Eine Frage des Alters: Schutz durch Überspannungsableiter

Fortsetzung des Artikels von Teil 1.

Alterung eines Typ-2-Überspannungs­ableiters

Produktbild: SPD Typ 2 von ABB Bildquelle: © ABB

Die SPD Typ 2 von ABB schützen elektrischen Nieder­spannungsanlagen und Endgeräten vor gefährlichen Überspannungen.

Es ist also zwingend erforderlich, die Alterung eines Überspannungsableiters im Blick zu haben. Seine zu erwartende Lebensdauer lässt sich nicht absolut angeben. Dazu wird die tatsächliche Lebensdauer zu stark durch die Belastungen am Einbauort bestimmt. Sie kann aber durch die Wahl des Ableitvermögens relativ beeinflusst werden. Das Ableitvermögen beschreibt den Wert der ableitbaren Stromspitzen im Überspannungsfall. Zwei Parameter, die bei der Produktprüfung des Geräts getestet werden, charakterisieren das Ableitvermögen eines Typ-2-Überspannungsableiters: das Nennableitvermögen In und der max. Ableitstrom Imax.

Unter dem Nennableitvermögen versteht man eine Belastung, die ein Überspannungsableiter 15-mal sicher ableiten können muss. Ein typischer Wert sind 20 kA (8/20). Die Angabe 8/20 bezieht sich dabei auf den Prüfimpuls eines Typ-2-Überspannungsableiters. Die erste Zahl definiert die Anstiegszeit des Impulses, das heißt,  dessen Steilheit. Bei einem Typ-2-Überspannungsableiter steigt der Impuls in 8 μs von 10 Prozent auf 90 Prozent des maximalen Stromwerts. Die zweite Zahl definiert die Rückenhalbwertszeit und damit die Länge des Impulses. Bei einem Typ-2-Überspannungsableiter fällt der Strom innerhalb von 20 μs vom maximalen Wert auf die Hälfte ab.

Tabelle: Durchschnittliche Anzahl möglicher Ableitvorgänge in Abhängigkeit von der Belastung am Einbauort (Laborversuch). Bildquelle: © ABB

Durchschnittliche Anzahl möglicher Ableitvorgänge in Abhängigkeit von der Belastung am Einbauort (Laborversuch).

Der maximale Ableitstrom definiert den maximalen Impulsstrom, den ein Typ-2-Überspannungsableiter einmal sicher ableiten kann, ohne defekt zu werden oder sich vom Netz abzutrennen. Ein typischer Wert sind hier 40 kA (8/20).

Ausgehend von diesen Werten haben Laborversuche gezeigt, dass die Anzahl der sicheren Ableitvorgänge bei geringeren Belastungen deutlich höher ist. Die Tabelle zeigt, dass zum einen die Lebensdauer eines Typ-2-Überspannungsableiters nicht in Betriebsstunden angegeben werden kann, da sie maßgeblich von der tatsächlichen Belastung am Einbauort bestimmt wird. Nimmt des Weiteren die Belastung am Einbauort ab, steigt die Anzahl der möglichen Ableitvorgänge exponentiell an. Reduziert sich dagegen die Belastung für einen Überspannungsableiter mit einem maximalen Ableitvermögen Imax = 40 kA zum Beispiel von 20 kA auf 5 kA, steigt die Anzahl der möglichen Ableitvorgänge von 20 auf 200 exponentiell an.

Die SPD Typ 2 sind bei ABB alle mit einer Lebensdaueranzeige beziehungsweise Funktionsanzeige ausgestattet. Diese Option ermöglicht die Anzeige des Überspannungsschutzgerätezustands über eine mechanische Anzeige, die sich von grün nach rot ändert, wenn das Überspannungsschutzgerät am Ende seines Lebenszyklus angekommen ist. Wenn dies geschieht, muss das Überspannungsschutzgerät (SPD) ersetzt werden, da der Schutz nicht mehr gewährleistet ist, da die Standard SPD Typ 2 nur mit einem Varistor pro Pol ausgestattet sind.

Ein Höchstmaß an Sicherheit bieten SPD Typ 2 mit Reserve-Varistor. Im Falle eines Stromstoßes, der die maximale Kapazität des Gerätes überschreitet, könnte einer der Metalloxidvaristoren das Ende seiner Lebensdauer erreichen. Das Überspannungsschutzgerät schaltet daraufhin in die Reserve-Varistor-Position und die mechanische Lebensdaueranzeige an der Vorderseite des Produkts wechselt in die Zwischenstellung. Der Benutzer sieht dann, dass die Schutzfunktion des Überspannungsschutzgerätes beeinträchtigt, aber immer noch garantiert ist, und hat mehr Zeit, das Schutzmodul zu ersetzen, da der Schutz in der Reserve-Varistor-Position dank des 2-stufigen Trennsystems gewährleistet ist.

Falls der Kunde gewarnt werden möchte, wenn einer der Metalloxidvaristoren das Ende seiner Lebensdauer erreicht und das Produkt den Reserve-Varistor schaltet, muss das Überspannungsschutzgerät mit einem Hilfskontakt (TS) ausgestattet sein.

Der Hilfskontakt ändert seinen Status, sobald einer der Metalloxidvaristoren beschädigt wird. Die Kombination aus Hilfskontakt und Reserve-Varistor ermöglicht eine vorbeugende Wartung, da die Information über die Verschlechterung der Schutzfunktion vorliegt, während der Schutz weiterhin garantiert ist. So lassen sich Wartungsaktivitäten planen, während die Anlage geschützt ist.