Ausfallszenarien für Überspannungsschutzgeräte

Grundsätzlich unterscheidet man beim Ausfall eines SPD zwischen dem Ausfall durch Überlastung und dem Ausfall am Lebensdauerende. Während der Ausfall am Lebensdauerende in der Regel ein kontinuierlicher Prozess ist, der zum Beispiel durch eine Vielzahl von Ableitvorgängen hervorgerufen wird, stellen Überlastungen oft einmalige oder kurzzeitig einwirkende Ereignisse dar. Beispielsweise können Überlastungen durch große, das ausgewiesene Ableitvermögen überschreitende Impulse auftreten.

Grundsätzlich hängen die Ausfallszenarien für SPD von der verwendeten Technologie ab. Zum Beispiel altern SPD auf Funkenstreckenbasis nicht durch die anliegende Netzspannung und sind unempfindlicher gegenüber möglichen überlagerten, hochfrequenten Störungen, wie sie durch das Schalten von Leistungshalbleitern hervor­gerufen werden können [4] (Bild 1).
SPD auf MOV-Basis sind ebenfalls direkt an die Netzspannung angeschlossen, aber wesentlich empfindlicher gegenüber Schwankungen oder überlagerten Störungen. Unter anderem können Impulse mit hohem Energieinhalt (Amplitude oder Dauer), eine Vielzahl von Impulsen mit geringerem Energieinhalt oder auch dauerhaft erhöhte Leckströme Veränderungen der Kennlinie eines MOV hervorrufen. Ein langsames Absinken der U/I-Kennlinie eines MOV führt in der Regel zu einem kontinuierlich ansteigenden Leckstrom und damit zu einer Erwärmung des MOV. Bevor die Erwärmung ein unzu­läs­siges Maß erreicht, wird das SPD von der integrierten ­thermischen Abtrennvorrichtung sicher und zuverlässig ­abgeschaltet. Das plötzliche und vollständige Durchlegieren eines MOV als Folge eines Impulses mit großem Energieinhalt zerstört ­jedoch die Korngrenzen in der MOV-Keramik, was ein niederohmiges Fehlerbild zur Folge hat. Den entstehenden Kurzschlussstrom muss eine Überstromschutz­einrichtung (ÜSSE) beherrschen und abschalten.

Üblicherweise werden SPD auf MOV-Basis sowohl durch inte­grierte thermische Abtrennvorrichtungen als auch durch interne oder externe ÜSSE, wie Sicherungen oder Leitungsschutzschalter, geschützt. Um sicherzustellen, dass die vorgeordnete ÜSSE nicht durch den abzuleitenden Impulsstrom ausgelöst oder überlastet wird, sollten ÜSSE mit großem Nennstrom gewählt werden. Ein zu hoher Impulsstrom kann die ÜSSE zerstören (Bild 2). Die ­Ausschalt-Charakteristik einer Sicherung oder eines Leistungsschalters [5] zeigt, dass die Ausschaltdauer von dem auftretenden Fehlerstrom abhängt. Zum Beispiel ­werden Fehlerströme im Bereich von einigen 100 A erst nach Sekunden abgeschaltet, während ­große Kurzschlussströme schon nach wenigen Milli­sekunden unterbrochen werden.