b. Diese Nennimpulsspannung wird zwischen stromführenden Leitern und PE angelegt.
c. In Kanada und den USA gilt für Erdspannungen über 300 V die Nennimpulsspannung, die der nächsthöheren Spannung in dieser Spalte entspricht.
d. Für den Betrieb von IT-Systemen bei 220-240 V ist die 230/400-Reihe aufgrund der Erdspannung beim Erdschluss in einer Leitung zu verwenden.

Abb. J25 - Überspannungskategorie der Ausrüstung

	Geräte der Überspannungskategorie Ich bin nur für die feste Installation von Gebäuden geeignet, in denen Schutzmittel außerhalb der Geräte angewendet werden - um transiente Überspannungen auf das angegebene Niveau zu begrenzen. Beispiele für solche Geräte sind solche, die elektronische Schaltkreise wie Computer, Geräte mit elektronischen Programmen usw. enthalten.
	Geräte der Überspannungskategorie II eignen sich zum Anschluss an die ortsfeste elektrische Anlage und bieten einen normalen Verfügbarkeitsgrad, der normalerweise für stromverwendende Geräte erforderlich ist. Beispiele für solche Geräte sind Haushaltsgeräte und ähnliche Lasten.
	Geräte der Überspannungskategorie III sind für die Verwendung in der festen Installation nach und einschließlich des Hauptverteilers vorgesehen und bieten ein hohes Maß an Verfügbarkeit. Beispiele für solche Geräte sind Verteiler, Leistungsschalter, Verkabelungssysteme einschließlich Kabel, Sammelschienen, Anschlusskästen, Schalter, Steckdosen) in der festen Installation sowie Geräte für den industriellen Einsatz und einige andere Geräte, z. B. stationäre Motoren mit a dauerhafte Verbindung zur festen Installation.
	Geräte der Überspannungskategorie IV sind für den Einsatz am oder in der Nähe des Ursprungs der Anlage geeignet, beispielsweise vor dem Hauptverteiler. Beispiele für solche Geräte sind Stromzähler, primäre Überstromschutzgeräte und Welligkeitssteuergeräte.

Das "installierte" U._P Die Leistung sollte mit der Impulsfestigkeit der Lasten verglichen werden.

SPD hat eine Spannungsschutzstufe U._P das ist intrinsisch, dh unabhängig von seiner Installation definiert und getestet. In der Praxis für die Wahl von U._P Bei der Leistung einer SPD muss ein Sicherheitsabstand eingehalten werden, um die mit der Installation der SPD verbundenen Überspannungen zu berücksichtigen (siehe Abbildung J26 und Anschluss des Überspannungsschutzgeräts).

Abb. J26 - Installiertes U._P

Die „installierte“ Spannungsschutzstufe U._P Der allgemeine Schutz für empfindliche Geräte in elektrischen Anlagen mit 230/400 V beträgt 2.5 kV (Überspannungskategorie II, siehe Abb. J27).

Hinweis:
Wenn die festgelegte Spannungsschutzstufe von der eingehenden SPD nicht erreicht werden kann oder wenn empfindliche Geräte entfernt sind (siehe Elemente des Schutzsystems # Ort und Art der SPD Ort und Art der SPD, muss eine zusätzliche koordinierte SPD installiert werden, um die zu erreichen erforderliche Schutzstufe.

Anzahl der Stangen

• Abhängig von der Systemerdungsanordnung muss eine SPD-Architektur bereitgestellt werden, die den Schutz im Gleichtaktmodus (CM) und im Differenzialmodus (DM) gewährleistet.

Abb. J27 - Schutzanforderungen gemäß der Systemerdungsanordnung

ein. Der Schutz zwischen Phase und Neutralleiter kann entweder in die SPD integriert werden, die sich am Ursprung der Installation befindet, oder in der Nähe des zu schützenden Geräts entfernt werden
b. Wenn neutral verteilt

Hinweis:

Gleichtakt-Überspannung
Eine grundlegende Form des Schutzes besteht darin, eine SPD im Gleichtakt zwischen den Phasen und dem PE- (oder PEN-) Leiter zu installieren, unabhängig von der Art der verwendeten Systemerdungsanordnung.

Differenzspannungsüberspannung
In den TT- und TN-S-Systemen führt die Erdung des Neutralleiters zu einer Asymmetrie aufgrund von Erdimpedanzen, die zum Auftreten von Differenzspannungen führt, obwohl die durch einen Blitzschlag induzierte Überspannung Gleichtakt ist.

2P-, 3P- und 4P-SPDs
(siehe Abb. J28)
Diese sind an die IT-, TN-C-, TN-CS-Systeme angepasst.
Sie schützen lediglich vor Gleichtaktüberspannungen

Fig. J28 - 1P-, 2P-, 3P-, 4P-SPDs

1P + N, 3P + N SPDs
(siehe Abb. J29)
Diese sind an die TT- und TN-S-Systeme angepasst.
Sie bieten Schutz vor Gleichtakt- und Differentialmodus-Überspannungen

Abb. J29 - 1P + N, 3P + N SPDs

Auswahl einer SPD vom Typ 1
Impulsstrom Iimp

• Wenn es keine nationalen Vorschriften oder spezifischen Vorschriften für den zu schützenden Gebäudetyp gibt: Der Impulsstrom Iimp muss mindestens 12.5 kA (10/350 µs Welle) pro Zweig gemäß IEC 60364-5-534 betragen.
• Wo Vorschriften existieren: Die Norm IEC 62305-2 definiert 4 Stufen: I, II, III und IV

Die Tabelle in Abbildung J31 zeigt die verschiedenen Ebenen von I._Kobold im regulatorischen Fall.

Abb. J30 - Grundlegendes Beispiel für ausgeglichenes I._Kobold Stromverteilung im 3-Phasen-System

Abb. J31 - Tabelle von I._Kobold Werte entsprechend dem Spannungsschutzniveau des Gebäudes (basierend auf IEC / EN 62305-2)

Autoextinguish folgen Strom I._fi

Diese Eigenschaft gilt nur für SPDs mit Funkenstrecken-Technologie. Die automatische Löschung folgt dem Strom I._fi muss immer größer sein als der voraussichtliche Kurzschlussstrom I._sc zum Zeitpunkt der Installation.

Auswahl einer SPD vom Typ 2
Maximaler Entladestrom Imax

Der maximale Entladestrom Imax wird gemäß dem geschätzten Expositionsniveau relativ zum Standort des Gebäudes definiert.
Der Wert des maximalen Entladestroms (Imax) wird durch Risikoanalyse ermittelt (siehe Tabelle in Abbildung J32).

Abb. J32 - Empfohlener maximaler Entladestrom Imax entsprechend der Belichtungsstufe

Auswahl des externen Kurzschlussschutzgeräts (SCPD)

Die Schutzeinrichtungen (Wärme- und Kurzschluss) müssen mit der SPD abgestimmt sein, um einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten, d. H.
Gewährleistung der Kontinuität des Dienstes:

• Blitzstromwellen standhalten
• keine übermäßige Restspannung erzeugen.

Gewährleistung eines wirksamen Schutzes gegen alle Arten von Überstrom:

• Überlastung nach thermischem Durchgehen des Varistors;
• Kurzschluss geringer Intensität (Impedant);
• Kurzschluss von hoher Intensität.

Risiken, die am Ende der Lebensdauer der SPDs vermieden werden müssen
Aufgrund des Alterns

Im Falle eines natürlichen Lebensendes aufgrund von Alterung ist der Schutz vom thermischen Typ. SPD mit Varistoren müssen einen internen Trennschalter haben, der die SPD deaktiviert.
Hinweis: Das Ende der Lebensdauer durch thermisches Durchgehen betrifft nicht die SPD mit Gasentladungsrohr oder eingekapselter Funkenstrecke.

Aufgrund eines Fehlers

Die Ursachen für das Ende der Lebensdauer aufgrund eines Kurzschlussfehlers sind:

• Maximale Entladekapazität überschritten. Dieser Fehler führt zu einem starken Kurzschluss.
• Ein Fehler aufgrund des Verteilungssystems (Neutral- / Phasenumschaltung, Neutralabschaltung).
• Allmähliche Verschlechterung des Varistors.
  Die beiden letztgenannten Fehler führen zu einem Impedanzkurzschluss.
  Die Installation muss vor Schäden durch diese Art von Fehlern geschützt werden: Der oben definierte interne (thermische) Trennschalter hat keine Zeit zum Aufwärmen und damit zum Betrieb.
  Es sollte ein spezielles Gerät installiert werden, das als „externes Kurzschlussschutzgerät (externes SCPD)“ bezeichnet wird und das den Kurzschluss beseitigen kann. Es kann durch einen Leistungsschalter oder eine Sicherungsvorrichtung implementiert werden.

Eigenschaften des externen SCPD

Das externe SCPD sollte mit der SPD koordiniert werden. Es wurde entwickelt, um die folgenden zwei Einschränkungen zu erfüllen:

Blitzstrom standhalten

Die Blitzstromfestigkeit ist ein wesentliches Merkmal des externen Kurzschlussschutzgeräts der SPD.
Das externe SCPD darf bei 15 aufeinanderfolgenden Impulsströmen bei In nicht auslösen.

Kurzschlussstromfestigkeit

• Das Schaltvermögen wird durch die Installationsregeln (Norm IEC 60364) bestimmt:
  Das externe SCPD sollte am Installationspunkt eine Unterbrechungskapazität aufweisen, die gleich oder größer als der voraussichtliche Kurzschlussstrom Isc ist (gemäß der Norm IEC 60364).
• Schutz der Anlage vor Kurzschlüssen
  Insbesondere der Impedanzkurzschluss verbraucht viel Energie und sollte sehr schnell beseitigt werden, um Schäden an der Anlage und an der SPD zu vermeiden.
  Die richtige Zuordnung zwischen einer SPD und ihrer externen SCPD muss vom Hersteller angegeben werden.

Installationsmodus für das externe SCPD
Gerät "in Serie"

Das SCPD wird als „in Reihe“ beschrieben (siehe Abb. J33), wenn der Schutz von der allgemeinen Schutzeinrichtung des zu schützenden Netzwerks ausgeführt wird (z. B. einem Leistungsschalter vor einer Installation).

Abb. J33 - SCPD „in Reihe“

Gerät "parallel"

Die SCPD wird als „parallel“ beschrieben (siehe Abb. J34), wenn der Schutz speziell von einem der SPD zugeordneten Schutzgerät ausgeführt wird.

• Das externe SCPD wird als "Trennschalter" bezeichnet, wenn die Funktion von einem Leistungsschalter ausgeführt wird.
• Der Trennschalter kann in die SPD integriert sein oder nicht.

Abb. J34 - SCPD „parallel“

Hinweis:
Bei einer SPD mit einer Gasentladungsröhre oder einer eingekapselten Funkenstrecke ermöglicht die SCPD, dass der Strom unmittelbar nach dem Gebrauch unterbrochen wird.

Schutzgarantie

Die externe SCPD sollte mit der SPD koordiniert und vom SPD-Hersteller gemäß den Empfehlungen der Norm IEC 61643-11 getestet und garantiert werden. Es sollte auch gemäß den Empfehlungen des Herstellers installiert werden. Ein Beispiel finden Sie in den Koordinationstabellen für Electric SCPD + SPD.

Wenn dieses Gerät integriert ist, gewährleistet die Konformität mit der Produktnorm IEC 61643-11 natürlich den Schutz.

Abb. J35 - SPDs mit externem SCPD, nicht integriert (iC60N + iPRD 40r) und integriert (iQuick PRD 40r)

Zusammenfassung der Eigenschaften externer SCPDs

Eine detaillierte Analyse der Merkmale finden Sie im Abschnitt Detaillierte Merkmale des externen SCPD.
Die Tabelle in Abbildung J36 zeigt anhand eines Beispiels eine Zusammenfassung der Merkmale für die verschiedenen Arten von externem SCPD.

Abb. J36 - Eigenschaften des End-of-Life-Schutzes einer SPD vom Typ 2 gemäß den externen SCPDs

Installationsmodus für das externe SCPD	In Serie	Parallel zu
		Sicherungsschutz verbunden	Leistungsschalterschutz verbunden	Leistungsschalterschutz integriert
Überspannungsschutz von Geräten	=	=	=	=
	SPDs schützen das Gerät zufriedenstellend, unabhängig von der Art der zugehörigen externen SCPD
Schutz der Installation am Ende der Lebensdauer	-	=	+	+ +
	Keine Schutzgarantie möglich	Herstellergarantie		Volle Garantie
		Schutz vor Impedanzkurzschlüssen nicht gut gewährleistet	Schutz vor Kurzschlüssen perfekt gewährleistet
Kontinuität des Dienstes am Lebensende	- -	+	+	+
	Die komplette Installation wird heruntergefahren	Nur der SPD-Stromkreis wird abgeschaltet
Wartung am Lebensende	- -	=	+	+
	Das Herunterfahren der Installation ist erforderlich	Sicherungswechsel	Sofortiges Zurücksetzen

SPD- und Schutzgeräte-Koordinationstabelle

Die folgende Tabelle in Abbildung J37 zeigt die Koordination von Trennschaltern (externes SCPD) für SPDs vom Typ 1 und 2 der Marke XXX Electric für alle Pegel von Kurzschlussströmen.

Die von Electric angegebene und garantierte Koordination zwischen SPD und seinen Trennschaltern gewährleistet einen zuverlässigen Schutz (Blitzwellenbeständigkeit, verstärkter Schutz gegen Impedanzkurzschlussströme usw.)

Abb. J37 - Beispiel einer Koordinationstabelle zwischen SPDs und ihren Trennschaltern. Beachten Sie immer die neuesten Tabellen der Hersteller.

Koordination mit vorgeschalteten Schutzgeräten

Koordination mit Überstromschutzgeräten
In einer elektrischen Installation ist das externe SCPD ein Gerät, das mit dem Schutzgerät identisch ist: Dies ermöglicht die Anwendung von Selektivitäts- und Kaskadentechniken zur technischen und wirtschaftlichen Optimierung des Schutzplans.

Koordination mit Fehlerstromschutzschaltern
Wenn das SPD hinter einem Erdschlussschutzgerät installiert ist, sollte dieses vom Typ „si“ oder selektiv sein und eine Immunität gegen Impulsströme von mindestens 3 kA (8/20 μs Stromwelle) aufweisen.

Installation des Überspannungsschutzgeräts
Anschluss des Überspannungsschutzgeräts

Die Anschlüsse einer SPD an die Lasten sollten so kurz wie möglich sein, um den Wert der Spannungsschutzstufe (oben installiert) an den Klemmen der geschützten Geräte zu verringern.

Die Gesamtlänge der SPD-Verbindungen zum Netzwerk und zum Erdungsklemmenblock sollte 50 cm nicht überschreiten.

Eine der wesentlichen Eigenschaften für den Schutz von Geräten ist das maximale Spannungsschutzniveau (installiert nach oben), dem das Gerät an seinen Klemmen standhalten kann. Dementsprechend sollte ein SPD mit einer Spannungsschutzstufe Up gewählt werden, die an den Schutz des Geräts angepasst ist (siehe Abb. J38). Die Gesamtlänge der Verbindungsleiter beträgt

L = L1 + L2 + L3.

Für hochfrequente Ströme beträgt die Impedanz pro Längeneinheit dieser Verbindung ungefähr 1 µH / m.

Anwendung des Lenzschen Gesetzes auf diese Verbindung: ΔU = L di / dt

Die normalisierte Stromwelle von 8/20 µs mit einer Stromamplitude von 8 kA erzeugt dementsprechend einen Spannungsanstieg von 1000 V pro Meter Kabel.

ΔU = 1 · 10 & supmin; & sup6; · 8 · 103/8 · 10 & supmin; & sup6; = 1000 V.

Abb. J38 - Anschlüsse einer SPD L <50 cm

Infolgedessen beträgt die Spannung an den Geräteklemmen U-Geräte:
U Ausrüstung = Up + U1 + U2
Wenn L1 + L2 + L3 = 50 cm und die Welle 8/20 µs mit einer Amplitude von 8 kA beträgt, beträgt die Spannung an den Geräteklemmen Up + 500 V.

Anschluss im Kunststoffgehäuse

Abbildung J39 unten zeigt, wie eine SPD in einem Kunststoffgehäuse angeschlossen wird.

Abb. J39 - Anschlussbeispiel im Kunststoffgehäuse

Anschluss im Metallgehäuse

Bei einer Schaltanlage in einem Metallgehäuse kann es sinnvoll sein, das SPD direkt an das Metallgehäuse anzuschließen, wobei das Gehäuse als Schutzleiter verwendet wird (siehe Abb. J40).
Diese Anordnung entspricht der Norm IEC 61439-2, und der Hersteller der Baugruppe muss sicherstellen, dass die Eigenschaften des Gehäuses diese Verwendung ermöglichen.

Abb. J40 - Anschlussbeispiel in Metallgehäuse

Leiterquerschnitt

Der empfohlene Mindestleiterquerschnitt berücksichtigt:

• Der normale zu erbringende Service: Fluss der Blitzstromwelle unter einem maximalen Spannungsabfall (50-cm-Regel).
  Hinweis: Im Gegensatz zu Anwendungen mit 50 Hz, bei denen das Blitzphänomen hochfrequent ist, verringert die Vergrößerung des Leiterquerschnitts die Hochfrequenzimpedanz nicht wesentlich.
• Die Leiter halten Kurzschlussströmen stand: Der Leiter muss während der maximalen Abschaltzeit des Schutzsystems einem Kurzschlussstrom widerstehen.
  IEC 60364 empfiehlt am Eingang der Installation einen Mindestquerschnitt von:
• 4 mm2 (Cu) zum Anschluss von SPD Typ 2;
• 16 mm2 (Cu) zum Anschluss von SPD Typ 1 (Vorhandensein eines Blitzschutzsystems).

Beispiele für gute und schlechte SPD-Installationen

Abb. J41 - Beispiele für gute und schlechte SPD-Installationen

Das Design der Geräteinstallation sollte gemäß den Installationsregeln erfolgen: Die Kabellänge muss weniger als 50 cm betragen.

Verkabelungsregeln des Überspannungsschutzgeräts
Regel 1

Die erste Regel, die eingehalten werden muss, lautet, dass die Länge der SPD-Verbindungen zwischen dem Netzwerk (über das externe SCPD) und dem Erdungsklemmenblock 50 cm nicht überschreiten darf.
Abbildung J42 zeigt die beiden Möglichkeiten für den Anschluss einer SPD.
Abb. J42 - SPD mit separatem oder integriertem externem SCPD

Regel 2

Die Leiter geschützter abgehender Abzweige:

• sollte an die Klemmen des externen SCPD oder der SPD angeschlossen werden;
• sollte physikalisch von den verschmutzten ankommenden Leitern getrennt werden.

Sie befinden sich rechts von den Klemmen der SPD und der SCPD (siehe Abbildung J43).

Abb. J43 - Die Anschlüsse der geschützten Abgänge befinden sich rechts von den SPD-Klemmen

Regel 3

Die ankommenden Zuleitungsphasen-, Neutral- und Schutzleiter (PE) sollten nebeneinander verlaufen, um die Schleifenoberfläche zu verringern (siehe Abb. J44).

Regel 4

Die ankommenden Leiter der SPD sollten von den geschützten abgehenden Leitern entfernt sein, um eine Verschmutzung durch Kopplung zu vermeiden (siehe Abb. J44).

Regel 5

Die Kabel sollten gegen die Metallteile des Gehäuses (falls vorhanden) gesteckt werden, um die Oberfläche der Rahmenschleife zu minimieren und somit von einer Abschirmwirkung gegen EM-Störungen zu profitieren.

In jedem Fall muss überprüft werden, ob die Rahmen von Schalttafeln und Gehäusen über sehr kurze Verbindungen geerdet sind.

Wenn abgeschirmte Kabel verwendet werden, sollten große Längen vermieden werden, da sie die Effizienz der Abschirmung verringern (siehe Abb. J44).

Abb. J44 - Beispiel für die Verbesserung der EMV durch Reduzierung der Schleifenoberflächen und der gemeinsamen Impedanz in einem elektrischen Gehäuse

Überspannungsschutz Anwendungsbeispiele

SPD-Anwendungsbeispiel im Supermarkt

Abb. J46 - Telekommunikationsnetz

Lösungen und schematische Darstellung

• Die Auswahlhilfe für Überspannungsableiter hat es ermöglicht, den genauen Wert des Überspannungsableiters am eingehenden Ende der Installation und den des zugehörigen Trennschalters zu bestimmen.
• Da die empfindlichen Geräte (U._Kobold <1.5 kV) befinden sich mehr als 10 m vom ankommenden Schutzgerät entfernt, die Feinschutz-Überspannungsableiter müssen so nah wie möglich an den Lasten installiert werden.
• Um eine bessere Kontinuität des Betriebs in Kühlräumen zu gewährleisten: Es werden Fehlerstromschutzschalter vom Typ „si“ verwendet, um störende Auslösungen zu vermeiden, die durch den Anstieg des Erdpotentials beim Durchgang der Blitzwelle verursacht werden.
• Zum Schutz vor atmosphärischen Überspannungen: 1 Installieren Sie einen Überspannungsableiter in der Hauptschalttafel. 2, installieren Sie in jeder Schalttafel (1 und 2) einen Feinschutz-Überspannungsableiter, der die empfindlichen Geräte versorgt, die sich mehr als 10 m vom eingehenden Überspannungsableiter entfernt befinden. 3, installieren Sie einen Überspannungsableiter im Telekommunikationsnetz, um die mitgelieferten Geräte zu schützen, z. B. Feuermelder, Modems, Telefone, Faxe.

Verkabelungsempfehlungen

• Stellen Sie die Äquipotentialität der Erdungsanschlüsse des Gebäudes sicher.
• Reduzieren Sie die Bereiche der geschlungenen Netzkabel.

Installationsempfehlungen

• Installieren Sie einen Überspannungsableiter, I._max = 40 kA (8/20 µs) und ein iC60-Trennschalter mit einer Nennleistung von 40 A.
• Installieren Sie feine Überspannungsableiter, I._max = 8 kA (8/20 µs) und die zugehörigen iC60-Trennschalter mit einer Nennleistung von 10 A.

Abb. J46 - Telekommunikationsnetz

SPD für Photovoltaikanwendungen

In elektrischen Anlagen kann es aus verschiedenen Gründen zu Überspannungen kommen. Es kann verursacht werden durch:

• Das Vertriebsnetz infolge von Blitzen oder durchgeführten Arbeiten.
• Blitzeinschläge (in der Nähe oder an Gebäuden und PV-Anlagen oder an Blitzableitern).
• Schwankungen des elektrischen Feldes durch Blitzschlag.

Wie alle Außenstrukturen sind PV-Anlagen der von Region zu Region unterschiedlichen Blitzgefahr ausgesetzt. Vorbeugende und verhaftende Systeme und Geräte sollten vorhanden sein.

Schutz durch Potentialausgleich

Die erste Schutzmaßnahme ist ein Medium (Leiter), das eine Potentialausgleichsverbindung zwischen allen leitenden Teilen einer PV-Anlage gewährleistet.

Ziel ist es, alle geerdeten Leiter und Metallteile miteinander zu verbinden und so an allen Stellen des installierten Systems das gleiche Potential zu erzeugen.

Schutz durch Überspannungsschutzgeräte (SPDs)

SPDs sind besonders wichtig, um empfindliche elektrische Geräte wie AC / DC-Wechselrichter, Überwachungsgeräte und PV-Module, aber auch andere empfindliche Geräte, die vom 230-VAC-Stromverteilungsnetz gespeist werden, zu schützen. Die folgende Methode zur Risikobewertung basiert auf der Bewertung der kritischen Länge Lcrit und ihrem Vergleich mit L der kumulativen Länge der Gleichstromlinien.
SPD-Schutz ist erforderlich, wenn L ≥ Lcrit.
Lcrit hängt von der Art der PV-Installation ab und wird anhand der folgenden Tabelle (Abb. J47) berechnet:

Abb. J47 - SPD DC-Auswahl

L ist die Summe von:

• die Summe der Abstände zwischen Wechselrichter (n) und Anschlussdose (n) unter Berücksichtigung der Tatsache, dass die Kabellängen in derselben Leitung nur einmal gezählt werden, und
• Die Summe der Abstände zwischen dem Anschlusskasten und den Verbindungspunkten der Photovoltaikmodule, die den String bilden, wobei zu berücksichtigen ist, dass die Kabellängen in derselben Leitung nur einmal gezählt werden.

Ng ist die Bogenblitzdichte (Anzahl der Schläge / km2 / Jahr).

Abb. J48 - SPD-Auswahl

SPD-Schutz
Ort	PV-Module oder Array-Boxen		Wechselrichter DC-Seite	Wechselrichterseite		Mainboard
	LDC			LAC		Blitzableiter
Eigenschaften	<10 m	> 10 m		<10 m	> 10 m	Ja	Nein
Art der SPD	Keine Notwendigkeit	"SPD 1" Typ 2 [a]	"SPD 2" Typ 2 [a]	Keine Notwendigkeit	"SPD 3" Typ 2 [a]	"SPD 4" Typ 1 [a]	"SPD 4" Geben Sie 2 ein, wenn Ng> 2.5 & Freileitung

[ein]. 1 2 3 4 Typ 1-Abstand nach EN 62305 wird nicht eingehalten.

SPD installieren

Die Anzahl und Position der SPDs auf der DC-Seite hängt von der Länge der Kabel zwischen den Solarmodulen und dem Wechselrichter ab. Die SPD sollte in der Nähe des Wechselrichters installiert werden, wenn die Länge weniger als 10 Meter beträgt. Wenn es größer als 10 Meter ist, ist eine zweite SPD erforderlich und sollte sich in der Box in der Nähe des Solarpanels befinden. Die erste befindet sich im Wechselrichterbereich.

Um effizient zu sein, müssen die SPD-Verbindungskabel zum L + / L- -Netzwerk und zwischen dem Erdungsklemmenblock und der Erdungsschiene des SPD so kurz wie möglich sein - weniger als 2.5 Meter (d1 + d2 <50 cm).

Sichere und zuverlässige Erzeugung von Photovoltaik

Abhängig vom Abstand zwischen dem Teil „Generator“ und dem Teil „Umbau“ kann es erforderlich sein, zwei oder mehr Überspannungsableiter zu installieren, um den Schutz jedes der beiden Teile zu gewährleisten.

Abb. J49 - SPD-Position

Technische Ergänzungen zum Überspannungsschutz

Blitzschutzstandards

Die Norm IEC 62305 Teile 1 bis 4 (NF EN 62305 Teile 1 bis 4) reorganisiert und aktualisiert die Standardpublikationen IEC 61024 (Serie), IEC 61312 (Serie) und IEC 61663 (Serie) zu Blitzschutzsystemen.

Teil 1 - Allgemeine Grundsätze

Dieser Teil enthält allgemeine Informationen zu Blitzen und ihren Eigenschaften sowie allgemeine Daten und stellt die anderen Dokumente vor.

Teil 2 - Risikomanagement

In diesem Teil wird die Analyse vorgestellt, die es ermöglicht, das Risiko für eine Struktur zu berechnen und die verschiedenen Schutzszenarien zu bestimmen, um eine technische und wirtschaftliche Optimierung zu ermöglichen.

Teil 3 - Physikalische Schäden an Bauwerken und Lebensgefahr

Dieser Teil beschreibt den Schutz vor direkten Blitzschlägen, einschließlich Blitzschutzsystem, Ableiter, Erdungskabel, Äquipotentialität und damit SPD mit Potentialausgleich (Typ 1 SPD).

Teil 4 - Elektrische und elektronische Systeme innerhalb von Strukturen

Dieser Teil beschreibt den Schutz vor den induzierten Auswirkungen von Blitzen, einschließlich des Schutzsystems durch SPD (Typen 2 und 3), Kabelabschirmung, Regeln für die Installation von SPD usw.

Diese Reihe von Standards wird ergänzt durch:

• die Normenreihe IEC 61643 zur Definition von Überspannungsschutzprodukten (siehe Die Komponenten einer SPD);
• die Normenreihen IEC 60364-4 und -5 für die Anwendung der Produkte in elektrischen Niederspannungsanlagen (siehe Angabe der Lebensdauer einer SPD).

Die Komponenten einer SPD

Die SPD besteht hauptsächlich aus (siehe Abb. J50):

1. eine oder mehrere nichtlineare Komponenten: der stromführende Teil (Varistor, Gasentladungsröhre [GDT] usw.);
2. eine Wärmeschutzvorrichtung (interner Trennschalter), die sie am Ende ihrer Lebensdauer vor thermischem Durchgehen schützt (SPD mit Varistor);
3. ein Indikator, der das Lebensende der SPD anzeigt; Einige SPDs ermöglichen die Fernmeldung dieser Anzeige.
4. ein externes SCPD, das Schutz vor Kurzschlüssen bietet (dieses Gerät kann in die SPD integriert werden).

Abb. J50 - Diagramm einer SPD

Die Technologie des Live-Teils

Zur Implementierung des Live-Teils stehen verschiedene Technologien zur Verfügung. Sie haben jeweils Vor- und Nachteile:

• Zenerdioden;
• Die Gasentladungsröhre (gesteuert oder nicht gesteuert);
• Der Varistor (Zinkoxid-Varistor [ZOV]).

Die folgende Tabelle zeigt die Eigenschaften und Anordnungen von 3 häufig verwendeten Technologien.

Abb. J51 - Zusammenfassende Leistungstabelle

Komponente	Gasentladungsröhre (GDT)	Eingekapselte Funkenstrecke	Zinkoxid-Varistor	GDT und Varistor in Reihe	Eingekapselte Funkenstrecke und Varistor parallel
Eigenschaften
Betriebsart	Spannungsumschaltung	Spannungsumschaltung	Spannungsbegrenzung	Spannungsumschaltung und -begrenzung in Reihe	Spannungsumschaltung und -begrenzung parallel
Betriebskurven
Anwendung	Telekommunikationsnetz LV-Netzwerk (verbunden mit Varistor)	LV-Netzwerk	LV-Netzwerk	LV-Netzwerk	LV-Netzwerk
SPD-Typ	Typ 2	Typ 1	Typ 1 oder Typ 2	Typ 1+ Typ 2	Typ 1+ Typ 2

Anzeige des Lebensendes einer SPD

Mit dem internen Trennschalter und dem externen SCPD der SPD sind End-of-Life-Anzeigen verbunden, um den Benutzer darüber zu informieren, dass das Gerät nicht mehr gegen Überspannungen atmosphärischen Ursprungs geschützt ist.

Lokale Anzeige

Diese Funktion wird im Allgemeinen von den Installationscodes benötigt. Die Anzeige der Lebensdauer wird durch eine Anzeige (leuchtend oder mechanisch) für den internen Trennschalter und / oder das externe SCPD angezeigt.

Wenn die externe SCPD von einer Sicherungsvorrichtung implementiert wird, muss eine Sicherung mit einem Schlagbolzen und einer Basis, die mit einem Auslösesystem ausgestattet ist, vorgesehen werden, um diese Funktion sicherzustellen.

Integrierter Trennschalter

Die mechanische Anzeige und die Position des Steuergriffs ermöglichen eine natürliche Anzeige des Lebensendes.

Lokale Anzeige und Fernberichterstattung

iQuick PRD SPD der Marke XXX Electric ist vom Typ „Ready to Wire“ mit integriertem Trennschalter.

Lokale Anzeige

iQuick PRD SPD (siehe Abb. J53) ist mit lokalen mechanischen Statusanzeigen ausgestattet:

• Die (rote) mechanische Anzeige und die Position des Trennschalters zeigen das Abschalten der SPD an.
• Die (rote) mechanische Anzeige an jeder Patrone zeigt das Ende der Lebensdauer der Patrone an.

Abb. J53 - iQuick PRD 3P + N SPD der Marke XXX Electric

Remote-Berichterstellung

(siehe Abb. J54)

iQuick PRD SPD ist mit einem Anzeigekontakt ausgestattet, der die Fernmeldung von:

• Ende der Lebensdauer der Patrone;
• eine fehlende Patrone, und wenn sie wieder eingesetzt wurde;
• ein Fehler im Netzwerk (Kurzschluss, Unterbrechung des Neutralleiters, Phasen- / Neutralumkehrung);
• lokale manuelle Umschaltung.

Durch die Fernüberwachung des Betriebszustands der installierten SPDs kann sichergestellt werden, dass diese Schutzgeräte im Standby-Zustand immer betriebsbereit sind.

Abb. J54 - Installation der Kontrollleuchte mit einer iQuick PRD SPD

Abb. J55 - Fernanzeige des SPD-Status mit Smartlink

Wartung am Lebensende

Wenn die Anzeige für das Ende der Lebensdauer das Herunterfahren anzeigt, muss die SPD (oder die betreffende Patrone) ersetzt werden.

Bei der iQuick PRD SPD wird die Wartung erleichtert:

• Die Patrone am Ende ihrer Lebensdauer (auszutauschen) ist von der Wartungsabteilung leicht zu identifizieren.
• Die Patrone am Ende ihrer Lebensdauer kann vollständig ausgetauscht werden, da eine Sicherheitsvorrichtung das Schließen des Trennschalters verhindert, wenn eine Patrone fehlt.

Detaillierte Eigenschaften des externen SCPD

Stromwellenfestigkeit

Die aktuelle Welle hält Tests an externen SCPDs stand und zeigt Folgendes:

• Bei einer bestimmten Nennleistung und Technologie (NH oder zylindrische Sicherung) ist die Stromwellenbeständigkeit bei einer Sicherung vom Typ aM (Motorschutz) besser als bei einer Sicherung vom Typ gG (allgemeine Verwendung).
• Bei einer bestimmten Nennleistung ist die Stromwellenfestigkeit bei einem Leistungsschalter besser als bei einer Sicherungsvorrichtung. Abbildung J56 unten zeigt die Ergebnisse der Spannungswellenbeständigkeitstests:
• Zum Schutz eines für Imax = 20 kA definierten SPD ist als externer SCPD entweder ein MCB 16 A oder eine Sicherung aM 63 A zu wählen. Hinweis: In diesem Fall ist eine Sicherung gG 63 A nicht geeignet.
• Zum Schutz eines für Imax = 40 kA definierten SPD ist als externer SCPD entweder ein MCB 40 A oder eine Sicherung aM 125 A zu wählen.

Abb. J56 - Vergleich der Spannungswellenfestigkeit von SCPDs für I._max = 20 kA und ich_max = 40kA

Installierte Spannungsschutzstufe hoch

Im Allgemeinen:

• Der Spannungsabfall an den Klemmen eines Leistungsschalters ist höher als der an den Klemmen eines Sicherungsgeräts. Dies liegt daran, dass die Impedanz der Leistungsschalterkomponenten (thermische und magnetische Auslösevorrichtungen) höher ist als die einer Sicherung.

Aber:

• Die Differenz zwischen den Spannungsabfällen bleibt bei Stromwellen von nicht mehr als 10 kA gering (95% der Fälle);
• Die installierte Aufspannungsschutzstufe berücksichtigt auch die Verkabelungsimpedanz. Dies kann bei einer Sicherungstechnologie (von der SPD entferntes Schutzgerät) hoch und bei einer Leistungsschaltertechnologie (Leistungsschalter in der Nähe der SPD und sogar in die SPD integriert) niedrig sein.

Hinweis: Die installierte Aufspannungsschutzstufe ist die Summe der Spannungsabfälle:

• in der SPD;
• in der externen SCPD;
• in der Geräteverkabelung

Schutz vor Impedanzkurzschlüssen

Ein Impedanzkurzschluss verbraucht viel Energie und sollte sehr schnell beseitigt werden, um Schäden an der Anlage und an der SPD zu vermeiden.

Abbildung J57 vergleicht die Reaktionszeit und die Energiebegrenzung eines Schutzsystems durch eine 63-A-AM-Sicherung und einen 25-A-Leistungsschalter.

Diese beiden Schutzsysteme haben die gleiche Stromwellenbeständigkeit von 8/20 µs (27 kA bzw. 30 kA).

Abb. J57 - Vergleich der Zeit- / Strom- und Energiebegrenzungskurven für einen Leistungsschalter und eine Sicherung mit derselben Stromwellenbeständigkeit von 8/20 µs

Ausbreitung einer Blitzwelle

Elektrische Netze sind niederfrequent und infolgedessen ist die Ausbreitung der Spannungswelle relativ zur Frequenz des Phänomens augenblicklich: An jedem Punkt eines Leiters ist die augenblickliche Spannung gleich.

Die Blitzwelle ist ein Hochfrequenzphänomen (mehrere hundert kHz bis ein MHz):

• Die Blitzwelle breitet sich mit einer bestimmten Geschwindigkeit relativ zur Frequenz des Phänomens entlang eines Leiters aus. Infolgedessen hat die Spannung zu jedem Zeitpunkt nicht an allen Punkten des Mediums den gleichen Wert (siehe Abb. J58).

Abb. J58 - Ausbreitung einer Blitzwelle in einem Leiter

• Ein Mediumwechsel erzeugt ein Phänomen der Ausbreitung und / oder Reflexion der Welle in Abhängigkeit von:

1. der Impedanzunterschied zwischen den beiden Medien;
2. die Frequenz der progressiven Welle (Steilheit der Anstiegszeit im Falle eines Impulses);
3. die Länge des Mediums.

Insbesondere bei Totalreflexion kann sich der Spannungswert verdoppeln.

Beispiel: der Fall des Schutzes durch eine SPD

Die Modellierung des auf eine Blitzwelle angewendeten Phänomens und Tests im Labor zeigten, dass eine Last, die von 30 m Kabel gespeist wird, das durch eine SPD bei Spannung Up stromaufwärts geschützt ist, aufgrund von Reflexionsphänomenen eine maximale Spannung von 2 x U aufrechterhält_P (siehe Abb. J59). Diese Spannungswelle ist nicht energetisch.

Abb. J59 - Reflexion einer Blitzwelle am Abschluss eines Kabels

Abhilfe

Von den drei Faktoren (Impedanzunterschied, Frequenz, Abstand) kann nur die Kabellänge zwischen der SPD und der zu schützenden Last wirklich gesteuert werden. Je größer diese Länge ist, desto größer ist die Reflexion.

Im Allgemeinen sind für die Überspannungsfronten in einem Gebäude Reflexionsphänomene ab 10 m signifikant und können die Spannung ab 30 m verdoppeln (siehe Abb. J60).

Es ist erforderlich, eine zweite SPD im Feinschutz zu installieren, wenn die Kabellänge zwischen der SPD am Eingang und dem zu schützenden Gerät 10 m überschreitet.

Abb. J60 - Maximale Spannung am Ende des Kabels entsprechend seiner Länge zu einer Front der einfallenden Spannung = 4 kV / us

Beispiel für Blitzstrom im TT-System

Gleichtakt-SPD zwischen Phase und PE oder Phase und PEN wird unabhängig von der Art der Systemerdungsanordnung installiert (siehe Abb. J61).

Der für die Pylone verwendete neutrale Erdungswiderstand R1 hat einen niedrigeren Widerstand als der für die Installation verwendete Erdungswiderstand R2.

Der Blitzstrom fließt über den einfachsten Weg durch den Stromkreis ABCD zur Erde. Es durchläuft die Varistoren V1 und V2 in Reihe und verursacht eine Differenzspannung, die der doppelten Aufwärtsspannung der SPD (U) entspricht_P1 + U._P2) in extremen Fällen an den Klemmen von A und C am Eingang der Anlage zu erscheinen.

Abb. J61 - Nur allgemeiner Schutz

Um die Lasten zwischen Ph und N wirksam zu schützen, muss die Differenzmodusspannung (zwischen A und C) reduziert werden.

Daher wird eine andere SPD-Architektur verwendet (siehe Abb. J62).

Der Blitzstrom fließt durch die Schaltung ABH, die eine niedrigere Impedanz als die Schaltung ABCD hat, da die Impedanz der zwischen B und H verwendeten Komponente Null ist (gasgefüllte Funkenstrecke). In diesem Fall ist die Differenzspannung gleich der Restspannung der SPD (U._P2).

Abb. J62 - Gemeinsamer und Differentialschutz