Blitz- und Überspannungsschutz für Hauptstrom-Versorgungssysteme Ein Kommentar zur der VDN-Richtlinie

Transkript

1 Seite 1 von 7 Die in Fachkreisen mit Spannung erwartete Neuauflage der VDEW-Richtlinie Überspannungs-Schutzeinrichtungen der Anforderungsklasse B Richtlinie für den Einsatz in Hauptstrom-Versorgungssysteme [1] von 1998 stellt sicherlich keine Revolution dar, dennoch spiegelt die technische Richtlinie Überspannungs-Schutzeinrichtungen Typ 1 Einsatz von Überspannungs-Schutzeinrichtungen (ÜSE) Typ 1 (bisher Anforderungsklasse B) in Hauptstrom-Versorgungssystemen [2] (Bild 1) vom Verband der Netzbetreiber VDN e. V. beim VDEW die Weiterentwicklung der Ableitertechnologien und der sich daraus ergebenden Veränderungen im Anwendungsumfeld wieder. Im nachfolgenden Beitrag soll anhand der in der VDN Richtlinie beschriebenen Anforderungen die Eigenschaften moderner Ableiter erläutert werden. Ein Kommentar zur der VDN-Richtlinie Man kann es fast schon mit dem Wort Tradition begründen, wenn die Frage zu beantworten ist, warum lange Zeit in Hauptstrom-Versorgungssystemen außer den bekannten Hausanschlusskasten mit dem sich darin befindenden Hausanschlusssicherungen keine Betriebsmittel installiert werden durften. Wie bekannt, ist es manchmal schwer, mit Traditionen zu brechen. Um so bemerkenswerter war es, als 1998 erstmals die Richtlinie für den Einsatz von Ableitern in Hauptstrom- Versorgungssystemen veröffentlicht wurde. Besonders der in den letzten beiden Jahrzehnten vor sich gegangene breite Einzug der Homeelektronik und Gebäudeautomatisierung sowie die noch bevorstehenden Veränderungen zum Aufbau eines intelligenten Netzes, dem sogenannten Smart Grid, hat Experten verschiedener Fachkreise zusammengeführt, um die Umsetzung wirkungsvoller Blitz- und Überspannungs- Schutzmaßnahmen in einer Niederspannungsverbraucheranlage zu definieren. Das in DIN EN [3] beschriebene Blitz-Schutzzonen-Konzept bildet dabei die Planungsgrundlage der einzelnen Schutzmaßnahmen. Als 1998 die VDEW-Richtlinie [1] veröffentlicht wurde, hat sicher keiner der an ihrer Erstellung beteiligten Experten daran gedacht, dass es einmal ein quasi Qualitätsparameter der Ableiter sein wird, ob sie, die in der Richtlinie beschriebenen Anforderungen erfüllen oder nicht. Wenn, wie im vorliegenden Fall, eine Richtlinie oder eine Spezifikation so große Bedeutung im Markt erlangt, wird es unbedingt notwendig, dass ein ständiger Abgleich mit dem Markt und dem sich weiterentwickelnden Technologien erfolgt. Ist dies nicht der Fall, verliert entweder die Richtlinie an Bedeutung oder sie hemmt die breite Einführung von Innovationen. Bild 1: Titelseite der VDN Richtlinie: Überspannungs- Schutzeinrichtungen Typ 1Einsatz von Überspannungs-Schutzeinrichtungen (ÜSE) Typ 1 (bisher Anforderungsklasse B) in Hauptstromversorgungssystemen Viele Elektromeister und Planer haben in den letzten Jahren beim Einsatz von Kombi-Ableitern leidvoll ihre Erfahrung mit den Netzbetreibern gemacht. So musste erst einige Zeit vergehen, bis bei den Verantwortlichen der verschiedenen Netzbetreiber die Erkenntnis gereift ist, dass die 2001 auf den Markt gekommene gekapselte RADAX-Flow-Funkenstreckentechnologie neue Maßstäbe setzt, deren Beschreibung natürlich nicht in der alten Richtlinie zu finden sind. Insofern sollte die 2. Auflage der Richtlinie die verloren gegangene Balance zwischen Anforderungen der Richtlinie und dem Markt wieder herstellen. Welche Voraussetzungen muss ein Ableiter erfüllen, damit er in Hauptstrom-Versorgungssystemen installiert werden darf? Es sind nur Ableiter des Typs 1 nach europäischer Produktnorm DIN EN [4] zulässig, die mit einem Blitz-Prüfimpuls der Wellenform 10/350 µs geprüft sind.

2 Seite 2 von 7 Die Auswahl der Ableiters erfolgt dabei nach der Netznennspannung, der notwendigen Blitzstromtragfähigkeit sowie dem sich aus dem Anlagen-Kurzschlussstrom ergebenden Folgestrom-Löschvermögens des Ableiters. Für Hausanschlüsse mit einer Hausanschlusssicherung von max. 315 A gl/gg ist als zu berücksichtigender Kurzschlussstrom ein Wert von 25 ka entsprechend TAB 2007 [5] anzusetzen. Neben einer geforderten Kurzschlussfestigkeit von 25 ka sollte der Ableiter in der Lage sein, einen auftretenden Netzfolgestrom selbstständig zu löschen und signifikant zu begrenzen, um Kurzschlussselektivität zum Hausanschluss oder zum Hauptverteiler zu gewährleisten. Wie wichtig diese Selektivität für die Verfügbarkeit einer elektrischen Anlage ist, wurde seit der Umsetzung der TAB 2007 anhand der Einführung des selektiven Hauptleitungs-Schutzschalters immer wieder unterstrichen. Eine bewährte Technik zur Begrenzung netzfrequenter Folgeströme ist die bereits erwähnte RADAX-Flow-Technologie [6]. Da Varistoren durch die im Alterungsprozess mögliche Veränderung der Kennlinie einen Anstieg des Ableitstroms aufweisen können, sind Ableiter auf Basis von Varistoren für den Einsatz in Hauptstrom-Versorgungssystemen nicht zugelassen. Die ausführlichen Erläuterungen innerhalb der VDN-Richtlinie unterstreichen dabei die ausschließliche Forderung nach Überspannungs-Schutzeinrichtung Typ 1 auf Funkenstreckenbasis. Das betrifft natürlich auch Ableiterkombinationen, die als Typ 1 und Typ 2-Ableitern aufgebaut sind. Unabhängig davon, dass derartige Typ 2-Ableiter meistens reine Varistor-Ableiter sind, verbietet sich deren Einsatz bereits schon per Definition. Besteht die Forderung, dass Blitzschutz-Potentialausgleich und der Überspannungsschutz für Endgeräte im Hauptverteiler realisiert werden soll, bieten sich hierfür Ableiter Typ 1 mit tiefen Schutzpegel und energetischer Koordination zu Endgeräten, sogenannte Kombi-Ableiter, an [7]. Bild 2 zeigt einen Kombi-Ableiter, Typ 1, auf Basis einer energieflussgesteuerten RADAX-Flow-Funkenstrecke zur Anwendung in TN-C-Systemen. In welcher Art und Weise die Überspannungs-Schutzgeräte in Hauptstrom-Versorgungssystemen anzuschalten sind, gibt ebenfalls die VDN-Richtlinie in netzform-spezifischen Prinzipschaltbildern wieder. Diese Ausführungsform gewährleistet das sichere Ableiten von Stoßströmen ohne Gefährdung des Schutzpotentialausgleichsleiters und die Einhaltung eines möglichst geringen Anlagenschutzpegels. Bild 2: Kombi-Ableiter Typ 1 auf Funkenstreckenbasis: DEHNventil ZP- Blitzschutzpotentialausgleich und Endgeräteschutz in einem Schutzgerät Produkttechnisch sind moderne Ableiter nicht nur mit Leiteranschlussklemmen ausgerüstet, die eine Durchgangsverdrahtung der Außenleiter ermöglichen, sondern ebenso mit einer doppelten Anschlussmöglichkeit für den Erdungs- und den Funktions-Potentialausgleichsleiter versehen. Zum Einsatz in Sammelschienensystemen, die immer häufiger in Zählerplätzen Anwendung finden, haben sich Kombi-Ableiter mit Steckkontakten zum Aufrasten bestens bewährt (Bild 7).

3 Seite 3 von 7 Bild 3: Prinzipschaltbild für den Ableitereinsatz im TN-C-System

4 Seite 4 von 7 Bild 4: Prinzipschaltbild für den Ableitereinsatz im TN-C-S-System mit 4+0 Schaltung

5 Seite 5 von 7 Bild 5: Prinzipschaltbild für den Ableitereinsatz im TN-C-S-System mit 3+1 Schaltung

6 Seite 6 von 7 Bild 6: Prinzipschaltbild für den Ableitereinsatz im TT-System

7 Seite 7 von 7 Literatur Bild 7: Details des Ableiters DEHNventil ZP TT: Funkenstrecken, Steckkontakte, Kunststoffraster, Monitoringeinrichtung, Taster für Funktionskontrolle Die Blitzstrom-Beanspruchung für die die Überspannungs-Schutzeinrichtungen in Hauptstrom-Versorgungssystemen auszulegen sind, werden ebenfalls in der VDN-Richtlinie festgelegt. Sofern keine detaillierte Abschätzung der Blitz-Stoßstromtragfähigkeit am Einbauort der Ableiter vorliegt, ist die Blitz-Stoßstromtragfähigkeit entsprechend der Blitzschutzklasse I zu bemessen. D. h., dass die gesamte Ableiterschaltung einen Summenstrom von 100 ka der Stossstromwellenform 10/350µs zerstörungsfrei ableiten muss. Sofern ausblasende Funkenstrecken-Ableiter eingesetzt werden sollen, sind für diese Ableiter schutzisolierte Gehäuse gefordert, die sowohl der Druckerhöhung beim Ausblasen Stand halten müssen, als auch zusätzlich plombierbar sind. Um den erhöhten Sicherheitsanforderungen gerecht zu werden, die Überspannungs-Schutzeinrichtungen in Hauptstrom-Versorgungssystemen erfüllen müssen, verweist die neue VDN-Richtlinie ausdrücklich darauf, dass die Anforderungen der Produktnorm nach DIN EN durch ein europäisch anerkanntes Prüfzeichen, z. B. VDE nachzuweisen ist. Zu groß ist das Risiko, dass im Falle fehlerhaft dimensionierter Ableiter eine Störung im Hauptstrom-Versorgungssystem einer Anlage erfolgt. [1] Vereinigung Deutscher Elektrizitätswerke VDEW e.v.: Überspannungs-Schutzeinrichtungen der Anforderungsklasse B. Richtlinie für den Einsatz von Überspannungs-Schutzeinrichtungen der Anforderungsklasse B in Hauptstromversorgungssystemen. Frankfurt am Main, VWEW-Verlag, 1. Auflage [2] Technische Richtlinie Überspannungs-Schutzeinrichtungen Typ 1 Einsatz von Überspannungs-Schutzeinrichtungen (ÜSE) Typ 1 (bisher Anforderungsklasse B) in Hauptstromversorgungssystemen VDN, Verband der Netzbetreiber VDN e. V. beim VDEW, Berlin 2. Auflage 2004 [3] DIN EN (VDE : Blitzschutz. Teil 4: Elektrische und elektronische Systeme in baulichen Anlagen. Berlin, VDE Verlag GmbH. [4] DIN EN (VDE 0675 Teil 6-11): : Überspannungsschutzgeräte für Niederspannung, - Teil 11: Überspannungsschutzgeräte für den Einsatz in Niederspannungsanlagen Anforderungen und Prüfungen Berlin, VDE VERLAG GMBH. [5] Technische Anschlussbedingungen TAB 2007 für den Anschluss an das Niederspannungsnetz. Berlin, BDEW, Ausgabe Juli [6] DEHN + SÖHNE, Neumarkt: Blitzplaner. Blitzschutz Überspannungsschutz - Arbeitsschutz. Druckschrift DS 702/2007, 2. aktualisierte Auflage, ISBN [7] DEHN + SÖHNE, Neumarkt: Sonderdruck 72 aus etz 8/2010: Wirksamkeit von Ableitern für den Blitzund Überspannungsschutz. [8] DIN VDE (VDE ): Errichten von Niederspannungsanlagen Teil 5-53 Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel Trennen, Schalten und Steuern Abschnitt 534: Überspannung-Schutzeinrichtungen (ÜSE). Berlin/ Offenbach, VDE VERLAG GMBH. Für die Zukunft bleibt zu hoffen, dass auch weiterhin die VDN-Richtlinie den technischen Fortschritt des Marktes begleitet, um die Vorzüge moderner Ableitertechnologien rasch in der Praxis nutzbar zu machen.