Die spannungsschaltende Charakteristik und der damit verbundenen Wellenbrecher-Funktion der Funkenstrecke
Bild 5: Koordination (Quelle: Dehn SE)
Bild 6: Zwei Varistoren (Quelle: Dehn SE)
Ist diese Grundbedingung erfüllt, dann wird durch die spannungsschaltende Charakteristik und der damit verbundenen Wellenbrecher-Funktion der Funkenstrecke sichergestellt, dass:
• der nachgeschaltete Varistor nach dem Ansprechen der Funkenstrecke nahezu nicht mehr belastet und
• nahezu die gesamte Energie in der Funkenstrecke umgesetzt wird.
Die zweite Konfiguration für zweistufige Schutzkonzepte ist die Koordination von zwei spannungsbegrenzenden SPD (Bild 5). Dabei ergeben sich die in Bild 6 dargestellten Energieverläufe, bei denen die Energie für beide Varistoren mit dem Stoßstrom ansteigt. Die Koordinationsbedingung ist nur zu erfüllen, wenn die Stoßstromamplitude auf Werte begrenzt wird, die eine Überlastung beider Varistoren verhindert. Dies wiederum bedeutet aber, dass:
• sich die Gesamtenergie in konstantem Verhältnis immer auf beide Varistoren verteilt (im Beispiel von Bild 6 70 % an MOV1 und 30 % an MOV2) und
• mit steigendem Stoßstrom immer ein Wert erreichbar ist, ab dem der nachgelagerte Varistor überlastet wird (nur abhängig von der maximalen Energieaufnahme des Varistors, welche wiederum von der Größe der Varistorscheibe abzuleiten ist).
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass eine Koordination über den gesamten Amplitudenbereich der spezifizierten Stoßströme (0 kA bis 12,5 kA 10/350 µs) nur bei einem SPD Typ 1 mit einer Funkenstrecke anwendungsgerecht umsetzbar ist. Durch die Wellenbrecher-Funktion der Funkenstrecke und der damit verbundenen Impulszeit-Verkürzung reduziert sich der einlaufende 10/350-µs-Blitzstrom auf eine Restgröße, die die nachgelagerten Schutzstufen und Endgeräten sicher beherrschen können.
Bei einem SPD Typ 1 auf Varistorbasis ist eine funktionierende Koordination insbesondere zu Varistorscheiben mit geringem Ableitvermögen, zum Beispiel S20K275, kaum möglich. Der Varistor, der zum Beispiel in einem Endgerät eingesetzt ist, wird bei üblicher Bemessungsspannung deutlich stärker beansprucht als mit vorgelagerter Funkenstrecke. Am Varistor des Endgeräts wird somit die Kurvenform und die Impulsdauer nicht signifikant verändert. Es bleibt bei einem 10/350-µs-Impulsverlauf, der sich zwar durch die Stromaufteilung vom Amplitudenwert reduziert, aber der Energieinhalt bleibt in den meisten Fällen noch zu groß um eine Überlastung ausschließen zu können.