Dimensionierung eines 3-Phasen-SPD: Auswahlleitfaden für die Industrie

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Ein dreiphasiger Überspannungsschutz (SPD) wird nicht anhand der Ampereleistung des Schaltschranks bemessen und sollte nicht durch die Wahl des höchsten kA-Wertes ausgewählt werden. Die korrekte Spezifikation beginnt mit der Spannung über jedem angeschlossenen Schutzmodus, dem Erdungssystem und der Installationsumgebung. Erst dann können SPD-Typ, Topologie, Uc, Up, Iimp/In/Imax und Kurzschlussschutz ausgewählt werden.

Verwenden Sie die folgenden neun Tore in der angegebenen Reihenfolge. Jedes Tor kann ein Produkt ausschließen; das Bestehen nur des Strombelastbarkeitstors ist nicht ausreichend.

Dimensionierung von dreiphasigen SPD: Die erforderlichen Eingabedaten

Erfassen Sie diese Informationen, bevor Sie Modelle vergleichen:

Eingang	Aus dem Projekt entnehmen
Versorgung	Nenn- und Maximalspannung L-L, L-N-Spannung, sofern vorhanden, Frequenz
Leiter	Drei- oder Vierleiter; L1/L2/L3, N, PE oder PEN
Erdung	TN-S, TN-C-S, TN-C, TT, IT oder projektdefinierte Anordnung an diesem Schaltschrank
Standort	Netzeinspeisung, Hauptschalttafel, Verteiler oder in der Nähe des Endgeräts
Exposition	Externes Blitzschutzsystem, Freileitungsanschluss, Blitzrisiko und vorgeschalteter SPD
Ausrüstung	Erforderliche Stoßspannungsfestigkeit/Schutzziel und Kritikalität
Fehlerbeanspruchung	Prospektiver Kurzschlussstrom und vorgeschaltete Sicherung/Leistungsschalter
Einrichtung	Platzbedarf, Umgebung, Leitungsführung, Status- und Fernmeldebedarf
Normen	IEC/EN, UL oder andere Projektgrundlage; Klassifizierungen nicht vermischen

Das Ergebnis ist eine Spezifikation, nicht nur “ein 40 kA SPD.”

Neunstufige Dimensionierungssequenz für dreiphasige SPD, von der Systemspannung und Erdung über den Fehlerschutz bis hin zur finalen Angebotsanfrage (RFQ). — *Eine vergleichbare Spezifikation für ein dreiphasiges SPD muss alle neun Tore passieren; ein hoher Ableitstromwert allein ist kein vollständiges Auswahlkriterium.*

Tor 1: Definition der Spannung nach Schutzmodus

Erfassen Sie sowohl die Spannung Außenleiter-zu-Außenleiter als auch Außenleiter-zu-Neutralleiter. Ein 400/230 V-System und ein 480 V-System können beide als “dreiphasig” bezeichnet werden, aber die Spannung, die kontinuierlich an einem SPD-Element anliegt, hängt davon ab, ob dieses Element L-N, L-PE, L-L oder N-PE verbunden ist.

Bestimmen Sie zudem die höchste zu erwartende normale Netzfrequenzspannung am Installationspunkt. Verwechseln Sie dies nicht mit einem Stoßstrom. Spannungstoleranz, Transformatorregelung, Erzeugungsmodi und Systemfehler können die Belastung eines Schutzmodus verändern.

Spezifikationsergebnis: Nennspannung des Systems, maximale Normalspannung und Spannung über jedem vorgeschlagenen Schutzmodus.

Tor 2: Identifizierung des Erdungssystems an diesem Schaltschrank

Wählen Sie die Topologie nicht allein anhand der allgemeinen Gebäudebeschreibung aus. Identifizieren Sie, ob Neutralleiter und PE am tatsächlichen Installationsort des SPD getrennt oder kombiniert sind und wo eine PEN-Trennung oder N-PE-Verbindung erfolgt.

TN-S/TN-C-S nach der Trennstelle: L, N und PE sind in der Verteilung getrennt; die Koordination zwischen L-N und N-PE ist üblicherweise relevant.
TN-C: die Leiteranordnung umfasst den PEN; verwenden Sie nur eine für diesen Punkt zugelassene Topologie und erzeugen Sie keine künstliche Neutralleiter-Erde-Trennung.
TT: Das Verhalten von N-PE und transiente Überspannungsbelastungen erfordern eine explizite Betrachtung; 3+1-Anordnungen werden häufig in IEC-orientierten Entwürfen verwendet, aber die genaue Wahl bleibt projekt- und produktspezifisch.
IT: Bedingungen beim ersten Fehler können die Spannung gegen Erde an intakten Leitern anheben. Uc und Topologie müssen für die tatsächliche IT-Konfiguration und den Fehlerzustand verifiziert werden.

Verwenden Sie die Erdungsleitfaden für TN, TT und IT für Systemdefinitionen.

Spezifikationsergebnis: Erdungssystem, N/PE/PEN-Anordnung und Potenzialausgleichsort.

Tor 3: Auswahl des SPD-Typs basierend auf Standort und Exposition

Im IEC-Rahmenwerk identifiziert der Typ die standardisierte Stoßstrombelastbarkeit, nicht die Polanzahl:

Typ	Hauptbelastungsparameter	Typische Auslegungsfunktion
Typ 1	`Iimp`, üblicherweise verbunden mit 10/350 µs-Prüfung	Blitzstromableitvermögen am Einspeisepunkt oder an einer LPZ-Grenze, wo die Risikoauslegung dies erfordert
Typ 2	`Unter` und, sofern angegeben, `Imax`, üblicherweise mit 8/20 µs Strom	Begrenzung von induzierten und schaltbedingten Überspannungen auf Verteilungsebene
Typ 3	Kombinationswellen-/Endgerät-Koordination	Feinschutz in der Nähe empfindlicher Geräte, koordiniert mit vorgeschalteten SPDs
Typ 1+2	Angegebene Leistung für beide Aufgabenbereiche	Kombinierte Anwendung, bei der beide Anforderungssätze erfüllt sind

Ein externes Blitzschutzsystem, eine Blitzstrom-Risikobewertung, Freileitungsanschlüsse und die Anlagengrenze können eine Typ 1-Anforderung bedingen. Ein nachgeschalteter Verteiler benötigt nicht automatisch Typ 1, nur weil es sich um einen Industriebetrieb handelt.

IEC Typ 1/2/3 und UL 1449 SPD-Typen sind keine austauschbaren Bezeichnungen. Wenn das Projekt auf UL basiert, spezifizieren Sie die UL-Kategorie, die nominale Systemkonfiguration, MCOV, VPR, SCCR und den Installationsort gemäß diesem Rahmenwerk. Siehe das detaillierte Leitfaden Typ 1 vs Typ 2 vs Typ 3.

Spezifikationsergebnis: Normenrahmenwerk, SPD-Typ und Installationsgrenze.

Gate 4: Topologie und Schutzmodi wählen

Die Topologie muss zu den Leitern und dem Erdungssystem passen:

3+0: drei Schutzpfade, wobei die exakt angeschlossenen Modi durch das Produktdiagramm definiert sind.
4+0: vier spannungsbegrenzende Pfade in der gängigen Marktterminologie; Anbieterbezeichnungen und Modi müssen verifiziert werden.
3+1: üblicherweise drei spannungsbegrenzende Pfade zwischen Phase und Neutralleiter sowie ein koordinierter N-PE-Schaltpfad.

Setzen Sie vier physische Module nicht mit einem universellen “vierpoligen” Schaltkreis gleich. Lesen Sie das interne Schaltbild und deklarieren Sie die erforderlichen Modi: L-N, L-PE, L-L und/oder N-PE. Der SPD-Topologie-Leitfaden und Leitfaden für 3-polig vs. 4-polig behandelt diese Entscheidung eingehend.

Spezifikationsergebnis: Leiteranzahl, Topologie und erforderliche Schutzarten.

Gate 5: Wählen Sie Uc oder MCOV – und prüfen Sie das TOV-Verhalten

Uc ist die maximale kontinuierliche Betriebsspannung, die unter den deklarierten Bedingungen an das SPD angelegt werden darf. Wählen Sie diese für die Spannung über jedem Modus und nicht allein anhand der Systembezeichnung Phase-zu-Phase.

Uc muss hoch genug sein, um einen Betrieb oder eine beschleunigte Alterung bei normalen Spannungsbedingungen zu vermeiden, aber die Wahl eines unnötig hohen Uc kann zu einem weniger günstigen Schutzniveau führen. Verwenden Sie die Herstellertabellen für das spezifische Erdungssystem.

Überprüfen Sie auch das Verhalten des SPD bei temporärer netzfrequenter Überspannung (TOV). Eine TOV ist nicht einfach eine gewöhnliche langfristige Abweichung der Versorgung. Ihre Bedeutung hängt von der Größe, Dauer, dem Erdungssystem und Fehler, der Widerstandsfähigkeit der Ausrüstung, der Reaktion des SPD und den lokalen Installationsvorschriften ab. Ein allgemeiner Überspannungsschutz ist kein Ersatz für die Prüfung des deklarierten TOV-Verhaltens des SPD.

Für eine tiefergehende Unterscheidung lesen Sie Uc im Vergleich zu Up bei einem Überspannungsschutzgerät (SPD).

Spezifikationsergebnis: Uc/MCOV für jeden Schutzmodus und das erforderliche TOV-Verhalten.

Gate 6: Up mit dem geschützten Gerät koordinieren

Hoch ist der deklarierte Spannungsschutzpegel unter spezifizierten Tests. Er muss die Koordination mit der Stoßspannungsfestigkeit des Geräts sowie dem vor- und nachgeschalteten Schutzkonzept unterstützen.

Wählen Sie nicht einfach den niedrigsten Wert auf einer Katalogseite aus:

Vergleichen Sie Up nur auf Basis derselben Norm und desselben Schutzmodus.
Berücksichtigen Sie die durch die Induktivität der Anschlussleitungen in der realen Installation zusätzlich auftretende Spannung.
Berücksichtigen Sie die Leitungslänge und gegebenenfalls koordinierte nachgeschaltete SPD.
Bestätigen Sie, dass die Eignung für Uc und TOV korrekt bleibt; ein niedriger Up-Wert kann eine falsche Bemessungsspannung für den Dauerbetrieb nicht ausgleichen.

Spezifikationsergebnis: maximal zulässiger deklarierter Up nach Modus, Grundlage der Gerätewiderstandsfähigkeit und Hinweis zur Installationskoordination.

Tor 7: Iimp, In und Imax korrekt spezifizieren

Diese Werte sind keine austauschbaren kA-Nennwerte:

Bewertung	Auswahlverwendung	Vergleichsregel
`Iimp`	Typ 1 Blitzstrombelastung	Vergleich pro Pol/Modus mit derselben 10/350 µs Prüfgrundlage und Ladungs-/Energiekontext
`Unter`	Nennableitstrom-Beanspruchung	Vergleich mit derselben 8/20 µs Grundlage, Modus und Norm
`Imax`	Maximaler Ableitstrom für Produkte, die diesen deklarieren	Als maximalen Prüfwert behandeln, nicht als Nachweis für wiederholten Betrieb oder Typ 1-Fähigkeit

Die erforderliche Beanspruchung ergibt sich aus der Risikobewertung, dem Blitzschutzkonzept, der Installationsstufe, der Koordination und den geltenden Vorschriften. Es gibt keinen vertretbaren universellen kA-Wert für jeden gewerblichen oder industriellen Schaltschrank. Der In vs Imax-Leitfaden erläutert die Bemessungswerte, ohne sie zu einer falschen Abkürzung bei der Dimensionierung zu machen.

Spezifikationsergebnis: erforderlicher Iimp für Typ 1-Betrieb und/oder In plus Imax, wo relevant, jeweils mit Wellenform, Modus und auf Pol-Basis/Gesamtbasis.

Gate 8: Kurzschluss- und Backup-Schutz verifizieren

Ein SPD kann das Ende seiner Lebensdauer erreichen oder bei abnormalen Bedingungen im elektrischen System versagen. Der Abzweig muss in der Lage sein, bei dem vorhandenen Fehlerstrompegel sicher abzuschalten.

Aufzeichnen und vergleichen:

Prospektiver Kurzschlussstrom am Installationspunkt.
SPD SCCR oder zutreffende Angabe zur Kurzschlussfestigkeit/zum Kurzschlussstrom, wie zum Beispiel Isccr.
Maximal zulässige vorgeschaltete Sicherung oder Leistungsschalter.
Vom Hersteller spezifizierte externe Vorsicherung bzw. Leistungsschalter, falls erforderlich.
Anforderungen an Koordination und Selektivität für das vorgeschaltete Verteilungssystem.
Folgestrom-Löschfähigkeit, sofern für die SPD-Technologie relevant.

Ein interner thermischer Trennschalter und eine externe Kurzschlussschutzeinrichtung erfüllen unterschiedliche Funktionen. Wählen Sie das Backup-Gerät niemals allein anhand des Schaltschrankstroms aus und ersetzen Sie es nicht durch ein Gerät mit höherem Bemessungswert ohne die Koordinationsdaten des Herstellers.

Spezifikationsergebnis: verfügbarer Fehlerstrom, zutreffende Kurzschlussangabe, vorgeschaltetes Gerät und dediziertes Backup-Gerät.

Gate 9: Vervollständigen der industriellen Spezifikation

Elektrische Nennwerte sind nur ein Teil einer verwertbaren Angebotsanfrage. Ergänzen Sie:

Format für Hutschiene oder Schalttafeleinbau sowie verfügbare Module
Steckbare oder fest installierte Kartuschen
Visuelle Statusanzeige und Fernmeldekontakt
Betriebstemperatur, Aufstellungshöhe und Derating-Anforderungen
Gehäuse/Verschmutzungsgrad/Umgebungsbedingungen
Anschlussbereich, Leiteranforderungen und Drehmomentdaten
Erforderliche Zertifizierungs- und Prüfdokumentation
Codierung austauschbarer Module und Wartungszugang
Koordination mit vorgeschalteten/nachgeschalteten SPDs
Zielsetzung für den maximal praktikablen Anschlusspfad

Berechnungsbeispiel: 400/230 V TN-S-Verteiler

Nehmen wir an, ein Projekt verzeichnet einen 400/230 V, 50 Hz, dreiphasigen Vierleiter-TN-S-Verteiler hinter dem Hausanschluss. Es gibt ein vorgeschaltetes SPD Typ 1 am Einspeisepunkt, keine separate Grenze für direkten Blitzstrom an diesem Verteiler, und empfindliche SPS- sowie Antriebstechnik werden nachgeschaltet versorgt.

Das korrekte Ergebnis ist kein erfundenes Katalogmodell. Es ist ein Anforderungsprofil:

IEC-orientierte Belastung Typ 2 auf dieser Verteilungsebene, vorbehaltlich der Risikobewertung des Projekts.
Topologie für 3P+N TN-S zugelassen, mit genau deklarierten L-N/N-PE oder anderen erforderlichen Modi.
Uc wurde aus der TN-S-Tabelle des Herstellers in Abhängigkeit von der tatsächlichen Spannung in jedem Modus und den maximalen Normalbedingungen ausgewählt.
TOV-Verhalten kompatibel mit dem System und den örtlichen Vorschriften.
Up abgestimmt auf die Stoßspannungsfestigkeit der nachgeschalteten Betriebsmittel und korrigiert für die vorgesehene Leitungsanordnung.
In und Imax, sofern angegeben, wurden basierend auf den Stoßstromanforderungen des Projekts auf einer abgestimmten 8/20 µs-Basis ausgewählt.
Verfügbarer Kurzschlussstrom anhand von SCCR/Isccr und der Backup-Schutz-Tabelle des Herstellers überprüft.
Fernanzeige enthalten, da die Schalttafel zentral gewartet wird.

Erst wenn diese Aussagen vollständig sind, sollte ein Modell ausgewählt werden.

Ausgearbeiteter Spezifikationsrahmen für dreiphasige SPD für einen 400/230 V TN-S-Verteiler nach dem Einspeisepunkt. — *Das Arbeitsbeispiel wandelt verifizierte Projektvorgaben in ein Anforderungsprofil um, ohne universelle Uc-, Up- oder Ableitstromwerte zu erfinden.*

Kopiervorlage für die Ausschreibung von dreiphasigen SPD

Anwendung / Schaltschrank:
Normenrahmen und Markt:
Nennspannung: ____ V L-L / ____ V L-N
Maximale Normalspannung und Frequenz:
Leiter: L1 / L2 / L3 / N / PE oder PEN
Erdungssystem und Ort der Potenzialausgleichs-/PEN-Trennung:
Installationsgrenze und vorgeschalteter SPD:
Externer Blitzschutz (LPS) / Ergebnis der Blitzrisikoanalyse:
Erforderlicher SPD-Typ:
Erforderliche Topologie und Schutzmodi:
Uc / MCOV nach Modus:
Erforderliches TOV-Verhalten:
Maximal zulässiger Up nach Modus:
Iimp-Anforderung mit Wellenform und Basis pro Pol/Gesamt:
In-Anforderung mit Wellenform und Modus:
Imax-Anforderung, sofern verwendet, mit Wellenform und Modus:
Prospektiver Kurzschlussstrom:
Erforderlicher SCCR oder anwendbare Erklärung wie Isccr:
Vorgeschaltete Schutzeinrichtung:
Erforderliche externe Vorsicherung/Leistungsschalter:
Montage, Umgebung und Modulanzahl:
Anforderung an visuelle / fernmeldende Statusanzeige:
Einschränkungen bei der Leitungsführung und Koordinationshinweise:
Erforderliche Zertifikate und Dokumentation:

Verwenden Sie die Leitfaden für SPD-Datenblätter um Lieferantenangebote Zeile für Zeile zu prüfen. Die physische Installation folgt dann dem Verdrahtungsleitfaden für SPD.

Auswahlregel für den Endzustand

Eine fundierte Spezifikation für dreiphasige SPD muss jede Hürde nehmen:

Systemspannung → Erdung → Installationstyp → Topologie → Uc/TOV → Up → Iimp/In/Imax → Fehler-/Backup-Schutz → Projektmerkmale

Wenn ein Lieferantenangebot Schutzmodi, Testwellenformen oder die Kurzschlusskoordination auslässt, ist es noch nicht vergleichbar. Senden Sie das ausgefüllte Arbeitsblatt und das einpolige Schaltbild an den VIOX SPD-Produktteam für die Überprüfung auf Modellebene.

Dimensionierung eines dreiphasigen SPD für Industrie- und Gewerbesysteme