Stromstoßschutzauswahlleitfaden: Wie wählt man den richtigen Schutz?

Ein Überspannungsschutzgerät zeigt seinen Wert in dem Moment, in dem niemand es bemerkt. Das Licht bleibt an, die Steuerkonsole läuft weiter und die angeschlossene Ausrüstung funktioniert weiter. Der Ausfall, den es verhindert hat, ist unsichtbar.

Überspannungsschutz ist leicht spät zu kaufen und schwer früh zu bewerten. Ein Überspannungsschutzgerät ist oft der letzte Artikel, der in einem elektrischen Projekt bestätigt wird, und es wird häufig auf eine Zeile in der Spezifikation reduziert: "Überspannungsschutz hinzufügen." Diese Zeile verbirgt die meisten Informationen, die die Auswahl tatsächlich benötigt.

Dieser Leitfaden zur Auswahl von Überspannungsschutzgeräten führt Sie durch die elektrischen Systemparameter, die Überspannungsbelastung und die Modellspezifikationen, die Sie bestätigen sollten, bevor Sie Geräte vergleichen. Er behandelt, wie das Gerät funktioniert, wie sich die gängigen Typen unterscheiden, welche Bewertungen wichtig sind und welche Standards und Dokumentationen Sie anfordern sollten.

XiAn Wisdom Computer Info&tech Co., Ltd listet Überspannungsschutzgeräte in seinen angegebenen Industrieequipment-Kategorien auf. Das Unternehmen gibt an, dass Käufer die elektrischen Systemparameter und die anwendbaren Standards für jede Anfrage bestätigen sollten und dass die modellspezifischen Spezifikationen vor der Bestellung anhand der aktuellen Dokumentation überprüft werden sollten.

Beginnen Sie mit dem elektrischen System. Notieren Sie die Parameter der Schaltanlage, die Sie schützen möchten, bevor Sie sich irgendein Gerät ansehen. Diese einzelne Seite beantwortet die meisten Fragen in dieser Anleitung.

Was ein Überspannungsschutzgerät tatsächlich tut

Die Überspannung ist die Bedrohung

Eine Überspannung ist ein kurzer, scharfer Anstieg der Spannung über das normale Betriebsniveau eines Stromkreises. Sie kann von außerhalb des Gebäudes stammen, beispielsweise durch einen Blitzeinschlag in der Nähe der Zuleitung, oder von innen, beispielsweise durch Motoren, Transformatoren und Schaltanlagen, die ein- und ausgeschaltet werden.

Das Überspannungsschutzgerät ist nicht dafür ausgelegt, die Überspannung zu stoppen. Es ist dafür konzipiert, sie zu begrenzen. Wenn die Spannung über die Ansprechschwelle des Geräts steigt, leitet das Gerät die überschüssige Energie von der angeschlossenen Ausrüstung weg und lässt die Spannung auf ein sicheres Niveau zurückkehren. Diese kurze Aktion schützt Ausrüstung, die sonst die Überspannung aufnehmen würde.

Der praktische Punkt ist die Zeitsteuerung. Eine Überspannung kann innerhalb weniger Mikrosekunden Tausende von Volt erreichen, was schneller ist, als sich ein Sicherungselement oder ein Schalter reagieren kann. Mechanischer Schutz beseitigt Störungen in einem Bruchteil einer Sekunde.

Ein Überspannungsschutzgerät reagiert in Nanosekunden. Diese Geschwindigkeit ist der Grund, warum überhaupt ein spezielles Gerät benötigt wird.

Typ 1-, Typ 2- und Typ 3-Geräte

Überspannungsschutzgeräte werden nach ihrer Einbauort und der Art der Überspannung, gegen die sie getestet werden, gruppiert. Die drei gängigen Typen in der internationalen Anleitung sind Typ 1, Typ 2 und Typ 3.

Typ 1-Geräte werden am Hauptanschlusspunkt installiert, wo die Stromversorgung in das Gebäude eintritt. Sie können die höchste Energie verarbeiten, einschließlich Überspannungen, die direkt vom Blitz kommen. Typ 2-Geräte werden an Verteiler- und Unterverteilerleisten installiert, wo sie die Energie verarbeiten, die bereits durch das stromaufwärts gelegene Gerät reduziert wurde. Typ 3-Geräte werden in der Nähe der empfindlichen Ausrüstung selbst installiert, wie z. B. an einer Steuerkonsole, einem programmierbaren Logikcontroller oder einem Maschinenantrieb.

Ein häufiger Auswahlfehler besteht darin, ein Typ 3-Gerät auszuwählen und die Aufgabe als erledigt zu betrachten. Dadurch bleibt der Eingangspunkt ungeschützt. Ein anderer Fehler besteht darin, nur ein Typ 1-Gerät zu installieren und zu erwarten, dass es eine empfindliche Steuerkarte mehrere Meter entfernt schützt. Der Abstand zwischen dem Gerät und der Ausrüstung spielt eine Rolle, weshalb eine koordinierte Schutzmaßnahme auf mehreren Ebenen die normale Empfehlung ist.

Wo der Schutz benötigt wird

Die Entscheidung über die Einbauortung richtet sich nach der Ausrüstung. Ein Hauptschaltschrank schützt die Gebäudeinstallation und die größeren Verbraucher. Ein Gerät in einer Verteiltafel schützt die Zweigleitungen, die einen Produktionsbereich versorgen. Ein Gerät in der Nähe der Maschine schützt die am leichtesten beschädigbaren Elektronikkomponenten.

Der Abstand zwischen den Schutzstufen ist Teil der Koordination. Wenn ein Typ-2-Gerät zu weit von der zu schützenden Ausrüstung entfernt ist, erhöhen die Anschlussleitungen die Induktivität, was die Wirksamkeit des Geräts verringert. Die allgemeine Empfehlung ist, die Anschlussleiter so kurz wie möglich zu halten und empfindliche Ausrüstung in der Nähe des Anschlusspunkts zu schützen.

Eine Verpackungsfabrik macht diesen Punkt konkret. Der Betriebsleiter hatte ein einzelnes Überspannungsschutzgerät an der Hauptverteilung installiert und nahm an, dass die gesamte Anlage abgedeckt sei. Eine Schaltüberspannung von einem großen Antrieb in derselben Leitung erreichte dennoch die PLC-Steuerkarte, die die Leitung steuerte, und die Karte ging während einer Nachtschicht aus.

Das Hauptverteilungsgerät hatte das große Ereignis bewältigt. Das kleine, nahegelegene Ereignis war nie in seinem Reichweite. Ein zweites Gerät, das neben der Steuerkonsole installiert worden wäre, hätte es abgefangen.

Der Punkt ist nicht, dass das Hauptverteilungsgerät falsch war. Es ist, dass Schutz ein System ist und jede Stufe eine Aufgabe hat. Die Auswahl sollte jede Stufe und die Ausrüstung, die jede Stufe schützt, nennen.

Definieren Sie zunächst das System und das Risiko

Elektrische Systemparameter

Die erste zu sammelnde Information betrifft die elektrische Stromversorgung selbst. Ein Überspannungsschutzgerät wird gewählt, um dem System anzupassen, nicht umgekehrt.

Bestätigen Sie die Systemspannung und die Frequenz. Bestätigen Sie, ob es sich um ein einphasiges oder dreiphasiges System handelt. Bestätigen Sie die Erdungsanordnung, wie TN - S, TN - C - S oder TT, da die Schutzmodi des Geräts davon abhängen. Bestätigen Sie den Netzanschlusstyp, da ein Gerät, das in einer Konfiguration funktioniert, möglicherweise nicht für eine andere geeignet ist.

Jeder dieser Werte ist ein Filter. Ein Gerät, das für ein 230 - V-Einphasensystem ausgelegt ist, ist nicht automatisch für ein 400 - V-Dreiphasensystem geeignet, auch wenn die Anschlüsse ähnlich aussehen. Die Spezifikationen des Überspannungsschutzgeräts müssen der tatsächlichen Stromversorgung entsprechen.

Überspannungsbelastung

Der zweite Teil des Risikos ist die Wahrscheinlichkeit und Schwere von Überspannungen an der Stelle. Dies ist keine exakte Wissenschaft, aber eine ehrliche. Die relevanten Faktoren sind bekannt und es lohnt sich, sie aufzuzeichnen.

Berücksichtigen Sie die Blitzdichte der Region, die beschreibt, wie oft Gewitter in einem bestimmten Gebiet auftreten. Überlegen Sie, ob die Stromversorgung über Freileitungen oder unterirdische Kabel erfolgt, da Freileitungen stärker exponiert sind. Berücksichtigen Sie die Ausrüstung im Gebäude, da Motoren, Antriebe und Schaltanlagen jedes Mal, wenn sie umschalten, interne Überspannungen erzeugen. Überlegen Sie, ob ein äußeres Blitzschutzsystem vorhanden ist, da dieses System den Blitzstrom leitet und die Überspannungsbelastung am Eintrittspunkt ändert.

Eine Anlage in einer Region mit häufigen Gewittern, die über eine Freileitung versorgt wird und große Antriebe hat, die ein- und ausgeschaltet werden, hat ein anderes Expositions-Profil als eine Anlage in einer ruhigen Region mit einer unterirdischen Stromversorgung. Das Expositions-Profil gibt Aufschluss darüber, ob ein einzelnes Gerät ausreicht oder ob eine koordinierte Schutzmaßnahme gerechtfertigt ist.

Zu schützende Ausrüstung

Der dritte Teil des Risikos ist der Wert und die Empfindlichkeit der Ausrüstung. Notieren Sie, was die Anlage nicht verlieren kann.

Nennen Sie die Steuerungssysteme, die programmierbaren Logikcontroller, die Antriebe, die Instrumente und die Kommunikationsnetze. Nennen Sie die Produktionslinien, die bei Ausfall einer einzigen Karte anhalten. Nennen Sie die Lieferzeit für die Ersatzteile. Diese Liste verwandelt die Diskussion von einer allgemeinen Anweisung in einen spezifischen Schutzplan.

Ein nützlicher nächster Schritt besteht darin, die Parameter des elektrischen Systems, die Überspannungsbelastung und die Ausrüstungsliste auf einem Blatt aufzuzeichnen. Wenn Sie später Produktinformationen anfordern, kann der Lieferant anhand dieses Blatts feststellen, welche Kategorie von Überspannungsschutzgeräten und welche Dokumentation für Ihre Installation gilt, anstatt zu raten.

Bestätigen Sie die Spezifikationen des Überspannungsschutzgeräts

Die zu bestätigenden Spezifikationen des Überspannungsschutzgeräts bilden eine kurze Liste, und jedes Element hat eine klare Bedeutung. Vergleichen Sie sie mit der aktuellen Datenblatt für das genaue Modell, das Sie auswerten.

Spannungsschutzklasse

Die Spannungsschutzklasse, oft abgekürzt als Up, beschreibt die Spannung, die die angeschlossene Ausrüstung erwarten kann, wenn das Gerät arbeitet. Ein niedrigerer Wert bedeutet, dass das Gerät die Überspannung auf ein niedrigeres Niveau begrenzt, was im Allgemeinen besser für empfindliche Ausrüstung ist.

Der Wert muss unter der Durchschlagsfestigkeit der von ihm geschützten Ausrüstung liegen. Wenn die Ausrüstung nur eine begrenzte Überspannung tolerieren kann, sollte die Nennleistung des Geräts so gewählt werden, dass die geschützte Ausrüstung nie mehr als diesen Pegel erreicht. Bestätigen Sie die Durchschlagsfestigkeit der Ausrüstung aus deren eigener Dokumentation und die Nennleistung des Geräts aus dessen Datenblatt.

Spitzenstromkapazität

Die Spitzenstromkapazität beschreibt, wie viel Spitzenstrom das Gerät ohne Ausfall verarbeiten kann. Sie wird normalerweise als maximaler Impulsstrom für Typ-1-Geräte und als nominaler Entladestrom für Typ-2-Geräte ausgedrückt.

Die Nennleistung ist eine Kapazität, keine Garantie. Ein Gerät, das für die Belastung zu klein dimensioniert ist, kann bei einem großen Ereignis ausfallen, wodurch der Schutz genau in dem Moment entfällt, in dem er benötigt wird. Der richtige Ansatz besteht darin, die nominale Spitzenstromkapazität an die zuvor festgestellte Standortbelastung anzupassen.

Maximale Dauerbetriebsspannung

Die maximale Dauerbetriebsspannung, abgekürzt als Uc, ist die höchste Spannung, die das Gerät im normalen Betrieb dauerhaft ertragen kann. Dieser Wert muss mit der Systemspannung und allen erwarteten Spannungsschwankungen kompatibel sein.

Dies ist die Spezifikation, die am häufigsten übersprungen wird, und das Überspringen ist kostspielig. Wenn die Dauerbetriebsspannung für die Versorgung zu niedrig ist, kann das Gerät ständig betrieben werden und vorzeitig ausfallen. Wenn es ohne Spielraum für Spannungsschwankungen eingestellt ist, kann das Gerät unter normalen Bedingungen möglicherweise nicht überleben.

Das Beispiel ist ein Käufer in einer Anlage mit einer nominellen Versorgungsspannung von 230 V, die unter Leerlauf auf 245 V anstieg. Der Datenblatt listete die Dauerbetriebsspannung als 240 V auf. Das Gerät wurde installiert, lief ständig an der Grenze seiner Spezifikation und fiel innerhalb eines Jahres aus, wobei es auch die geschützte Schaltung mit brach. Die Überprüfung, die das Versagen hätte verhindern können, bestand darin, den Uc-Wert mit der gemessenen Versorgungsspannung zu vergleichen und ein Gerät mit einem angemessenen Spielraum auszuwählen.

Schutzmodi

Die letzte Spezifikation, die bestätigt werden muss, sind die Schutzmodi, die beschreiben, welche Kombinationen von Leitern das Gerät schützt. Übliche Modi sind Leiter-Nulleiter, Leiter-Erde und Nulleiter-Erde.

Ein Gerät, das alle relevanten Modi schützt, bietet vollständigen Schutz. Ein Gerät, das weniger Modi schützt, lässt einen Weg für Spannungsspitzen offen, um das Gerät zu erreichen. Überprüfen Sie die Modi anhand der zuvor aufgezeichneten Erdungsanordnung, da die richtige Modieinstellung von der Systemkonfiguration abhängt.

Das Gerät an die Installation anpassen

Typauswahl nach Standort

Der Standort des Geräts in der Installation bestimmt den Typ. Der Einlaufpunkt ist der natürliche Platz für ein Typ-1-Gerät. Verteilerkästen sind der natürliche Platz für Typ-2-Geräte. Empfindliche Geräte sind der natürliche Platz für Typ-3-Geräte.

Der Installationsplan für das Überspannungsschutzgerät sollte jeden Standort und jeden Typ nennen, bevor ein Gerät gekauft wird. Wenn der Plan niedergeschrieben ist, werden die Anzahl der Geräte, die Nennwerte und die Verkabelung zu einer Spezifikation statt zu einer Hoffnung.

Installation und Verkabelung

Die Installationsqualität verändert die Leistung des Geräts stärker, als die meisten Käufer erwarten. Die Verbindungsleiter sollten so kurz wie möglich gehalten werden, da lange Leitungen Impedanz hinzufügen, die die Klemmwirkung verringert. Das Gerät sollte so angeschlossen werden, dass sich das geschützte Gerät auf der Lastseite befindet.

Die Erdungsverbindung ist ebenfalls wichtig. Ein Überspannungsschutzgerät leitet die Überspannungsenergie in die Erde, daher muss die Erdungsverbindung in Ordnung und durchgehend sein. Prüfen Sie die Erdungsanforderungen in der Geräte-Dokumentation und den geltenden Installationsstandards, bevor das Schaltschrankgehäuse verdrahtet wird.

Koordination zwischen den Ebenen

Wenn mehr als ein Gerät installiert wird, müssen die Ebenen koordiniert werden. Das stromaufwärts gelegene Gerät nimmt die große Energie auf, und die stromabwärts gelegenen Geräte nehmen die reduzierten Überspannungen in der Nähe der Ausrüstung auf. Wenn die Ebenen nicht koordiniert sind, kann das stromabwärts gelegene Gerät mehr Energie aufnehmen, als es ausgelegt ist, und ausfallen.

Die Koordination wird normalerweise erreicht, indem die Herstellerempfehlungen für den Abstand und die Geräteauswahl befolgt werden. Stellen Sie sicher, dass die gewählten Geräte als kompatibel aufgeführt sind und dass die Verkabelungsabstände mit der Dokumentation übereinstimmen. Die Auswahl ist erst abgeschlossen, wenn die Ebenen als Gruppe funktionieren.

Prüfen Sie die Standards und die Anforderungen des Ziellandmarktes

Stromstoßschutzgeräte - Normen

Die Normen für Stromstoßschutzgeräte legen die Prüfverfahren und das Klassifizierungssystem fest, aus dem die Geräteratings stammen. Wenn ein Datenblatt ein Rating angibt, definiert die Norm, nach der das Gerät getestet wurde, was dieses Rating bedeutet.

Internationale Leitlinien werden von Normungsgremien wie der IEC gegeben, die die IEC 61643 - Serie für Stromstoßschutzgeräte veröffentlicht. Andere Märkte verwenden verwandte nationale Normen, die die gleichen technischen Grundlagen aufweisen. Die Prüfklassen, die Typnummern und die angegebenen Ratings hängen alle von der Norm ab.

Benennen Sie immer die Norm, die Dokumentenversion und die Prüfbedingungen, wenn Sie ein Rating aufzeichnen. Zwei Geräte können ähnlich aussehende Zahlen tragen, aber unterschiedliche Bedeutungen haben, wenn sie nach verschiedenen Ausgaben oder Bedingungen getestet wurden.

Zertifizierung und Dokumentation

Der letzte Schritt ist die Anforderung der Dokumentation, die die Auswahl verifizierbar macht. Fordern Sie das aktuelle Datenblatt für das genaue Modell, das Prüfbericht oder das Zertifikat, das die angegebenen Ratings stützt, und die Installationsanweisungen an.

Stellen Sie sicher, dass das Gerät die Anforderungen des Zielmarktes erfüllt. Ein Elektroprodukt, das auf einem Markt verkauft wird, muss möglicherweise in einem anderen Markt andere Sicherheits- und Konformitätsanforderungen erfüllen. Das Unternehmen gibt an, dass die Anforderungen des Zielmarktes vor kommerziellen Verpflichtungen bestätigt werden sollten und dass die geltenden Dokumente für das ausgewählte Modell bestätigt werden sollten.

Das Beispiel ist ein Projektteam für eine Kontrollwarte. Das Team hatte die Geräte auf Papier ausgewählt, aber bei der Akzeptanzprüfung stellte sich heraus, dass die angegebene Stoßstrombelastbarkeit nicht durch einen Testbericht gestützt war und dass die Installationszeichnung nicht mit der Verkabelungsanleitung übereinstimmte.

Das Team hat die fehlenden Dokumente vor der Installation angefordert, die Angaben anhand des Testberichts bestätigt und die Zeichnung korrigiert. Die Prüfung hat einen Tag gedauert. Die damit vermiedene Nacharbeit hätte länger gedauert und den Inbetriebnahmetermin gestört.

Dokumentation ist kein administratives Plus. Sie ist die einzige Möglichkeit, sicherzustellen, dass das von Ihnen ausgewählte Gerät das ist, das die Ausrüstung schützt.

Vergleichen Sie die dokumentierten Modellinformationen gleichwertig

Was für jedes Modell zu bestätigen ist

Wenn mehrere Kandidaten-Geräte in Betracht kommen, vergleichen Sie sie anhand derselben Liste von Punkten. Das gleichwertige Vergleich der dokumentierten Modellinformationen ist die einzige zuverlässige Methode, um festzustellen, welches Gerät für die Installation geeignet ist.

Bestätigen Sie Folgendes für jeden Kandidaten:

• Der Gerätetyp und der vorgesehene Installationsort.

• Die Systemspannung, die Frequenz und die Phasenkonfiguration, für die das Gerät ausgelegt ist.

• Die Erdungsanordnung und die Schutzarten, die es bietet.

• Die Spannungsschutzklasse und die Ausfallsicherheit des Geräts.

• Die Stoßstromkapazität und der Prüfstandard, nach dem sie gemessen wurde.

• Die maximale Dauerbetriebsspannung und die Versorgungsvariationsmarge.

• Die Prüfstandards für Überspannungsschutzgeräte und die Dokumentversion.

• Die Verbindungsmethode, die Leitungsängenempfehlung und die Erdungsanforderungen.

• Der Testbericht oder das Zertifikat, das die angegebenen Bewertungen stützt.

• Die Installationsanweisungen und die Dokumentation für den Zielmarkt.

Ordnen Sie die Kandidaten an

Notieren Sie jeden Kandidaten in einer Tabelle mit einer Spalte pro Gerät. Wenn eine Zelle leer ist, ist die fehlende Information ein Entscheidungspunkt, nicht ein kleiner Mangel. Fordern Sie das fehlende Datenblatt oder den fehlenden Testbericht an, bevor Sie weiter vergleichen.

Ein Gerät ist nicht unbedingt besser, nur weil es eine höhere Überspannungsstrombelastbarkeit aufweist. Die Bewertung bedeutet nichts, solange der Prüfstandard, die Betriebsbedingungen und der Installationsort bei allen Kandidaten nicht gleich sind. Der Vergleich sollte auf identischer Grundlage erfolgen.

Die kommerzielle Diskussion sollte an die dokumentierte Auswahl gebunden bleiben. Wenn Sie ein Angebot anfordern, fordern Sie, dass der Preis, die Lieferzeit und die Konditionen dem spezifischen Modell und der bestätigten Installation entsprechen. Fordern Sie, dass die geltende Dokumentation schriftlich bestätigt wird, und halten Sie die kommerziellen Details von unbestätigten Marketingaussagen getrennt.

Fazit: Eine Checkliste zur Auswahl von Überspannungsschutzgeräten

Dieser Leitfaden zur Auswahl von Überspannungsschutzgeräten endet mit einer kurzen, überprüfbaren Checkliste. Gehen Sie sie einmal für die Installation und einmal für jedes in Betracht kommende Gerät durch.

1. Notieren Sie die Systemspannung, die Frequenz, die Phase und die Erdungsanordnung.

2. Beschreiben Sie die Überspannungsbelastung aus der Region, der Stromversorgung und der Ausrüstung.

3. Listen Sie die Ausrüstung auf, die geschützt werden muss, und ihre Widerstandsfähigkeit.

4. Entscheiden Sie, wo der Schutz erforderlich ist und welche Art von Schutz auf jeder Ebene benötigt wird.

5. Bestätigen Sie die Spannungsschutzklasse für jedes Gerät.

6. Bestätigen Sie die Überspannungsstromkapazität in Bezug auf die Belastung.

7. Bestätigen Sie die maximale Dauerbetriebsspannung in Bezug auf die Stromversorgung.

8. Bestätigen Sie die Schutzmodi in Bezug auf die Erdungsanordnung.

9. Nennen Sie die Standards für Überspannungsschutzgeräte und die Dokumentversionen für jede Schutzklasse.

10. Anfordern Sie das Datenblatt, den Prüfbericht, die Installationsanleitung und die Dokumentation für den Zielmarkt für das ausgewählte Modell.

Das letzte Element ist dasjenige, das die anderen real macht. Die Bewertungen sind nur so vertrauenswürdig wie die dahinterliegende Dokumentation, und die Dokumentation ist es, die es Ihnen ermöglicht, das Gerät vor der Installation zu bestätigen.

Die Beispiele in dieser Anleitung sind illustrative Szenarien, keine dokumentierten Kundenfallstudien. Modell-spezifische Bewertungen, Standards, Zertifizierungen und Verfügbarkeit sollten anhand der aktuellen genehmigten Dokumentation für das exakte Produkt bestätigt werden, bevor eine Kaufentscheidung getroffen wird.

Stromstoßschutz ist ein kleines Element in einem elektrischen Projekt und ein großes in der Ausrüstung, die es schützt. Bestätigen Sie das elektrische System, die Exposition und die dokumentierten Modellinformationen, und die Wahl wird zu einer Prüfung statt zu einem Vermuten. Wenn Sie bereit sind, fordern Sie Produktinformationen für die Kategorie Stromstoßschutzgeräte an und bestätigen Sie, welche Standards und Dokumentation für Ihre Installation gelten, bevor Sie Modelle vergleichen oder ein Angebot anfordern.