Was ist ein DIN-Schienen-Überspannungsschutz in der industriellen Stromverteilung?
Definition eines Überspannungsschutzes für DIN-Schienen
A DIN-Schienen-Überspannungsschutz, auch bekannt als DIN-Schienen-Überspannungsschutz oder auf einer DIN-Schiene montiertes Überspannungsschutzgerät, ist eine Schutzvorrichtung, die in industriellen Verteilertafeln, Schaltschränken, Automatisierungsmodulen oder Stromverteilungssystemen installiert wird. Es wird in der Regel zusammen mit Leistungsschaltern, Schützen, Relais, Klemmenblöcken und Stromversorgungsmodulen auf einer standardmäßigen 35-mm-DIN-Schiene montiert, um ein komplettes industrielles Überspannungsschutzsystem zu bilden.
In industriellen Stromversorgungssystemen können Überspannungsspitzen durch blitzbedingte Überspannungen, Schaltvorgänge im Stromnetz, Transformatorschaltungen, das An- und Abschalten von Motoren, den Betrieb von Schützen, Frequenzumrichter oder andere transiente Störungen verursacht werden, die von Hochleistungsgeräten ausgehen. Obwohl diese Überspannungen nur kurzzeitig auftreten, können ihre Spannungsspitzen weit über der normalen Belastbarkeit elektrischer Geräte liegen. Dies kann SPSen, HMIs, Frequenzumrichter, USV-Anlagen, Stromversorgungsmodule, Sensoren, Kommunikationsmodule und andere elektronische Steuerungskomponenten beschädigen.
Die Hauptfunktion eines Überspannungsschutzes für DIN-Schienen besteht darin, transiente Überspannungen schnell zu begrenzen, bevor sie nachgeschaltete Geräte erreichen, und den Stoßstrom in das Erdungssystem abzuleiten. Für Fabriken, Produktionslinien, Datenräume, Schaltanlagenbauer und industrielle Automatisierungssysteme ist er eine wichtige Schutzkomponente zur Verbesserung der Stromversorgungssicherheit, zur Verringerung von Geräteschäden und zur Minimierung von Ausfallverlusten.
So funktionieren DIN-Schienen-Überspannungsschutzgeräte in Niederspannungsnetzen
In industriellen Niederspannungs-Stromverteilungssystemen wird ein auf einer DIN-Schiene montierter Überspannungsschutz in der Regel parallel zwischen der Stromleitung und dem Erdungssystem angeschlossen. Wenn die Überspannung den Betriebsschwellenwert des Überspannungsschutzes überschreitet, schließen dessen interne Schutzkomponenten schnell an und leiten den Stoßstrom zum PE-Anschluss oder zum Potentialausgleichssystem ab.
Dieser Prozess lässt sich in drei Phasen unterteilen:
- Normalzustand: Der SPD bleibt in einem hochohmigen Zustand und hat keinen Einfluss auf die normale Stromversorgung.
- Überspannungsereignis: Der SPD leitet den Strom schnell ab und begrenzt die transiente Überspannung auf der Leitung.
- Nach dem Stromstoß: Die SPD kehrt in einen Zustand mit hohem Widerstand zurück, und das System setzt den normalen Betrieb fort.
Ein Überspannungsschutz für DIN-Schienen wird in der Regel nicht als eigenständiges Gerät eingesetzt. Er ist Teil eines abgestimmten Überspannungsschutzkonzepts für die industrielle Stromverteilung und arbeitet mit dem Schutz am Netzanschluss, dem Schutz auf Verteilungsebene, dem Schutz im Schaltschrank sowie dem geräteseitigen Feinschutz zusammen.
Warum sich die DIN-Schienenmontage für industrielle Verteilertafeln eignet
Die Montage auf einer DIN-Schiene eignet sich hervorragend für industrielle Stromverteilungssysteme, da industrielle Verteiler und Schaltschränke eine modulare, standardisierte und wartungsfreundliche Anordnung der Komponenten erfordern. Ein Überspannungsschutz für die DIN-Schiene lässt sich direkt auf eine Standard-DIN-Schiene aufstecken und zusammen mit Leistungsschaltern, Klemmenblöcken und Steuerungskomponenten anordnen.
Diese Installationsmethode bietet mehrere Vorteile:
- Spart Platz auf der Schalttafel und passt in kompakte Industrieschaltschränke
- Ermöglicht eine schnelle Installation für Schalttafelbauer und die Serienmontage
- Erleichtert die Wartung durch schnelle Überprüfung und Austausch
- Sorgt für eine übersichtliche und einheitliche Verkabelung in Verbindung mit Erdungsschienen und Absicherungsvorrichtungen
- Unterstützt mehrstufigen Schutz in Hauptverteilern, Unterverteilern und Geräteschränken
Überspannungsschutz für DIN-Schiene vs. Überspannungsschutz für Schalttafeleinbau
Sowohl DIN-Schienen-Überspannungsschutzgeräte als auch Überspannungsschutzgeräte für den Einbau in Schalttafeln können zum Überspannungsschutz in Stromverteilungssystemen eingesetzt werden, unterscheiden sich jedoch hinsichtlich ihres Aufbaus, ihrer Installationsweise und ihrer Anwendungsszenarien.
| Vergleichsartikel | DIN-Schienen-Überspannungsschutz | Überspannungsschutz für den Schalttafeleinbau |
| Installationsmethode | Montiert auf einer 35-mm-DIN-Schiene | Wird in der Regel auf einer Plattenoberfläche oder an einem Außengehäuse montiert |
| Typische Anwendungen | Industriesteuerschränke, Unterverteilerschränke, Gerätepanels, PV-Sammelboxen | Hauptverteiler, Gebäudestromversorgungssysteme, Geräteanschlüsse |
| Struktur | Modular, kompakt, leicht auszutauschen | In der Regel integriert oder extern montiert |
| Wartung | Kann über Statusanzeigen oder steckbare Module gewartet werden | Hängt von der Produktstruktur ab |
| Eignung für den industriellen Einsatz | Geeignet für standardisierte Schrankkonstruktionen und Serienmontage | Geeignet für bestimmte Schaltschrankbereiche oder als Schutz auf Eingangsebene |
Bei industriellen Stromverteilungssystemen besteht der Vorteil eines Überspannungsschutzes für die DIN-Schiene darin, dass er direkt in einen Verteilerkasten oder Schaltschrank integriert werden kann. Er eignet sich für den Einbau zusammen mit anderen modularen elektrischen Komponenten. Dadurch ist er besonders nützlich in industriellen Anwendungen, die eine standardisierte Konstruktion, Serienfertigung, schnelle Wartung und übersichtliche Verkabelung erfordern.
Gängige industrielle Anwendungsbereiche von Überspannungsschutzgeräten für DIN-Schienen
In industriellen Stromverteilungssystemen wird ein Überspannungsschutz für DIN-Schienen nicht nur an einer festen Position installiert. Je nach Verteilungsebene, Empfindlichkeit der Geräte, Kabellänge und Überspannungsquelle können DIN-Schienen-Überspannungsschutzgeräte in Hauptverteilertafeln, Unterverteilertafeln, Motorsteuerungszentren, SPS-Schalttafeln, USV-Stromkreisen, Schalttafeln für Automatisierungsgeräte sowie in Solar-PV- oder Energiespeichersystemen installiert werden.
Industrielle Anlagen verfügen in der Regel über mehrere Stromverteilungsebenen. Wenn nur ein Überspannungsschutzgerät (SPD) in der Hauptverteilung installiert ist, bietet dies möglicherweise keinen ausreichenden Schutz für Fernsteuerungsschränke, empfindliche Geräte oder lange Kabelstrecken. Ein besserer Ansatz ist der Aufbau eines auf die Systemstruktur abgestimmten Überspannungsschutzsystems, bei dem Überspannungsschutzgeräte für die DIN-Schiene an verschiedenen Stellen den Schutz des Hausanschlusses, den Schutz auf Verteilungsebene und den geräteseitigen Feinschutz gewährleisten.
Haupt-Einspeiseverteiler
Die Hauptzuleitungsschalttafel ist der Einstiegspunkt des industriellen Stromversorgungssystems und die erste wichtige Stelle, an der Überspannungen in das Werksverteilungsnetz eindringen können. Wenn eine Überspannung über die Versorgungsleitung des Energieversorgers, eine Freileitung, die Niederspannungsseite eines Transformators oder ein externes Blitzschutzsystem eindringt, kann der Überspannungsschutz (SPD) in der Hauptzuleitungsschalttafel hochenergetische Überspannungen ableiten, bevor sie sich weiter ausbreiten.
Zu den gängigen Optionen für Hauptverteiler gehören Überspannungsschutzgeräte (SPD) vom Typ 1 für DIN-Schienen, kombinierte SPDs vom Typ 1+2 oder SPDs vom Typ 2 mit hoher Nennleistung. Die richtige Wahl hängt davon ab, ob das Gebäude über eine externe Blitzschutzanlage verfügt, wie hoch das Blitzrisiko in der Umgebung ist, wie die Stromzuführung erfolgt, wie hoch der Kurzschlussstrom des Systems ist und wie empfindlich die nachgeschalteten Geräte sind.
Unterverteiler
Unterverteilerschränke befinden sich zwischen dem Hauptstromverteilungssystem und den Endgeräten. Sie versorgen lokale Bereiche wie Werkstätten, Etagen, Anlagenbereiche oder Produktionslinien. Der Einbau von Überspannungsschutzgeräten auf DIN-Schienen an diesen Stellen trägt dazu bei, Restüberspannungen aus dem vorgelagerten System weiter zu begrenzen und Schaltüberspannungen zu reduzieren, die innerhalb des lokalen Anlagenbereichs entstehen.
Überspannungsschutzgeräte vom Typ 2 für DIN-Schienen kommen häufig in industriellen Unterverteilern zum Einsatz. Sie eignen sich zur Begrenzung von indirekten Blitzüberspannungen, Netzschaltüberspannungen und betriebsbedingten Überspannungen. Damit gehören sie zu den am häufigsten verwendeten Überspannungsschutzgeräten in industriellen Stromverteilungssystemen.
In einer großen Fabrik ist beispielsweise möglicherweise bereits ein SPD vom Typ 1 oder Typ 1+2 in der Hauptverteilerschalttafel installiert. Eine Produktionshalle kann jedoch weit von der Hauptverteilerschalttafel entfernt sein. Aufgrund der längeren Kabelstrecke können während der Ausbreitung von Überspannungen neue Potentialunterschiede und Restüberspannungen auftreten. In diesem Fall kann der Einbau eines Überspannungsschutzgeräts vom Typ 2 in die Unterverteilung der Werkstatt einen näheren Schutz für Motoren, Schaltschränke, Beleuchtungssysteme und Automatisierungsgeräte in diesem Bereich bieten.
Motorsteuerungszentralen und Schaltschränke
Motorsteuerungszentralen und industrielle Schaltschränke sind wichtige Anwendungsbereiche für Überspannungsschutzgeräte für DIN-Schienen. Sie enthalten häufig Schütze, Relais, Sanftanlasser, Frequenzumrichter, Motorschutzvorrichtungen, Steuerstromversorgungen und Kommunikationsmodule. Diese Komponenten können während des Betriebs und beim Schalten Überspannungen erzeugen und zudem von Überspannungen aus dem vorgelagerten Verteilungsnetz betroffen sein.
Der Einbau von Überspannungsschutzgeräten für DIN-Schienen in Schaltschränken oder Steuerungsschränken trägt dazu bei, die Auswirkungen von Einschaltstößen und transienten Überspannungen auf der Leistungsseite auf Steuerungskomponenten zu verringern. Dies ist besonders wichtig in industriellen Umgebungen mit vielen Motoren, Pumpen, Lüftern, Kompressoren, Förderanlagen und Antriebssystemen, in denen die Start-Stopp-Zyklen der Anlagen wiederholt transiente Spannungsbelastungen verursachen können.
Zu den gängigen geschützten Geräten gehören:
- Schaltkreise für Schütze und Relais
- Eingangsschaltungen für Frequenzumrichter und Sanftanlasser
- Stromversorgungsmodule für die Motorsteuerung
- SPS- oder E/A-Module im Schaltschrank
- Kommunikationsschnittstellen für Geräte und Fernbedienungen
Bei MCCs und Schaltschränken sollte der Überspannungsschutz in der Nähe der Netzeingangsanschlüsse installiert und mit kurzen, geraden Leitern an die Erdungsschiene angeschlossen werden. Bei Bedarf sollten auch Signal- oder Datenleitungs-Überspannungsschutzgeräte eingesetzt werden, um den Schutz für Steuersignale und Kommunikationsleitungen abzustimmen.
SPS-Schalttafeln und Automatisierungssysteme
Ein SPS-Schaltkasten ist die Schaltzentrale eines industriellen Automatisierungssystems. Er empfängt Sensorsignale, führt die Steuerungslogik aus und steuert Motoren, Ventile, Roboter, Förderbänder und Produktionsanlagen. Wenn die SPS, das E/A-Modul, die HMI oder das Kommunikationsmodul durch Überspannungen beschädigt werden, kann das gesamte Automatisierungssystem zum Stillstand kommen.
In SPS-Schaltkästen werden Überspannungsschutzgeräte für DIN-Schienen in der Regel am Steuerstrom-Eingang installiert, um 230-V-Wechselstrom-, 24-V-Gleichstrom- oder andere Steuerstromkreise zu schützen. Für Kommunikationsnetzwerke und Feldsignalleitungen sollten bei Bedarf ebenfalls geeignete Signal-Überspannungsschutzgeräte oder Datenleitungs-Überspannungsschutzgeräte installiert werden.
In Automatisierungssystemen treten häufig gleichzeitig Spannungsspitzen und Signalspitzen auf. Eine Überspannung in der Stromleitung kann das Stromversorgungsmodul der SPS beschädigen, während eine Überspannung in langen Sensorkabeln oder Kommunikationskabeln zu Schäden an E/A-Ports oder Kommunikationsschnittstellen führen kann. Daher sollte sich der Überspannungsschutz für industrielle Schaltschränke nicht nur auf die Hauptstromversorgung konzentrieren. Er sollte auch einen abgestimmten Schutz für die Steuerstromversorgung, Signalleitungen und Datenleitungen berücksichtigen.
USV- und kritische Stromkreise
In industriellen Anlagen werden USV-Anlagen häufig zum Schutz kritischer Verbraucher wie Steuerungssysteme, Server, Kommunikationsgeräte, Überwachungssysteme, DCS-Systeme, SCADA-Systeme und sicherheitsgerichtete Systeme eingesetzt. Eine USV kann bei einem Stromausfall Notstrom bereitstellen, kann jedoch den Überspannungsschutz durch SPDs nicht vollständig ersetzen.
Die Eingangsseite der USV kann dennoch von blitzbedingten Überspannungen oder Schaltüberspannungen aus dem vorgelagerten Verteilungsnetz betroffen sein. Ohne geeigneten Überspannungsschutz können Überspannungen in die USV eindringen und Gleichrichtermodule, Steuerplatinen oder Bypass-Schaltungen beschädigen. Bei kritischen Lasten kann je nach Systemaufbau auch ein feinerer Schutz an der Ausgangsseite der USV oder in der Nähe empfindlicher Geräte installiert werden.
In industriellen kritischen Stromversorgungssystemen ist ein gängiger Schutzansatz:
| Einbaulage | Empfohlene Schutzmethode | Hauptschutzziel |
| Hauptverteiler | Typ 1 oder Typ 1+2 SPD | Eingangsseitige Hochspannungsspitzen begrenzen |
| Eingangsseite der USV | Typ-2-Überspannungsschutz für DIN-Schiene | Schutz der Eingangsschaltungen der USV |
| Ausgangsseite der USV | SPD Typ 2 oder Typ 3 | Restspannung bei kritischen Lasten reduzieren |
| Ausrüstungsseite | SPD vom Typ 3 oder spezieller Schutzschalter | Schützen Sie Server, SPSen und Kommunikationsgeräte |
Diese abgestimmte Konfiguration trägt dazu bei, das Risiko von Überspannungen in USV-Anlagen und kritischen Verbrauchern zu verringern und verbessert so die Stromversorgungssicherheit von industriellen Steuerungs- und Datensystemen.
Photovoltaik, Energiespeicher und industrielle Gleichstromsysteme
Immer mehr Industrieanlagen nutzen mittlerweile Photovoltaikanlagen auf dem Dach, Energiespeichersysteme, Gleichstromverteilereinheiten oder Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energien. Die gleichstromseitigen Kabel in diesen Systemen sind oft lang, und manche Kabel werden im Freien oder in ungeschützten Bereichen verlegt, wodurch sie anfälliger für durch Blitzeinschläge verursachte Überspannungen sind.
In industriellen PV-Anlagen werden Gleichstrom-Überspannungsschutzgeräte für DIN-Schienen üblicherweise in folgenden Bereichen installiert: PV-Kombinationsboxen, Gleichstrom-Eingangsschaltungen von Wechselrichtern und Gleichstrom-Verteilungsschaltungen. Für PV-Anlagen mit 600 V DC, 1000 V DC oder 1500 V DC müssen speziell für Gleichstromanwendungen entwickelte Überspannungsschutzgeräte (SPD) ausgewählt werden. Standard-Wechselstrom-Überspannungsschutzgeräte sollten nicht als Ersatz verwendet werden.
In Energiespeichersystemen können auch Batteriestelle, PCS-Einheiten, BMS, EMS und Gleichstrom-Sammelschienen von transienten Überspannungen betroffen sein. Je nach Systemaufbau können Überspannungsschutzgeräte auf der Gleichstromseite, der Wechselstromseite und den Kommunikationsleitungen erforderlich sein.
Zu den wichtigsten Aspekten des Überspannungsschutzes bei industriellen Gleichstromsystemen gehören:
- Wählen Sie den DC-SPD entsprechend der maximalen Leerlaufspannung aus.
- Stellen Sie sicher, dass das SPD die Anforderungen der Norm IEC/EN 61643-31 erfüllt.
- Unterscheidung zwischen PV-Gleichstrom-Überspannungsschutzgeräten und Wechselstrom-Überspannungsschutzgeräten
- Berücksichtigen Sie Schutzmaßnahmen sowohl auf der Gleichstrom-Eingangsseite als auch auf der Wechselstrom-Ausgangsseite des Wechselrichters.
- Die Ableitungsstrecke entsprechend den Anforderungen an die Erdung und den Potentialausgleich auslegen
Bei industriellen Stromverteilungssystemen mit Solar-PV-Anlagen, Energiespeichern oder Gleichstromgeräten muss bei der Auswahl von Überspannungsschutzgeräten für DIN-Schienen sowohl die Wechselstromseite als auch die Gleichstromseite berücksichtigt werden. Dadurch wird vermieden, dass nur das Wechselstrom-Verteilungssystem geschützt wird, während die Gleichstromkreise weiterhin dem Risiko von Überspannungen ausgesetzt sind.
So wählen Sie den richtigen Typ eines DIN-Schienen-Überspannungsschutzes für die industrielle Stromverteilung aus
In industriellen Stromverteilungssystemen ist einer der wichtigsten Schritte bei Auswahl eines Überspannungsschutzes für die DIN-Schiene ist die Bestimmung des richtigen SPD-Typs. Verschiedene SPD-Typen sind für unterschiedliche Stoßenergiewerte, Einbaulagen und Schutzziele ausgelegt. Wird der falsche Typ gewählt, kann selbst ein Produkt mit auf den ersten Blick beeindruckenden Parametern im tatsächlichen System möglicherweise keinen wirksamen Schutz bieten.
AC-SPD vs. DC-SPD in industriellen Anwendungen
In industriellen Anlagen kommen häufig sowohl Wechselstrom- als auch Gleichstromkreise vor, weshalb zwischen Wechselstrom- und Gleichstrom-Überspannungsschutzgeräten klar unterschieden werden muss. Sie sollten nicht austauschbar verwendet werden.
AC-Überspannungsschutzgeräte Sie werden hauptsächlich in Niederspannungs-Wechselstromverteilungssystemen eingesetzt, beispielsweise in Hauptverteilern, Unterverteilern, MCCs, Motorsteuerschränken, Eingangsschaltungen von USVs und Stromkreisen für Industrieanlagen. Sie dienen dazu, Blitz- und Schaltstöße in Wechselstromleitungen zu begrenzen.
DC-Überspannungsschutzgeräte Sie kommen in Solar-PV-Anlagen, auf der Gleichstromseite von Energiespeichern, in Gleichstrom-Verteilerkästen, in den Gleichstromeingangsschaltungen von Wechselrichtern, in Gleichstrom-Steuerstromversorgungen und in anderen Gleichstromkreisen zum Einsatz. Da Gleichstromsysteme keinen natürlichen Nulldurchgangspunkt aufweisen, lassen sich Gleichstromlichtbögen nur schwer löschen. Daher erfordern Gleichstrom-Überspannungsableiter (SPD) Lichtbogenlösch- und sichere Trennvorrichtungen, die für Gleichstromanwendungen geeignet sind.
Ein häufiger Fehler bei industriellen PV-Anlagen ist der Einsatz eines Wechselstrom-Überspannungsschutzes (AC-SPD) in einem PV-Gleichstromkreis. Dies kann dazu führen, dass der Überspannungsschutz im Fehlerfall nicht sicher abschaltet und sogar eine anhaltende Lichtbogengefahr entstehen kann. Daher sollten in PV-Gleichstromanlagen Gleichstrom-Überspannungsschutzgeräte (DC-SPD) verwendet werden, die den Anforderungen der Norm IEC/EN 61643-31 entsprechen.
Der Unterschied zwischen Wechselstrom-SPD und Gleichstrom-SPD lässt sich wie folgt zusammenfassen:
| Vergleichsartikel | AC-Überspannungsschutz für DIN-Schiene | DC-DIN-Schienen-Überspannungsschutz |
| Anwendbares System | Niederspannungs-Wechselstrom-Verteilungssystem | PV-Anlagen, Energiespeicher und Gleichstromverteilungssysteme |
| Gemeinsamer Standort | Hauptverteiler, Unterverteiler, USV-Eingang, Schaltschrank | PV-Kombinationsbox, Gleichstromeingang des Wechselrichters, Gleichstromkreis |
| Bogenverhalten | Wechselstrom weist einen natürlichen Nulldurchgang auf, sodass Lichtbögen leichter gelöscht werden können | Gleichstrom hat keinen natürlichen Nulldurchgang, daher lassen sich Lichtbögen schwerer löschen |
| Standardfokus | IEC/EN 61643-11 | IEC/EN 61643-31 |
| Auswahlschwerpunkt | Uc, Up, In, Imax, Erdungssystem | Maximale Leerlaufspannung, Gleichstrom-Lichtbogenlöschung, thermische Abschaltung, Polarität |
| Austauschbarkeit | Sollte nicht willkürlich in Gleichstromkreisen verwendet werden | Sollte nicht wahllos in Wechselstromanlagen verwendet werden |
Einphasige vs. dreiphasige Industriesysteme
Industrielle Stromverteilungssysteme können sowohl einphasige als auch dreiphasige Stromversorgungen umfassen. Die Anzahl der Phasen wirkt sich direkt auf die Polkonfiguration und die Verdrahtungsart des DIN-Schienen-Überspannungsschutzes aus.
Einphasige Systeme werden üblicherweise für die Steuerung von Stromversorgung, Beleuchtung, Bürogeräten, kleinen USV-Anlagen, einphasigen Steckdosenkreisen und einigen Zusatzgeräten verwendet. Zu den gängigen SPD-Konfigurationen gehören 1P, 1P+N oder 2P, die hauptsächlich Überspannungspfade wie L-N, L-PE und N-PE schützen.
Dreiphasensysteme werden üblicherweise für Motoren, Frequenzumrichter, Kompressoren, Pumpen, Ventilatoren, industrielle Heizanlagen, Motorsteuerungszentren und Hauptverteilungssysteme verwendet. Zu den gängigen SPD-Konfigurationen gehören 3P, 3P+N, 4P, 3+1 oder 4+0, die Überspannungspfade zwischen Phasenleitern, Neutralleiter und Erde abdecken.
Wenn nur ein Einphasiges Überspannungsschutzgerät Wird ein Gerät in einem dreiphasigen Industriesystem eingesetzt, kann es vorkommen, dass einige Phasenleiter ungeschützt bleiben oder dass Überspannungspfade zwischen Phasenleitern, Neutralleiter und PE nicht vollständig abgedeckt sind. Daher sollten mehrpolige DIN-Schienen-Überspannungsschutzgeräte entsprechend der tatsächlichen Verdrahtungsweise in dreiphasigen Systemen ausgewählt werden.
| Systemtyp | Gemeinsame Bewerbung | Gängige SPD-Konfiguration | Auswahl Fokus |
| Einphasiges Wechselstromsystem | Stromversorgung, Beleuchtung, kleine USV | 1P, 1P+N, 2P | Überprüfen Sie die Schutzleiter L, N und PE |
| Dreiphasiges Dreileitersystem | Motoren, bestimmte Industrieanlagen | 3P | Schutz der Überspannungswege zwischen den Phasen und dem Schutzleiter (PE) |
| Dreiphasiges Vierleitersystem | Haupt- und Unterverteilerschalttafeln in der Fabrik | 4P, 3+1, 4+0 | Berücksichtigen Sie den Schutz durch L, N und PE |
| Steuer-Gleichstromkreis | SPS, Sensoren, 24-V-Gleichstromversorgungen | DC-Überspannungsableiter | Überprüfen Sie die Anforderungen an die Gleichspannung und die Polarität |
Typ-1-Überspannungsschutz für DIN-Schiene zum Schutz der Hauptzuleitung
Ein Überspannungsschutz vom Typ 1 für DIN-Schienen wird hauptsächlich am Eingang eines industriellen Stromversorgungssystems eingesetzt, beispielsweise an der Hauptzuleitungsschalttafel, der Niederspannungs-Hauptschaltanlage, der Niederspannungs-Ausgangsschalttafel eines Transformators oder am Hausanschluss. Seine Kernfunktion besteht darin, hochenergetische Blitzströme abzuleiten und zu verhindern, dass starke Überspannungen in das interne Werksverteilungsnetz gelangen.
Typ 1 SPD wird in der Regel in den folgenden industriellen Szenarien berücksichtigt:
- Das Fabrikgebäude verfügt über eine externe Blitzschutzanlage
- Die Stromversorgung erfolgt über Freileitungen.
- Die Fabrik befindet sich in einer Gegend, in der es häufig zu Gewittern kommt
- Das Verteilungssystem ist mit zahlreichen Außengeräten verbunden
- Das Industriegebäude verfügt über eine Photovoltaikanlage auf dem Dach
- Die Haupt-Eingangsplatine ist einem höheren Risiko durch Überspannungen ausgesetzt
Der Schlüsselparameter eines Überspannungsschutzgeräts (SPD) vom Typ 1 ist Iimp, der sich auf die Blitzimpulsstromfestigkeit bezieht. Er wird in der Regel verwendet, um die Fähigkeit des SPD zu bewerten, einer Blitzstromwellenform von 10/350 μs standzuhalten. Beim Schutz der Hauptzuleitung ist Iimp ein wichtiger Indikator, um festzustellen, ob ein Typ-1-Überspannungsschutz für ein industrielles System mit hohem Blitzrisiko geeignet ist.
Es ist wichtig zu beachten, dass ein Überspannungsschutz vom Typ 1 in erster Linie für die Ableitung hochenergetischer Überspannungen zuständig ist. Er kann die Restspannung möglicherweise nicht immer auf ein für empfindliche elektronische Geräte geeignetes Niveau senken. Daher muss ein Überspannungsschutz vom Typ 1 in industriellen Anlagen in der Regel mit nachgeschalteten Überspannungsschutzgeräten vom Typ 2 oder Typ 3 zusammenwirken.
Überspannungsschutz vom Typ 2 für DIN-Schienen für industrielle Verteilerkästen
Ein Überspannungsschutz vom Typ 2 für DIN-Schienen ist der gängigste Überspannungsschutztyp in industriellen Stromverteilungssystemen. Er wird in der Regel in Hauptverteilern, Unterverteilern, Motorsteuerungszentren, USV-Eingangskreisen, Geräteschaltschränken oder Automatisierungsschaltanlagen installiert. Er dient zur Begrenzung von indirekten Blitzüberspannungen, Netzschaltüberspannungen und transienten Überspannungen, die durch den Betrieb von Geräten verursacht werden.
Bei den meisten industriellen Niederspannungsanlagen, Typ 2 SPD ist das Herzstück des Überspannungsschutzes auf Verteilerebene. Es eignet sich zum Schutz von:
- Industrielle Unterverteilerschränke
- Motorsteuerungszentren
- PLC-Schaltschränke
- Eingangsschaltungen der USV
- Eingangsschaltungen für Frequenzumrichter und Sanftanlasser
- Stromkreise für Automatisierungsgeräte
- Industriebeleuchtung und Notstromversorgungssysteme
Zu den wichtigsten Parametern eines SPDs vom Typ 2 gehören in der Regel In, Imax und Up. In bezeichnet den Nennableitstrom, dem der SPD wiederholt standhalten kann. Imax bezeichnet den maximalen Einzelableitstrom. Up bezeichnet die Schutzspannung. Für industrielle Anwender sollte die Auswahl nicht ausschließlich auf Imax basieren. Auch die Empfindlichkeit der Geräte, die Einbaulage und das Systemrisiko sollten berücksichtigt werden.
Ist bereits ein Überspannungsschutz vom Typ 1 oder Typ 1+2 in der Hauptverteilertafel installiert, kann ein nachgeschalteter Überspannungsschutz vom Typ 2 in der Unterverteilertafel die verbleibende Überspannung weiter reduzieren und so einen noch besseren Schutz für Schaltschränke und kritische Geräte bieten.
Überspannungsschutz vom Typ 3 für DIN-Schienen zur Absicherung empfindlicher Endgeräte
A Typ 3 SPD wird in der Regel in der Nähe empfindlicher Geräte installiert, um einen Feinschutz auf Endgeräteebene zu gewährleisten. Seine Ableitleistung ist in der Regel geringer als die von Überspannungsschutzgeräten (SPD) des Typs 1 und 2, trägt jedoch dazu bei, die Restspannung auf der Geräteseite weiter zu reduzieren.
In industriellen Anlagen werden SPDs vom Typ 3 häufig zum Schutz empfindlicher Geräte eingesetzt, wie zum Beispiel:
| Empfindliche Geräte | Warum Schutz der Schutzklasse 3 erforderlich ist |
| SPS-Steuerung | E/A-Anschlüsse und Stromversorgungsmodule reagieren empfindlich auf Restüberspannungen |
| HMI-Touchscreen | Kommunikationsschnittstellen und Anzeigemodule sind anfällig für Spannungsspitzen |
| Industrieserver | Hohes Risiko von Datenverlust und Systemneustart |
| Kommunikationsgeräte | Ethernet-, RS485- und Feldbus-Schnittstellen können durch Überspannungen leicht beschädigt werden |
| Präzisionsinstrument | Hohe Anforderungen an die Messgenauigkeit und die Regelstabilität |
| Sicherheits- und Überwachungsausrüstung | Lange Kabelstrecken können induzierte Überspannungen verursachen |
Ein Überspannungsschutzgerät vom Typ 3 wird nicht als einziges Überspannungsschutzgerät in einem industriellen System empfohlen. Ohne vorgeschalteten Überspannungsschutz vom Typ 1 oder Typ 2 ist ein Überspannungsschutzgerät vom Typ 3 möglicherweise nicht in der Lage, größere Überspannungsenergien zu widerstehen.
Daher eignet sich ein Überspannungsschutzgerät vom Typ 3 besser als letzte Stufe in einem mehrstufigen Überspannungsschutzsystem. Es wird in der Regel mit Überspannungsschutzgeräten vom Typ 1 oder Typ 1+2 im Hauptverteiler und mit Überspannungsschutzgeräten vom Typ 2 in den Unterverteilern kombiniert, um einen umfassenderen Schutz für empfindliche Endgeräte zu gewährleisten.
Kombinierter Überspannungsschutz vom Typ 1+2 für DIN-Schienen in kompakten Industrie-Schalttafeln
Ein kombiniertes SPD vom Typ 1+2 vereint Schutzfunktionen der Typen 1 und 2 in einem Produkt. Es hält relativ energiereichen Blitzimpulsströmen stand und begrenzt gleichzeitig transiente Überspannungen im Verteilungsnetz. Für industrielle Verteilungsnetze mit begrenztem Platz im Schaltschrank oder bei Bedarf an einer vereinfachten Schutzstruktur ist es eine gängige Wahl.
Typ 1+2 SPD eignet sich für folgende Anwendungen:
- Industrielle Hauptverteiler mit begrenztem Platzangebot
- Kombinierter Überspannungsschutz für den Einstiegsbereich
- Systeme, bei denen die Anzahl der Module reduziert werden muss
- Fabriken mit externen Blitzschutzanlagen oder erhöhtem Blitzrisiko
- Schalttafelbauer, die eine vereinfachte Schrankauslegung benötigen
- Kleine Industriegebäude, die einen kompakten Schutz erfordern
Obwohl ein Überspannungsschutzgerät vom Typ 1+2 einen kombinierten Schutz bietet, bedeutet dies nicht, dass alle nachgeschalteten Überspannungsschutzgeräte entfallen können. Verfügt das industrielle System über lange Kabelstrecken, weit verstreute Geräte oder nachgeschaltete SPSen, Frequenzumrichter, USV-Anlagen, Kommunikationsgeräte und Präzisionssteuerungssysteme, sollten dennoch Überspannungsschutzgeräte vom Typ 2 oder Typ 3 in Unterverteilern oder in der Nähe der Geräte installiert werden.
Daher eignet sich ein kombinierter Überspannungsschutz vom Typ 1+2 eher als Einstiegslösung für den kombinierten Schutz, nicht jedoch als einzige Schutzmaßnahme für jedes industrielle System.
LSP-Überspannungsschutz für DIN-Schiene: Zuverlässiger Überspannungsschutz für industrielle Stromverteilungssysteme
LSP konzentriert sich auf die Forschung, Entwicklung und Herstellung von Überspannungsschutzgeräten und bietet DIN-Schienen-Überspannungsschutzlösungen für industrielle, gewerbliche und erneuerbare Energiesysteme an. Die Produktpalette umfasst Überspannungsschutzgeräte vom Typ 1, Typ 1+2, Typ 2, Typ 3 sowie Gleichstrom-Überspannungsschutzgeräte und deckt den Schutz an der Hausanschlussstelle, auf Verteilerebene, im Schaltschrank, den Feinschutz auf Geräteseite sowie den Überspannungsschutz auf der Gleichstromseite von PV-Anlagen ab. Dank eines umfassenden Produktportfolios können Ingenieure einen aufeinander abgestimmten Überspannungsschutz vom Typ 1 + Typ 2 + Typ 3 unter Verwendung einer einzigen bewährten Marke realisieren.
In industriellen Anwendungen sind die LSP-Überspannungsschutzgeräte für die Montage auf einer standardmäßigen 35-mm-DIN-Schiene ausgelegt, wodurch sie sich für modulare Anordnungen in Verteilertafeln und Schaltschränken eignen. Das Steckmodul-Design ermöglicht eine schnellere Wartung und einen zügigeren Austausch, während das übersichtliche Statusanzeigefenster dem Wartungspersonal hilft, zu überprüfen, ob sich das Überspannungsschutzgerät noch im normalen Schutzzustand befindet. Bei unbeaufsichtigten Anlagen, kontinuierlichen Produktionslinien oder kritischen Stromversorgungssystemen können optionale Fernmeldekontakte den SPD-Status an Überwachungs- oder Alarmsysteme weiterleiten, wodurch das Risiko eines unbemerkten SPD-Ausfalls verringert wird.
LSP legt besonderen Wert auf langfristige Zuverlässigkeit in industriellen Umgebungen. Die SPD-Produkte des Unternehmens nutzen Kernkomponenten wie LKD-MOVs und Vactech-GDTs, kombiniert mit thermischer Abschaltung, Niedertemperatur-Auslösung, flammhemmendem Gehäuse und modularem Aufbau, um Blitzüberspannungen, Schaltüberspannungen und industrielle elektrische Transienten zu bewältigen. Produktdesign und Prüfung basieren auf den Anforderungen der Norm IEC/EN 61643-11 für Anwendungen im Bereich des Niederspannungs-Wechselstrom-Überspannungsschutzes. Für photovoltaische Gleichstromanwendungen können geeignete DC-SPD-Lösungen entsprechend der Systemspannung und der Einbaulage ausgewählt werden.
Für Industriekunden ist LSP mehr als nur ein Anbieter von SPD-Produkten. Das Unternehmen kann auch als Partner für Überspannungsschutzlösungen fungieren. Ganz gleich, ob es bei dem Projekt um die Auswahl der Hauptverteilung, die Auslegung von Schaltschränken, den Schutz auf der Gleichstromseite von PV-Anlagen, die Koordination von Backup-Schutzmaßnahmen, OEM-Anpassungen, Branding, Verpackung oder technische Dokumentation geht – LSP bietet Produktempfehlungen und Anwendungshinweise, um Auswahlfehler, Installationsrisiken und Wartungsprobleme zu minimieren.
Häufig gestellte Fragen zu DIN-Schienen-Überspannungsschutzgeräten für industrielle Stromverteilungssysteme
Wozu dient ein DIN-Schienen-Überspannungsschutz in industriellen Anlagen?
Ein Überspannungsschutz für DIN-Schienen dient zum Schutz elektrischer Geräte und Steuerungskomponenten in industriellen Stromverteilungssystemen vor Blitzüberspannungen, Schaltüberspannungen und transienten Netzüberspannungen. Er wird üblicherweise in Hauptverteilern, Unterverteilern, SPS-Schränken, MCCs, USV-Schaltungen oder PV-Gleichstromsystemen installiert. Durch die Begrenzung von Überspannungen und die Ableitung von Stoßströmen zur Erde trägt er dazu bei, die Zuverlässigkeit der Anlagen zu verbessern und das Risiko von Ausfallzeiten zu verringern.
Wo sollte ein DIN-Schienen-Überspannungsableiter in einer Betriebsverteilerschalttafel installiert werden?
Ein Überspannungsschutzgerät (SPD) für DIN-Schienen sollte auf der Eingangsseite des zu schützenden Stromkreises in einer Werksverteilerschalttafel installiert werden, und zwar so nah wie möglich am Hauptschalter, am Leistungsschalter, an den Eingangsklemmen und an der PE-Erdungsschiene. Dies verkürzt den Ableitpfad für Überspannungen und reduziert die durch die Induktivität der Verkabelung verursachte zusätzliche Restspannung. In großen Fabriken sollten Überspannungsschutzgeräte zudem über Hauptverteiler, Unterverteiler, MCC-Schaltanlagen, SPS-Schränke und USV-Stromkreise hinweg aufeinander abgestimmt werden.
Benötigen industrielle Schaltschränke einen Überspannungsschutz?
Ja. Industrielle Schaltschränke benötigen in der Regel einen Überspannungsschutz, da SPSen, HMIs, E/A-Module, Relais, Netzteile, Frequenzumrichter-Anschlüsse und Kommunikationsschnittstellen empfindlich gegenüber transienten Überspannungen sind. Überspannungen können von vorgelagerten Verteilungsnetzen, beim Starten und Stoppen von Motoren, beim Schalten von Schützen oder durch lange Signalkabel verursacht werden. Der Einbau eines geeigneten Überspannungsschutzgeräts für die DIN-Schiene trägt dazu bei, Geräteschäden, Kommunikationsausfälle und Produktionsausfälle zu reduzieren.
Sollte ich für eine Hauptverteilerschalttafel in einer Fabrik SPD vom Typ 1 oder vom Typ 2 verwenden?
Verwenden Sie einen Überspannungsschutz vom Typ 1 oder Typ 1+2, wenn sich die Hauptverteilung des Werks am Netzeingang befindet, an Freileitungen angeschlossen ist, durch eine externe Blitzschutzanlage geschützt ist oder sich in einem Gebiet mit hohem Blitzrisiko befindet. Wenn der Schwerpunkt auf Netzschaltstößen, indirekten Blitzstößen oder Schalttransienten von Geräten liegt, ist in der Regel ein Überspannungsschutz vom Typ 2 geeignet. In großen industriellen Anlagen wird häufig ein SPD vom Typ 1 am Netzeingang und ein SPD vom Typ 2 im nachgeschalteten Bereich eingesetzt.
Kann ein einziger DIN-Schienen-Überspannungsschutz das gesamte industrielle Stromversorgungssystem schützen?
In der Regel nicht. Ein Überspannungsschutzgerät für die DIN-Schiene kann nur einen Teil des Stromkreises in der Nähe seines Einbauortes schützen und deckt nicht das gesamte industrielle Stromversorgungssystem ab. Große Fabriken verfügen häufig über Hauptverteiler, Unterverteiler, MCC-Schaltanlagen, SPS-Schränke, USV-Anlagen, Signalleitungen und Gleichstromkreise. Da die Kabel lang und die Geräte weit verstreut sind, können dennoch Restüberspannungen auftreten. In der Regel ist ein mehrstufiger Schutz mit Überspannungsschutzgeräten vom Typ 1, Typ 2, Typ 3 sowie Signal-Überspannungsschutzgeräten erforderlich.
