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Blitz- und Überspannungsschutz-Ableiter

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Blitz- und Überspannungsschutz-Ableiter für das Stromversorgungssystem - Bild
Blitz- und Überspannungsschutz-Ableiter für das Stromversorgungssystem

Blitz- und Überspannungsschutz-Ableiter sind notwendig zum Schutz von EDV-Anlagen und der Stromversorgung. Folgender Beitrag stellt ein normgerechtes Konzept dafür vor und gibt Dimensionierungs- und Einbauhinweise.

Steigende Zahl von Schäden infolge von Überspannungen

Laut Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft e.V. (GDV) steigt die Zahl der Schäden infolge von Überspannungen. Diese können EDV-Anlagen und Produktionsmaschinen für unbestimmte Zeit lahmlegen. Das kann heutzutage unternehmensbedrohende Züge annehmen.

Das Konzept des Überspannungsschutzes

Vor diesem Hintergrund kommt der verantwortliche Betreiber der elektrischen Energieversorgung eines Gebäudes oder einer Industrieanlage nicht umhin, das Konzept des Überspannungsschutzes umzusetzen. Es betrifft natürlich nicht nur das elektrische Energieversorgungsnetz, sondern alle Netze auf Basis von metallischen Leitern, so z.B. auch das Nachrichtennetz. Überspannungsschutz-Geräte in der elektrischen Stromversorgung wirken dahingehend, dass sie auftauchende Überspannungen durch einen kurzzeitigen, widerstandsbehafteten Schluss gegen Erde reduzieren. In der VDE -Vornorm VDE V 0100 Teil 534 von 1999 sind für die Netzsysteme IT, TT und TN Anordnungen der Überspannungsschutz- Geräte vorgegeben.

Warum ist diese Anordnung von drei Überspannungsschutz-Geräten, wie in Bild 1 erkennbar, eigentlich erforderlich? Elektrische Niederspannungsanlagen werden nach VDE 0110 Teil 1 spannungsfest gebaut für bestimmte Werte, die für den Hausanschlusskasten, die Unterverteilung und die Betriebsmittel natürlich unterschiedlich hoch sind. Aus diesem Grund braucht man die drei Überspannungsschutz- Geräte, die an ihrem Einbauort die Spannung unterhalb der definierten Bemessungsstoßspannung halten sollen.

Etwas verkompliziert wird der Einsatz von Überspannungsschutz-Geräten durch die unterschiedlichen Begriffe, die von Herstellern und Betreibern genutzt werden. Die Begriffe gehen zurück auf unterschiedliche Normen, nach denen die Geräte gebaut sind.

Abb. 1: Anforderungen der Überspannungsschutz-Geräte in einem TN-S-System nach VDE V 0100 Teil 534

Anforderungen der Überspannungsschutzgeräte

Abb. 2: Aufteilung des Blitzstroms gemäß VDE V 0185 Teil 1

Aufteilung des Blitzstroms
Abb. 3: Durchgangsverdrahtung

Durchgangsverdrahtung

Abb. 4: Stichverdrahtung

Stichverdrahtung

Bemessungsspannung

Eine wichtige Größe zur Dimensionierung von Ableitern bildet die Netzform bzw. die Nennspannung des Netzes. In der Regel beträgt die Ableiterbemessungsspannung 110 % der Netznennspannung gegen Erde, wobei im IT-Netz die verkettete Spannung im Erdschlussfall relevant ist.

Blitzstromtragfähigkeit

Eine für die Dimensionierung von Ableitern wichtige Erkenntnis steckt in Bild 2. Es darf davon ausgegangen werden, dass mindestens 50 % des Blitzstroms über die Erdungsanlage an das Erdreich abgegeben werden können. Die Ableiter müssen in der Lage sein, den Reststrom abzuleiten. Durch die Festlegung der Schutzklasse eines Blitzschutzsystems wird der maximal erwartete Blitzstrom festgelegt. 50 % des erwarteten Blitzstroms werden auf die Leiter der Stromversorgung verteilt und ergeben somit die notwendige Blitzstromtragfähigkeit bei Blitzstromableitern. Ein Blitzstrom von 20 kA wird durch die Norm festgelegt und ergibt, verteilt auf die Leiter der Stromversorgung, die Bemessungsgrundlage für Überspannungsschutz- Ableiter.

Schutzpegel Up

Der gesicherte Schutzpegel Up des Überspannungsschutz-Geräts sollte natürlich niedriger als die Spannungsfestigkeit der zu schützenden Betriebsmittel sein.

Herstellerhinweise wesentlich

Wesentliche Bedingung zum korrekten Einbau ist die Umsetzung der Installationsanweisung des Herstellers. Die wichtigsten Sachverhalte sind in den Bildern 3 und 4 erkennbar. Nach Norm darf die Einbauentfernung zwischen Ableiter und Sammelschiene höchstens 0,5 m betragen. Dies ist einzuhalten bei der in Bild 4 gezeigten Stichverdrahtung und soll so sichern, dass auf die nachgeschalteten Betriebsmittel nur Spannungen bis maximal zum Schutzpegel Up des Überspannungsschutz-Geräts wirken. Bei der in Bild 3 skizzierten Durchgangsverdrahtung muss dies nicht eingehalten werden. Die Schaltung hat aber den Nachteil, dass der gesamte Strom der nachgeschalteten Verteilung über die Geräteklemmen geführt wird. Diese Schaltung ist wegen dieses Sachverhalts nur für Überspannungsschutz-Ableiter geeignet.

Wie jedes elektrische Betriebsmittel ist das Überspannungsschutz-Gerät gegen Überlast und bei Kurzschluss zu schützen. Die erforderlichen Sicherungen bzw. Kabelquerschnitte sind der Installationsanweisung des Herstellers zu entnehmen. Eine Fehlinstallation liegt vor, wenn man Fehlerstromschutzschalter in Verteilungen vor dem Überspannungsschutz-Ableiter einbaut. Bei Ansprechen des Überspannungsschutz-Ableiters kommt es dann nämlich auch zum Auslösen des Fehlerstromschutzschalters.

Autor: Dipl.-Ing. Wolfgang Schwinn, Dozent beim TÜV Saarland

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