Blitzstrom- und Überspannungsschutz

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1 Blitzstrom- und Überspannungsschutz BETA Niederspannungs-Schutzschalttechnik Technik-Fibel Answers for industry.

2 Vorwort Ob Schützen, Schalten, Überwachen oder Messen BETA Niederspannungs-Schutzschalttechnik bietet Ihnen für alle Anwendungen in der elektrischen Installationstechnik ein breites Spektrum. Für den Einsatz im Wohnbau genauso wie für den Zweckbau oder für industrielle Anwendungen. Damit haben Sie den gesamten Stromkreis im Griff. Mehr als eine Million Blitze pro Jahr über Deutschland bergen ein hohes Risiko für Gebäude und Anlagen, durch die ungehinderte Einwirkung von Blitzströmen und Überspannungen erheblichen Schaden zu nehmen. In vielen Schadensfällen wird jedoch nicht erkannt, dass die Schäden durch Blitzströme oder Überspannungen verursacht worden sind. Die Anwendung von Blitz- und Überspannungsschutzgeräten spielt trotz der unbestrittenen Notwendigkeit aber nach wie vor bei Elektroinstallationen nur eine untergeordnete Rolle. Dies mag einerseits mit den Kosten zusammenhängen, andererseits sicherlich auch mit der sehr speziellen Thematik Überspannungsschutz an sich. Die höheren Kosten bei der Installation zahlen sich jedoch schon beim ersten Auslösefall aus. Unter dem Namen BETA bietet Siemens eine komplette Niederspannungs-Schutzschalttechnik an. Diese Produktfibel soll dazu beitragen, Blitz- und Überspannungsschutz verständlicher zu machen und zudem praktische Tipps zur Installation unserer qualitativ hochwertigen Produkte rund um den Blitz- und Überspannungsschutz geben. Ihr Team der BETA Niederspannungs-Schutzschalttechnik 3

3 Inhalt Produktportfolio von Siemens Blitzstrom- und Überspannungsableitern 6 1 Grundlagen Die Folgen von Blitzeinschlag und Überspannungen Ursache für Überspannungen Schutz vor Blitzstrom und Überspannungen Gefährdungsanalyse Verteilung des Blitzstromes bei einer Blitzentladung in ein Gebäude Blitzschutzzonen-Konzept Überspannungskategorien und Bemessungsstoßspannungen Isolationskoordination nach DIN EN und IEC Aufbau und Wirkungsweise von Überspannungsschutzgeräten Blitzstromableiter Typ Überspannungsableiter Typ Blitzstrom-/Überspannungsableiter-Kombination Typ Überspannungsableiter Typ 3 (Geräteschutz) Wichtige Merkmale des Produktspektrums 21 3 Schutzstufenkonzept Wirkungsvoller Schutzkreis Dreistufiger Schutz für die Stromversorgung Schutzstufen 1 und 2 getrennt installiert Dreistufiger Schutz für die Stromversorgung Schutzstufen 1 und 2 kombiniert Zweistufiger Schutz für die Stromversorgung bei geringem Gefährdungspotenzial 25 4

4 4 Netzsysteme Das TN-S-System Das TN-C-System Das TT-System Wandlung von Netzsystemen innerhalb einer Anlage 30 5 Installationshinweise Installationshinweise für Blitzstromableiter Typ Installationshinweise für Überspannungsableiter Typ Installationshinweise für Überspannungsableiter Typ 3 (Geräteschutz) Leitungslängen und Zusatzspannung Absicherung von Überspannungsschutzgeräten Stichleitung und V-förmiger Anschluss, T- / V- Verdrahtung Fernmeldung Potenzialausgleich 35 6 Projektierung 38 Glossar 40 Normen 47 Abildungs- und Tabellen-Verzeichnis 52 5

5 Produktportfolio von Siemens Blitzstrom- und Überspannungsableitern Blitzstromableiter Typ 1 5SD7 4 Mit steckbaren Schutzbausteinen für TN-C-, TN-S- und TT-Netze Bemessungsspannung AC 350 V für Blitzströme von 50 bis 100 ka Alle Ausführungen mit Fernmeldekontakt Zum Einbau in Hauptverteilern, vor oder nach dem Zähler Ableiterkombinationen Typ 1 und Typ 2 5SD7 4 Mit steckbaren Schutzbausteinen für TN-C-, TN-S- und TT-Netze Bemessungsspannung AC 350 V für Blitzströme von 50 bis 100 ka Alle Ausführungen mit Fernmeldekontakt Zum Einbau in Hauptverteilern, nach dem Zähler Überspannungsableiter Typ 2 5SD7 4 Mit steckbaren Schutzbausteinen für TN-C-, TN-S- und TT-Netze. Bemessungsspannung AC 350 V Nennableitstrom 20 ka Ableitstoßstrom 40 ka Zum Einbau in Unterverteiler 6

6 Überspannungsableiter Typ 3 5SD7 4 Mit steckbaren Schutzbausteinen für 1-phasige Netze und Drehstromnetze Bemessungsspannung 1-phasig AC/DC 24 V, 60 V, 120 V, 230 V und 3-phasig AC 230/400 V Zum Einbau so nah wie möglich vor dem Endgerät Überspannungsschutzadapter 5SD7 4 Steckbar in Schuko-Steckdosen mit Betriebsanzeige und Überwachung der Schutzschaltung Für Netzschutz, Telekommunikationsgeräte, ISDN/RDSI, TV/Radio und SAT-Anlagen 7

7 8 Siemens AG 2010

8 1 Grundlagen 1.1 Die Folgen von Blitzeinschlag und Überspannungen Überspannungen schädigen in erheblichem Maße elektrische und elektronische Einrichtungen. Hierzu genügen oftmals schon kleine Spannungsspitzen auf der Versorgungsleitung. Das zeigen die Schadensbilder von zerstörten Leitungen, Platinen oder Schaltgeräten. Diese Schäden können mit geeigneten Überspannungsschutz-Maßnahmen verhindert werden. Etwa ein Drittel aller Sachschäden, für die Wohngebäudeversicherer aufkommen müssen, sind auf Blitzschlag und Überspannungen zurückzuführen. Bei der Hausratversicherung beträgt der Schadensanteil sogar 45 Prozent. Doch während in Wohngebäuden nur mal eine hochwertige Hi-Fi-Anlage oder ein PC ersetzt werden müssen, fallen Schäden in Gewerbe und Industrie ungleich höher aus. Denn schwerer als direkte Schäden an der Elektronik wiegen hier häufig die Folgeschäden. Man denke dabei an einen Produktionsstillstand in der Industrie wegen des Ausfalls der Stromversorgung und/oder der EDV. Bild 1: Überspannungsschaden an einem FI-Schutzschalter. Bild 2: Überspannungsschaden auf einer Leiterplatte. Während der Betreiber Schäden an elektronischen Anlagen in den meisten Fällen von seiner Versicherungsgesellschaft ersetzt bekommt, sind der nicht ersetzte Aufwand für die Wiederbeschaffung oder Reparatur nicht zu unterschätzen. Software-Schäden, Datenverluste oder der Ausfall einer Anlage sind immer mit finanziellen Belastungen verbunden, die vielfach von keiner Versicherung gedeckt werden. Ein auf die örtlichen Verhältnisse abgestimmter Blitz- und Überspannungsschutz ist daher in jedem Fall eine Notwendigkeit. 9

9 1.2 Ursache für Überspannungen Überspannungen entstehen durch Blitzentladungen (LEMP Lightning Electromagnetic Pulse), Schalthandlungen (SEMP Switching Electromagnetic Pulse) und elektrostatische Entladungen (ESD Electro Static Discharge). Sie treten nur für den Bruchteil einer Sekunde auf. Man nennt sie deshalb auch transiente 1 Spannungen oder Transienten. Sie haben sehr kurze Anstiegszeiten von wenigen Mikrosekunden, bevor sie dann relativ langsam über einem Zeitraum von bis zu mehreren 100 Mikrosekunden wieder abfallen. 1.3 Schutz vor Blitzstrom und Überspannungen Zur Realisierung eines umfassenden Schutzkonzepts, bestehend aus Leitungsschutz, Personen- und Brandschutz sowie Blitzstrom- und Überspannungsschutz, gehört ein rundum abgestimmtes Spektrum von Schutzgeräten. BETA Niederspannungs-Schutzgeräte basieren auf nationalen und internationalen Normen und bieten Sicherheit und Schutz auf höchstem Niveau. Der durchgängige Blitzstrom- und Überspannungsschutz reicht dabei von Blitzstromableitern über Überspannungsableiter bis hin zu speziellen Schutzgeräten für empfindliche Elektronik und zwar für alle Netzsysteme der Installationstechnik (TNC-, TNS- und TT-System). Für den Begriff Überspannungsschutzgerät wird auch im deutschen Sprachgebrauch die Abkürzung SPD (Surge Protective Device) verwendet. 1.4 Gefährdungsanalyse Dem in der Norm IEC beschriebenen Risikomanagement geht eine Risikoanalyse voraus, um zuerst die Notwendigkeit des Blitzschutzes zu ermitteln und dann die technisch und wirtschaftlich optimalen Schutzmaßnahmen festzulegen, die in IEC und DIN EN beschrieben sind. Dazu wird das zu schützende Objekt in eine oder mehrere Blitzschutzzonen (LPZ Lightning Protection Zone) unterteilt. Für jede Blitzschutzzone werden die geometrischen Grenzen, die maßgeblichen Kenndaten, die Blitzbedrohungsdaten und die zu beachtenden Schadensarten festgelegt. Ausgehend vom ungeschützten Zustand des Objekts wird das angenommene Risiko so lange durch die Anwendung von (weiteren) Schutzmaßnahmen vermindert, bis nur noch ein akzeptierbares Restrisiko bestehen bleibt. Die Norm berücksichtigt zum einen Schutzmaßnahmen für bauliche Anlagen mit den darin befindlichen Personen, elektrischen und elektronischen Anlagen, zum anderen auch solche für Versorgungsleitungen Transient (engl.): vorübergehend, kurzzeitig

10 Die beschriebenen Verfahren können sowohl zur Bestimmung der Schutzklasse eines Blitzschutzsystems, wie auch zu Festlegung eines komplexen Schutzsystems gegen den elektromagnetischen Blitzimpuls verwendet werden. Die nachfolgende Tabelle zeigt die Blitzstromparameter des ersten Stoßstromes innerhalb der verschiedenen Blitzschutzklassen. Blitzschutzklasse I II III+IV I [ka] T 1 [µs] T 2 [µs] Q s [As] W / R [MJ / Ω] 10 5,6 2,5 Tabelle 1: Blitzstromparameter des ersten Stoßstromes innerhalb der verschiedenen Blitzschutzklassen Grafik 1: Impulsform eines Stoßstromes Legende zu Tabelle und Grafik: I [ka] = Stromscheitelwert ( *1 ) T 1 [µs] = Stirnzeit ( *2 ) T 2 [µs] = Rückenhalbwertszeit ( *3 ) Q s [As] = Ladung W/R [MJ/Ω] = Spezifische Energie Blitzströme werden mit einem Stoßstrom der Wellenform 10/350 µs nachgebildet. ( *1 ) = Höchster Wert des Stoßstromes ( *2 ) = Anstiegzeit des Stoßstromes vom 10 %-Wert bis zum 90 %-Wert des Stromscheitelwertes ( *3 ) = 50 %-Wert des Stromscheitelwertes in der Abklingphase, gemessen vom Punkt des 10 %-Wertes des Stromscheitelwertes 11

11 1.5 Verteilung des Blitzstromes bei einer Blitzentladung in ein Gebäude Bei einem Blitzeinschlag ist gemäß der Norm IEC davon auszugehen, dass ca. 50 % des Blitzstroms über das äußere Blitzschutzsystem (Blitzableiter) in die Erde abgeführt werden. Bis zu 50 % des verbleibenden Blitzstroms fließen über elektrisch leitfähige Systeme wie den Hauptpotenzialausgleich in das Gebäude hinein. Deshalb ist es beim Vorhandensein eines äußeren Blitzschutzsystems immer notwendig, auch ein inneres Blitzschutzsystem zu installieren. Hauptpotenzialausgleichsschiene Fundamenterder Grafik 2: Verteilung des Blitzstromes bei einer Blitzentladung in ein Gebäude Die in der Norm festgelegten Blitzschutzklassen definieren den maximal zu erwartenden Summen-Blitzstrom innerhalb des Gebäudes. Summen-Blitzstrom (10/350 µs) Blitzschutzklasse 100 ka I 75 ka II 50 ka III + IV Tabelle 2: Einteilung der Blitzschutzklassen Es ist davon auszugehen, dass sich der Summen-Blitzstrom gleichmäßig auf die Leiter des Stromversorgungssystems aufteilt. Deshalb sind die Blitzströme auf den einzelnen Leitern deutlich kleiner als der Summen- Blitzstrom. 12

12 Anzahl der aktiven Leiter 4 3 Max. zu erwartende Blitzströme pro Leiter, (10/350)µs Blitzschutzklasse 25,0 ka I 18,7 ka II 12,5 ka III + IV 33,3 ka I 25,0 ka II 16,6 ka III + IV Tabelle 3: Maximal zu erwartende Blitzströme pro Leiter 1.6 Blitzschutzzonen-Konzept Jedes Gebäude benötigt ein abgestimmtes Schutzkonzept. Wichtig hierbei ist die Staffelung des Schutzes. Nur wenn diese Staffelung eingehalten wird, ist ein ausreichender Schutz gewährleistet. Hierzu wird das in IEC beschriebene Blitzschutzzonen-Konzept angewendet. Im Rahmen des Blitzschutzzonen-Konzepts werden Geräte oder Bereiche zusammengefasst, die das gleiche Gefährdungspotenzial aufweisen und mit Ableitern des gleichen Typs beschaltet werden können. An den Übergängen der Blitzschutzzonen sind je nach Anforderung Blitzstrom- oder Überspannungs-Schutzgeräte einzusetzen, die an einem entsprechenden Einbauort wie in der Haupt- oder Unterverteilung installiert werden. Die Schutzzonen sind wie folgt definiert: Zone 0 (LPZ 0): Außerhalb des Gebäudes/Direkte Blitzeinwirkung: Keine Abschirmung gegen Blitzeinschlag (LEMP) Blitzschutzzone 0A: einschlaggefährdet Blitzschutzzone 0B: einschlaggeschützt Zone 1 (LPZ 1): Innerhalb des Gebäudes/Energiereiche Transienten durch: Schalthandlungen (SEMP) Blitzströme 13

13 Zone 2 (LPZ 2): Innerhalb des Gebäudes/Energieärmere Transienten durch: Schalthandlungen (SEMP) Elektrostatische Entladungen (ESD) Zone 3 (LPZ 3): Innerhalb des Gebäudes: Kein Generieren von transienten Strömen oder Spannungen über die Störgrenze hinaus Schirmung und separate Verlegung von Stromkreisen, die sich gegenseitig beeinflussen könnten Grafik 3: Schutzzonen außerhalb und innerhalb eines Gebäudes 14

14 1.7 Überspannungskategorien und Bemessungsstoßspannungen Alle Betriebsmittel einer elektrischen Anlage sind gemäß ihrer Bestimmung und ihres Einsatzortes einer Überspannungskategorie zugeordnet. Aus dieser Zuordnung ergibt sich die erforderliche Bemessungsstoßspannung (Isolationsfestigkeit). Hieraus lassen sich die erforderlichen Leistungsparameter für die einzusetzenden Überspannungsschutzeinrichtungen ableiten. Nennspannung des Stromversorgungssystems (Netz) nach IEC [V] Spannung Leiter zu Neutralleiter abgeleitet von der Nennwechseloder Gleichspannung bis einschließlich [V] Bemessungsstoßspannung [V] Überspannungskategorie 3-phasig 1-phasig I II III IV 230/ / / Tabelle 4: Überspannungskategorien und Bemessungsstoßspannungen Überspannungskategorie IV: Betriebsmittel für den Einsatz am Anschlusspunkt der Installation. Beispiel: Betriebsmittel wie Elektrizitätszähler und primäre Überstromschutzmodule. Überspannungskategorie III: Betriebsmittel in festen Installationen und für solche Fälle, in denen besondere Anforderungen an die Zuverlässigkeit und die Verfügbarkeit der Betriebsmittel gestellt werden. Beispiel: Betriebsmittel wie Schalter in festen Installationen und Betriebmittel für industriellen Einsatz mit dauerndem Anschluss an die feste Installation. Überspannungskategorie II: Energie verbrauchende Betriebsmittel, die von der festen Installation gespeist werden. Beispiel: Betriebsmittel wie Haushaltsgeräte, tragbare Werkzeuge und andere Hausgeräte sowie ähnliche Geräte. Überspannungskategorie I: Betriebsmittel zum Anschluss an Stromkreise, in denen Maßnahmen zur Begrenzung der transienten Überspannungen auf einen geeigneten niedrigen Wert getroffen worden sind. Beispiel: Betriebsmittel mit elektronischen Schaltungen und entsprechend niedrigem Schutzpegel. 15

15 1.8 Isolationskoordination nach DIN EN und IEC Die Isolationskoordination beschreibt die Spannungsfestigkeit der Isolation eines Betriebsmittels. Hierbei sind zu berücksichtigen: Die zu erwartenden Überspannungen und die Kenngrößen der eingesetzten Überspannungsschutzgeräte, Die zu erwartenden Umgebungsbedingungen und die Schutzmaß - nahmen gegen Verschmutzung der Betriebsmittel. Die Spannungsfestigkeit der Isolation für alle elektrotechnischen Betriebsmittel in den verschiedenen Anlagenbereichen beträgt: 6 kv in der zentralen Stromversorgung (Hauptverteilung), 4 kv im Bereich der Stromkreisverteilung (Unterverteilung), 2,5 kv am Endgerät, 1,5 kv an besonderen Endgeräten. Grafik 4: Isolationskoordination nach DIN EN

16 2 Aufbau und Wirkungsweise von Überspannungsschutzgeräten Um zu verhindern, dass Überspannungen empfindliche elektrische Anlagen zerstören, müssen die Leiter, an denen solch hohe Spannungen auftreten, in sehr kurzer Zeit mit dem Potenzialausgleich kurzgeschlossen werden. Dafür stehen verschiedene Bauelemente zur Verfügung. Sie werden in Überspannungsschutzgeräten einzeln oder in komplexen Schutzschaltungen kombiniert verwendet, um die unterschiedlichen Vorteile gleichzeitig nutzen zu können. Je nach Anwendungsfall kommen Funkenstrecken, gasgefüllte Überspannungsableiter, Varistoren und Suppressordioden zum Einsatz. Diese Bauelemente unterscheiden sich im Wesentlichen durch: Ableitvermögen (Stromtragfähigkeit) Ansprechverhalten (Reaktionszeit beim Auftreten einer Überspannung) Löschverhalten (Übergang vom niederimpedanten Ableitzustand in den hochimpedanten Ruhezustand nach einem Ableitvorgang) Spannungsbegrenzung (Restspannung/Schutzpegel für das zu schützende Gerät) (2) (3) (1) (4) Bild 3: Bauelemente von SPDs: Gekapselte Funkenstrecke (1), gasgefüllter Überspannungsableiter (2), Varistor (3) und Suppressordiode (4) 17

17 2.1 Blitzstromableiter Typ 1 Blitzstromableiter stellen die erste und leistungsstärkste Schutzstufe für die Stromversorgung dar. Der aus technischer Sicht bevorzugte Einbauort ist direkt hinter dem Hausanschlusskasten. Je nach System der Stromversorgung (TN-C-, TN-S- oder TT-System), wird der passende Blitzstromableiter in einem separaten Gehäuse in die Hauptleitung vor dem Zähler eingebaut. Dafür ist der zuständige Versorgungsnetzbetreiber (VNB) hinzuzuziehen oder eine entsprechende Zustimmung einzuholen. Blitzstromableiter, die aus reinen Funkenstrecken bestehen, können im Vorzählerbereich installiert werden. Ist die Installation vor dem Zähler nicht möglich, wird der Blitzstromableiter in der Hauptverteilung hinter dem Zähler eingebaut. Summenstoßstrom und N-PE-Funkenstrecke In Stromversorgungssystemen mit getrennt verlegten N- und PE-Leitern wird z. B. für dreiphasige Einspeisungen eine so genannte 3+1-Schaltung aufgebaut. In dieser Schaltungsart ist jeweils ein Schutzgerät zwischen jeden Aussenleiter und den Neutralleiter geschaltet. Die Strecke zwischen Neutralleiter und Erde wird mit einer Summenstrom-Funkenstrecke oder auch N-PE-Funkenstrecke beschaltet. Die Summe aus allen Teilstoßströmen, die sich aufgrund einer Überspannungseinkopplung in die aktiven Leitungen ergibt, das heißt in die Aussen- und den Neutralleiter, muss nun vollständig von der Summenstrom-Funkenstrecke beherrscht werden. Diese Schaltungsart ist leckstromfrei gegen Erde. Sie erfordert jedoch den Einsatz einer leistungsstarken Summenstrom- Funkenstrecke. Solche Schutzgeräte verfügen üblicherweise über ein Ableitvermögen in Höhe von 100 ka (10/350 µs) und erfüllen damit die Anforderungen gemäß Blitzschutzklasse I. Grafik 5: Teilstoßströme und Summenstoßstrom in einer 3+1-Schaltung I s1, I s2, I s3, I s4 = Teilstoßströme I sg = Summenstoßstrom über N-PE-Funkenstrecke 18

18 2.2 Überspannungsableiter Typ 2 Der Überspannungsableiter Typ 2 ist die zweite Schutzstufe in der Stromversorgung. Er senkt die Restspannung unter die Spannungsfestigkeit der Betriebsmittel und Leitungen im Bereich der Festinstallation zwischen Stromkreisverteilung und Stromanschluss für Endgeräte. Bei Anlagen mit einer Betriebsspannung von z. B. 230 V sind das 2,5 kv. Meistens sind Schutzgeräte für diese Betriebsspannung so ausgelegt, dass sogar ein Schutzpegel in Höhe von nur 1,5 kv erreicht wird. Die Schutzschaltung besteht aus temperaturüberwachten Varistoren mit hohem Ableitvermögen, bis zu 40 ka (8/20 µs) 1. Bei einem temperaturüberwachtem Varistor sinkt bei einer spannungsbedingten Überlastung der Innenwiderstand des Varistors und der Leckstrom im Varistor steigt. Es kommt zu einer Erwärmung, die auf eine Abtrennvorrichtung wirkt. Bei Erreichen eines definierten Grenzwertes wird der Varistor mechanisch vom Netz getrennt, bevor gefährliche Temperaturen erreicht werden. Das Abtrennen wird üblicherweise direkt am Schutzgerät signalisiert. Viele Schutzgeräte verfügen zusätzlich über einen Fernmeldekontakt. Dieser Kontakt kann benutzt werden, um ein Signal an eine zentrale Meldestelle oder Steuerung zu leiten. Der Betriebszustand des Schutzgerätes kann damit permanent überwacht werden. T Grafik 6: Temperaturüberwachter Varistor Grafik 7: Gasgefüllter Überspannungsableiter als N-PE-Funkenstrecke Eine weitere Variante stellen die N-PE-Funkenstrecken als Überspannungsableiter Typ 2 dar. Sie besitzen einen gasgefüllten Überspannungsableiter mit besonders hohem Ableitvermögen. Als Summenstrom- Funkenstrecke werden sie in so genannten 3+1-Schaltungen zwischen Neutral- und Schutzleiter geschaltet. 1 Stoßstrom mit der Wellenform 8/20 µs. Der Energieinhalt dieses Impulses ist deutlich geringer als bei einem Blitzstoßstrom (Wellenform 10/350 µs). 19

19 Bild 4 Bild 5 Überspannungsableiter Typ 2 Bezogen auf die Bauform gibt es verschiedene Ausführungen von Überspannungsableitern Typ 2 mit folgenden Unterscheidungsmerkmalen: modular 1-polig oder kompakt mehrpolig steckbar oder einteilig Baubreite/Pol 17,5 mm (Standard) oder 12 mm (Platz sparend) Die 1-poligen Schutzgeräte haben den Vorteil, dass sie nach Bedarf modular konfiguriert werden können. Damit ist allerdings ein gewisser Installationsaufwand verbunden. Für die gängigen Stromversorgungssysteme stehen kompakte mehrpolige Schutzgeräte zur Verfügung, die bereits alle erforderlichen Pole enthalten. Die Auswahl und die Installation sind damit sehr einfach. Vorteilhaft sind zweiteilig aufgebaute Ausführungen, bei denen im Stecker das Bauelement untergebracht ist und das Basiselement die Anschlusskontakte enthält. So lässt sich im Fall einer Überlastung des Bauelementes der Schutzstecker austauschen, ohne in die Installation eingreifen zu müssen. 2.3 Blitzstrom-/Überspannungsableiter-Kombination Typ 1+2 Ableiterkombinationen Typ 1+2 erfüllen die Anforderungen der ersten und zweiten Schutzstufe (vgl. Kapitel 3). Als sehr leistungsfähig haben sich Ableiterkombinationen bewährt, die nach dem AEC-Prinzip 1 arbeiten. Der aus technischer Sicht bevorzugte Einbauort ist die Gebäudeeinspeisung. Je nach System der Stromversorgung (TN-C-, TN-S- oder TT-Netz), wird die passende Ableiterkombination in die Hauptverteilung direkt hinter dem Stromzähler eingebaut. Ableiterkombinationen mit Varistoren führen im ungestörten Betrieb einen geringen Betriebsstrom (Leckstrom) von wenigen ma. Deshalb 20 1 AEC heißt Active Energy Control und bedeutet aktive Energiesteuerung zwischen Ableitern Typ 1 und Ableitern Typ 2. Dabei erfolgt eine angemessene Lastverteilung des Stoßstromes, so dass der niedrige Schutzpegel des Typ-2-Ableiters und das hohe Ableitvermögen des Typ-1-Ableiters genutzt werden kann.

20 dürfen solche Geräte grundsätzlich nicht im Vorzählerbereich installiert werden. Die Anschluss- und Installationsbedingungen für diese Schutzgeräte entsprechen denen der Blitzstromableiter Typ Überspannungsableiter Typ 3 (Geräteschutz) Der Überspannungsableiter Typ 3 ist die dritte Schutzstufe in der Strom-versorgung und senkt die Restspannung unter die Spannungsfestigkeit des Endgerätes. Bei Geräten mit einer Betriebsspannung von z. B. 230 V sind das 1,5 kv. Grafik 8: Typische Schutzschaltung eines Überspannungsableiters Typ 3 Die Schutzschaltung besteht im Allgemeinen aus einer Reihenschaltung von zwei Varistoren, die zwischen Außen- und Neutralleiter liegen. Ein Gasableiter greift mit einem Anschlussbein auf den Verbindungspunkt zwischen den Varistoren und mit dem anderen Anschlussbein auf Erde. Damit ergibt sich jeweils zwischen L Erde und N Erde eine leckstromfreie Reihenschaltung aus Varistor und Gasableiter. Auch diese Varistoren sind temperaturüberwacht. Hierbei wirkt die durch eine Überlastung verursachte Erwärmung des Varistors auf eine Abtrennvorrichtung, die den Varistor mechanisch vom Netz trennt, bevor gefährliche Temperaturen erreicht werden. 2.5 Wichtige Merkmale des Produktspektrums Durchgängig steckbare Ableiter mit mechanischer Kodierung --> Gezielter und kostengünstiger Austausch einzelner Ableiter --> Servicearbeiten (z. B. Isolationsmessungen) ohne Eingriff in die Installation möglich Mechanische Funktionsanzeige ohne Energieverbrauch --> Blitzstromableiter Typ 1 auch im Vorzählerbereich einsetzbar Leistungsfähige Funkenstrecke mit erhöhtem Folgestrom- Löschvermögen (Typ 1) --> Vorsicherungen werden in den meisten Fällen nicht benötigt, bzw. können kleiner dimensioniert werden Fernmeldung ohne zusätzlichen Platzbedarf im Verteiler Die Ableiterbemessungsspannung beträgt standardmäßig 350V --> TOV-Spannungen (Temporäre Überspannungen) im Netz führen nicht zu Gerätezerstörung 21

21 3 Schutzstufenkonzept 3.1 Wirkungsvoller Schutzkreis Mit dem Begriff Wirkungsvoller Schutzkreis wird eine lückenlose Maßnahme zum Schutz vor Überspannungen bezeichnet. Der erste Schritt zur Erarbeitung eines solchen Schutzkonzeptes ist die Erfassung aller schutzbedürftigen Geräte und Anlagenbereiche. Dann folgt die Bewertung des erforderlichen Schutzniveaus der erfassten Geräte. Grundsätzlich werden die verschiedenen Stromkreisarten nach folgenden Bereichen unterschieden: Stromversorgung, Mess-, Steuer-, Regeltechnik (MSR), Datenverarbeitung und Telekommunikation (Sende-/Empfangsgeräte). Grafik 9: Wirkungsvoller Schutzkreis Die zu schützende Anlage oder das zu schützende Gerät muss man sich innerhalb eines Schutzraumes vorstellen. An allen Schnittpunkten Leitung Schutzkreis sind SPDs (Überspannungsschutzeinrichtungen) zu installieren, die den Nenndaten des jeweiligen Stromkreises, bzw. der Schnittstelle des zu schützenden Gerätes entsprechen. Damit ist der Bereich innerhalb des Schutzkreises so gesichert, dass leitungsgebundene Überspannungseinkopplungen nicht mehr möglich sind. Im Rahmen eines effizienten und umfassenden Schutzkonzeptes gegen Überspannungen ist im ersten Schritt die Stromversorgung zu berücksichtigen. Die in diesem Bereich auftretenden energiereichen Überspannungen und Stoßströme verursachen Überschläge über Luft- und Kriechstrecken und durch die Isolation von spannungsführenden Teilen und Leitungen zur Erde. Betroffen sind alle elektrischen Betriebsmittel, von der zentralen Gebäudeeinspeisung bis zum elektrischen Verbraucher. 22

22 Die erforderlichen Maßnahmen zum Schutz der Stromversorgung von Anlagen und Geräten hängen von den Ergebnissen der Gefährdungsanalyse ab. Es sind zwei oder drei Schutzstufen definiert. Die SPDs für die einzelnen Stufen unterscheiden sich grundsätzlich durch die Höhe des Ableitvermögens und den Schutzpegel gemäß der Schutzstufenzugehörigkeit. 3.2 Dreistufiger Schutz für die Stromversorgung Schutzstufen 1 und 2 getrennt installiert Für ein dreistufiges Konzept, bei dem alle SPDs an verschiedenen Einbauorten installiert werden, ergibt sich folgender Aufbau: Grafik 10: Drei Schutzstufen mit unterschiedlichen Einbauorten in der Stromversorgung. Schutzstufe Bezeichnung SPD Typ Schutzpegel Üblicher Einbauort kv Hauptverteilung 2 Blitzstromableiter Überspannungsableiter 2 2,5 kv Unterverteilung 3 Geräteschutz 3 1,5 kv vor dem Endgerät 23

23 3.3 Dreistufiger Schutz für die Stromversorgung Schutzstufen 1 und 2 kombiniert Für einen dreistufigen Schutz, bei dem die erste und zweite Schutzstufe in einem Gerät kombiniert sind, ergibt sich folgender Aufbau: Grafik 11: Dreistufiger Schutz für die Stromversorgung, Schutzstufen 1 und 2 nach dem AEC-Prinzip koordiniert Schutzstufe Bezeichnung SPD Typ Schutzpegel Üblicher Einbauort 1+2 Ableiterkombinationen 1+2 2,5 kv Hauptverteilung 3 Geräteschutz 3 1,5 kv vor dem Endgerät 24

24 3.4 Zweistufiger Schutz für die Stromversorgung bei geringem Gefährdungspotenzial Das Gefährdungspotenzial in Bezug auf Blitzentladungen ist für niedrige Gebäude, die sich mitten in Wohnsiedlungen befinden und bei denen keine Blitzschutzanlage oder andere geerdete Metallkonstruktionen auf dem Dach installiert sind, relativ gering. Ein direkter Blitzeinschlag ist hier, statistisch gesehen, nicht zu erwarten. Wenn diese Bedingungen nach gewissenhafter Prüfung und Beurteilung des Gefährdungspotenzials für das Objekt zutreffen, kann auf die Installation eines Blitzstromableiters Typ 1 verzichtet werden. Für diesen dann zweistufigen Schutz mit begrenztem Ableitvermögen ergibt sich folgender Aufbau: Grafik 12: Zweistufiger Schutz für die Stromversorgung ohne Blitzstromableiter Schutzstufe Bezeichnung SPD Typ Schutzpegel Üblicher Einbauort 2 Überspannungsableiter 2 2,5 kv Hauptverteilung oder Unterverteilung 3 Geräteschutz 3 1,5 kv vor dem Endgerät 25

25 4 Netzsysteme Das Netzsystem der Stromversorgung bestimmt, welche Schutzgeräte erforderlich sind, um einen wirkungsvollen Schutz zu erreichen. Die Netzsysteme unterscheiden sich in erster Linie dadurch, ob der Sternpunkt des Versorgungstrafos geerdet ist, der PE-Leiter getrennt oder zusammen mit dem N-Leiter als PEN-Leiter mitgeführt wird. Weitere Unterscheidungen ergeben sich durch die Anzahl der Phasen, Spannungs- und Stromart, Frequenz und die Spannungshöhe. Netzsysteme nach DIN VDE : TN-S-System TN-C-System TT-System IT-System 4.1 Das TN-S-System In diesem Netzsystem werden Neutralleiter (N) und Schutzleiter (PE) in jeweils einem separaten Leiter geführt. Eine dreiphasige Stromversorgung besteht also aus den fünf Leitungen: L1, L2, L3, N und PE. Systeme, in denen N und PE getrennt verlegt werden, gelten aus Sicht der elektromagnetischen Verträglichkeit als weniger störanfällig als Systeme, in denen PEN-Leiter verwendet werden. Abhängig von den Verbraucheranforderungen werden Systeme mit 1 bis 3 Phasen aufgebaut. Grafik 13: TN-S-System dreiphasig 26

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27 Grafik 16: TN-C-System 3-phasig Applikationen im TN-C-System Hier werden zwischen den Aussenleitern und dem PEN-Leiter Blitzstromund Überspannungsableiter angeordnet. Ein 1-phasiger Geräteschutz kommt bei diesem System kaum zum Einsatz, da die Bedingungen für normale Verbraucherstromkreise mit Anschlusswerten in Höhe von nur einigen kw nicht gegeben sind. Grafik 17: Schaltbild einer Ableiterkombination Typ 1+2 im 3-phasigen TN-C-System Grafik 18: Anschlussbild einer Ableiterkombination Typ 1+2 im 3-phasigen TN-C-System 28

28 4.3 Das TT-System In diesem Netzsystem ist ein Punkt, im Allgemeinen der Sternpunkt des Transformators, direkt geerdet (Betriebserder). Der geerdete Punkt wird in den meisten Fällen als N-Leiter in die Anlage geführt. Die Körper der elektrischen Anlage sind mit Erdern verbunden, die vom Betriebserder getrennt sind. Das heißt, direkt an einer Anlage oder einem Gebäude wird eine lokale Erdung aufgebaut. Diese Erdung dient als Hauptpotenzialausgleich. In diesem Netzsystem werden Neutralleiter (N) und Schutzleiter (PE) in jeweils einem separaten Leiter geführt. Eine 3-phasige Stromversorgung besteht also aus den fünf Leitungen: L1, L2, L3, N und dem PE aus der lokalen Erdung. Abhängig von den Verbraucheranforderungen werden Systeme mit 1 bis 3 Phasen aufgebaut. Grafik 19: TT-System 3-phasig Applikationen im TT-System Hier werden, wie im TN-S-System, zwischen den Phasen und dem Neutralleiter Blitzstrom- und Überspannungsableiter angeordnet. Zusätzlich wird eine sogenannte Summenstrom-Funkenstrecke zwischen Neutral- und Schutzleiter geschaltet. 29

29 Grafik 20: Stromablauf einer Ableiterkombination Typ 1+2 im 3-phasigen TT-System Grafik 21: Anschlussbild einer Ableiterkombination Typ 1+2 im 3-phasigen TT-System Der 1-phasige Geräteschutz als dritte Schutzstufe verfügt über entsprechende Schaltungen, die in anwendungsgerechten Gehäusen, wie z. B. Steckdosen, Steckdosenadaptern oder auch Installationseinbaugeräten für die Hutschienenmontage, integriert sind. 4.4 Wandlung von Netzsystemen innerhalb einer Anlage In der Praxis kommt es häufig vor, dass Netzsysteme innerhalb einer Anlage wechseln. Beispiel: Wandlung eines TN-C-Systems in ein TN-S-System In diesem Fall wird der PEN-Leiter in jeweils einen separaten PE-Leiter und einen N-Leiter aufgeteilt. Aus einem 4-Leiter-T-N-C-System (L1, L2, L3, PEN) wird somit ein 5-Leiter-TN-S-System (L1, L2, L3, N, PE). Grafik 22: Wandlung eines 3-phasigen TN-C-Systems in ein 3-phasiges TN-S-System 30

30 5 Installationshinweise 5.1 Installationshinweise für Blitzstromableiter Typ 1 Der typische Einbauort für Blitzstromableiter Typ 1 als erste Schutzstufe ist die zentrale Stromversorgung von Gebäuden oder Anlagen (siehe Grafik Nr. 22). Der Anschlussquerschnitt gem. DIN EN beträgt min. 16 mm 2. Die Absicherung der Schutzgeräte ist nach den angegebenen Anschlusswerten des Herstellers auszulegen. Typisch für diese SPDs sind Sicherungswerte in Höhe von max. 250 A gg bis 315 A gg. Sind die Anlagen- Vorsicherungen größer ausgelegt, müssen den SPDs entsprechend kleinere, selektiv auf die Anlagensicherung abgestimmte Sicherungen vorgeschaltet werden. Grafik 23: Einbauumgebung von Typ-1-Ableitern Grafik 24: Anschlussquerschnitt und Absicherung von Typ-1-Ableitern 5.2 Installationshinweise für Überspannungsableiter Typ 2 Der typische Einbauort für Überspannungsableiter Typ 2 als zweite Schutzstufe ist die Stromkreisverteilung/Unterverteilung oder die Einspeisung von Schaltschränken und Steuerungen an Maschinen. Die Schutzgeräte sind vor den Fehlerstromschutzeinrichtungen zu installieren. So werden die Kontakte des FI-Schutzschalters nicht durch die hohen Ableitströme belastet und unnötige Abschaltungen des sensiblen Summenstromwandlers vermieden. Der Anschlussquerschnitt gem. DIN EN beträgt min. 6 mm 2. Die Absicherung der Schutzgeräte ist nach den angegebenen Anschlusswerten des Herstellers auszulegen. Typisch für diese SPDs sind Sicherungswerte in Höhe von max. 125 A gg. Sind die Anlagenvorsicherungen größer ausgelegt, müssen den SPDs entsprechend kleinere, selektiv auf die Anlagensicherung abgestimmte Sicherungen vorgeschaltet werden. 31

31 Grafik 25: Typ-2-Ableiter werden abhängig vom geplanten Schutzkonzept in der Haupt- oder Unterverteilung installiert. Grafik 26: Anschlussquerschnitt und Absicherung von Typ-2-Ableitern 5.3 Installationshinweise für Überspannungsableiter Typ 3 (Geräteschutz) Die Überspannungsableiter Typ 3 werden unmittelbar vor dem zu schützenden Gerät installiert. Damit wird verhindert, dass erneut Überspannungen in die bereits geschützte Leitung einkoppeln. Aus diesem Grund ist auch darauf zu achten, dass bereits geschützte lose Anschlussleitungen des Gerätes nicht parallel mit ungeschützten Leitungen geführt werden. Bei der Absicherung eines Stromkreises ist auch der Nennstrom der installierten Überspannungsschutzgeräte zu berücksichtigen. Im Allgemeinen ist der Nennstrom der Schutzgeräte den praktischen Anwendungsfällen so angepasst, dass übliche Stromkreissicherungen verwendet werden können, wie z. B. 16 A. Grafik 27: Die Stromkreissicherung F muss auf den Nennstrom I L des Typ-3- Ableiters ausgelegt sein 32

32 5.4 Leitungslängen und Zusatzspannung Zusatzspannungen entstehen aufgrund von Stoßströmen bzw. Blitzteilströmen über den Anschlussleitungen der Schutzgeräte. Der ohmsche Widerstand einer Leitung spielt beim Überspannungsschutz nur eine untergeordnete Rolle. Der induktive Anteil der Leitungen wirkt sich jedoch aus. Die großen Stromänderungen in kürzester Zeit verursachen im induktiven Anteil einer Leitung Spannungen bis zu einigen kv. Bei objektiver Beurteilung der Gefährdung des betreffenden Anlagenteils sind die Zusatzspannungen zu ermitteln und zur Begrenzungsspannung des Schutzgerätes zu addieren. U A = Restspannung U Z1 und U Z2 = induktive Zusatzspannungen U max = maximale Überspannung zwischen stromführendem Leiter und Potenzialausgleichschiene i = Blitzteilstrom Grafik 28: Spannungen über den Anschlussleitungen des SPDs. Darstellung der Zusatzspannung. 5.5 Absicherung von Überspannungsschutzgeräten Die Absicherung der Schutzgeräte ist nach den angegebenen Anschlusswerten des Herstellers auszulegen. Sind die Anlagen-Vorsicherungen größer ausgelegt, müssen den Ableitern entsprechend kleinere, selektiv auf die Anlagensicherung abgestimmte Sicherungen vorgeschaltet werden. Hersteller elektrischer Betriebsmittel, die an das Hauptstromversorgungssystem angeschlossen werden, sind zur Angabe einer maximal zulässigen Vorsicherung verpflichtet. SPDs vom Typ 1 und Typ 2 sind Betriebsmittel in diesem Sinne, auch wenn sie nicht vom Anlagenbetriebsstrom durchflossen werden. 33

33 5.6 Stichleitung und V-förmiger Anschluss, T- / V- Verdrahtung Man unterscheidet insbesondere bei Blitzstromableitern Typ 1 zwischen Stichleitungsanschluss und V-förmigem Anschluss. Beim Stichleitungsanschluss werden über eine Leitung die Ableiteranschlüsse mit dem Hauptstromversorgungssystem verbunden. Es ergibt sich eine T-förmige Anschlussgeometrie. Bei dieser Anschlussart kann die Anlagenvorsicherung F1 größer sein, als die max. zulässige Vorsicherung des Ableiters F2. Der Ableiter wird zusätzlich im Leitungsstich entsprechend separat abgesichert. Wenn die Vorsicherung F2 abschaltet, ist der zugehörige Schutzpfad und damit die Schutzwirkung vom Netz getrennt. Darum sollte F2 gegen Ausfall überwacht werden, damit der Fehler schnell erkannt und behoben werden kann. Gleichzeitig sollte die Funktionsfähigkeit des SPDs überprüft werden. Beim V-förmigen Anschluss werden die kommenden und abgehenden Leitungen jeweils direkt an einer Klemme des Schutzgerätes angeschlossen. Mögliche Zusatzspannungen Uz werden damit auf ein Minimum begrenzt. In diesem Fall darf die Anlagensicherung die max. Vorsicherung des Ableiters (siehe Datenblatt) nicht überschreiten. Diese Anschlussmöglichkeiten können auch auf Ableiterkombinationen Typ 1+2 und auf Überspannungsableiter Typ 2 angewendet werden. Grafik 29: Stichleitungsanschluss (T-förmiger Anschluss) Grafik 30: V-förmiger Anschluss 5.7 Fernmeldung Viele Schutzgeräte verfügen zusätzlich über einen Fernmeldekontakt. Dieser Kontakt kann dazu benutzt werden, ein Signal an eine zentrale Meldestelle oder Steuerung zu leiten. Der Betriebszustand des Schutzgerätes kann damit permanent überwacht werden. 34

34 Grafik 31: Optische Statusanzeige und steckbarer Fernmeldeanschluss am SPD. 5.8 Potenzialausgleich Möglichkeiten eines wirkungsvollen Überspannungsschutzes: vollständige Isolierung gegen Erde vollständiger Potenzialausgleich (nach Gefährdungsanalyse): äußerer Blitzschutz (Blitzableiter) plus innerer Blitzschutz (Blitzstrom- und Überspannungsableiter) innerer Blitzschutz (Blitzstrom- und Überspannungsableiter) innerer Überspannungsschutz (Überspannungsableiter) Eine vollständige Isolierung gegen Erde ist für viele praktische Anwendungen nicht möglich. Deshalb wird im Regelfall ein vollständiger Potenzialausgleich aufgebaut. Beim vollständigen Potenzialausgleich werden alle elektrisch leitfähigen Teile (mit Ausnahme der betriebsmäßig Spannung führenden Teile) direkt mit Potenzialausgleichsleitungen verbunden. Die elektrisch aktiven Teile (mit Netzspannung, MSR-Signalen, Datensignalen,...) werden mit Hilfe von Überspannungsschutzgeräten an das Potenzialausgleichsystem angeschlossen. Im normalen Betriebszustand sind Überspannungsschutzgeräte hochohmig. Wenn es zu einer transienten Überspannung kommt, werden die Schutzgeräte kurzzeitig niederohmig, d.h. leitfähig. So werden alle elektrisch leitfähigen Teile und alle elektrisch aktiven Teile auf annähernd gleiches Potenzial gebracht und Überspannungsschäden wirkungsvoll verhindert. Basis für einen wirkungsvollen Potenzialausgleich zwischen allen elektrisch leitfähigen Teilen und allen elektrisch aktiven Teilen einer Anlage ist ein niederohmiges bzw. niederimpedantes Potenzialausgleichsystem. Bei Potenzialausgleichsystemen unterscheidet man: linienförmiger Potenzialausgleich sternförmiger Potenzialausgleich maschenförmiger Potenzialausgleich 35

35 Grafik 32: Vollständiger Potenzialausgleich 36 Grafik 33: Sternförmiger Potenzialausgleich

36 Grafik 34: Linienförmiger Potenzialausgleich Grafik 35: Maschenförmiger Potenzialausgleich 37

37 6 Projektierung Situation Welchen Gebäudetyp möchten Sie schützen? Grundsätzlich sind alle Geräte für Wohngebäude, Bürogebäude, Industrie und Gewerbe geeignet. Systeme Siemens AG 2010 Basisschutz für die Installation vor Zähler in Hauptverteilung oder in kombinierter Haupt-/Unterverteilung Wenig gefährdete Gebäude TN-S- und TT- System Überspannungsableiter Typ 2 schmale Bauform 5SD , 5SD Standardbauform 5SD , 5SD mit oder ohne Fernmeldung kein äußerer Blitzschutz Stromversorgung über Erdleitung TN-C-System Überspannungsableiter Typ 2 schmale Bauform 5SD , 5SD Standardbauform 5SD , 5SD mit oder ohne Fernmeldung Besonders gefährdete Gebäude TN-S- und TT- System Blitzstromableiter Typ 1 5SD mit Fernmeldung TN-C-System Blitzstromableiter Typ 2 5SD äußere Blitzschutzanlage mit Fernmeldung TN-S- und TT- System Ableiterkombination Typ 1 und Typ 2 5SD mit Fernmeldung Stromversorgung über Freileitung TN-C-System Ableiterkombination Typ 1 und Typ 2 5SD mit Fernmeldung Geerdete Antennenaufbauten IT-Netze ohne mitgeführten N-Leiter IT-Netze werden typischerweise nur in speziellen Gebäudeabschnitten eingesetzt. Im Bereich der Hauptverteiler liegen üblicherweise noch TN-C-, TNSoder TT-Netze vor. Hier sind die oben gezeigten Schutzgeräte einzusetzen. 38 IT-Netze mit mitgeführtem N-Leiter

38 Mittelschutz für die Installation vor Zähler in der Hauptverteilung oder in kombinierter Haupt-/Unterverteilung Feinschutz für die Installation unmittelbar vor dem Endgerät Überspannungsableiter Typ 2 schmale Bauform 5SD , 5SD Standardbauform 5SD , 5SD mit oder ohne Fernmeldung Nur benötigt, wenn Abstand zwischen Haupt- und Unterverteilung > 10 m Überspannungsableiter Typ 2 schmale Bauform 5SD , 5SD Standardbauform 5SD , 5SD mit oder ohne Fernmeldung Nur benötigt, wenn Abstand zwischen Haupt- und Unterverteilung > 10 m Überspannungsableiter Typ 2 schmale Bauform 5SD , 5SD Standardbauform 5SD , 5SD mit oder ohne Fernmeldung Überspannungsableiter Typ 2 schmale Bauform 5SD , 5SD Standardbauform 5SD , 5SD mit oder ohne Fernmeldung Überspannungsableiter Typ 2 schmale Bauform 5SD , 5SD Standardbauform 5SD , 5SD mit oder ohne Fernmeldung Nur benötigt, wenn Abstand zwischen Haupt- und Unterverteilung > 10 m Überspannungsableiter Typ 2 schmale Bauform 5SD , 5SD Standardbauform 5SD , 5SD mit oder ohne Fernmeldung Nur benötigt, wenn Abstand zwischen Haupt- und Unterverteilung > 10 m Überspannungsableiter Typ 3 für den Einbau in Unterverteilungen oder Schaltschränken 5SD7 432-x und 5SD mit Fernmeldung Überspannungsschutzadapter Typ 3 für Netzschutz 5SD Überspannungsschutzadapter Typ 3 für Telekommunikationsgeräte/TAE 5SD Überspannungsschutzadapter Typ 3 für ISDN/RDSI 5SD Überspannungsschutzadapter Typ 3 für Telekommunikationsgeräte/RJ12 5SD Überspannungsschutzadapter Typ 3 für TV/Radio 5SD für TV/SAT-Anlagen 5SD Überspannungsableiter Typ 2 5SD , 5SD polig (3+0-Schaltung) Uc = AC 580 V mit oder ohne Fernmeldung Überspannungsableiter Typ 2 5SD , 5SD polig (4+0-Schaltung) Uc = AC 440 V mit oder ohne Fernmeldung 39

39 Glossar Ansprechzeit t a Ansprechzeiten charakterisieren im wesentlichen das Ansprechverhalten der einzelnen Schutzelemente, die in Ableitern verwendet werden. Abhängig von der Steilheit du/dt der Stoßspannung oder di/dt des Stoßstromes können sich die Ansprechzeiten in bestimmten Grenzen ändern. Ausführungen für Österreich In Österreich gelangt generell die ÖVE/ÖNORM E mit den entsprechenden Ergänzungen zur Anwendung. Der wesentliche Unterschied für den Einsatz der Überspannungsableiter vom Typ 2 besteht darin, dass diese eine höhere Bemessungsspannung aufweisen müssen (AC335V, AC440V). Ausschaltvermögen, Folgestromlöschvermögen I fi Das Ausschaltvermögen ist der unbeeinflusste (prospektive) Effektivwert des Netzfolgestromes, der vom Überspannungsschutzgerät beim Anliegen von Uc selbständig gelöscht werden kann. Betriebstemperaturbereich Der Betriebstemperaturbereich gibt den Bereich an, bei dem die Geräte eingesetzt werden können. Bei Geräten ohne Eigenerwärmung ist dieser gleich dem Umgebungstemperaturbereich. Der Temperaturanstieg bei Geräten mit Eigenerwärmung darf dabei den ausgewiesenen Maximalwert nicht überschreiten. Blitzstoßstrom I imp Der Blitzstoßstrom ist ein standardisierter Stoßstromverlauf mit der Wellenform 10/350 µs. Er bildet mit seinen Parametern (Scheitelwert, Ladung, spezifische Energie) die Beanspruchung natürlicher Blitzströme nach. Blitzstromableiter und Ableiterkombinationen müssen solche Blitzstoßströme mehrere Male zerstörungsfrei ableiten können. 40

40 Frequenzbereich Der Frequenzbereich kennzeichnet das Übertragungsband bzw. die Durchlassfrequenz eines Ableiters in Abhängigkeit der beschriebenen Dämpfungskennwerte. Grenzfrequenz f G Die Grenzfrequenz beschreibt das frequenzabhängige Verhalten eines Ableiters. Als Grenzfrequenz gilt diejenige Frequenz, die unter bestimmten Prüfbedingungen eine Einfügungsdämpfung (a E ) von 3 db hervorruft (siehe EN :2000). Wird nichts anderes ausgewiesen, bezieht sich die Angabe auf ein 50-Ohm-System. Höchste Dauerspannung U c Die höchste Dauerspannung (maximal zulässige Betriebsspannung) ist der Effektivwert der maximalen Spannung, die betriebsmäßig an die dafür gekennzeichneten Anschlussklemmen des Überspannungsschutzgerätes angelegt werden darf. Sie ist diejenige maximale Spannung, die am Ableiter im definierten, nicht leitenden Zustand liegt und nach seinem Ansprechen und Ableiten das Wiederherstellen dieses Zustandes sicherstellt. Der Wert von U c richtet sich nach der Nennspannung des zu schützenden Systems sowie den Vorgaben der Errichter-Bestimmungen. Kategorien nach IEC :2000 (DIN VDE ) Für die Prüfung der Stromtragfähigkeit sowie der Spannungsbegrenzung bei Impulsbeeinflussung werden in der IEC :2000 (DIN ) eine Vielzahl von Stoßspannungsimpulsen und Stoßstromimpulsen beschrieben. In der Tabelle 3 dieser Norm sind diese nach Kategorien geordnet und Vorzugswerte vorgegeben. Die Siemens Überspannungsschutzgeräte übertreffen die Werte der ausgewiesenen Kategorien. Der explizite Wert für die Stoßstromtragfähigkeit wird deshalb durch den angegebenen Nennableitstoßstrom (8/20 µs) und Blitzstoßstrom (10/350 µs) ausgewiesen. 41

41 Kombinierter Stoß U oc Der kombinierte Stoß wird von einem Hybridgenerator (1,2/50 µs, 8/20 µs) mit einer fiktiven Impedanz 2 Ohm erzeugt. Die Leerlaufspannung dieses Generators wird als Uoc bezeichnet. Die Angabe von U oc erfolgt bevorzugt bei Überspannungsableitern Typ 3. Kurzschlussfestigkeit Wert des betriebsfrequenten, prospektiven Kurzschlussstromes, der von dem Überspannungsschutzgerät bei Vorschaltung seiner zugeordneten Vorsicherung beherrscht wird. Maximale Übertragungsleistung Sie beschreibt die maximale HF-Leistung, die über einen Koax-Ableiter ohne Beeinflussung der Schutzkomponente übertragen werden kann. Maximaler Ableitstoßstrom I max Der maximale Scheitelwert des Stoßstroms mit der Wellenform 8/20 µs, den das Gerät sicher ableiten kann. Nennableitstoßstrom I n Der Nennableitstrom ist der Scheitelwert eines Stoßstromes der Wellenform 8/20 µs, für den das Überspannungsschutzgerät nach einem bestimmten Prüfprogramm bemessen ist. Nennlaststrom (Nennstrom) I L Der Nennlaststrom ist der höchste zulässige Betriebsstrom, der dauernd über die dafür gekennzeichneten Anschlussklemmen geführt werden darf. Nennspannung U n Sie entspricht der Nennspannung des zu schützenden Systems. Die Angabe der Nennspannung dient bei Schutzgeräten für informationstechnische Anlagen oftmals der Typkennzeichnung. Bei Wechselspannung wird sie als Effektivwert angegeben. 42

42 Netzseitiger Überstromschutz / Ableitervorsicherung Eine Überstromschutzeinrichtung (z.b. Sicherung oder Leistungsschalter), die außerhalb des Ableiters auf der Einspeiseseite angeordnet ist mit der Aufgabe, den netzfrequenten Folgestrom zu unterbrechen, wenn das Ausschaltvermögen des Überspannungsschutzgerätes überschritten wird. N-PE-Ableiter Schutzgeräte, die ausschließlich für die Installation zwischen dem N- und dem PE-Leiter vorgesehen sind. Rückflussdämpfung Die Rückflussdämpfung gibt bei Hochfrequenzanwendung an, wieviel Anteile der vorlaufenden Welle am Schutzgerät ( Stoßstelle ) reflektiert werden. Sie ist ein direktes Maß dafür, wie gut ein Schutzgerät an den Wellenwiderstand des Systems angepasst ist. Schutzart Die Schutzart IP entspricht der Einteilung der Schutzarten nach DIN EN (VDE ). Schutzleiterstrom I PE Der Strom, der durch den PE-Anschluss fließt, wenn das Überspannungsschutzgerät an die höchste Dauerspannung UC, entsprechend der Einbauanleitung und ohne lastseitige Verbraucher, angeschlossen ist. 43

43 Schutzpegel U p Der Schutzpegel eines Überspannungsschutzgerätes ist der höchste Momentanwert der Spannung an den Klemmen eines Überspannungsschutzgerätes, bestimmt aus den standardisierten Einzelprüfungen: Ansprechblitzstoßspannung 1,2/50 µs (100 %) Ansprechspannung bei einer Steilheit 1 kv / s Restspannung bei Nennableitstoßstrom U res Der Schutzpegel charakterisiert die Fähigkeit eines Überspannungsschutzgerätes, Überspannungen auf einen Restpegel zu begrenzen. Der Schutzpegel bestimmt beim Einsatz in energietechnischen Netzen den Einsatzort hinsichtlich der Überspannungskategorie. Bei Überspannungsschutzgeräten zum Einsatz in informationstechnischen Netzen ist der Schutzpegel an die Störfestigkeit der zu schützenden Betriebsmittel anzupassen. Schutzschaltung Schutzschaltungen sind mehrstufige, kaskadierte Schutzeinrichtungen. Die einzelnen Schutzstufen können aus Entladungsstrecken, Varistoren, und/oder Halbleiterbauelementen bestehen. Die energetische Koordination der einzelnen Schutzstufen wird mittels Entkopplungselementen realisiert. Thermische Abtrennvorrichtung Überspannungsschutzgeräte für das energietechnische Netz, die mit spannungsabhängigen Widerständen (Varistoren) ausgerüstet sind, müssen eine integrierte Abtrennvorrichtung besitzen, die das Überspannungsschutzgerät bei Überlast vom Netz trennt und diesen Betriebszustand anzeigt. Die Abtrennvorrichtung reagiert auf die Stromwärme, die ein überlasteter Varistor erzeugt und trennt bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur das Überspannungsschutzgerät vom Netz. Die Abtrennvorrichtung soll das überlastete Überspannungsschutzgerät so rechtzeitig vom Netz trennen, dass eine Brandgefahr vermieden wird. Es ist nicht Aufgabe der Abtrennvorrichtung, die Schutzmaßnahme Schutz bei indirektem Berühren sicherzustellen. Die Funktion dieser thermischen Abtrennvorrichtungen wird durch eine simulierte Überlastung/ Alterung der Ableiter überprüft. 44