Überspannungsschutz in den Schaltschränken der industriellen Automatisierung

By Lisa Eitel | June 19, 2021

Automatisierte Anlagen, die von industriellen Schaltschränken gesteuert werden, sind darauf angewiesen, dass die Komponenten in diesen Schränken auch bei Leistungsschwankungen zuverlässig funktionieren. Zu diesen Komponenten gehören lokale Stromversorgungen, SPS, Datenlogger, Netzwerk- und andere Kommunikationsgeräte sowie IO – die alle anfällig für die schädlichen Auswirkungen von Spannungsspitzen sind.

Spannungsspitzen, auch Überspannung genannt, können entstehen durch:

• Plötzliche Stromversorgungsereignisse in der Fabrik, wie z. B. das Ein- und Ausschalten großer Motoren. • Zyklische Überspannungen, die durch das Ein- und Ausschalten induktiver oder kapazitiver Lasten verursacht werden. • Systembedingte Schwankungen in den Versorgungsleitungen, die einige Prozent überschreiten. • Externe Ereignisse wie Blitzeinschläge

Ob zyklische Überspannungen, vorübergehende Spannungsspitzen von wenigen Mikrosekunden bis Millisekunden oder Spannungsspitzen (oder -einbrüche): Alle Überspannungen können zu erheblichen Schäden (und sogar zum Totalausfall) von Schaltschrankkomponenten sowie den von dieser Steuerung abhängigen Maschinen und Anlagen führen Kabinett. Überspannungen gelangen über Zu- und Ableiter in Schaltschränke.

Kurzschluss an einem Messgerät nach einer Überspannung

Deshalb sind industrielle Überspannungsschutzgeräte zum Schutz vor Überspannungsschäden unerlässlich. Diese Überspannungsschutzgeräte werden in Schaltschränken installiert und leiten schädliche Überspannungen von teuren und empfindlichen Geräten ab … einschließlich derjenigen, die für die Übertragung digitaler und analoger Signale sowie Gleich- und Wechselstrom angeschlossen sind.

Der BegriffÜberspannungsschutzgeräte oder SPDs ist ein Überbegriff, der sich auf die breite Palette von Komponenten bezieht, die industrielle Automatisierungssysteme vor Spannungsspitzen schützen. SPDs begrenzen transiente Überspannungen und leiten Stromwellen um, um das Ausmaß der Überspannung zu reduzieren, bis sie beherrschbar und sicher ist. Zu den beiden wichtigsten Untertypen von SPD-Komponenten gehören Überspannungsableiter und Überspannungsschutz.

Industrielle Überspannungsableiter Installation in Umspannwerken und weiteren lokalen Spannungsabsenkungsstandorten … wie erläutert, um Geräte vor den Auswirkungen von Schaltvorgängen und durch Blitzeinschläge verursachten Überspannungen zu schützen. Tatsächlich definiert der National Electric Code (NEC) einen Überspannungsableiter als ein Schutzgerät, das Überspannungen begrenzen kann, indem es Stoßströme umgeht oder ableitet – und den Stromfluss unterbindet, während die Fähigkeit erhalten bleibt, diese Funktionen bei zukünftigen Überspannungen zu wiederholen. Überspannungsableiter werden parallel mit den Geräten verbunden, die sie schützen. Dadurch können Überspannungsableiter Spannungsspitzen durch das Gerät begrenzen … und den elektrischen Strom sicher zur Erde umleiten.

Spannungsstöße im Sinne der IEEE 1100-2005 umfassen sowohl Spannungsspitzen als auch Spannungsspitzen. Überspannungs- und Unterspannungskontrollbild für DIN-Schienenmontage über Shutterstock

Industrielle Überspannungsschutzgeräte Sie dienen auch dazu, elektrische und elektronische Komponenten vor Überspannung zu schützen – allerdings begrenzen sie die Spannung, die den Komponenten zugeführt wird, entweder durch Kurzschließen oder Sperren des Stroms. Dadurch wird wiederum die Spannung auf ein sicheres Niveau gesenkt. Solche industriellen Überspannungsschutzgeräte ermöglichen den konstruktionsgerechten Fluss von elektrischem Strom von der Quelle zu verschiedenen angeschlossenen Industriekomponenten. Wenn dann die Spannung der Quelle Spitzen oder Überspannungen aufweist (und über einen zulässigen Schwellenwert ansteigt), leitet der Überspannungsschutz den zusätzlichen Strom in das Erdungskabel um. Bei vielen Überspannungsschutzgeräten handelt es sich um einen Metalloxid-Varistor oder MOV, der die überschüssige Spannung umleitet.

Energieversorger übertragen Strom als Wechselstrom, da Transformatoren diese Spannung problemlos herab- und heraufstufen können. Der Haken daran ist, dass Wechselstrom den Einsatz von Geräten mit Stromqualität erfordert.

Industrielle Überspannungsschutzgeräte lassen sich in drei grundlegende Kategorien einteilen.

• Niederspannungs-SPDs • Mittelspannungs-SPDs • Hochspannungs-SPDs

Hoch- und Mittelspannungs-SPDs verwenden im Allgemeinen eine Beschränkung, um Überspannungen zu bekämpfen. Im Gegensatz dazu verfolgen Niederspannungs-SPDs drei verschiedene Ansätze.

Typ-1-SPDs Installation in Industriegebäuden, in denen die Isolierung der elektrischen Komponenten vor äußerer Überspannung geschützt werden muss. Diese SPDs können zwischen der Sekundärseite des Versorgungstransformators und der Versorgungsleitungsseite der primären Versorgungsausrüstung installiert werden. Ingenieure können auch festlegen, dass diese SPDs auf der Lastseite der primären Serviceausrüstung installiert werden. Solche SPDs schützen das System vor direkten Blitzeinschlägen.

Typ-2-SPDs sind SPDs, die auf der Lastseite des Überstromschutzgeräts der primären Betriebsausrüstung installiert werden. Diese SPDs können auch am Eingangspunkt des Stromversorgungsnetzes installiert werden … aber das wird weniger bevorzugt. SPDs vom Typ zwei verhindern, dass die Überspannung andere elektrische Geräte in der Industrieanlage erreicht.Geben Sie drei SPDs einErgänzen Sie SPDs vom Typ 2 und installieren Sie sie normalerweise nach einem Hauptschalter des Systems.