Fassen Sie Blitz- und Überspannungsschutzgeräte zusammen

Geplante Sicherheit

Blitzschutzzonenkonzept

Das Gebäude ist in verschiedene gefährdete Zonen unterteilt. Diese Zonen helfen bei der Festlegung der erforderlichen Schutzmaßnahmen, insbesondere der Blitz- und Überspannungsschutzgeräte und -komponenten. Teil eines EMV-kompatiblen (EMC: Electro Magnetic Compatibility) Blitzschutzzonenkonzepts ist das externe Blitzschutzsystem (einschließlich Luftabschlusssystem, Ableitersystem, Erdabschlusssystem), Potentialausgleich, räumliche Abschirmung und Überspannungsschutz für die Stromversorgungs- und Informationstechnologiesysteme. Die Definitionen gelten als in Tabelle 1 klassifiziert. Entsprechend den Anforderungen und Belastungen an Überspannungsschutzgeräten werden sie als Blitzstromableiter, Überspannungsableiter und kombinierte Ableiter eingestuft. Die höchsten Anforderungen werden an die Entladekapazität von Blitzstromableitern und kombinierten Ableitern gestellt, die beim Übergang von der Blitzschutzzone 0 eingesetzt werden_A auf 1 oder 0_A bis 2. Diese Ableiter müssen in der Lage sein, Teilblitzströme von 10/350 μs Wellenform mehrmals zu leiten, ohne zerstört zu werden, um das Eindringen zerstörerischer Teilblitzströme in die elektrische Installation eines Gebäudes zu verhindern. Am Übergangspunkt von LPZ 0_B bis 1 oder stromabwärts des Blitzstromableiters am Übergangspunkt von LPZ 1 zu 2 und höher werden Überspannungsableiter zum Schutz vor Überspannungen verwendet. Ihre Aufgabe ist es, sowohl die Restenergie der vorgeschalteten Schutzstufen noch weiter zu reduzieren als auch die in der Anlage selbst induzierten oder erzeugten Überspannungen zu begrenzen.

Die oben beschriebenen Blitz- und Überspannungsschutzmaßnahmen an den Grenzen der Blitzschutzzonen gelten gleichermaßen für Stromversorgungs- und Informationstechnologiesysteme. Alle im EMV-kompatiblen Blitzschutzzonenkonzept beschriebenen Maßnahmen tragen zur kontinuierlichen Verfügbarkeit elektrischer und elektronischer Geräte und Anlagen bei. Weitere technische Informationen finden Sie unter www.lsp-international.com.

IEC 62305-4: 2010

Äußere Zonen:

LPZ 0: Zone, in der die Bedrohung durch das nicht gedämpfte elektromagnetische Blitzfeld verursacht wird und in der die internen Systeme einem vollständigen oder teilweisen Blitzstoßstrom ausgesetzt sein können.

LPZ 0 ist unterteilt in:

LPZ0_A: Zone, in der die Bedrohung durch den direkten Blitz und das volle elektromagnetische Blitzfeld verursacht wird. Die internen Systeme können einem vollen Blitzstoßstrom ausgesetzt sein.

LPZ0_B: Zone, die gegen direkte Blitzschläge geschützt ist, bei denen jedoch das gesamte elektromagnetische Blitzfeld die Gefahr darstellt. Die internen Systeme können partiellen Blitzstoßströmen ausgesetzt sein.

Innere Zonen (gegen direkte Blitze geschützt):

LPZ 1: Zone, in der der Stoßstrom durch Stromverteilung und Isolationsschnittstellen und / oder durch SPDs an der Grenze begrenzt wird. Eine räumliche Abschirmung kann das elektromagnetische Blitzfeld abschwächen.

LPZ 2… n: Zone, in der der Stoßstrom durch Stromverteilung und Isolationsschnittstellen und / oder durch zusätzliche SPDs an der Grenze weiter begrenzt werden kann. Eine zusätzliche räumliche Abschirmung kann verwendet werden, um das elektromagnetische Blitzfeld weiter zu dämpfen.

Begriffe und Definitionen

Schaltvermögen, folgen Sie der aktuellen Löschfähigkeit I._fi

Das Schaltvermögen ist der unbeeinflusste (voraussichtliche) Effektivwert des Netzfolgestroms, der beim Anschließen von U automatisch von der Überspannungsschutzeinrichtung gelöscht werden kann_C. Dies kann in einer Betriebsprüfung nach EN 61643-11: 2012 nachgewiesen werden.

Kategorien nach IEC 61643-21: 2009

Eine Reihe von Impulsspannungen und Impulsströmen sind in IEC 61643-21: 2009 zum Testen der Strombelastbarkeit und Spannungsbegrenzung von Impulsstörungen beschrieben. Tabelle 3 dieser Norm listet diese in Kategorien auf und gibt bevorzugte Werte an. In Tabelle 2 der Norm IEC 61643-22 sind die Transientenquellen gemäß dem Entkopplungsmechanismus den verschiedenen Impulskategorien zugeordnet. Die Kategorie C2 umfasst die induktive Kopplung (Überspannungen) und die galvanische Kopplung der Kategorie D1 (Blitzströme). Die entsprechende Kategorie ist in den technischen Daten angegeben. LSP-Überspannungsschutzgeräte übertreffen die Werte in den angegebenen Kategorien. Daher wird der genaue Wert für die Impulsstromtragfähigkeit durch den Nennentladestrom (8/20 μs) und den Blitzimpulsstrom (10/350 μs) angegeben.

Kombinationswelle

Eine Kombinationswelle wird von einem Hybridgenerator (1.2 / 50 μs, 8/20 μs) mit einer fiktiven Impedanz von 2 Ω erzeugt. Die Leerlaufspannung dieses Generators wird als U bezeichnet_OC. U_OC ist ein bevorzugter Indikator für Ableiter vom Typ 3, da nur diese Ableiter mit einer Kombinationswelle getestet werden dürfen (gemäß EN 61643-11).

Grenzfrequenz f_G

Die Grenzfrequenz definiert das frequenzabhängige Verhalten eines Ableiters. Die Grenzfrequenz entspricht der Frequenz, die einen Einfügungsverlust induziert (a_E) von 3 dB unter bestimmten Testbedingungen (siehe EN 61643-21: 2010). Sofern nicht anders angegeben, bezieht sich dieser Wert auf ein 50 Ω-System.

Schutzart

Die IP-Schutzart entspricht den Schutzkategorien

beschrieben in IEC 60529.

Trennzeit t_a

Die Abschaltzeit ist die Zeit, die bis zum automatischen Abschalten von der Stromversorgung im Falle eines Ausfalls des zu schützenden Stromkreises oder der zu schützenden Ausrüstung vergeht. Die Abschaltzeit ist ein anwendungsspezifischer Wert, der sich aus der Intensität des Fehlerstroms und den Eigenschaften der Schutzeinrichtung ergibt.

Energiekoordination von SPDs

Energiekoordination ist das selektive und koordinierte Zusammenspiel von kaskadierten Schutzelementen (= SPDs) eines Gesamtkonzepts für Blitz- und Überspannungsschutz. Dies bedeutet, dass die Gesamtlast des Blitzimpulsstroms entsprechend ihrer Energietragfähigkeit zwischen den SPDs aufgeteilt wird. Wenn eine Energiekoordination nicht möglich ist, sind nachgeschaltete SPDs unzureichend

Entlastet durch die Upstream-SPDs, da die Upstream-SPDs zu spät, unzureichend oder gar nicht arbeiten. Folglich können nachgeschaltete SPDs sowie zu schützende Endgeräte zerstört werden. DIN CLC / TS 61643-12: 2010 beschreibt die Überprüfung der Energiekoordination. Funkenstreckenbasierte Typ-1-SPDs bieten aufgrund ihrer Spannungsumschaltung erhebliche Vorteile

charakteristisch (siehe WeTA BREAKER FSALBUNG).

Frequenzbereich

Der Frequenzbereich repräsentiert den Übertragungsbereich oder die Grenzfrequenz eines Ableiters in Abhängigkeit von den beschriebenen Dämpfungseigenschaften.

Einfügedämpfung

Bei einer bestimmten Frequenz wird der Einfügungsverlust eines Überspannungsschutzgeräts durch das Verhältnis des Spannungswerts am Installationsort vor und nach der Installation des Überspannungsschutzgeräts definiert. Sofern nicht anders angegeben, bezieht sich der Wert auf ein 50 Ω-System.

Integrierte Sicherung

Gemäß dem Produktstandard für SPDs müssen Überstromschutzgeräte / Sicherungen verwendet werden. Dies erfordert jedoch zusätzlichen Platz im Verteiler, zusätzliche Kabellängen, die gemäß IEC 60364-5-53 so kurz wie möglich sein sollten, zusätzliche Installationszeit (und Kosten) und Dimensionierung der Sicherung. Eine im Ableiter integrierte Sicherung, die ideal für die beteiligten Impulsströme geeignet ist, beseitigt all diese Nachteile. Der Platzgewinn, der geringere Verdrahtungsaufwand, die integrierte Sicherungsüberwachung und die erhöhte Schutzwirkung durch kürzere Verbindungskabel sind klare Vorteile dieses Konzepts.

Blitzimpulsstrom I._Kobold

Der Blitzimpulsstrom ist eine standardisierte Impulsstromkurve mit einer Wellenform von 10/350 μs. Seine Parameter (Spitzenwert, Ladung, spezifische Energie) simulieren die durch natürliche Blitzströme verursachte Last. Blitzstrom und kombinierte Ableiter müssen in der Lage sein, solche Blitzimpulsströme mehrmals zu entladen, ohne zerstört zu werden.

Netzseitige Überstromschutz- / Ableitersicherung

Überstromschutzvorrichtung (z. B. Sicherung oder Leistungsschalter), die sich außerhalb des Ableiters auf der Einspeiseseite befindet, um den Netzfrequenz-Folgestrom zu unterbrechen, sobald die Unterbrechungskapazität der Überspannungsschutzvorrichtung überschritten wird. Es ist keine zusätzliche Sicherung erforderlich, da die Sicherung bereits in die SPD integriert ist.

Maximale Dauerbetriebsspannung U._C

Die maximale Dauerbetriebsspannung (maximal zulässige Betriebsspannung) ist der Effektivwert der maximalen Spannung, die während des Betriebs an die entsprechenden Klemmen der Überspannungsschutzeinrichtung angeschlossen werden darf. Dies ist die maximale Spannung am Ableiter in

der definierte nichtleitende Zustand, der den Ableiter nach dem Auslösen und Entladen wieder in diesen Zustand zurückversetzt. Der Wert von U._C hängt von der Nennspannung des zu schützenden Systems und den Spezifikationen des Installateurs (IEC 60364-5-534) ab.

Maximale Dauerbetriebsspannung U._CPV für eine Photovoltaikanlage (PV)

Wert der maximalen Gleichspannung, die dauerhaft an die Klemmen der SPD angelegt werden darf. Um sicherzustellen, dass U._CPV ist höher als die maximale Leerlaufspannung der PV-Anlage bei allen äußeren Einflüssen (zB Umgebungstemperatur, Sonneneinstrahlungsintensität), U._CPV muss um den Faktor 1.2 höher sein als diese maximale Leerlaufspannung (gemäß CLC / TS 50539-12). Dieser Faktor von 1.2 stellt sicher, dass die SPDs nicht falsch dimensioniert sind.

Maximaler Entladestrom I._max

Der maximale Entladestrom ist der maximale Spitzenwert des 8/20 μs-Impulsstroms, den das Gerät sicher entladen kann.

Maximale Übertragungskapazität

Die maximale Übertragungskapazität definiert die maximale Hochfrequenzleistung, die über eine koaxiale Überspannungsschutzvorrichtung übertragen werden kann, ohne die Schutzkomponente zu beeinträchtigen.

Nennentladestrom I._n

Der Nennentladestrom ist der Spitzenwert eines 8/20 μs-Impulsstroms, für den das Überspannungsschutzgerät in einem bestimmten Prüfprogramm ausgelegt ist und den das Überspannungsschutzgerät mehrmals entladen kann.

Nennlaststrom (Nennstrom) I._L

Der Nennlaststrom ist der maximal zulässige Betriebsstrom, der dauerhaft durch die entsprechenden Klemmen fließen kann.

Nennspannung U._N

Die Nennspannung steht für die Nennspannung des zu schützenden Systems. Der Wert der Nennspannung dient häufig als Typenbezeichnung für Überspannungsschutzgeräte für informationstechnische Systeme. Es wird als Effektivwert für Wechselstromsysteme angegeben.

N-PE-Ableiter

Überspannungsschutzgeräte, die ausschließlich für die Installation zwischen dem N- und dem PE-Leiter vorgesehen sind.

Betriebstemperaturbereich T._U

Der Betriebstemperaturbereich gibt den Bereich an, in dem die Geräte verwendet werden können. Bei nicht selbstheizenden Geräten entspricht dies dem Umgebungstemperaturbereich. Der Temperaturanstieg bei selbstheizenden Geräten darf den angegebenen Maximalwert nicht überschreiten.

Schutzschaltung

Schutzschaltungen sind mehrstufige, kaskadierte Schutzvorrichtungen. Die einzelnen Schutzstufen können aus Funkenstrecken, Varistoren, Halbleiterelementen und Gasentladungsröhren bestehen (siehe Energiekoordination).

Schutzleiterstrom I._PE

Der Schutzleiterstrom ist der Strom, der durch den PE-Anschluss fließt, wenn die Überspannungsschutzeinrichtung an die maximale Dauerbetriebsspannung U angeschlossen wird_C, gemäß Installationsanleitung und ohne lastseitige Verbraucher.

Fernsignalisierungskontakt

Ein Fernsignalisierungskontakt ermöglicht eine einfache Fernüberwachung und Anzeige des Betriebszustands des Geräts. Es verfügt über eine dreipolige Klemme in Form eines schwimmenden Wechselkontakts. Dieser Kontakt kann als Unterbrechung und / oder Kontakt verwendet werden und kann somit leicht in das Gebäudesteuerungssystem, die Steuerung des Schaltschrankes usw. integriert werden.

Reaktionszeit t_A

Reaktionszeiten kennzeichnen hauptsächlich die Reaktionsleistung einzelner Schutzelemente, die in Ableitern verwendet werden. Abhängig von der Anstiegsrate du / dt der Impulsspannung oder di / dt des Impulsstroms können die Reaktionszeiten innerhalb bestimmter Grenzen variieren.

Rückflussdämpfung

Bei Hochfrequenzanwendungen bezieht sich der Rückflussverlust darauf, wie viele Teile der „führenden“ Welle an der Schutzeinrichtung (Stoßpunkt) reflektiert werden. Dies ist ein direktes Maß dafür, wie gut eine Schutzeinrichtung auf die charakteristische Impedanz des Systems abgestimmt ist.

Serienwiderstand

Widerstand in Richtung des Signalflusses zwischen Eingang und Ausgang eines Ableiters.

Schilddämpfung

Verhältnis der in ein Koaxialkabel eingespeisten Leistung zu der vom Kabel über den Phasenleiter abgestrahlten Leistung.

Überspannungsschutzgeräte (SPDs)

Überspannungsschutzgeräte bestehen hauptsächlich aus spannungsabhängigen Widerständen (Varistoren, Suppressordioden) und / oder Funkenstrecken (Entladungspfade). Überspannungsschutzgeräte werden verwendet, um andere elektrische Geräte und Anlagen vor unzulässig hohen Überspannungen zu schützen und / oder um eine Potentialausgleichsverbindung herzustellen. Überspannungsschutzgeräte sind kategorisiert:

1. a) entsprechend ihrer Verwendung in:

• Überspannungsschutzgeräte für Stromversorgungsanlagen und -geräte

für Nennspannungsbereiche bis 1000 V.

- gemäß EN 61643-11: 2012 in SPDs vom Typ 1/2/3

- gemäß IEC 61643-11: 2011 in SPDs der Klassen I / II / III

Die Umstellung der Red / Line. Die Produktfamilie nach den neuen Normen EN 61643-11: 2012 und IEC 61643-11: 2011 wird im Laufe des Jahres 2014 fertiggestellt.

• Überspannungsschutzgeräte für informationstechnische Anlagen und Geräte

zum Schutz moderner elektronischer Geräte in Telekommunikations- und Signalnetzen mit Nennspannungen bis 1000 V AC (Effektivwert) und 1500 V DC vor den indirekten und direkten Auswirkungen von Blitzeinschlägen und anderen Transienten.

- gemäß IEC 61643-21: 2009 und EN 61643-21: 2010.

• Isolieren von Funkenstrecken für Erdungsabschlusssysteme oder Potentialausgleich
• Überspannungsschutzgeräte zur Verwendung in Photovoltaikanlagen

für Nennspannungsbereiche bis 1500 V.

- gemäß EN 50539-11: 2013 in SPDs vom Typ 1/2

1. b) entsprechend ihrer Impulsstromentladungskapazität und Schutzwirkung in:

• Blitzstromableiter / koordinierte Blitzstromableiter

zum Schutz von Anlagen und Geräten vor Störungen durch direkte oder nahegelegene Blitzeinschläge (installiert an den Grenzen zwischen LPZ 0)_A und 1).

• Überspannungsableiter

zum Schutz von Anlagen, Geräten und Endgeräten vor ferngesteuerten Blitzeinschlägen, zum Schalten von Überspannungen sowie vor elektrostatischen Entladungen (installiert an den Grenzen nach LPZ 0)_B).

• Kombinierte Ableiter

zum Schutz von Anlagen, Geräten und Endgeräten vor Störungen durch direkte oder nahegelegene Blitzeinschläge (installiert an den Grenzen zwischen LPZ 0)_A und 1 sowie 0_A und 2).

Technische Daten von Überspannungsschutzgeräten

Die technischen Daten von Überspannungsschutzgeräten enthalten Informationen zu ihren Verwendungsbedingungen gemäß:

• Anwendung (zB Installation, Netzbedingungen, Temperatur)
• Leistung bei Störungen (z. B. Impulsstromentladekapazität, Stromlöschfähigkeit, Spannungsschutzstufe, Reaktionszeit)
• Leistung während des Betriebs (z. B. Nennstrom, Dämpfung, Isolationswiderstand)
• Leistung im Fehlerfall (z. B. Sicherung, Trennschalter, ausfallsicher, Option für Fernsignalisierung)

Kurzschlussfestigkeit

Die Kurzschlussfestigkeit ist der Wert des voraussichtlichen Kurzschlussstroms bei Netzfrequenz, der von der Überspannungsschutzvorrichtung verarbeitet wird, wenn die entsprechende maximale Sicherung vorgeschaltet ist.

Kurzschlussleistung I._SCPV einer SPD in einer Photovoltaikanlage (PV)

Maximaler unbeeinflusster Kurzschlussstrom, dem die SPD allein oder in Verbindung mit ihren Trennvorrichtungen standhalten kann.

Temporäre Überspannung (TOV)

Aufgrund eines Fehlers im Hochspannungssystem kann an der Überspannungsschutzeinrichtung für kurze Zeit eine vorübergehende Überspannung anliegen. Dies muss klar von einem Übergang unterschieden werden, der durch einen Blitzschlag oder einen Schaltvorgang verursacht wird und nicht länger als etwa 1 ms dauert. Die Amplitude U._T und die Dauer dieser vorübergehenden Überspannung sind in EN 61643-11 angegeben (200 ms, 5 s oder 120 min) und werden entsprechend der Systemkonfiguration (TN, TT usw.) individuell auf die relevanten SPDs geprüft. Die SPD kann entweder a) zuverlässig ausfallen (TOV-Sicherheit) oder b) TOV-beständig sein (TOV-Beständigkeit), was bedeutet, dass sie während und nach dem Betrieb vollständig betriebsbereit ist

vorübergehende Überspannungen.

Thermischer Trennschalter

Überspannungsschutzgeräte zur Verwendung in Stromversorgungssystemen mit spannungsgesteuerten Widerständen (Varistoren) verfügen meist über einen integrierten thermischen Trennschalter, der das Überspannungsschutzgerät bei Überlastung vom Netz trennt und diesen Betriebszustand anzeigt. Der Trennschalter reagiert auf die von einem überlasteten Varistor erzeugte „Stromwärme“ und trennt das Überspannungsschutzgerät vom Netz, wenn eine bestimmte Temperatur überschritten wird. Der Trennschalter dient dazu, die überlastete Überspannungsschutzvorrichtung rechtzeitig zu trennen, um einen Brand zu verhindern. Es ist nicht beabsichtigt, den Schutz vor indirektem Kontakt zu gewährleisten. Die Funktion von

Diese thermischen Trennschalter können mittels einer simulierten Überlastung / Alterung der Ableiter getestet werden.

Gesamtentladestrom I._gesamt

Strom, der während des Gesamtentladungsstromtests durch den PE-, PEN- oder Erdungsanschluss eines mehrpoligen SPD fließt. Dieser Test wird verwendet, um die Gesamtlast zu bestimmen, wenn gleichzeitig Strom durch mehrere Schutzpfade einer mehrpoligen SPD fließt. Dieser Parameter ist entscheidend für die Gesamtentladungskapazität, die zuverlässig von der Summe des Individuums gehandhabt wird

Pfade einer SPD.

Spannungsschutzstufe U._p

Das Spannungsschutzniveau eines Überspannungsschutzgeräts ist der maximale Momentanwert der Spannung an den Klemmen eines Überspannungsschutzgeräts, der aus den standardisierten Einzeltests ermittelt wird:

- Blitzimpuls-Überschlagsspannung 1.2 / 50 μs (100%)

- Sparkover-Spannung mit einer Anstiegsrate von 1 kV / μs

- Gemessene Grenzspannung bei einem Nennentladestrom I._n

Das Spannungsschutzniveau kennzeichnet die Fähigkeit einer Überspannungsschutzvorrichtung, Überspannungen auf ein Restniveau zu begrenzen. Die Spannungsschutzstufe definiert den Installationsort in Bezug auf die Überspannungskategorie gemäß IEC 60664-1 in Stromversorgungssystemen. Für die Verwendung von Überspannungsschutzgeräten in informationstechnischen Systemen muss die Spannungsschutzstufe an die Störfestigkeit der zu schützenden Geräte angepasst werden (IEC 61000-4-5: 2001).

Planung des internen Blitz- und Überspannungsschutzes

Anforderungen an externe Blitzschutzkomponenten

Komponenten, die zur Installation des externen Blitzschutzsystems verwendet werden, müssen bestimmte mechanische und elektrische Anforderungen erfüllen, die in der Normreihe EN 62561-x festgelegt sind. Blitzschutzkomponenten werden nach ihrer Funktion kategorisiert, z. B. Verbindungskomponenten (EN 62561-1), Leiter und Erdungselektroden (EN 62561-2).

Prüfung herkömmlicher Blitzschutzkomponenten

Metallblitzschutzkomponenten (Klemmen, Leiter, Luftabschlussstäbe, Erdungselektroden), die Witterungseinflüssen ausgesetzt sind, müssen vor dem Testen einer künstlichen Alterung / Konditionierung unterzogen werden, um ihre Eignung für die beabsichtigte Anwendung zu überprüfen. Gemäß EN 60068-2-52 und EN ISO 6988 werden Metallkomponenten einer künstlichen Alterung unterzogen und in zwei Schritten geprüft.

Natürliche Witterungseinflüsse und Korrosion der Blitzschutzkomponenten

Schritt 1: Salznebelbehandlung

Dieser Test ist für Komponenten oder Geräte vorgesehen, die einer Salzatmosphäre standhalten sollen. Die Testausrüstung besteht aus einer Salznebelkammer, in der die Proben länger als drei Tage mit Teststufe 2 getestet werden. Teststufe 2 umfasst drei Sprühphasen von jeweils 2 Stunden unter Verwendung einer 5% igen Natriumchloridlösung (NaCl) bei einer Temperatur zwischen 15 ° C und 35 ° C, gefolgt von einer Feuchtigkeitslagerung bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von 93% und einer Temperatur von 40 ° C. ± 2 ° C für 20 bis 22 Stunden gemäß EN 60068-2-52.

Schritt 2: Behandlung mit feuchter schwefelhaltiger Atmosphäre

Mit dieser Prüfung soll die Beständigkeit von schwefeldioxidhaltiger kondensierter Luftfeuchtigkeit von Materialien oder Gegenständen gemäß EN ISO 6988 bewertet werden.

Die Testausrüstung (Abbildung 2) besteht aus einer Testkammer, in der sich die Proben befinden

werden in sieben Testzyklen mit einer Schwefeldioxidkonzentration in einem Volumenanteil von 667 x 10 & supmin; & sup6; (± 24 x 10 & supmin; & sup6;) behandelt. Jeder Zyklus mit einer Dauer von 24 Stunden besteht aus einer Aufheizperiode von 8 Stunden bei einer Temperatur von 40 ± 3 ° C in einer feuchten, gesättigten Atmosphäre, gefolgt von einer Ruhezeit von 16 Stunden. Danach wird die feuchte schwefelhaltige Atmosphäre ersetzt.

Sowohl Komponenten für den Außenbereich als auch im Boden vergrabene Komponenten werden einer Alterung / Konditionierung unterzogen. Für im Boden vergrabene Bauteile müssen zusätzliche Anforderungen und Maßnahmen berücksichtigt werden. Es dürfen keine Aluminiumklemmen oder -leiter in den Boden eingegraben werden. Wenn Edelstahl in den Boden eingegraben werden soll, darf nur hochlegierter Edelstahl verwendet werden, z. B. StSt (V4A). StSt (V0151A) ist nach der deutschen Norm DIN VDE 2 nicht zulässig. Komponenten für den Innenbereich wie Potentialausgleichsstäbe müssen nicht altern / konditioniert werden. Gleiches gilt für eingebettete Komponenten

in Beton. Diese Komponenten bestehen daher häufig aus nicht verzinktem (schwarzem) Stahl.

Luftabschlusssysteme / Luftabschlussstangen

Luftabschlussstangen werden typischerweise als Luftabschlusssysteme verwendet. Sie sind in vielen verschiedenen Ausführungen erhältlich, beispielsweise mit einer Länge von 1 m für die Installation mit Betonsockel auf Flachdächern bis zu den teleskopischen Blitzschutzmasten mit einer Länge von 25 m für Biogasanlagen. EN 62561-2 legt die Mindestquerschnitte und die zulässigen Werkstoffe mit den entsprechenden elektrischen und mechanischen Eigenschaften für Luftabschlussstangen fest. Bei Luftabschlussstangen mit größeren Höhen müssen der Biegefest der Luftabschlussstange und die Stabilität kompletter Systeme (Luftabschlussstange in einem Stativ) mittels einer statischen Berechnung überprüft werden. Die erforderlichen Querschnitte und Materialien müssen basierend ausgewählt werden

auf diese Berechnung. Bei dieser Berechnung müssen auch die Windgeschwindigkeiten der jeweiligen Windlastzone berücksichtigt werden.

Prüfung von Verbindungskomponenten

Verbindungskomponenten oder oft einfach als Klemmen bezeichnet, werden als Blitzschutzkomponenten verwendet, um Leiter (Ableiter, Luftabschlussleiter, Erdungseintritt) miteinander oder mit einer Installation zu verbinden.

Je nach Klemmentyp und Klemmenmaterial sind viele verschiedene Klemmkombinationen möglich. Entscheidend sind dabei die Leiterführung und die möglichen Materialkombinationen. Die Art der Leiterführung beschreibt, wie eine Klemme die Leiter in Kreuz- oder Parallelanordnung verbindet.

Bei einer Blitzstrombelastung sind die Klemmen elektrodynamischen und thermischen Kräften ausgesetzt, die stark von der Art der Leiterführung und der Klemmenverbindung abhängen. Tabelle 1 zeigt Materialien, die kombiniert werden können, ohne Kontaktkorrosion zu verursachen. Die Kombination verschiedener Materialien miteinander und ihre unterschiedlichen mechanischen Festigkeiten und thermischen Eigenschaften wirken sich unterschiedlich auf die Verbindungskomponenten aus, wenn Blitzstrom durch sie fließt. Dies gilt insbesondere für Verbindungskomponenten aus Edelstahl (StSt), bei denen aufgrund der geringen Leitfähigkeit hohe Temperaturen auftreten, sobald Blitzströme durch sie fließen. Daher muss für alle Klemmen eine Blitzstromprüfung nach EN 62561-1 durchgeführt werden. Um den schlimmsten Fall zu testen, müssen nicht nur die verschiedenen Leiterkombinationen, sondern auch die vom Hersteller angegebenen Materialkombinationen getestet werden.

Tests am Beispiel einer MV-Klemme

Zunächst muss die Anzahl der Testkombinationen ermittelt werden. Die verwendete MV-Klemme besteht aus Edelstahl (StSt) und kann daher wie in Tabelle 1 angegeben mit Stahl-, Aluminium-, StSt- und Kupferleitern kombiniert werden. Darüber hinaus kann sie in Kreuz- und Parallelanordnung angeschlossen werden, was ebenfalls geprüft werden muss. Dies bedeutet, dass es acht mögliche Testkombinationen für die verwendete MV-Klemme gibt (Abbildungen 3 und 4).

Gemäß EN 62561 muss jede dieser Prüfkombinationen an drei geeigneten Probekörpern / Prüfaufbauten geprüft werden. Dies bedeutet, dass 24 Proben dieser einzelnen MV-Klemme getestet werden müssen, um den gesamten Bereich abzudecken. Jedes einzelne Exemplar wird mit dem entsprechenden montiert

Anzugsmoment gemäß den normativen Anforderungen und künstlicher Alterung mittels Salznebel und Behandlung mit feuchter schwefelhaltiger Atmosphäre wie oben beschrieben. Für den anschließenden elektrischen Test müssen die Probekörper auf einer Isolierplatte befestigt werden (Abbildung 5).

An jede Probe werden drei Blitzstromimpulse mit einer Wellenform von 10/350 μs mit 50 kA (Normalbetrieb) und 100 kA (Hochleistungsbetrieb) angelegt. Nach dem Laden mit Blitzstrom dürfen die Proben keine Anzeichen von Beschädigungen aufweisen.

Zusätzlich zu den elektrischen Prüfungen, bei denen die Probe im Falle einer Blitzstrombelastung elektrodynamischen Kräften ausgesetzt ist, wurde eine statisch-mechanische Belastung in die Norm EN 62561-1 integriert. Diese statisch-mechanische Prüfung ist insbesondere für Parallelverbinder, Längsverbinder usw. erforderlich und wird mit unterschiedlichen Leitermaterialien und Klemmbereichen durchgeführt. Verbindungskomponenten aus Edelstahl werden unter ungünstigsten Bedingungen nur mit einem einzigen Edelstahlleiter (extrem glatte Oberfläche) geprüft. Die Verbindungskomponenten, zum Beispiel die in Abbildung 6 gezeigte MV-Klemme, werden mit einem definierten Anzugsmoment hergestellt und dann eine Minute lang mit einer mechanischen Zugkraft von 900 N (± 20 N) belastet. Während dieser Testperiode dürfen sich die Leiter nicht mehr als einen Millimeter bewegen und die Verbindungskomponenten dürfen keine Anzeichen von Beschädigung aufweisen. Diese zusätzliche statisch-mechanische Prüfung ist ein weiteres Prüfkriterium für Verbindungskomponenten und muss neben den elektrischen Werten auch im Prüfbericht des Herstellers dokumentiert werden.

Der Kontaktwiderstand (gemessen über der Klemme) für eine Edelstahlklemme darf bei anderen Materialien 2.5 mΩ oder 1 mΩ nicht überschreiten. Das erforderliche Lockerdrehmoment muss gewährleistet sein.

Folglich müssen Installateure von Blitzschutzsystemen die Verbindungskomponenten für den vor Ort zu erwartenden Einsatz (H oder N) auswählen. Beispielsweise muss eine Klemme für den Betrieb H (100 kA) für einen Luftabschlussstab (voller Blitzstrom) und eine Klemme für den Betrieb N (50 kA) in einem Netz oder an einem Erdungseintritt verwendet werden (Blitzstrom bereits verteilt).

Dirigenten

Die EN 62561-2 stellt auch besondere Anforderungen an Leiter wie Luftabschluss- und Ableiter oder Erdungselektroden, z. B. Ringerdungselektroden, zum Beispiel:

• Mechanische Eigenschaften (minimale Zugfestigkeit, minimale Dehnung)
• Elektrische Eigenschaften (max. Widerstand)
• Korrosionsbeständigkeitseigenschaften (künstliche Alterung wie oben beschrieben).

Die mechanischen Eigenschaften müssen geprüft und beobachtet werden. Abbildung 8 zeigt den Versuchsaufbau zum Prüfen der Zugfestigkeit von Kreisleitern (z. B. Aluminium). Die Qualität der Beschichtung (glatt, durchgehend) sowie die minimale Dicke und Haftung auf dem Grundmaterial sind wichtig und müssen insbesondere bei Verwendung von beschichteten Materialien wie verzinktem Stahl (St / tZn) geprüft werden.

Dies ist in der Norm in Form eines Biegetests beschrieben. Zu diesem Zweck wird eine Probe um einen Radius gebogen, der dem Fünffachen ihres Durchmessers entspricht, bis zu einem Winkel von 5 °. Dabei darf die Probe keine scharfen Kanten, Brüche oder Peelings aufweisen. Darüber hinaus müssen die Leitermaterialien bei der Installation von Blitzschutzsystemen leicht zu verarbeiten sein. Drähte oder Streifen (Spulen) sollen mit einem Drahtglätter (Führungsscheiben) oder mittels Torsion leicht zu begradigen sein. Darüber hinaus sollte es einfach sein, die Materialien an Strukturen oder im Boden zu installieren / zu biegen. Diese Standardanforderungen sind relevante Produktmerkmale, die in den entsprechenden Produktdatenblättern der Hersteller dokumentiert werden müssen.

Erdungselektroden / Erdungsstäbe

Die trennbaren LSP-Erdungsstäbe bestehen aus Spezialstahl und sind vollständig feuerverzinkt oder bestehen aus hochlegiertem Edelstahl. Eine Kopplungsverbindung, die das Verbinden der Stangen ermöglicht, ohne den Durchmesser zu vergrößern, ist eine Besonderheit dieser Erdungsstäbe. Jede Stange hat eine Bohrung und ein Stiftende.

EN 62561-2 legt die Anforderungen an Erdungselektroden wie Material, Geometrie, Mindestabmessungen sowie mechanische und elektrische Eigenschaften fest. Die Kupplungsgelenke, die die einzelnen Stangen verbinden, sind Schwachstellen. Aus diesem Grund müssen nach EN 62561-2 zusätzliche mechanische und elektrische Prüfungen durchgeführt werden, um die Qualität dieser Kupplungsverbindungen zu prüfen.

Für diesen Test wird die Stange in eine Führung mit einer Stahlplatte als Aufprallfläche gelegt. Die Probe besteht aus zwei verbundenen Stäben mit einer Länge von jeweils 500 mm. Von jedem Erdelektrodentyp sind drei Proben zu prüfen. Das obere Ende der Probe wird mit einem Vibrationshammer mit einem geeigneten Hammereinsatz für eine Dauer von zwei Minuten geschlagen. Die Schlaggeschwindigkeit des Hammers muss 2000 ± 1000 min-1 betragen und die Einzelhub-Aufprallenergie muss 50 ± 10 [Nm] betragen.

Wenn die Kupplungen diesen Test ohne sichtbare Mängel bestanden haben, werden sie mittels Salznebel und Behandlung mit feuchter schwefelhaltiger Atmosphäre künstlich gealtert. Dann werden die Kopplungen mit drei Blitzstromimpulsen mit einer Wellenform von 10/350 μs von jeweils 50 kA und 100 kA belastet. Der Kontaktwiderstand (gemessen über der Kupplung) der Erdungsstäbe aus rostfreiem Stahl darf 2.5 mΩ nicht überschreiten. Um zu prüfen, ob die Kupplungsverbindung nach dieser Blitzstrombelastung noch fest verbunden ist, wird die Kupplungskraft mit einer Zugprüfmaschine geprüft.

Für die Installation eines funktionierenden Blitzschutzsystems müssen Komponenten und Geräte verwendet werden, die nach dem neuesten Standard getestet wurden. Installateure von Blitzschutzsystemen müssen die Komponenten gemäß den Anforderungen am Installationsort auswählen und korrekt installieren. Neben den mechanischen Anforderungen sind elektrische Kriterien des neuesten Blitzschutzes zu berücksichtigen und einzuhalten.

Berechnung des Kurzschlussstroms zwischen Leitung und Erde

Dimensionierung von Erdungsabschlusssystemen in Bezug auf die Strombelastbarkeit

Zu diesem Zweck müssen verschiedene Worst-Case-Szenarien untersucht werden. In Mittelspannungssystemen wäre ein doppelter Erdschluss der kritischste Fall. Ein erster Erdschluss (z. B. an einem Transformator) kann in einer anderen Phase einen zweiten Erdschluss verursachen (z. B. ein fehlerhaftes Kabelabdichtungsende in einem Mittelspannungssystem). Gemäß Tabelle 1 der Norm EN 50522 (Erdung von Kraftwerken mit mehr als 1 kV Wechselstrom) fließt in diesem Fall ein doppelter Erdschlussstrom I''kEE, der wie folgt definiert ist, über die Erdungsleiter:

I “kEE = 0,85 • I“ k

(I “k = dreipoliger symmetrischer Anfangskurzschlussstrom)

In einer 20-kV-Anlage mit einem anfänglichen symmetrischen Kurzschlussstrom I'k von 16 kA und einer Trennzeit von 1 Sekunde würde der doppelte Erdschlussstrom 13.6 kA betragen. Die Strombelastbarkeit der Erdungsleiter und der Erdungssammelschienen im Bahnhofsgebäude oder im Transformatorraum muss nach diesem Wert bewertet werden. In diesem Zusammenhang kann bei einer Ringanordnung eine Stromaufteilung in Betracht gezogen werden (in der Praxis wird ein Faktor von 0.65 verwendet). Die Planung muss immer auf den tatsächlichen Systemdaten basieren (Systemkonfiguration, Kurzschlussstrom zwischen Leitung und Erde, Trennzeit).

Die Norm EN 50522 legt die maximale Kurzschlussstromdichte G (A / mm2) für verschiedene Materialien fest. Der Querschnitt eines Leiters wird aus dem Material und der Trennzeit bestimmt.

Der berechnete Strom wird nun durch die Stromdichte G des jeweiligen Materials und die entsprechende Abschaltzeit sowie den Mindestquerschnitt A geteilt_Min. des Leiters bestimmt.

A_Min.= Ich ”_{kEE (Zweigstelle)} / G [mm²]

Der berechnete Querschnitt ermöglicht die Auswahl eines Leiters. Dieser Querschnitt wird immer auf den nächstgrößeren Nennquerschnitt aufgerundet. Beispielsweise wird bei einem kompensierten System das Erdungsabschlusssystem selbst (der Teil, der in direktem Kontakt mit der Erde steht) mit einem erheblich geringeren Strom belastet, und zwar nur mit dem Resterdfehlerstrom I._E = rx I._RES reduziert um den Faktor r. Dieser Strom überschreitet nicht etwa 10 A und kann ohne Probleme dauerhaft fließen, wenn übliche Erdungsmaterialquerschnitte verwendet werden.

Mindestquerschnitte der Erdungselektroden

Die Mindestquerschnitte hinsichtlich mechanischer Festigkeit und Korrosion sind in der deutschen Norm DIN VDE 0151 (Material und Mindestabmessungen der Erdungselektroden gegen Korrosion) festgelegt.

Windlast bei isolierten Luftabschlusssystemen nach Eurocode 1

Infolge der globalen Erwärmung nehmen weltweit extreme Wetterbedingungen zu. Folgen wie hohe Windgeschwindigkeiten, eine erhöhte Anzahl von Stürmen und starke Regenfälle können nicht ignoriert werden. Konstrukteure und Installateure stehen daher vor neuen Herausforderungen, insbesondere im Hinblick auf Windlasten. Dies betrifft nicht nur Gebäudestrukturen (Statik der Struktur), sondern auch Luftabschlusssysteme.

Im Bereich des Blitzschutzes wurden bisher die Normen DIN 1055-4: 2005-03 und DIN 4131 als Bemaßungsgrundlage verwendet. Im Juli 2012 wurden diese Standards durch die Eurocodes ersetzt, die europaweit standardisierte Konstruktionsregeln (Strukturplanung) enthalten.

Die Norm DIN 1055-4: 2005-03 wurde in Eurocode 1 (EN 1991-1-4: Maßnahmen an Bauwerken - Teil 1-4: Allgemeine Maßnahmen - Windmaßnahmen) und DIN V 4131: 2008-09 in Eurocode 3 ( EN 1993-3-1: Teil 3-1: Türme, Masten und Schornsteine ​​- Türme und Masten). Somit bilden diese beiden Normen die Grundlage für die Dimensionierung von Luftabschlusssystemen für Blitzschutzsysteme. Eurocode 1 ist jedoch in erster Linie relevant.

Die folgenden Parameter werden verwendet, um die tatsächlich zu erwartende Windlast zu berechnen:

• Windzone (Deutschland ist in vier Windzonen mit unterschiedlichen Grundwindgeschwindigkeiten unterteilt)
• Geländekategorie (die Geländekategorien definieren die Umgebung einer Struktur)
• Höhe des Objekts über dem Boden
• Höhe des Standorts (über dem Meeresspiegel, normalerweise bis zu 800 m über dem Meeresspiegel)

Andere Einflussfaktoren wie:

• Vereisung
• Position auf einem Kamm oder auf einem Hügel
• Objekthöhe über 300 m
• Geländehöhe über 800 m (Meeresspiegel)

müssen für die jeweilige Installationsumgebung berücksichtigt und separat berechnet werden.

Die Kombination der verschiedenen Parameter ergibt die Böenwindgeschwindigkeit, die als Grundlage für die Dimensionierung von Luftabschlusssystemen und anderen Installationen wie erhöhten Ringleitern verwendet werden soll. In unserem Katalog ist die maximale Windgeschwindigkeit für unsere Produkte angegeben, um die erforderliche Anzahl von Betonböden in Abhängigkeit von der Windgeschwindigkeit bestimmen zu können, beispielsweise bei isolierten Luftabschlusssystemen. Dies ermöglicht nicht nur die Bestimmung der statischen Stabilität, sondern auch die Reduzierung des notwendigen Gewichts und damit der Dachlast.

Wichtiger Hinweis:

Die in diesem Katalog angegebenen „maximalen Windböengeschwindigkeiten“ für die einzelnen Komponenten wurden gemäß den deutschlandspezifischen Berechnungsanforderungen des Eurocodes 1 (DIN EN 1991-1-4 / NA: 2010-12) ermittelt, die auf der Windzone basieren Karte für Deutschland und die damit verbundenen länderspezifischen topografischen Besonderheiten.

Bei Verwendung von Produkten dieses Katalogs in anderen Ländern müssen die länderspezifischen Besonderheiten und gegebenenfalls andere lokal anwendbare Berechnungsmethoden, die in Eurocode 1 (EN 1991-1-4) oder in anderen lokal anwendbaren Berechnungsvorschriften (außerhalb Europas) beschrieben sind, eingehalten werden beobachtete. Folglich gelten die in diesem Katalog genannten maximalen Windböengeschwindigkeiten nur für Deutschland und sind nur eine grobe Orientierung für andere Länder. Die Böenwindgeschwindigkeiten müssen nach den länderspezifischen Berechnungsmethoden neu berechnet werden!

Bei der Installation von Luftabschlussstangen in Betonsockeln müssen die Informationen / Böenwindgeschwindigkeiten in der Tabelle berücksichtigt werden. Diese Informationen gelten für herkömmliche Luftabschlussstangenmaterialien (Al, St / tZn, Cu und StSt).

Wenn Luftabschlussstangen mit Abstandhaltern befestigt werden, basieren die Berechnungen auf den folgenden Installationsmöglichkeiten.

Die maximal zulässigen Böenwindgeschwindigkeiten sind für die jeweiligen Produkte angegeben und müssen bei der Auswahl / Installation berücksichtigt werden. Eine höhere mechanische Festigkeit kann beispielsweise durch einen abgewinkelten Träger (zwei in einem Dreieck angeordnete Abstandshalter) erreicht werden (auf Anfrage).