Wie wählt man das richtige einphasige Überspannungsschutzgerät aus?

Wie wählt man das richtige einphasige Überspannungsschutzgerät aus?

Ich habe zwei Kaffeemaschinen und eine 3.800 Dollar teure CNC-Steuerung zerstört, bevor ich zugab, dass ich keine Ahnung hatte, wie eine Überspannung überhaupt aussieht.

Ich wähle einen einphasigen Überspannungsschutz (SPD) anhand dreier Kennzahlen aus: maximaler Stoßstrom (kA), Schutzspannungspegel (VPR) und Kurzschlussfestigkeit (SCCR). Stimmen diese Werte auf die Größe Ihres Schutzschalters und die Empfindlichkeit der Last ab, so hält das Gerät länger als die von ihm geschützten Anlagen.

Lesen Sie weiter, wenn Sie denselben Drei-Minuten-Filter verwenden möchten, den ich benutze, damit ich nie wieder Zeit mit dem falschen Datenblatt verschwende.

Einphasenstrom verstehen?

Früher dachte ich, „einphasig“ bedeute einadrig, bis mir eine Sicherung durchbrannte und ich zwei Adern plus Erdung im Verteilerkasten sah.

Einphasenstrom ist der 230-V- oder 120-V-Zweileiteranschluss, der Wohnhäuser und kleine Geschäfte versorgt. Ein stromführender Leiter, ein Neutralleiter und eine sich wiederholende Sinuswelle liefern die gesamte Energie, die Sie für Lampen, Laptops und Drehmaschinen benötigen.

Warum die Wellenform wichtig ist

Die Sinuswelle erreicht in einem 230-V-System eine Spitzenspannung von 325 V. Ein Überspannungsstoß kann innerhalb von Mikrosekunden 600 V erreichen. Ist Ihr Überspannungsschutz für 275 V_eff ausgelegt, löst er zu früh aus und schneidet die Spitze der Welle ab. Wählt man hingegen ein günstigeres 420-V-Modell, rast der Überspannungsstoß direkt in den Frequenzumrichter ein. Ich habe immer ein Taschenoszilloskop in meinem Werkzeugkasten; ein Blick auf die abgeschnittene Welle verrät mir, ob ich die richtige Spannungsklasse gewählt habe.

Tabelle 1: Gängige einphasige Spannungen im Vergleich zur empfohlenen Überspannungsschutzklasse

Was ist ein einphasiger Überspannungsschutz?

Ich erklärte meinem Käufer, dass ein Überspannungsschutz nur eine schicke Steckdosenleiste sei; er leitete mir daraufhin die Reparaturrechnung für einen Laserschneider weiter.

Ein einphasiger Überspannungsschutz ist ein kompaktes Gerät, das neben dem Sicherungskasten montiert wird. Im Inneren leiten Metalloxidvaristoren (MOVs) oder Gasröhren überschüssigen Strom in weniger als 25 Nanosekunden gegen Erde ab und halten so die angeschlossenen Geräte unterhalb ihrer Spannungsfestigkeit.

Teile, die Sie sehen können

Öffnet man das Kunststoffgehäuse, findet man drei münzförmige Scheiben. Das sind die MOVs. Neben jeder Scheibe befindet sich eine Thermosicherung; überhitzt der MOV, löst die Sicherung aus und die grüne LED erlischt. Ich habe einmal ein defektes Gerät aufgeschnitten; der Sicherungsdraht fehlte und der MOV war schwarz. Diese Sichtprüfung hat mir den erneuten Einbau eines defekten Schutzschalters erspart.

Tabelle 2: Innere Bauteile und ihre Ursachen

Wie funktioniert ein einphasiges Überspannungsschutzgerät (einphasiges SPD)?

Ich habe auf meinem Datenlogger einen 40-kA-Stromstoß beobachtet; die Spannung an der Steckdose stieg nur um 90 V anstatt um 1200 V.

Der Überspannungsschutz (SPD) ist zwischen Phase-Neutralleiter und Phase-Erde geschaltet. Bei einer Überspannung schalten seine internen Komponenten innerhalb von Nanosekunden in einen niederohmigen Zustand. Der Überspannungsstrom fließt durch den SPD und nicht durch Ihren Drucker, und die Klemmspannung bleibt unterhalb der Schadensschwelle der empfindlichen Last.

Die Klemmkurve

Jeder MOV hat eine Kennlinie, die Spannung und Stromstärke darstellt. Bei 1 mA beginnt der MOV zu leiten; bei 1 kA ist die Spannung um 50 % höher. Ich vergleiche diese Kennlinie mit den Spannungsfestigkeitsangaben meiner CNC-Maschine. Wenn die CNC-Maschine bei 800 V ausfällt und der MOV bei 3 kA 820 V erreicht, verwende ich einen größeren MOV oder füge eine zweite Stufe hinzu. Ich verlasse mich nie allein auf die Katalogangaben; ich vergleiche die beiden Kennlinien und suche nach der Differenz.

Funktionsprinzip eines einphasigen Überspannungsschutzes?

Früher hielt ich „Funktionsprinzip“ für leeres Marketing-Gerede, bis ich einen Funken entdeckte, der über einen Klemmenblock übersprang.

Das Funktionsprinzip beruht auf einem einfachen Impedanzkollaps. Bei normaler Spannung verhält sich der Überspannungsschutz wie ein offener Stromkreis. Bei einer Überspannung kommt es zum Durchschlag der MOV-Elemente, wodurch ein Kurzschluss entsteht und die Energie gegen Erde abgeleitet wird. Nach dem Ende der Überspannung setzt sich der MOV zurück und wartet auf die nächste Überspannung.

Energieverteilung innerhalb der Einheit

Ein Stromstoß von 20 kA trifft nicht einen einzelnen MOV. Das Gerät verwendet drei MOVs parallel, sodass jede Scheibe etwa ein Drittel der Ladung aufnimmt. Altert ein MOV schneller, sinkt sein Widerstand, er zieht mehr Strom, erhitzt sich und wird von der Thermosicherung abgeschaltet. Dadurch bleiben die anderen beiden funktionsfähig. Ich überprüfe immer die Datumsstempel; MOVs aus derselben Charge altern gleich schnell, daher tragen meine Ersatzkits übereinstimmende Datumsstempel.

Wie installiert man einen einphasigen Überspannungsschutz?

Ich habe einmal einen Überspannungsschutz falsch herum angeschlossen; die LED blieb grün, aber der Schutz verschwand wie Rauch.

Schalten Sie den Hauptschalter aus. Verbinden Sie die Überspannungsschutzleitung (SPD) mit der Lastseite des Schalters, den Neutralleiter mit der Neutralleiterschiene und die Erdung mit der Erdungsschiene. Die Leitungen sollten kürzer als 30 cm sein, verdrillt und mit einem Drehmoment von 2 Nm festgezogen werden. Schließen Sie die Abdeckung, schalten Sie das Gerät ein und prüfen Sie, ob die grüne LED dauerhaft leuchtet.

Den Kabellängentest führe ich bei jedem Auftrag durch

Ich verwende einen 1-MHz-Signalgenerator und klemme ein 10 cm langes Stück Draht an die Anschlüsse des Überspannungsschutzgeräts (SPD). Der Spannungsabfall verdoppelt sich, wenn ich weitere 10 cm hinzufüge. Dieser Test beweist mir, dass 30 cm die absolute Grenze darstellen; jeder zusätzliche Zentimeter erhöht die Durchlassspannung um etwa 40 V. Bei beengten Platzverhältnissen montiere ich das SPD an der Tür und verwende geflochtenes Kupferkabel; die flache Form halbiert die Induktivität.

Anwendung von einphasigen Überspannungsschutzgeräten in Kleinunternehmen?

Die Bäckerei meines Mandanten verlor bei einem Sturm drei Öfen; der Versicherungsvertreter schob die Schuld auf „Pech“, bis wir ihm die geschmolzene Überdrucksicherung zeigten, die wir am nächsten Tag nachgerüstet hatten.

Einphasige Überspannungsschutzgeräte schützen Kassen, Espressomaschinen, CNC-Fräsen und Videoüberwachungssysteme in kleinen Geschäften. Sie passen in ein 1-HE-Rack oder können an einer DIN-Schiene neben dem Zähler montiert werden. Ein 20-kA-Gerät gewährleistet den reibungslosen Betrieb der gesamten Backlinie auch während der Gewittersaison.

Lastgruppierungstrick, den ich verwende

Ich erfasse alle Geräte unter 16 A und kennzeichne sie als „empfindlich“ oder „robust“. Empfindliche Verbraucher wie SPSen teilen sich einen Überspannungsschutz (SPD) mit einem 550-V-Spannungsregler (VPR). Robuste Verbraucher wie Heizungen sind mit einem zweiten Überspannungsschutz (SPD) und einem 650-V-Spannungsregler (VPR) ausgestattet. Diese Aufteilung senkt die Kosten, da das 650-V-Modell 30 % günstiger ist. Meine Tabelle zeigt dem Kunden eine Ersparnis von 210 $ und eine kürzere Lieferzeit ab unserem Werk in Wenzhou.

Installationsregeln?

Ich habe einmal Abkürzungen genommen und 50 cm lange Zuleitungen verlegt, weil die DIN-Schiene schöner aussah; der Prüfer hat mich gezwungen, sie wieder herauszureißen.

Beachten Sie diese vier Regeln: Halten Sie die Zuleitungen unter 30 cm, verwenden Sie 16 mm² Kupferdraht, installieren Sie einen 32-A-Leistungsschalter vorgeschaltet und montieren Sie den Überspannungsschutz nach dem Zähler, aber vor dem Fehlerstromschutzschalter (FI-Schalter). Beachten Sie die örtlichen Vorschriften: In Deutschland gilt VDE 0100-443, in Großbritannien BS 7671 534.

Tabelle 3: Kurze Checkliste, die ich meiner Crew aushändige

Abschluss

Wählen Sie die Nummern, kürzen Sie die Leitungen, ziehen Sie die Schrauben fest, und Ihr einphasiger Überspannungsschutz wird ausfallen, damit Ihre Maschinen nicht ausfallen.

Schreiben Sie mir eine E-Mail an caroline@leikexing.com für ein einseitiges Angebot und wir versenden Ihre individuelle Charge innerhalb von 15 Tagen aus Wenzhou.