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Wie man das richtige Überspannungsschutzgerät (SPD) für industrielle und erneuerbare Anwendungen auswählt
Aktualisiert: - Lesezeit: ~18-22 min
Die Auswahl der richtigen Überspannungsschutzgerät (SPD) gehört zu den Entscheidungen mit dem höchsten ROI in den Bereichen NS-Verteilung, PV/ESS, EV-Ladung und industrielle Automatisierung. Dieser Leitfaden stellt zusammen Normengesteuert Kriterien (IEC/UL/NEC), Platzierungsregeln und Stücklistenhinweise für beide AC und DC Systeme. Siehe die Referenztabellen und Quellen am Ende.
1) Warum sich SPD-Investitionen auszahlen
Ungeplante Ausfallzeiten kosten oft USD 1-5 Mio./Stundeschwere Fälle nähern sich USD 300k/min. Überspannungen durch Blitzschlag/Schaltvorgänge sind vorhersehbar und technisch machbar; koordinierte SPDs klemmen energiereiche Impulse ab und schützen PLCs/VFDs/IT.
Die US-amerikanischen Detektionsnetze zeichnen jährlich Dutzende bis Hunderte von Millionen Blitzereignissen auf; Florida ist oft führend in der Dichte, Texas in der Gesamtzahl. Verwenden Sie geografisch angepasste Spezifikationen (siehe § 8), um höhere Iimp/In Bewertungen.
2) Normenlandschaft (IEC / UL / NEC)
IEC 61643 definiert Leistung und Wellenformen; UL 1449 listet Sicherheit und Konformität für Nordamerika auf; NEC 2023 Artikel 242 schreibt die Verwendung in verschiedenen Zusammenhängen vor.
IEC 61643
Typ 1: 10/350 μs (Iimp) - Typ 2: 8/20 μs (In/Imax) - Typ 3: Kombination (Uoc). PV/DC: IEC 61643-31 ≤1500 VDC.
UL 1449
UL-Listung für fest angeschlossene SPDs; 4. Ed. (2016) verfeinerte Kennzeichnungen.
NEC 2023
Artikel 242 regelt den Überspannungsschutz. Befolgen Sie die Auflistungs- und Platzierungsregeln.
3) Dekodierung des SPD-"Typs" im Vergleich zu den Testwellenformen
Wählen Sie den Typ nach Belichtung und Kartenhierarchie; koordinieren Sie die Restspannung (Nach oben) über alle Stufen hinweg.
Typ 1 (Klasse I)
Test: 10/350 μs (Iimp). Installieren bei Personaleingang wenn LPS/Gemeinkosten.
Typ 2 (Klasse II)
Test: 8/20 μs (In/Imax). Schutz des Backbone von Unterbaugruppen.
Typ 3 (Klasse III)
Test: Kombination (Uoc). In der Nähe von empfindlichen Lasten (PLCs, VFDs, IT).
Hybride Typ 1+2 = hohe Energie + geringe Restmenge. Selektoren: AC - DC
4) Wechselstrom vs. Gleichstrom (PV/ESS) - gleiche Physik, unterschiedliche Zwänge
AC-Seite (IEC 61643-11 / UL 1449): Wählen Sie Typ 1/2/3 nach Belichtung und Plattenhierarchie, dann Größe Uc, In/Imax, Nach oben. DC-Seite (IEC 61643-31): PV-Anlagen bis zu 1500 VDC mit unterschiedlichem Temperatur-, Polaritäts- und Rückstromverhalten im Vergleich zu AC-Geräten.
In der modernen BOS, PV-Kombinatorkästen oft integrieren Typ 2 DC SPDgPV-Sicherungen und DC-Trennschalter - das reduziert die Anzahl der Gehäuse und vereinfacht die Arbeit vor Ort.
5) Mehrstufiges Schutz-"Rezept"
- Diensteingang / MSB: Typ 1 (oder 1+2) mit ausreichend IimpDer kürzeste, geradlinigste Weg zur Erde.
- Unterverteilerschränke: Typ 2 Bemessung für Abzweigfehlerpegel und Kabellängen; Koordinierung Nach oben mit MSB-Stufe.
- Sensible Endpunkte: Typ 3 in der Nähe von Geräteeingängen (PLCs, VFDs, Server).
Diese Kaskade spiegelt die Auswahl-/Errichtungsgrundsätze der IEC 60364-5-53 und die üblichen Herstelleranleitungen wider.
6) Neun-Punkte-Checkliste zur Größenbestimmung
- Codes/Liste: UL 1449 (U.S.), NEC 242.
- Art: 1 / 1+2 / 2 / 3 nach Exposition und Vorstandsebene.
- Uc (MCOV): > ungünstigste Dauerspannung.
- Iimp / In / Imax: Blitzdichte und Eintrittsstellen anpassen.
- Auf: schrittweise Koordinierung.
- Pole und Erdung: TN/TT/IT und N-PE-Bedarf.
- SCCR / Backup OCPD: Fehlerstrom- und Lieferantentabellen abgleichen.
- Umwelt: Höhe, IP/NEMA, Leitungslänge.
- Wartung: Auswechselbare Module, Statusfenster, Fernalarm.
7) Wo sollten SPDs in PV-, ESS- und EV-Projekten installiert werden?
- PV-Anlagen: Unter Verbindungskästen und Wechselrichter DC-EingängeLange Strecken oder exponiertes Gelände können beides erfordern.
- ESS: DC-Bus in der Nähe der Batterie/DC-DC-Schnittstelle, plus AC-Seite am PCS.
- Aufladen von Elektrofahrzeugen: Typ 1 oder 1+2 bei der Versorgung (wenn LPS/Overhead), Typ 2 bei der Verteilung, Typ 3 in der Nähe der Endgeräte.
Siehe auch: PV Combiner Boxen - Hochspannungs-GPV-Sicherungen
8) Daten-Schnappschuss: Blitzeinschlag und warum er Ihre Stückliste verändert
Die Blitzeinwirkung ist nicht einheitlich. In Berichten über Blitze in den USA werden routinemäßig genannt 90-240+ Millionen Ereignisse pro Jahr (wolkenintern + CG), je nach Methodik. Texas ist häufig Spitzenreiter bei den Gesamtzahlen, während Florida häufig die höchste Dichte aufweist. Bei Windparks und hohen Infrastrukturen können die Schlagzahlen pro Standort Tausende übersteigen.
Verwenden Sie für die Budgetierung Karten auf Bezirksebene von NOAA/NCEI oder Jahresberichte von Vaisala/AEM, um zu begründen Iimp/In Auswahl und Platzierung der Standorte.
9) Tabellen mit Schnellreferenzen
Kopieren Sie diese Zeilen als Ausgangspunkt in Ihre Datenblätter.
| SPD-Typ | Primärtest | Wichtige Bewertungen | Typischer Standort | Anmerkungen |
|---|---|---|---|---|
| Typ 1 | 10/350 μs (Iimp) | Uc, IimpAuf | Serviceeingang / MSB | Teilweiser direkter Blitzschlagstrom |
| Typ 2 | 8/20 μs (In/Imax) | Uc, In/ImaxAuf | Unterverteilerschränke | Backbone-Schutz |
| Typ 3 | Kombination (Uoc) | Uc, Uoc, Up | In der Nähe von empfindlichen Lasten | Endgültige Klemme, koordiniert mit Typ 2 |
Optionales Bild: Diagramm der Testwellenformen / Produktpalette
Tabelle B - Mindestangaben, die Sie in jedem EPPD angeben müssen
| Parameter | Warum das wichtig ist | Typische Fallstricke |
|---|---|---|
| Uc (MCOV) | Muss die ungünstigste kontinuierliche Systemspannung überschreiten | Wahl zu nahe am Nennwert → thermische Belastung & frühes Ende der Lebensdauer |
| Iimp / In / Imax | Entspricht der erwarteten Brandungsumgebung | Untertarifierung am Diensteingang; falsche Verwendung von Typ 2, wo Typ 1 erforderlich ist |
| Nach oben | Ermittelt Eigenspannungen an Isolierung/Elektronik | Keine stufenübergreifende Koordinierung → Schutz auf gleicher Ebene |
| SCCR / Backup OCPD | Sicherheit und Selektivität | Nichtübereinstimmung mit verfügbarem Fehlerstrom; Ignorieren von Hersteller-Backup-Gerätetabellen |
| Anzahl der Pole und Erdung | TN/TT/IT-Wechselmodulsatz und N-PE-Bedarf | Fehlendes N-PE auf TT; Fehlverdrahtung PEN in TN-C |
| Umwelt & Montage | Temperatur, Höhe, IP/NEMA; Leiterverlegung | Große Leitungslängen; scharfe Biegungen erhöhen die Induktivität (erhöhen die Klemme Up) |
10) Regeln für Erdung, Verdrahtung und Leitungslängen
- SPD-zu-Erde und SPD-zu-Bus-Leiter beibehalten kurz, gerade, nebeneinander.
- Vermeiden Sie Schleifen oder hübsche Kabelverkleidungen, die die Induktivität während der Überspannungszeit erhöhen.
- Halten Sie sich an die Drehmomentangaben des Herstellers; lose Anschlüsse werden bei wiederholten Stromstößen heiß.
- Stellen Sie bei TT-Systemen sicher, dass die N-PE-Module und die Verkabelung ordnungsgemäß sind, damit die Ströme über den vorgesehenen Weg zurückfließen.
Globaler Verweis auf Errichtungsregeln: IEC 60364-5-53.
11) NEC-ausgelöste Platzierungen (U.S.)
Die 2023 NEC (NFPA 70) stärkt die Verwendung von SPD in verschiedenen Zusammenhängen (z. B. Schutz von Wohnhäusern, Steuerungen von Feuerlöschpumpen). Artikel 242 deckt den Überspannungsschutz für Anlagen ≤1000 V ab; immer passend UL 1449 Auflistung und Installationsort.
Referenz: NFPA 70 (NEC) - UL 1449 Erläuterung
12) Praktische Beispiele - schnelle Auswahl von Bewertungen
A. Industrieanlagen, Freileitungsbetrieb, kein LPS, 400/230 VAC TN-S
- MSB: Typ 1 (oder 1+2) mit Iimp ≈ 12,5-25 kA/Pol typisch; Uc ≥ 275 VAC (L-N) für 230-V-Systeme; Nach oben ≤ 1,5 kV.
- Unter-DBs: Typ 2 unter Unter 20-40 kA, Imax 40-80 kA pro Bordrisiko.
- Endpunkte: Typ 3 bei VFDs/PLCs/IT-Lasten.
B. 1000 VDC PV-Generator (lange Strings, Bodenmontage)
- Mähdrescherkasten: Typ 2 DC SPD nach IEC 61643-31; Uc ≥ Vstring(max bei Tmin); Koordinate Nach oben mit Wechselrichter.
- Wechselrichter DC-Eingang: Fügen Sie eine zweite Gleichstromstufe hinzu, wenn die Kabelabstände groß sind oder das Gelände sehr exponiert ist.
C. EV-Ladeplatz (kommerziell)
- Dienst: Typ 1 oder 1+2 wo LPS/Gemeinkosten vorhanden sind.
- Vertrieb: Typ 2 Fütterung von Ladegruppen; Typ 3 in der Nähe der Eingänge des Ladegeräts (falls unterstützt).
13) FAQ (Antworten auf technischer Ebene)
Brauche ich immer Typ 1 am Diensteingang?
Wenn Sie über eine äußere Blitzschutzanlage oder eine Freileitung verfügen, ist Typ 1 (oder 1+2) der Standardansatz für den Umgang mit partiellem Blitzstrom. Bei unterirdisch versorgten Gebäuden ist manchmal der robuste Typ 2 gerechtfertigt, aber man muss das Risiko (Blitzdichte, Eintrittswege) und die örtlichen Vorschriften berücksichtigen.
Wie unterscheiden sich die UL- und IEC-Bezeichnungen?
UL 1449 ist eine Listen-/Sicherheitsnorm; IEC 61643 definiert Leistungstests und Typen. Viele Datenblätter enthalten beide. Die 4. Ausgabe von UL 1449 (2016) hat neuere Kennzeichnungen und Anforderungen standardisiert.
Für welche Zahlen sollte ich optimieren?
Der Reihe nach: Uc (rechts, nicht niedrig) → Iimp/In/Imax (genug) →. Nach oben (so niedrig wie es die Koordinierung erlaubt) → SCCR/Backup → Wartungsfunktionen.
Was ist, wenn ich mir heute nur eine Stufe leisten kann?
Setzen Sie das Budget auf die Personaleingang (Typ 1 oder 1+2), später dann Typ 2/3. Dadurch wird verhindert, dass katastrophale Energie tief in die Anlage eindringt.
Wie verändert die Geografie meine Spezifikation?
Korridore mit hoher Bevölkerungsdichte (z. B. Golfküste, Zentralflorida) rechtfertigen höhere Iimp/In und fester Nach oben Ziele. Verwenden Sie NCEI/Vaisala/AEM-Karten zur Quantifizierung der Blitzdichte für Diskussionen mit AHJ oder Versicherungen.
Credits und Quellen
- IEC 61643-11 / 61643-31 (offiziell): IEC-Webshop
- UL 1449 4th Ed: Intertek - Schneider PDF
- NEC 2023 (Artikel 242): NFPA
