Neben den Auswirkungen von Blitzeinschlägen treten in industriellen Anwendungen und Kommunikationsanlagen Überspannungen auf, die durch die Leistungselektronik verursacht werden und empfindlichere elektronische Bauelemente schädigen oder zerstören. Um die Produktion und Kommunikation nicht zu unterbrechen ist ein Schutz unerlässlich. In der Regel kommen hierfür Überspannungs-schutzgeräte zum Einsatz, wie sie Finder als Spezialist für Komponenten im Steuerungs- und Anlagenbau anbietet.
Um die Schäden durch Überspannungen, zu vermeiden bzw. deren Risiko zu minimieren, ist eine abgestufte Schutzstrategie notwendig. Diese ist in der Blitz- und Überspannungsschutz-Norm DIN EN 62305 beschrieben. Dabei werden verschiedene Zonen (LPZ 0 bis LPZ 3) definiert, in denen teilweise unterschiedliche Schutzmechanismen greifen. Die Schutzwirkung der verschiedenen Zonen bauen dabei aufeinander auf, indem der Energiegehalt des Überspannungspulses jeweils so weit gesenkt wird, dass das Schutzgerät der nächsten Stufe nicht überlastet wird. Ziel ist es, die verbleibende Überspannung unter den Wert abzusenken, dem die angeschlossenen Geräte der jeweiligen Stufe stand halten, ohne Schaden zu nehmen.
Zonenkonzept mit passendem Schutz
In der äußeren Zone LPZ 0 ist bereits seit dem 18. Jahrhundert der Blitzableiter die zentrale Komponente. Mit der Elektrifizierung wurde über das Freileitungsnetz wie auch über Erdkabel die Ladung des in der Umgebung eingeschlagenen Blitzes in die Installation des Hauses geleitet. Deshalb sind auch im Gebäudeinneren Überspannungsschutzgeräte erforderlich. Ein weiterer Grund für einen Überspannungsschutz innerhalb des Gebäudes sind einerseits energiereiche Schaltvorgänge und andererseits elektronische Geräte der Steuerungs- und Regelungstechnik mit einer geringen Festigkeit gegen Spannungsspitzen.
Überspannungsschutzgeräte, wie beispielsweise die Geräte der Serie 7P von Finder, bestehen in der Regel aus einer Kombination von Varistoren und Gasableitern. Ein Varistor ist ein spannungsabhängiger Widerstand, der in den meisten Fällen aus Zinkoxid besteht. Sein Widerstand verringert sich bei Erreichen der Schwellenspannung schlagartig, so dass die Überspannung abgeleitet werden kann. Durch häufige kleinere Überspannungen altert der Varistor mit der Zeit und muss dann ggf. ausgetauscht werden. Ein Überspannungsschutzelement, das auf einem anderen Funktionsprinzip beruht, ist der Gasableiter. Hier wird eine Gasentladung beim Erreichen der Schwellenspannung über eine Funkenstrecke gezündet. Im Gegensatz zu Varistoren reagieren solche Gasableiter etwas langsamer. Dafür können sie Überspannungspulse mit größeren Energien ableiten.
Für jede Zone das passende Schutzgerät
Die Überspannungsschutzgeräte oder Surge Protection Devices (SPD) sind in verschiedene Typen unterteilt. SPD Typ 1 kommt an der Schnittstelle zwischen Zone LPZ 0 und LPZ 1 zum Einsatz, also üblicherweise direkt an der Einspeisung. Überspannungsschutzgeräte vom Typ 2 werden innerhalb der Zone LPZ 1 installiert und bilden dadurch die Zone LPZ 2. Zusätzliche SPD vom Typ 3 kommen direkt als Geräteschutz zum Einsatz, wenn diese eine geringe Überspannungsfestigkeit aufweisen. Zusätzlich gibt es noch SPD Typ 1+2, die sowohl die Anforderungen des Typ 1 als auch die des Typ 2 erfüllen. Der jeweils zu wählende SPD sowie die Anordnung und Anzahl der SPD innerhalb eines Netzes hängt von der jeweiligen Länge des Netzes ab und ist insbesondere bei TN- und TT-Netzen unterschiedlich. Außerdem ist die geforderte Anordnung zu einem FI-Schutzschalter zu beachten.
Der Relaishersteller Finder bietet ein umfangreiches Spektrum an Überspannungsschutzgeräten an. Im Lieferprogramm der Serie 7P sind SPD Typ 1, SPD Typ 1+2, SPD Typ 2 und SPD Typ 3 erhältlich. Sämtliche Geräte entsprechen den Grundsätzen der Blitzschutznorm DIN EN 62305. Je nach Typ kommen Varistoren, Funkenstrecken oder eine Kombination aus beiden zum Einsatz. Die Geräte der Serie 7P sind modular aufgebaut. In das Grundgerät mit der Anschlusstechnik lassen sich die Module mit den Varistoren und Funkenstrecken einfach einstecken. Sollte ein Modul defekt sein, lässt es sich sehr einfach und ohne Werkzeug austauschen. Um eine Verwechslung der einzelnen Module zu verhindern, sorgt eine mechanische Kodierung dafür, dass nur das jeweils passende Modul eingesteckt werden kann. Die Geräte sind zum Aufschnappen auf eine Standard-Hutschiene im Schaltschrank geeignet. Die Geräte des Typs 1+2 lassen sich auch kopfstehend montieren, was vor allem in Hinblick auf möglichst kurze Leitungslängen von Vorteil ist. Ein defekter Varistor wird durch ein farbiges Fenster auf der Gerätevorderseite angezeigt. Außerdem ist ein Meldekontakt vorhanden, über den der Zustand des Varistors auch durch ein übergeordnetes System ausgelesen werden kann.
Mit Überspannungsschutz sicher gegen Schäden
Durch den richtigen Einsatz von Überspannungsschutzgeräten in Elektroinstallationen sowie in Maschinen und Anlagen lässt sich das Risiko eines Schadens an empfindlichen Elektronik-Baugruppen durch Überspannungen minimieren. Mit den Überspannungsschutzgeräten der Serie 7P von Finder steht dem Anwender ein umfangreiches Programm zur Verfügung, mit dem er einen wirkungsvollen Schutz vor Überspannungen realisieren kann.
