Was sind
Blitzschutzschalter und Überspannungsschütze?

Seit Oktober 2016 ist der Überspannungsschutz durch die Normen DIN VDE 0100-443 und -534 neu geregelt und verpflichtet Bauherren zum Einsatz von Überspannungs-Schutzeinrichtungen bei Neuinstallation oder Erweiterung elektrischer Anlagen.

Durch welche Ursachen Überspannungen hervorgerufen werden und welche Schutzeinrichtungen wann eingesetzt werden müssen, soll nun näher erklärt werden.

1              Ursachen und Folgen von Überspannungen

1.1       Ursachen

Zu hohe Spannungen in elektrischen Schaltkreisen können entweder durch Schaltvorgänge leistungsstarker Verbraucher im Haushalt oder Stromnetz (z. B. Ein- und Ausschalten von Säge- oder Fräsmaschinen bzw. Ortsnetztransformatoren) oder durch Blitzeinschläge in und um die elektrische Anlage hervorgerufen werden. Die eingeprägte Energie durch Blitzschlag übersteigt dabei um ein Vielfaches die Überspannung, die durch Schaltvorgänge hervorgerufen wird, weswegen der Überspannungsschutz bereits durch sämtliche Blitzschutznormen abgedeckt ist. Im Folgenden wird daher näher auf den Blitzschutz eingegangen.

1.2       Folgen und zu treffende Maßnahmen

Der Schaden einer elektrischen Anlage infolge von Überspannungen ist abhängig vom Ort des Blitzeinschlags. Daher werden normativ vier Schadensquellen definiert:

S2: Blitzeinschlag neben ein Gebäude und Einkopplung im Umkreis bis zu 2 km

Im Falle eines nahen Blitzeinschlags werden große magnetische Felder aufgebaut, die hohe Spannungsspitzen in die Elektroinstallation induktiv oder galvanisch einkoppeln können.

S3 bzw. S4: Direkter Blitzeinschlag in bzw. neben eine Versorgungsleitung

Auch bei Einschlag in eine benachbarte Versorgungs- oder Datenleitung können sich durch induzierte Überspannungen hohe Blitzteilströme ins Gebäude einkoppeln.

Um Beschädigungen der elektrischen Anlage vorzubeugen, werden Überspannungs-Schutzgeräte, engl. „Surge Protective Devices“ (abgekürzt: SPD), eingesetzt, um die energiereichen Blitzströme vollständig Richtung Erde abzuleiten oder gesteuert abzubauen.

2              Auswahl und Einsatz von Überspannungs-Schutzgeräten

2.1             SPD, Typ 1

Überspannungs-Schutzeinrichtungen vom Typ 1 sind erforderlich, um im Moment des Blitzeinschlags den Potentialausgleich zwischen Erdungssystem und den Außenleitern sowie dem Neutralleiter herzustellen. Diese sogenannten Blitzstromableiter sind für standardisierte Blitzstoßströme der Impulsform 10/ 350 µs ausgelegt und schützen die Elektroinstallation vor direktem und indirektem Blitzeinschlag, indem Teilblitzströme in die Netzzuleitung abgeführt und resultierende Netzfolgeströme durch Gasableiter, kombiniert mit Varistoren gelöscht werden, um anschließend spannungsführende Leiter wieder vollkommen vom Erdungssystem zu isolieren.

Überspannungs-Schutzgeräte vom Typ 1 lösen unterhalb der Bemessungs-Stoßspannung von 6 kV aus und begrenzen die Überspannung auf maximal 4 kV, um unkontrollierte Überschläge und Schädigungen der Geräte- und Leitungsisolationen zu verhindern. Sie sollten daher möglichst vor dem Hausanschlusszähler installiert werden und definieren die Blitzschutzzone (engl. „Lightening Protection Zone“) LPZ 1. Vorgeschrieben sind diese SPDs bei einer Freileitungseinspeisung oder einem externen Blitzschutzsystem.

Einteilung der Blitzschutzzonen (links) und Foto einer Hauptverteilung mit SPD, Typ 1+2 (rechts)
(Quelle: OEZ)

2.2      SPD, Typ 2

Überspannungs-Schutzeinrichtungen vom Typ 2 begrenzen Überspannungen, hervorgerufen durch Blitzferneinschläge oder Schaltvorgänge im Versorgungsnetz, auf maximal 2,5 kV. Diese Überspannungsableiter bestehen üblicherweise aus schnell ansprechenden Varistoren und sind für Stoßströme der Impulsform 8/ 20 µs (Anstieg zum Strommaximum innerhalb von 8 µs, Abklingen auf halben Maximalwert in 20 µs) ausgelegt. Der Großteil elektrischer Haushaltsgeräte ist für kurzzeitige Überspannungen dieser Größe dimensioniert, welche nur innerhalb der Blitzschutzzone LPZ 2, üblicherweise durch Unterverteilungen festgelegt, auftreten können. Bei Einfamilienhäusern können auch kombinierte SPDs Typ 1+ 2 installiert werden, die alle häuslichen elektrischen Betriebsmittel vor unzulässig hohen Überspannungen schützen. Mindestens vorgeschrieben sind Typ 2 SPDs am Einspeisepunkt der Erdversorgungsleitung.

Verlauf typischer Blitzstoßströme, angenähert durch überlagerte e-Funktionen (Quelle: OEZ)

2.3       SPD, Typ 3

3              Überspannungsschutz bei PV-Anlagen

Die bisher beschriebenen Überspannungs-Schutzgeräte dienen zum Personen-, Geräte- und Brandschutz der Hausinstallation, die als AC-Schaltkreis aufgebaut ist.

Wird parallel zur Netzeinspeisung eine Photovoltaikanlage betrieben, müssen auch die
PV-Module gegen Sperr- und Überströme durch SPDs vom Typ 2 geschützt werden, wodurch gleichzeitig der Überspannungsschutz gegeben ist. Im Falle von Leitungsstrecken zwischen
PV-Anlage und dem Wechselrichter von über 10 m, sollten DC-Überspannungsableiter sowohl an der PV-Anlage als auch unmittelbar am Umrichter installiert werden. Ebenso sollten der Zähler und die Leitungen hinter dem Wechselrichter durch AC-SPDs geschützt werden. Für die Informations- und Kommunikationsmodule im Schaltschrank werden SPDs vom Typ 3 empfohlen. Zur Wartung des Umrichters müssen zusätzlich Trennschalter auf der AC- und DC-Seite installiert werden, die sich ebenso in der OEZ-Produktpalette befinden.

Allgemeines Diagramm einer PV-Quelle, parallel zum Vertriebsnetz (Quelle: OEZ)

4         OEZ Produktübersicht

*) Die exakte Produktbezeichnung richtet sich nach der Netzform der Spannungsversorgung:

TT:                  Betriebserdung, elektrische Körper sind geerdet, Erdung erfolgt unabhängig von der Speisung

TN:                 Betriebserdung am Transformator, elektrische Körper sind über Schutzleiter mit diesem Punkt verbunden

(TN-C: kombinierter Neutral- und Schutzleiter, TN-S: getrennter N- und PE-Leiter, TN-C-S: am Hausanschluss wird der PEN-Leiter in PE und N geteilt)