Unterschied zwischen Blitzableiter und Überspannungsschutz
Was ist ein Spannungsschutzgerät?
Ein Spannungsschutzgerät ist ein wesentlicher Spannungsbeschränker, der in der Regel im Geräteverteiler einer elektrischen Anlage installiert wird. Seine Hauptfunktion besteht darin, die Isolierung, Geräte und Maschinen vor verschiedenen elektrischen Gefahren zu schützen. Es schützt nicht nur vor den schädlichen Auswirkungen von Blitzschlägen, sondern auch vor transitorischen Überspannungen, die durch Ereignisse wie Schaltvorgänge, Lichtbögen, Lastabschaltungen und elektrische Störungen wie Erdfehler verursacht werden.
Spannungsschutzgeräte spielen eine wichtige Rolle in elektrischen Systemen, indem sie Strom- und Spannungsspitzen wirksam begrenzen. Dieser Schutz erstreckt sich sowohl auf Niederspannungs- als auch Hochspannungsgeräte sowie Kommunikationsleitungen und gewährleistet den zuverlässigen und ununterbrochenen Betrieb dieser Komponenten. Unter den verschiedenen verfügbaren Arten sind die am häufigsten verwendeten Spannungsschutzgeräte mit nichtlinearen Metalloxidwiderständen ausgestattet, die in einer Porzellan- oder Silikonkautschukumhüllung eingebettet sind. Diese Schutzgeräte sind parallel zum Schaltkreis angeschlossen, den sie schützen sollen, sodass sie während eines Spannungsspitzenereignisses den überschüssigen elektrischen Energie sicher zur Erde ableiten können. Diese Parallelverschaltung stellt sicher, dass der normale Betrieb des Schaltkreises unbeeinträchtigt bleibt, während sofortiger Schutz bei einem Spannungsspitzenereignis gewährleistet wird.
Entwicklung der Begriffe und Definitionen für Spannungsschutzgeräte
In der Vergangenheit wurde im Bereich der Energiesysteme oft der Begriff "Blitzableiter" verwendet. Inzwischen wurde er jedoch durch den umfassenderen Begriff "Spannungsschutzgerät" ersetzt. In den frühen Tagen der Planung von Energiesystemen, die relativ weniger komplex waren, war der Blitz die Hauptursache für die meisten Überspannungen. In modernen, fortschrittlichen Energiesystemdesigns können jedoch verschiedene Faktoren zu Überspannungen führen. Dazu gehören Lastabschaltungen, plötzliche Änderungen bei hochleistungsfähigen Lasten und Abschaltvorgänge in extra-hochspannungsführenden (EHV) Umspannwerken. Als Folge davon werden in Umspannwerken nun Spannungsschutzgeräte anstelle traditioneller Blitzableiter eingesetzt. Spannungsschutzgeräte sind so konzipiert, dass sie das System gegen all diese verschiedenen Quellen von Spannungsspitzen schützen, nicht nur gegen Blitze. In Niederspannungs- (LV) und Mittelspannungs- (MV) Übertragungs- und Verteilungsleitungen wird auch der Begriff "Leitungsschutzgerät" verwendet, um Geräte zu bezeichnen, die sowohl vor blitzbedingten als auch anderen Arten von Spannungsspitzen schützen.
Was ist ein Blitzableiter?
Ein Blitzableiter ist ein entscheidendes Schutzgerät, das speziell entwickelt wurde, um elektrische Schaltkreise vor den schädlichen Auswirkungen von Blitzschlägen zu schützen. Diese Schläge erzeugen extrem hohe transitorische Spannungsspitzen sowie Ströme, die durch Blitze, Funken und Isolationsbögen entstehen.
Die Hauptfunktion eines Blitzableiters besteht darin, das Energiesystem zu schützen, indem er die hohen Spannungsspitzen sicher zur Erde leitet. Während Erdungs- oder Erdungsdrähte einen gewissen Schutz für Freileitungen und das Energiesystem vor direkten Blitzschlägen bieten, reichen sie möglicherweise nicht aus, um vor wandernden Wellen zu schützen. Diese wandernden Wellen können Endgeräte und Ausrüstungen erreichen und erhebliche Schäden verursachen. Hier spielen Spannungsumleiter, auch bekannt als Blitzableiter, eine entscheidende Rolle. Sie sind so konstruiert, dass sie das Energiesystem vor Spannungsspitzen schützen, die durch Störungen oder Blitzschläge verursacht werden.
Blitzableiter werden strategisch an den höchsten Punkten von Strukturen, wie Transmissionsmasten, Türmen und Gebäuden, installiert. Auf diese Weise bieten sie einen sicheren Weg für den Abfluss des vom Blitzschlag erzeugten Stroms und der Spannung direkt zur Erde. Dies schützt das gesamte elektrische System effektiv vor blitzbedingten Problemen und gewährleistet die Integrität und den zuverlässigen Betrieb der verbundenen Ausrüstung und Infrastruktur.
Hauptunterschiede zwischen Spannungsschutzgeräten und Blitzableitern
Installationsort：Spannungsschutzgeräte werden in der Regel innerhalb des Verteilerkastens installiert, während Blitzableiter außen angebracht werden. Dieser Unterschied im Installationsort ergibt sich aus ihren unterschiedlichen Schutzfunktionen.
Schutzbereich：Spannungsschutzgeräte schützen die elektrische Anlage von innen, indem sie interne Komponenten vor verschiedenen elektrischen Störungen schützen. Im Gegensatz dazu bieten Blitzableiter äußeren Schutz und schützen Ausrüstungen vor externen elektrischen Bedrohungen.
Geschützt vor：Spannungsschutzgeräte sind so konzipiert, dass sie das System vor einer Vielzahl von elektrischen Phänomenen schützen, einschließlich Blitzen, Schaltvorgängen, elektrischen Störungen und anderen transitorischen Spannungs- und Stromspitzen. Blitzableiter dagegen sind hauptsächlich darauf ausgelegt, Blitze und die damit verbundenen Spannungsspitzen abzuwehren.
Energiedissipationsmechanismus：Spannungsschutzgeräte fangen elektrische Spannungsspitzen ab und leiten den übermäßigen, unerwünschten Energieanteil zur Erdleitung. Blitzableiter dagegen leiten den Energiefluss direkt zur Erde durch den Ableiter selbst, wodurch ein Pfad des geringsten Widerstands für die blitzausgelösten elektrischen Ladungen geschaffen wird.
Austauschbarkeit：Spannungsschutzgeräte können manchmal anstelle von Blitzableitern verwendet werden, aufgrund ihrer breiteren Schutzfähigkeiten. Blitzableiter hingegen können nicht als Ersatz für Spannungsschutzgeräte verwendet werden, da sie die Fähigkeit fehlen, nicht-blitzbedingte elektrische Spannungsspitzen abzuwehren.
Was ist ein Blitzableiterstab?
Ein Blitzableiterstab, auch bekannt als Blitzableiter, ist ein Metallstab, der aus Materialien wie Kupfer, Aluminium oder anderen elektrisch leitfähigen Substanzen hergestellt wird. Er wird an den obersten Punkten von Strukturen, einschließlich Transmissions- und Verteilmasten, Gebäuden und anderen hohen Bauwerken, installiert. Seine Hauptfunktion besteht darin, diese Strukturen vor direkten Blitzschlägen zu schützen.
Blitze sind elektrostatische Entladungen, die zwischen Wolken und der Erde stattfinden. Wenn Blitze direkt auf Stromleitungen treffen, kann dies zu einer gefährlichen Spannungsspitze im System führen, die eine erhebliche Bedrohung für elektrische Anlagen und Ausrüstungen darstellt. Hier spielt der Blitzableiterstab eine entscheidende Rolle. Indem er einen bevorzugten Weg für den Blitzstrom bietet, schützt er elektrische Anlagen, Ausrüstungen und Geräte vor den zerstörerischen Auswirkungen direkter Blitzschläge.
Einer der Vorteile eines Blitzableiterstabs ist sein vergleichsweise geringer Kosten im Vergleich zu Spannungsschutzgeräten. Auf dem obersten Punkt eines Gebäudes oder eines Strommasten montiert, bietet er einen sicheren Weg für hochwertige elektrostatische Ladungen und Blitzströme, um zur Erde zu gelangen. Um jedoch effektiv zu funktionieren, muss er korrekt an das Erdungssystem angeschlossen sein, um sicherzustellen, dass die elektrischen Ladungen sicher in die Erde geleitet werden.
Was ist ein Spannungsspitzenschutz?
Ein Spannungsspitzenschutz, auch bekannt als Spannungsschutz oder transitorischer Schutz, ist ein essentielles Gerät. Es wird in der Regel im Haushaltsverteiler installiert, um die Hausinstallationen vor Spannungsspitzen und Schaltspannungsspitzen zu schützen.
Diese Spannungsspitzen können eine erhebliche Bedrohung für elektrische Geräte und die Gesamtintegrität des Haushaltsenergiesystems darstellen. Zum Beispiel, wenn eine induktive Last, wie ein Kühlschrank, eine Waschmaschine oder ein Elektromotor, ausgeschaltet wird, erzeugt sie Spannungsspitzen im elektrischen System. Dieses Phänomen tritt gemäß den Gesetzen der Selbstinduktion und der Gegeninduktionskraft (Gegen-EMK) auf. Da der Strom durch die induktive Last schnell abnimmt, wehrt sich der Induktor gegen diese Veränderung und erzeugt einen großen Spannungsspitzen, der weit höher als die normale Betriebsspannung des elektrischen Systems liegen kann. Solche Spannungsspitzen, wenn sie ungemindert bleiben, können empfindliche elektronische Bauteile in Geräten beschädigen, den normalen Betrieb elektrischer Geräte stören und potenziell zu teuren Reparaturen oder Ersatzteilen führen. Der Spannungsspitzenschutz schaltet ein, um diese übermäßigen elektrischen Spitzen abzufangen und sicher abzuleiten, um sicherzustellen, dass die Spannungswerte im Haushaltsenergiesystem innerhalb sicherer Grenzen bleiben und die angeschlossenen elektrischen Geräte vor Schaden bewahrt werden.
Rolle und Funktion von Spannungsspitzenschutzgeräten
Diese plötzlichen Spannungsspitzen und -spitzen können elektrische Geräte, die empfindlich auf Spannungswerte reagieren, schwer beschädigen. In Schaltkreisen mit induktiven Lasten kann das Schalten eines Kontakters Schaltspannungsspitzen erzeugen. Diese Spannungsspitzen stellen nicht nur eine Bedrohung für den Kontakter selbst dar, sondern können auch andere angeschlossene Geräte im elektrischen System schädigen. Um dieses Problem zu lösen, werden Spannungsspitzenschutzgeräte in Niederspannungs-Kontaktoren häufig installiert. Ihre Zweckfunktion besteht darin, den Kontakter vor externen Spannungsspitzen zu schützen und das gesamte System vor den potenziell schädlichen Auswirkungen des Schaltvorgangs des Kontaktors zu schützen.
Ein typisches Spannungsspitzenschutzgerät ist als Steckdose mit integrierter Ein/Aus-Schalterkonfiguration gestaltet. Es verfügt über ein dreifach gekabeltes Kabel, das es ermöglicht, es in eine normale Wandsteckdose einzustecken. Diese Konfiguration erleichtert es, verschiedene elektrische Geräte anzuschließen und ihnen sofortigen Schutz vor Spannungsschwankungen zu bieten.
Die Standardversorgungsspannungen in Häusern, wie 120V Wechselstrom in den USA und 230V Wechselstrom in Großbritannien und der Europäischen Union, werden als Effektivwerte (RMS-Werte) angegeben. Diese RMS-Werte repräsentieren die gleichwertige Gleichspannung, die der gleiche Leistungsaufwand für eine ohmsche Last liefern würde. Für eine 120V RMS-Versorgung (bei einer Frequenz von 60Hz) beträgt der Spitzenwert etwa 170Vp, während für eine 230V RMS-Versorgung (bei einer Frequenz von 50Hz) der Spitzenwert etwa 325Vp erreicht.
Allerdings können in Gegenwart von elektrischen Transienten, die durch Faktoren wie Blitzeinschläge oder Schaltvorgänge verursacht werden, die Spitzenwerte auf mehrere hundert Volt oder sogar tausend Volt in Form unregelmäßiger Impulse steigen. Diese Transienten sind extrem kurzlebig und dauern in der Regel nur wenige Mikrosekunden (10⁻⁶ Sekunden). Trotz ihrer kurzen Dauer können sie empfindliche elektronische Geräte, die oft für einen engen Spannungsbereich ausgelegt sind, erheblich beschädigen.
Hier spielen Spannungsspitzenschutzgeräte eine entscheidende Rolle. Sie sind so konstruiert, dass sie die eingehende Spannung überwachen und jeden Spitzenwert, der ein vordefiniertes Limit überschreitet, verhindern. Beispielsweise wird ein Spannungsspitzenschutzgerät mit einer Nennspannung von 250V normal arbeiten, solange die eingehende Spannung bei oder unter 230V liegt. Sobald die transienten Spannungsimpulse das 250V-Limit überschreiten, leitet der Spannungsspitzenschutzgerät sofort den überschüssigen Leistungsanteil zur Erde. Diese schnelle Reaktion schützt die angeschlossenen Geräte, indem sie sicherstellt, dass die Spannung, die sie erhalten, niemals ihr sicheres Betriebslimit überschreitet, was ihre Funktionalität schützt und ihre Lebensdauer verlängert.
Unterschiede zwischen Spannungsschutzgeräten und Spannungsspitzenschutzgeräten
Die Hauptunterschiede zwischen Spannungsspitzenschutzgeräten und Spannungsschutzgeräten liegen in ihren Spannungsnennwerten und Energiedissipationsfähigkeiten. Ein Spannungsspitzenschutzgerät hat in der Regel einen relativ niedrigen Spannungsnennwert, der nur leicht höher als die normale Betriebsspannung des elektrischen Systems, das es bedient, liegt. Seine Energiedissipationskapazität ist ebenfalls begrenzt. Im Gegensatz dazu hat ein Spannungsschutzgerät einen signifikant höheren Spannungsnennwert im Vergleich zum Nennwert des Schaltkreises. Vor allem verfügt es über eine viel größere Fähigkeit, elektrische Energie abzuleiten, während es sicherstellt, dass die Isolation des elektrischen Systems intakt und unbeeinträchtigt bleibt.
Wichtiger Punkt: Es ist wichtig zu beachten, dass Spannungsspitzenschutzgeräte nicht geeignet sind, Schaltkreise vor Transienten und Spannungsspitzen, die durch Blitzeinschläge verursacht werden, zu schützen. Ihr Design und ihre Fähigkeiten machen sie unzureichend, um die extrem energiereichen und hochspannungsfähigen Ereignisse, die mit Blitzen einhergehen, abzuwehren, für die der robustere Schutz durch Spannungsschutzgeräte erforderlich ist.
