Energiecoördinatie tussen Type 1- en Type 2-SPD's — de '10-meter-regel' en ontkoppelimpedantie

De gids over overspanningsbeveiliging (SPD, §443) behandelt wanneer een SPD verplicht is en het verschil tussen Type 1, 2 en 3. Dit artikel behandelt een vervolgvraag die bij het combineren van meerdere SPD's in dezelfde installatie relevant wordt: waarom een Type 1-SPD (bij de hoofdaansluiting, bedoeld om directe bliksemstroom af te voeren) en een Type 2-SPD (verderop in de verdeling, bedoeld om restspanning tot een veilig niveau te begrenzen) niet zomaar naast elkaar mogen worden geplaatst zonder rekening te houden met hun onderlinge energiecoördinatie.

Het probleem: beide SPD's kunnen tegelijk gaan geleiden

Een Type 1-SPD is ontworpen om een groot deel van een directe of nabijgelegen bliksemstroom (de 10/350 µs-golfvorm) af te voeren, terwijl een Type 2-SPD verderop in de installatie de resterende, snellere schakel- en inductie-overspanningen (de 8/20 µs-golfvorm) tot een voor apparatuur veilig niveau moet begrenzen. Deze twee SPD's moeten daarom na elkaar in werking treden: eerst de Type 1 (die de grootste energie afvoert), pas daarna de Type 2 (die de resterende, kleinere energie afhandelt). Staan beide SPD's te dicht bij elkaar — met te weinig kabellengte, en dus te weinig zelfinductie, ertussen — dan kunnen ze vrijwel gelijktijdig gaan geleiden. De Type 2-SPD krijgt dan een deel van de energie te verwerken waarvoor hij niet is gedimensioneerd, met kans op voortijdige uitval of zelfs destructief falen van dat apparaat.

De '10-meter-regel' als praktische vuistregel

Een installatiekabel heeft een zelfinductie van ongeveer 1 µH per meter. Bij circa 10 meter kabellengte tussen een Type 1- en een Type 2-SPD levert dat ongeveer 10 µH zelfinductie op — voldoende spanningsval (via L·di/dt) tijdens de steile stroomflank van een overspanning om de Type 1-SPD eerder te laten geleiden dan de Type 2. Deze vuistregel is echter informatief, afkomstig uit de toepassingsrichtlijn IEC 61643-12, en géén normatieve eis op zich — de daadwerkelijke eis is energiecoördinatie tussen beide SPD's, waaraan ook op een andere manier kan worden voldaan.

Alternatief: een ontkoppelspoel

Is 10 meter kabellengte tussen beide SPD's in de praktijk niet haalbaar (bijvoorbeeld in een compacte verdeelinrichting), dan kan hetzelfde effect worden bereikt met een aparte ontkoppelspoel (decoupling inductor) van doorgaans circa 10-20 µH in de verbinding tussen beide SPD's. Bij fabrieks-gecoördineerde SPD-sets — waarbij fabrikant Type 1 en Type 2 expliciet als coördineerbaar paar specificeert — kan al een aanmerkelijk kleinere ontkoppelimpedantie (in de orde van circa 1,5 µH) voldoende zijn, omdat de fabrikant de coördinatie dan al met testdata heeft aangetoond in plaats van op een generieke vuistregel te vertrouwen.

De eenvoudigste oplossing: een gecombineerd Type 1+2-toestel

Een fabrieks-gecoördineerde combi-SPD (één behuizing met zowel Type 1- als Type 2-beveiligingscomponenten, intern op elkaar afgestemd) maakt zowel de 10-meter-vuistregel als een losse ontkoppelspoel overbodig: de energiecoördinatie is dan al inherent aan het ontwerp van het apparaat zelf, gevalideerd door de fabrikant.

Praktische relevantie

Bij het ontwerpen van een installatie met zowel een Type 1- als een Type 2-SPD (bijvoorbeeld bij een gebouw met een eigen bliksembeveiligingssysteem, zie de gids over scheidingsafstand van een LPS) moet altijd worden gecontroleerd of aan de energiecoördinatie-eis wordt voldaan — via voldoende kabellengte, een aparte ontkoppelspoel, of een gecombineerd toestel. Wordt dit overgeslagen, dan kan de Type 2-SPD ondanks een op het eerste gezicht correcte selectie toch voortijdig falen bij een overspanning.

Veelgemaakte fouten

1. Een Type 1- en Type 2-SPD naast elkaar plaatsen in een compacte verdeelkast zonder de energiecoördinatie te controleren — te weinig kabellengte zonder ontkoppelspoel laat het coördinatierisico onopgelost.
2. De 10-meter-vuistregel behandelen als een harde normatieve eis in plaats van als praktische indicatie — de eigenlijke eis is energiecoördinatie, die ook via een ontkoppelspoel of een fabrieks-gecoördineerd toestel kan worden bereikt.
3. Een generieke ontkoppelspoel toepassen zonder de door de fabrikant opgegeven, voor dat specifieke SPD-paar geteste waarde te gebruiken — coördinatie is per fabrikant en per productcombinatie anders gevalideerd.
4. Aannemen dat elke combinatie van een Type 1- en Type 2-SPD van verschillende fabrikanten automatisch gecoördineerd is — dit moet expliciet zijn aangetoond (via testdata of een van de bovenstaande maatregelen), niet worden verondersteld.

Gerelateerd

• Overspanningsbeveiliging (SPD) — §443
• Overspanningscategorieën CAT I-IV (IEC 60664)
• Scheidingsafstand van een bliksembeveiligingssysteem (IEC 62305-3)
• Tijdelijke overspanning door een hoogspanningsaardfout