REDAKTIONELLER BEITRAG

Transkript

1 Zusammenspiel VDE , VDE und VDE Neue Normen schaffen Übersicht bei der Auswahl von notwendigen Überspannungsschutzmaßnahmen Neue Normen bedeuten für den Anwender häufig Unsicherheit, denn: Vieles, was früher einfach war, wird plötzlich kompliziert. Zudem: Verschiedene Normen beschreiben häufig den gleichen Sachverhalt. Falls sich diese Normen dann auch noch widersprechen sollten, ist meist völlige Verunsicherung vorprogrammiert. Doch es geht auch anders! Mit Überspannungsschutz (bzw. Blitzschutzpotentialausgleich) in Niederspannungsanlagen befassen sich seit kurzem schwerpunktmäßig folgende Normen: E VDE 0100 Teil 534 (2009:02) E VDE (2006:10) E VDE 0100 Teil 443 (2007:06) Diese drei Normen sind aufeinander abgestimmt und ermöglichen dem Installateur und Elektrofachplaner eine sichere Auswahl der notwendigen Überspannungsschutzlösungen. Wichtig jedoch: Es muss seitens des Anwenders verstanden werden, welche Norm für was zuständig ist. Ist das erst einmal kommuniziert, sind VDE-konforme Überspannungsschutzmaßnahmen kein Hexenwerk mehr. E Die VDE 0100 Teil 534 definiert, welche konkreten Maßnahmen für welchen Anwendungsfall notwendig sind. E Die Normen VDE und VDE 0100 Teil 443 beschreiben - je nach Anwendungsfall - die jeweiligen Schutzziele und die dafür notwendigen Maßnahmen. Daher empfiehlt sich folgende Reihenfolge der Betrachtung: Seite 1 von 8 VDE 0100 Teil 534: Überspannungsschutzeinrichtungen Diese Norm erläutert: Auswahl der Ableiterklasse des Überspannungsschutzableiters Hier wird unterschieden zwischen Gebäuden mit und ohne äußeren Blitzschutz. E Gebäude mit äußerem Blitzschutz: Hier müssen Maßnahmen gemäß VDE getroffen werden. Ziel ist der Schutz von Personen und Gebäuden vor direktem Blitzeinschlag. Als konkrete Maßnahme muss in der Hauptverteilung / Einspeisung mindestens ein Überspannungsableiter Typ 1 oder ein Kombiableiter eingesetzt werden. Weitere Überspannungsschutzmaßnahmen werden notwendig, wenn: seitens des Auftraggebers der Schutz elektrischer und elektronischer Geräte gefordert wird. die Anforderung gemäß VDE zusätzlich zum Tragen kommen. Detaillierte Hinweise zur VDE finden Sie im Abschnitt zur VDE

2 E Gebäude ohne äußeren Blitzschutz: Hier müssen Maßnahmen gemäß VDE getroffen werden. Ziel ist der Geräteschutz vor Überspannungen durch Schalthandlungen und ferne Blitzeinschläge. Als konkrete Maßnahmen müssen Überspannungsableiter Typ 2 und Typ 3 eingesetzt werden. Ableiter Typ 1 sind bei Gebäuden ohne äußere Blitzschutzanlage normativ nicht notwendig. Aber: Seitens der Sachversicherer wird bei Gebäuden mit Freileitungseinspeisung oder herausragenden Antennenanlagen zusätzlich ein Überspannungsschutzableiter Typ 1 empfohlen (siehe VdS 2031). Detaillierte Hinweise zur VDE finden Sie im Abschnitt zur VDE Seite 2 von 8 Bild 1: Übersicht Zuordnung Normen VDE und VDE Konkrete Werte des Nennableitstroms (In) und des Blitzstroms (Iimp) Unterschiedliche Gegebenheiten, Kundenanforderungen und Objekte benötigen nicht immer dieselben Überspannungsschutzmaßnahmen. Um diesen Anforderungen Rechnung zu tragen, findet man in der VDE geeignete Schutzlösungen für unterschiedliche Anforderungen. Bei Gebäuden ohne äußere Blitzschutzanlage gibt es jedoch keine großen Unterschiede. Für Ableiter Typ 2 gelten folgende Grenzen für den Nennableitstrom (In): E In mindestens 5kA 8/20 je Schutzpfad, E In mindestens 20kA 8/20 N-PE bei Drehstromsystemen, E In mindestens 10kA 8/20 N-PE bei Wechselstromsystemen. Diese Werte machen deutlich, dass gerade für den privaten Bereich kleinere Lösungen angeboten werden dürfen, die durch ihre Eigenschaften (43,5 mm, akustische Fehlersignalisierung, geringer Preis) optimal für diese Anwendung geeignet sind. Bild 2: Überspannungsableiter Typ 2 für private Unterverteilungen

3 Ableiter Typ 1 Die Norm VDE fordert für normale Gewerbegebäude, Wohngebäude, Bürogebäude, öffentliche Verwaltungsgebäude usw. nur einen Blitzstromableiter Typ 1 (bzw. Kombiableiter) mit einem Gesamtableitvermögen von 50 ka (10/350). Zum Einsatz kamen bisher allerdings nur sehr teure, zu 100 % überdimensionierte Ableiter Typ 1 mit 100 ka (10/350) und mehr. Diese Ableiter sind eigentlich für Gebäude der Blitzschutzklasse I und II ausgelegt (z. B. Rechenzentren, Krankenhäuser, chemische Industrie, Schwerindustrie etc.). Bei Gebäuden mit äußeren Blitzschutzanlagen ergeben sich nach der VDE bei Blitzschutzklasse III jedoch folgende Werte für Blitzstromableiter Typ 1: E Iimp 12,5kA 10/350 je Schutzpfad, E Iimp 50kA 10/350 N-PE bei Drehstromsystemen, E Iimp 25kA 10/350 N-PE bei Wechselstromsystemen. Neue Techniken im Bereich der Varistor-Halbleitertechnik auf Zinkoxidbasis ermöglichen neue Blitzstromableiter Typ 1. Diese Ableiter sind deutlich günstiger als die bisherigen Ableiter Typ 1 und eignen sich besonders für Gebäude der Blitzschutzklassen III und IV. Sie können daher die Akzeptanz für den Einsatz von Blitzstromableitern Typ 1 bei kleineren Objekten deutlich steigern. Seite 3 von 8 Bild 3: Überspannungsableiter (Kombiableiter) Typ nach VDE , bei Blitzschutzklasse III-Gebäuden, z. B. Wohngebäude, Geschäftslokale, kleine Bürogebäude

4 Koordination des Überspannungsschutzes Problematisch ist der Überspannungsschutz für Endgeräte, die an Leitungen angeschlossen sind, die von außen in ein Gebäude eingeführt werden. Hier müssen die unterschiedlichen Ableitertypen so kombiniert werden, dass sie als einheitliches System den Überspannungsschutz garantieren! Bei falscher Auslegung der Ableiter ist die Energiefestigkeit der Ableiter untereinander nicht gewährleistet! Probleme traten früher in der Kombination mit Ableitern Typ 1 und Typ 2 auf. Um dieses Problem zu vermeiden, helfen folgende Regeln weiter: E Einfachste Regel: Ableiter nur eines Herstellers verwenden und die entsprechenden Kombinationshinweise beachten. Seite 4 von 8 Bild 4: Auswahlhilfe für Ableitertypen und deren Kombination untereinander E Alternativ kann man Geräte namhafter Hersteller miteinander kombinieren. In diesem Fall können Ableiter gemäß VDE 0675 Teil 6-11 mit Ableitern kombiniert werden, die einen niedrigen Schutzpegel Up < 1,5 kv haben. Beim Einsatz von Ableitern Typ 1 wäre daher ein sogenannter Kombiableiter empfehlenswert. Wichtig ist jedoch, dass die Ableiterbemessungsspannung der jeweiligen Ableiter identisch ist (+/- 10 %)!

5 Ableiterbeschaltungen Je nach Netzsystem (TN-C, TN-S, TN-C-S, TT oder IT) finden sich in der VDE unterschiedliche Beschaltungsvarianten für die Ableiter. Als optimal hat sich die sogenannte 3+1 Schaltung erwiesen, die sich aufgrund ihrer fehlersicheren Beschaltung universell für den Einsatz in TNund TT-Netzen eignet. Wichtig bei einer TN-C-S-Einspeisung ist, dass bei einer Auftrennung von PE und N mit > 0,5 m bereits 4 Ableiter eingesetzt werden. Seite 5 von 8 Bild 5: Ableiterbeschaltung bei TN- und TT-Netzsystemen Anschlussbedingungen von Ableitern in Kombination mit Fehlerstromschutzeinrichtungen Überspannungsableiter schalten bei Spannungsdifferenzen zwischen den aktiven Leitern und dem Potentialausgleich niederohmig durch. Dieser Ableitvorgang kann Ausgleichsströme zwischen den beiden Potentialen verursachen. Werden nun Ableiter hinter einer Fehlerstromschutzeinrichtung eingesetzt, kann dieser Ausgleichsstrom den Fehlerstromschalter abschalten oder sogar zerstören! Daher sind Überspannungsschutzeinrichtungen vom Typ 2 nach einer Fehlerstromschutzeinrichtung nicht zulässig. Ausnahme: Werden bereits vor dem Fehlerstromschalter Ableiter Typ 2 eingesetzt, können auch an der Lastseite hinter dem Fehlerstromschalter weitere Überspannungsschutzableiter Typ 2 oder Typ 3 eingesetzt werden. Zusätzlich finden Sie in der VDE Hinweise zu Leiterquerschnitten, Leitungslängen und notwendigen Vorsicherungen bzw. Kurzschlussfestigkeiten.

6 VDE : Blitzschutzmaßnahmen Bild 6: Einschlag direkt in ein Gebäude Seite 6 von 8 Diese Norm gilt nur für Gebäude mit einer äußeren Blitzschutzanlage. Hier wird unterschieden: Schutzauftrag: Nur Personen und Gebäude In diesem Fall gilt die VDE Teil 3. Das bedeutet konkret: Im Falle eines direkten Blitzeinschlags darf die über die Erdungsanlage eingekoppelte Blitzteilenergie keine personen- oder gebäudegefährdeten Überschläge verursachen. Durch blitzstromtragfähige Überspannungsschutzableiter Typ 1 direkt am Gebäudeeingang kann diese Gefahr sicher gebannt werden. Für Details zur Ausführung (Bemessungsstärke, Bemessungsspannungsableiter, Schutzpegel, Beschaltung der Ableiter etc.) wird wiederum auf die VDE 0100 Teil 534 verwiesen. Schutzauftrag: Personen, Gebäude, elektrische und elektronische Einrichtungen In diesem Fall gilt die VDE Teil 4. Dies bedeutet konkret für die meisten Anwendungsfälle: Koordinierter Einsatz von Überspannungsschutzableitern Typ 1 gemäß VDE Teil 3 und zusätzliche Überspannungsschutzmaßnahmen in Unterverteilungen und an den Endgeräten. Zusätzlich beschäftigt sich diese Norm noch mit der Einteilung des Gebäudes in Blitzschutzzonen, die Schirmungsmaßnahmen an Wänden, Fundamenten und Decken fordern. An den jeweiligen Zonenübergängen müssen angemessene Überspannungsschutzmaßnahmen eingesetzt bzw. berücksichtigt werden. Für Details zur Ausführung (Bemessungsstärke, Bemessungsspanungsableiter, Schutzpegel, Beschaltung der Ableiter etc.) wird wiederum auf die VDE 0100 Teil 534 verwiesen. Wichtig in beiden Fällen: Die Auslegung der Ableiter Typ 1 in Bezug auf das Ableitvermögen kann, wie bereits im Abschnitt unter VDE 0100 Teil 534 beschrieben, je nach festgelegter Blitzschutzklasse variieren. Daher steht auch in diesem Punkt die VDE nicht im Widerspruch zur VDE VDE 0100 Teil 443: Schutzmaßnahmen - Schutz bei Störspannungen und elektromagnetischen Störgrößen Die VDE 0100 Teil 443 beschreibt konkrete Überspannungsmaßnahmen und liefert eine Berechnungsgrundlage, um die notwendigen Überspannungsschutzmaßnahmen zu ermitteln. Ziel ist der Schutz vor Überspannungen durch Schalthandlungen und ferne Blitzeinschläge. Diese Form der Überspannungen hat ein geringeres Gefährdungspotential als Überspannungen aufgrund eines direkten

7 Blitzeinschlags. Daher bieten bereits Ableiter Typ 2 und Typ 3 einen wirksamen Schutz vor Überspannungen durch Schalthandlungen und ferne Blitzeinschläge. Generelle Entscheidung für einen Überspannungsschutz Wird Überspannungsschutz seitens des Auftraggebers bzw. dessen Sachversicherer gefordert, sind die Maßnahmen gemäß der VDE bzw. VDE (Bereich VDE ) umzusetzen. Gibt es keine konkreten Vorgaben, besteht durch die VDE die Möglichkeit, die für die Überspannungsschutzmaßnahmen notwendigen Ableiter Typ 2 und Typ 3 zu berechnen. Berechnung notwendiger Überspannungsschutzmaßnahmen Die Berechnung notwendiger Überspannungsschutzmaßnahmen basiert auf einer Risikoanalyse. Folgende Auswirkungsfälle müssen dabei berücksichtigt werden: E 1: Auswirkungen auf das menschliche Leben (z.b. Krankenhäuser) E 2: Auswirkungen auf öffentliche Einrichtungen E 3: Auswirkungen auf Gewerbe und Industrieaktivitäten E 4: Auswirkungen auf Personenansammlungen (z.b. Büros, Schulen) E 5: Auswirkungen auf Einzelpersonen (z.b. Wohngebäude) Sind Auswirkungen entsprechend der Fälle 1 bis 3 zu erwarten, so müssen Überspannungsschutzeinrichtungen installiert werden. Bei Auswirkungen der Fälle 4 und 5 kann der notwendige Überspannungsschutz wie folgt berechnet werden: Überspannungsschutz ist notwendig, wenn d > dc ist, mit d = Länge der Versorgungsleitung (Maximalwert = 1 km) dc = Kritische Länge, Auswirkungsfall 4: dc = 1/Ng Auswirkungsfall 5: dc = 2/Ng Ng = Häufigkeit der Blitze pro km² und Jahr (Erdblitzdichte). Die Erdblitzdichte ist in der VDE Beiblatt 1 pro Kfz-Kennzeichengebiet dokumentiert. Seite 7 von 8 Fazit Mit Hilfe der folgenden Fragen kann leicht ermittelt werden, welche der drei Normen bei der Auswahl der notwendigen Überspannungsschutzmaßnahmen berücksicht werden muss. Wichtig: Gesetzliche Forderungen (LBO) müssen als Mindestanforderung immer beachtet werden! Wird eine äußere Blitzschutzanlage gefordert (z.b. LBO)? E Blitz- und Überspannungsschutz nach VDE Sind Auswirkungen auf das menschliche Leben möglich (z.b. Krankenhaus)? E Blitz- und Überspannungsschutz nach VDE E Zusätzlich Überspannungsschutz nach VDE Sind Auswirkungen auf öffentliche Einrichtungen möglich (z.b. Telekommunikation)? E Überspannungsschutz nach VDE

8 Sind Auswirkungen auf Industrie oder Gewerbe möglich (z.b. Hotels, Banken)? E Risikoanalyse nach VDE und nach VDE E Zusätzlich LBO prüfen (Blitzschutz) Sind Auswirkungen auf Personenansammlungen möglich (z.b. Büros, Schulen)? E Risikoanalyse nach VDE und nach VDE E Zusätzlich LBO prüfen (Blitzschutz) Sind Auswirkungen auf Einzelpersonen möglich (z.b. Wohngebäude, kleine Büros)? E Risikoanalyse nach VDE Seite 8 von 8 Literatur: [1] DIN VDE : Errichten von Niederspannungsanlagen Teil 5-53: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel - Abschnitt 534: Überspannungs-Schutzeinrichtungen (ÜSE), Berlin Offenbach: VDE Verlag [2] DIN EN (VDE ): Blitzschutz Teil 2: Risiko-Management, Berlin Offenbach: VDE Verlag [3] VDE Beiblatt 1: Blitzschutz Teil 305-2: Risiko-Management: Abschätzung des Schadensrisikos für bauliche Anlagen Beiblatt 1: Blitzgefährdung in Deutschland, Berlin Offenbach: VDE Verlag [4] DIN EN (VDE ): Blitzschutz Teil 3: Schutz von baulichen Anlagen und Personen, Berlin Offenbach: VDE Verlag [5] DIN EN (VDE ): Blitzschutz Teil 4: Elektrische und elektronische Systeme in baulichen Anlagen, Berlin Offenbach: VDE Verlag [6] DIN VDE (VDE ): Errichten von Niederspannungsanlagen Teil 4-44: Schutzmaßnahmen - Schutz bei Störspannungen und elektromagnetischen Störgrößen - Abschnitt 443: Schutz bei Überspannungen infolge atmosphärischer Einflüsse oder Schaltvorgängen, Berlin Offenbach: VDE Verlag [7] DIN EN (VDE ): Überspannungsschutzgeräte für Niederspannungen - Teil 11: Überspannungsschutzgeräte für den Einsatz in Niederspannungsanlagen Anforderungen und Prüfungen, Berlin Offenbach: VDE Verlag [8] VdS :10 Richtlinie zur Schadensverhütung Blitz und Überspannungsschutz in elektrischen Anlagen, VdS Schadensverhütung Verlag, Köln