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Was zählt: Schadensminimierung bei Überspannungen

LeitfadenSurge Protection DeviceÜberspannungsschutz

Inhaltsverzeichnis

Errichtungsbestimmungen für elektrische Anlagen – Schutzmaßnahmen sowie Schutz bei Störspannungen und elektromagnetischen Störgrößen

3

SPDs zum Schutz vorÜberspannung durch Blitzschlag 4SPDs zum Schutz gegen Spannungsspitzen aufgrund von Schalthandlungen 6SPDs zum Schutz von PV-Anlagen 7Arten des Überspannungsschutzes 8Ursachen von Überspannungen 9Blitzstromverteilung und Blitzschutzklassen 13Risikobewertung gemäßIEC 62305-2 15Potenzialausgleich in Gebäudeinstallationen 16Mindest- oder Trennungsabstände 17Überspannungskategorien und Stoßspannungsfestigkeit 18

Tests von Überspannungsschutzgeräten 19Wichtige Kenngrößen von SPDs 20Back-up-Schutz für SPDs 21Wie Überspannungen abgeleitet werden 21Nach Klasse I geprüfte SPDs (früher Klasse B oder Typ 1) 22Nach Klasse II geprüfte SPDs(früher Klasse C oder Typ 2) 25Nach Klasse I/II geprüfte SPDs(früher Klasse B+C oder Typ 1/2) 29Nach Klasse III geprüfte SPDs(früher Klasse D oder Typ 3) 33Überspannungsschutz für Photovoltaikanwendungen (PV) Nach Klasse II oder Klasse I/II geprüfte Geräte

35

Häufig gestellte Fragen (FAQ) 36Weitere Überspannungsschutzlösungen von Eaton 39

Anforderungen für die Planung und Installation von elektrischen Anlagen und Überspannungsschutzmaßnahmen IEC 60364-4-44 und IEC 60364-5-53

Um sicherzustellen, dass Gebäude - sowie die zum bestimmungsgemäßen Gebrauch desselben installiertenNiederspannungsschaltanlagen - vor gefährlicher Funkenbildung und daraus resultierenden Bränden geschützt sind,sollte entsprechend der Isolationskoordination ein Überspannungsschutz installiert werden, um die Spannung zubegrenzen.

Ein Überspannungsschutz schützt Personen, Sachwerte wie Gebäude und deren Ausstattung vor Überspannungdurch atmosphärische Störungen und vor Überspannungen infolge von Schaltvorgängen. Konstruktion und Verwendung von Überspannungsschutzgeräten (SPDs) unterliegen den Normen IEC 60364-4-44 und IEC 60364-5-53.

IEC 60364-4-44, Abschnitt 443 beschreibt, wann Überspannungsschutzmaßnahmen in elektrischen Anlagen und Gebäuden angewandt werden sollten.

IEC 60364-5-53, Abschnitt 534 beschreibt, wie SPDs ausgewählt und in einer elektrischen Anlage installiert werden.

60364-4-44

60364-5-53

Die Norm deckt Folgendes ab:Niederspannungsanlagen - Teil 4-44: Schutzmaßnahmen - Schutz bei Störspannungen und elektromagnetischen Störgrößen, Abschnitt 443: Schutz bei Überspannungen infolge atmosphärischer Einflüsse oder von Schaltvorgängen.

Die Norm deckt Folgendes ab:Niederspannungsanlagen - Teil 5-53: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel – Schutzgeräte, Trennen, Schalten, Steuern und Überwachung.

Elektroplaner und Elektrotechniker sind verpflichtet, Gebäudeeigentümer bzw. Anlagenbetreiber entsprechend zu informieren.

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S1

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SPD

SPD

SPD

SPD

SPD

S2S4

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LPZ 0B

dS

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LPZ 0A

LPZ 1

LPZ 2

5

LPZ 0B LPZ 0B

SPDs zum Schutz vor Überspannung durch Blitzschlag Das Konzept der Blitzschutzzone

Blitzschutzzone 0 (LPZ 0A und LPZ 0B):Äußere Zonen, die durch das volle elektromagnetische Feld des Blitzes vollständig oder teilweise gefährdet sind.

Blitzschutzzone 1 (LPZ 1)Innere Zone, in der Stoßströme durch Stromaufteilung und durch isolierende Schnittstellen und/oder durch Überspannungsableiter an den Zonengrenzen begrenzt werden. Das elektromagnetische Feld des Blitzes kann durch räumliche Schirmung gedämpft sein.

Blitzschutzzone 2 und höher (LPZ 2, LPZ 3...) Innere Zonen, in denen Stoßströme durch Stromaufteilung und durch isolierende Schnittstellen und/oder durch zusätzliche Überspannungsableiter an den Zonengrenzen weiter begrenzt werden können. Diese Schutzzonen sind mit zusätzlichen magnetischen Schirmungen und/oder Überspannungsschutzgeräten ausgestattet.

Blitzschutzzonen sind in IEC 62305-1 nach drei Hauptkategorien definiert

Gebäude

© Grafiken basierend auf der Norm IEC 62305-1

Fangeinrichtung

S1 Blitzeinschlag in die bauliche Anlage

ds: Sicherheitsabstand bei zu hohem Magnetfeld

r: Blitzkugelradius

S2 Blitzeinschlag neben die bauliche Anlage

S3 Blitzeinschlag in eine Versorgungsleitung, die in die bauliche Anlage eingeführt istS4 Blitzeinschlag neben einer Versorgungsleitung, die in die bauliche Anlage eingeführt ist

Ableitungseinrichtung eines BlitzschutzsystemsErdungsanlage

Raum (Schirmung LPZ 2)

Eingeführte Versorgungsleitung

4 EATON Leitfaden SPD

Interner Schutz gegen Überspannung durch Blitzschlag

Auswahl und Installation von Überspannungsschutzgerätenentsprechend IEC 60364-5-53

SPDs müssen so nahe wie möglich beim Einspeisepunkt der elektrischen Anlage installiert werden. Nach Klasse II geprüfte SPDs müssen zum Schutz gegen Überspannungen durch Blitzschlag und Schaltvorgänge installiert werden.

Nach Klasse I geprüfte SPDs müssen installiert werden, wenn die bauliche Anlage mit einem externen Blitzschutzsystem ausgestattet ist oder wenn andere Vorkehrungen zum Schutz gegen direkten Blitzschlag getroffen wurden.

Bauliche Anlagen, die nicht durch ein externes Blitzschutzsystem geschützt sind und bei denen direkte Blitzeinschläge in die Freileitungen zwischen dem letzten Mast und dem Eintrittspunkt der Anlage auftreten können, können ferner mit SPDs nach Klasse I am oder dicht beim Einspeisepunkt der elektrischen Anlage geschützt werden.

Dies muss von einem Experten auf dem Gebiet des

Schutzstufe 1: BlitzstromschutzgerätÜblicher Installationsort: HauptverteilerSPD-Klasse: (EN-Typ 1) (geprüft nach IEC-Klasse I) (VDE-Klasse T1) Spannungsschutzstufe:


Umfang des Schutzes gegen Spannungsspitzen beim SchaltenDas SPD sollte so nah wie möglich an der Haupteinspeisung der elektrischen Anlage installiert werden, um den Schutz der nachgeschalteten Installation sicherzustellen.

Um einen ausreichenden Schutz für das Niederspannungssystem zu gewährleisten, sind zusätzliche nach Klasse II und/oder Klasse III geprüfte SPDs erforderlich.

Diese müssen hinter dem Einspeisepunkt (normalerweise ist dies der Hausanschlusskasten oder ein Vorzählerbereich) in Richtung des Energieflusses installiert werden.

Beispiele für Installationspunkte sind Verbraucher (Unterverteiler) oder Steckdosen. Geprüfte SPDs der Klasse II und Klasse III dürfen nicht ohne vorgeschaltete SPDs am Einspeisepunkt verwendet werden. Alle SPDs sowohl am Verbraucher (Unterverteilter), als auch am Einspeisepunkt müssen miteinander koordiniert werden.

1 4 5 3 7 9

L1L1

NN

L2L2

PEPE

L3L3

F2F1F2F1F2F1

Hauptverteilung

Stro

mle

itung

Stro

mle

itung

Unterverteilung Geräteschutz

mehr als 10 m mehr als 5 m

Umfang des Schutzes für PV-Anlagen

7EATON Leitfaden SPD

Für PV-Anwendungen müssen spezielle Überspannungsschutzgeräte verwendet werden.

ACDCPhotovaltaik-Anwendung / Gleichstromseite (DC)

Generatoran-schlusskasten

+

–

PE

N

L1

L2L3

PE

PV Inverter DC-Anschluss

PV InverterAC - Anschluss

Haupt- verteiler

Verteilung / Wechselstromseite (AC)

8 EATON Leitfaden SPD8

SPD nach Klasse I geprüft (Typ 1) – AC/DC

Entwickelt zum Schutz vor direkten Blitzeinschlägen bei Gebäuden mit einer externen Blitzschutzanlage. Nach Klasse I geprüfte Geräte sind obligatorisch für Gebäude mit Einspeisung aus Freileitungen. Dies gilt auch, wenn die Einspeisung zwischen dem letzten Mast der Freileitung und dem Gebäude über ein unterirdisches Kabel erfolgt.

SPD nach Klasse II geprüft (Typ 2) – AC/DC

Das Gerät wurde entwickelt, um Verbraucheranlagen vor transienten Überspannungen zu schützen, die durch Schaltvorgänge oder indirekte Blitzeinschläge verursacht werden. Es werden mindestens nach Klasse II geprüfte Geräte empfohlen, die in einigen europäischen Ländern bereits verbindlich vorgeschrieben sind.

SPD nach Klasse III geprüft (Typ 3) – AC

Entwickelt für zusätzlichen Schutz für besonders empfindliche und teure elektronische Ausrüstungen und Geräte.

SPD nach Klasse I/II geprüft (Typ 1/2) – AC/DC

Verbindet ein hohes Ableitvermögen eines geprüften Geräts der Klasse I mit dem niedrigeren Schutzpegel eines SPD der Klasse II in einem einzigen Gerät.

Arten des ÜberspannungsschutzesUm Verbraucher vollständig vor Überspannungen zu schützen, müssen verschiedene Arten von Überspannungsschutzgeräten in Betracht gezogen werden.


1. Direkte Entladung in eine Niederspannungsfreileitung (Abb. 1a)

2. Direkte Entladung in eine Blitzschutzanlage (Abb. 1b)

3. Direkte Entladung in elektrisch leitfähige Anlagen im Freien wie Sicherheits-, Beleuchtungs- und Klimaanlagen (Abb. 2)

In Bezug auf Überspannung stellt ein teilweiser Blitzstrom, der durch eine elektrische Anlage fließt, das größte Risiko dar. Ein Blitz wird durch atmosphärische Entladung erzeugt und kann in die elektrische Anlage eintreten durch:

Abb. 1 Beispiele für Blitzstrom, der in die elektrischen Anlagen eines Gebäudes eintritt – durch direkte Entladung in eine Freileitung (Abb. a) oder in eine Blitzschutzanlage (Abb. b).

Abb. 2 Direkte Entladung in ein Tor, das an die Gegensprechanlage angeschlossen ist, als Beispiel für Blitzstrom, der in die elektrischen Anlagen eines Gebäudes eintritt.

Was verursacht eine Überspannung?Direkte Gefährdung durch Blitzstrom

Wussten Sie, dass bei einer Stoßspannungsprüfung die direkte Wirkung des Blitzstroms auf ein nach Klasse I geprüftes Überspannungsschutzgerät mit einem (10/350) μs Stoßspannungsimpuls simuliert wird?

Abb. 1a Abb. 1b


Beispiele für Lösungen, die in der Praxis für den Überspannungsschutz von Antennensystemen eingesetzt werden:

TV- und andere Antennen werden normalerweise am höchsten Punkt eines Gebäudes angebracht, um uneingeschränkten Empfang sicherzustellen.

Dies führt zu einem erhöhten Blitzschlagrisiko. Wenn das Gebäude mit einem externen Blitzschutz ausgestattet ist, sollte sich die TV-Antenne innerhalb der Schutzzone befinden. Auch die Abstände sollten eingehalten werden. Wenn das Gebäude nicht mit einem externen Blitzschutz ausgestattet ist, sollte die TV-Antenne geerdet und ein Potenzialausgleich verwendet werden, um die Sicherheit zu gewährleisten.

TV-Antenne/Antenne in der Schutzzone einer Blitzschutzanlage

Gebäude ohne Blitzschutzanlage, der Schutz wird durch direkte Erdung der Antenne erreicht

Schutz von TV-Antennen

A

B


Abb. 3 Beispiel für die indirekte Wirkung eines Blitzes. Überspannungen in elektrischen Anlagen können durch Induktion, kapazitive Kopplung oder durch einen lokalen Spannungsanstieg als Folge des Blitzstroms verursacht werden.

Abb. 4 Beispiel für einen Ferneinschlag in eine Freileitung und die Auswirkungen im Gebäude.

Eine Überspannung in einer elektrischen Anlage kann auch durch atmosphärische elektrische Entladung in der Nähe eines Gebäudes verursacht werden (Abb. 3) und durch Entladung in Niederspannungsleitungen in einer größeren Entfernung (Abb. 4).

Ein Blitz erzeugt ein elektromagnetisches Feld, das Überspannungen in elektrisch leitfähigen Anlagenteilen und anderen elektrischen Geräten induziert. Darüber hinaus kann eine Überspannung durch eine Entladung verursacht werden, die bis zu 2 km vom Gebäude entfernt auftritt.

Ursachen für ÜberspannungIndirekte Gefährdung durch Blitzstrom

Wussten Sie, dass bei einer Stoßspannungsprüfung die Wirkung der durch Blitz induzierten Überspannung auf ein nach Klasse II geprüftes Überspannungsschutzgerätmit einem(8/20) µs Stoßspannungsimpulssimuliert wird?


Ursachen für ÜberspannungStoßspannungen aufgrund von Schalthandlungen im Niederspannungsnetz

Die folgenden Arten von Lasten können zu Überspannungen führen und dadurch das Stromversorgungssystem negativ beeinflussen: Schweißmaschinen, Schweißgeräte, Induktionsöfen, elektrische Antriebe im Bremsbetrieb, Induktionsmotoren, Kransysteme, Aufzüge, Pumpen usw.

Darüber hinaus werden auch in Privathaushalten immer mehr elektronische Geräte und Leistungselektronik verwendet. Hier können Überspannungen durch Schaltvorgänge in einer Anlage verursacht werden, wie z. B. das Ein- und Ausschalten bestimmter Geräte, Systeme und Werkzeuge wie Elektrowerkzeuge oder Geräte mit Motoren, wie Staubsauger oder Pumpen. Überspannungen können jedoch auch durch Schalttransformatoren, Leistungsschalter und induktive Lasten im Allgemeinen verursacht werden.

Der Trend hin zu immer kleineren und effizienteren Geräten erfordert den Einsatz elektronischer Schaltkreise, die besonders empfindlich gegenüber Auswirkungen von Überspannungen sind.

Überspannungen können beispielsweise zu Schäden an elektrischen Geräten, Störungen in Steuer- und Signalkreisen, Speicherrücksetzungen, Computerausfällen und Fehlern in Signalübertragungssystemen führen.

Überspannungen können auch durch Schaltvorgänge innerhalb bestimmter Arten von Maschinen, Industrieanlagen oder in empfindlichen elektronischen Bauteilen, wie sie in vielen Haushaltsgeräten und Werkzeugen zu finden sind, verursacht werden.

Abb. 5 Typische Ursachen für Überspannung in elektrischen Anlagen – Betrieb bestimmter Industrieanlagen, Einschalten von Schutzschaltern und Schalten von Motoren.


Blitzstromverteilung und Blitzschutzklassen

Die Risikobeurteilung für Überspannungen, die durch atmosphärische Entladung verursacht werden, basiert auf der Norm IEC 62305-2.

Es wird dort davon ausgegangen, dass der Blitzstrom eine Leistung bis 200 kA erreichen kann (siehe Tabelle 1). Es kann auch davon ausgegangen werden, dass während der direkten atmosphärischen Entladung in ein Gebäude 50 % des Blitzstroms direkt in das Erdungssystem gelangen, während die restlichen 50 % durch die elektrisch leitfähigen Anlagen eines Gebäudes (Gas, Wasser, Elektrik und IT-Systeme) fließen. Der Stoßstrom würde wahrscheinlich gleichmäßig durch die Anlagen eines Gebäudes fließen. Die elektrischen Anlagen werden daher erheblichen Blitzströmen im Bereich von 20 kA bis 30 kA ausgesetzt. Es sollte auch beachtet werden, dass in Gebäuden vorhandene elektronische Geräte, wie z. B. Bildschirme, zunehmend auf Kunststoffkomponenten basieren, was das Risiko großer Stoßströme weiter erhöht.

Mehr als 90 % des durch einen Blitzschlag erzeugten Stroms, der durch eine Blitz- schutzanlage fließt, liegen unter 100 kA. Bei ordnungsgemäßer Installation ist das Überspannungsschutzgerät SPBT-12/280, das Ströme von Iimp = 12,5 kA je Pol ableiten kann, das Gerät der Wahl. Dadurch wird das Risiko, dass Blitzstoßströme in einem Gebäude installierte elektrische Anlagen gefährden, erheblich verringert.

1) Wahrscheinlichkeit, dass der Blitzstrom unter den angegebenen Maximalwerten liegt2) Wahrscheinlichkeit, dass der Blitzstrom die angegebenen Mindestwerte überschreitet

Blitzschutzklasse (LPL) LPS-Klasse Max. Blitzschutz Min. Blitzschutz

kA-Spitzenwert µs/ µsWahrschein-lichkeit 1) %

kA-SpitzenwertWahrschein-lichkeit 2) %

I I 200 10/350 99 3 99

II II 150 10/350 98 5 97

III III 100 10/350 95 10 91

IV IV 100 10/350 95 16 84

Tabelle 1: Gefahrenparameter der Blitzschutzklassen nach IEC 62305-1

Abb. 6

Hauptpotentialausgleichsschiene

230

V ~

25 kA 25 kA

50 kA

50 kA

Wasserleitung

Potentialausgleichsschiene

Blitzschutzanlage, Außenbereich

ElektroinstallationZ


Blitzschutzklasse LPL Stoßstrom (10/350) µs [kA]

I 100/k

II 75/k

III, IV 50/k

Blitzstromverteilung und BlitzschutzklassenBlitzschutzklassen

Die relevanten Normen definieren vier Blitzschutzklassen, die als Blitzschutzstufen (LPLs I - IV) bezeichnet werden. Jede Stufe legt die maximalen und minimalen Parameter für den Blitzstrom fest. Bei der Planung von Blitzschutzanlagen sollten die Blitzstromparameter berücksichtigt werden; dazu gehören auch Kabelquerschnitte, Blechdicke, Stoßstrom-Entladekapazität (zur Begrenzung von Überspannung) und geeignete Abstände (zur Verhinderung gefährlicher Funkenbildung).

Die vier Klassen von Blitzschutzanlagen (LPS) vereinen verschiedene Konstruktionsmerkmale, die an die entsprechenden LPLs angepasst sind.

Der Buchstabe k steht für die Anzahl der Leiter, durch die der Stoßstrom fließen kann, z. B. k=4 bei einem TN-C Netzwerk (L1, L2, L3, PEN). Die Funkenstrecken in 3+1-Schaltungen müssen einen höheren Stoßstrom haben, der mit dem von der elektrischen Anlage entladenen Gesamtblitzstrom übereinstimmt.

Tab. 2: Blitzstromverteilung und Blitzschutzklassen


Ort

Blitzintensität

Kompletter Schutz

Nationale Vorschriften

Vor der Erstellung des Überspannungsschutzkonzepts sollte eine Risikoanalyse zur Gesamtbewertung durchgeführt werden.

Dabei sollten die folgenden Punkte berücksichtigt werden:

Verwenden Sie die Eaton Auswahlhilfe für SPD, um den richtigen Schutz für Ihr nächstes Projekt zu finden.

Wo befindet sich das Wohngebäude?

Wie viele Blitze (Gewitter) sind zu erwarten?

Es wird immer empfohlen, externe Blitzschutzmaßnahmen und interne Überspannungsschutz-maßnahmen vorzusehen.

Bei der Planung sind die nationalen Errichtungvorschriften für elektrische Anlagen und die entsprechenden Überspannungsschutzmaßnahmen zu berücksichtigen.

Risikobewertung nach IEC 62305-2


Potenzialausgleich in GebäudeinstallationenBlitzstrom, der durch die Bauteile der Blitzschutzanlage oder durch die Metallteile eines geschützten Gebäudes fließt, hat im Vergleich zu anderen elektrisch leitenden Anlagen einen hohen Potenzialunterschied. Dies kann zu gefährlicher Funkenbildung führen und erhöht die Gefahr eines elektrischen Schlags, da das Berührungspotenzial zwischen einzelnen elektrisch leitfähigen Teilen ansteigt.

Die Anschlussleitungen für den Potenzialausgleich schützen die Installation vor diesen Gefahren. Sie gleichen das Potenzial zwischen der externen Blitzschutzanlage und den Metallteilen sowie den Bauteilen des Gebäudes aus.

Die Anschlussleitungen verbinden die Potenzialausgleichsschiene mit den elektrisch leitfähigen Bauteilen des Gebäudes. Die Potenzialausgleichsschiene sollte nahe am Boden installiert und an den Fundamenterder angeschlossen werden. Bei größeren baulichen Anlagen ist es möglich, mehr als eine Potenzialausgleichsschiene zu montieren, diese Schienen müssen jedoch miteinander verbunden werden.

Potenzialausgleichsschienen sind in vielen Ländern für die folgenden elektrisch leitfähigen Komponenten und Systeme obligatorisch:

1) Wasserrohre aus Metall

2) Abwasserleitungen aus Metall

3) Mit Wasser gefüllte Metallheizanlagen

4) Metallteile von Gasanlagen

5) Metallteile von Kanälen und Motorräumen in Kransystemen

6) Metallteile von Schornsteinschächten und -einsätzen

7) Metallteile von Lüftungskanälen und Klimaanlagen

8) Metallteile von Telekommunikationssystemgehäusen

Material Querschnitt in mm2

Kupfer 6

Aluminium 10

Stahl 16

Abb. 7 Beispiel für den Potenzialausgleich in einem Wohngebäude.

Externe Teile von Anlagen, die in das Gebäude eingeführt werden, z. B. Metallrohre, sollten über Leiter angeschlossen werden, die dem Blitzstrom standhalten. Bei nach Klasse I geprüften Überspannungsschutzgeräten müssen die Anschlussleitungen zu den aktiven Leitern einen Querschnitt von min. 6 mm2 haben.


TrennungsabständeDie Einhaltung der vorgeschriebenen Mindestabstände (Abb. 8 und Abb. 9) zwischen der externen Blitzschutzanlage und allen elektrisch leitfähigen Teilen oder Komponenten in einem Gebäude ist von entscheidender Bedeutung. Die Abstände hängen von Faktoren wie der Klasse der Blitzschutzanlage und der Größe des Blitzstroms ab, der durch die SPDs fließen könnte. Die Abstände werden nach IEC 62305-3 bestimmt. In den meisten Fällen reicht ein Abstand von s = 0,5 m bis 1 m aus. Dieser Abstand gilt gleichermaßen für alle Anlagen, die an der Gebäudefassade montiert sind (Klimaanlagen, Beleuchtung, Werbe- oder Überwachungssystembauteile usw.) als auch für die Installationen im Gebäude selbst (Metallrohre von Gas- und Heizungsanlagen usw.).

Um einen effektiven Potenzialausgleich zu gewährleisten, müssen die angeschlossenen leitfähigen Bauteile und elektrischen Geräte im Gebäude ein gemeinsames Bezugspotenzial haben. In der Praxis bedeutet dies, dass ein Schutzsystem für hochempfindliche Geräte zwischengeschaltet werden muss, dessen Anschlusspunkt möglichst dicht bei den Geräten liegt (Abb. 10).

Abb. 8 Beispiel für angemessene Abstände zwischen elektrisch leitfähigen Bauteilen und der Blitzschutzanlage.

Abb. 10 Um einen effektiven Potenzialausgleich zu gewährleisten, müssen die Schutzleiter jedes einzelnen Geräts angeschlossen werden. Der Anschlusspunkt kann in der Haupt- oder Unterverteilung bzw. eine gemeinsame Stromversorgungsleiste sein. Potenzialunterschiede zwischen den einzelnen Erdungsleitern sind zu vermeiden.

Abb. 9 Beispiel für eine Überwachungskamera, die ohne angemessenen Abstand und somit nicht korrekt neben der Blitzschutzanlage installiert wurde.


Überspannungskategorien und StoßspannungsfestigkeitDie Installation innerhalb eines Gebäudes ist in vier Überspannungskategorien nach IEC 60664-1 und IEC60364-4-44 unterteilt. Jeder Kategorie (siehe nebenstehende Abbildung) ist eine entsprechende Stoßspannungsfestigkeit der Isolierung (ausgedrückt als Bemessungsstoßspannung) der installierten Anlagen und Geräte zugewiesen. Aufgabe der SPDs ist es, die resultierenden Stoßspannungen auf Werte zu reduzieren, die die erforderliche Stoßspannungsfestigkeit der Geräte in der entsprechenden Überspannungskategorie nicht überschreiten. Ein angemessener Schutz von Geräten und Personen minimiert das Risiko von Schäden oder Verletzungen; Voraussetzung dafür ist eine normkonforme Risikobewertung.

Je nach ihrer Lage innerhalb einer elektrischen Anlage muss die Bemessungsstoßspannung der einzelnen Geräte der entsprechenden Überspannungskategorie angepasst werden. Gemäß den Normen IEC 60664-1 und IEC 60364-4-44 werden die Geräte in Niederspannungsanlagen in vier Überspannungskategorien eingeteilt:

Nach obiger Tabelle sollten Haushaltsgeräte und mobile Elektrowerkzeuge eine Stoßspannungsfestigkeit haben, die der Kategorie II entspricht, also 2,5 kV.

6kV4kV

IV III II I

Erforderliche Stoßspannungs- festigkeit der Geräte (Versorgungs- spannung 230/400 V)

Überspannungskategorie

Überspannungskategorie

Überspannungen, denen das Gerät standhält

IV III II I

Bemessungsstoßspannung [kV] 6 4 2,5 1,5

GerätetypBetriebsmittel für den

Einsatz am Einspeisepunkt der Elektroinstallation.

Betriebsmittel in festen Installationen und für solche Fälle, in denen

besondere Anforderungen an die Zuverlässigkeit

und die Verfügbarkeit der Betriebsmittel gestellt

werden.

Geräte für den Anschluss an eine fest installierte

elektrische Anlage.

Empfindliche elektronische Geräte mit einer geringen

Blitzimpulsspannungs-belastbarkeit.

Beispiele für Geräte

Stromzähler, Messgeräte, primäre Überstrom-

schutzgeräte

Schalter in festen Installationen, Geräte für den industriellen Einsatz

mit dauerhaftem Anschluss an die feste Installation

z. B. Öfen, Motoren

Mobile Werkzeuge, Haushaltsgeräte

Computer, HiFi-Geräte usw.

Abb. 11

2,5kV1,5kV


I (kA)

I imp

I max

50 % I imp

50 % I max

0 10 20 100 200 300 350 t (μs)

Tests von ÜberspannungsschutzgerätenDie folgende Abbildung zeigt das Zeitdiagramm des bei den Tests verwendeten Stoßstroms.

Die Form der Stoßstromwelle (10/350) μs simuliert den Strom und die Energie, mit denen der Blitz einschlägt (direkter Blitzeinschlag) und die durch den Strom Iimp und die Ladung Q bestimmt werden.

Die Impulsform (8/20) μs entspricht einem indirekten Blitzeinschlag und der Schaltüberspannung.

t1 [µs] t2 [µs]

Stoßstrom 10 350

Entladeimpulsstrom 8 20

Stoßspannung 1,2 50

Abb. 12 Form von Stoßströmen für Überspannungsschutzgeräte.

Die Stoßstromwelle (8/20) µs simuliert einen indirekten Blitzeinschlag

Die Stoßstromwelle (10/350) µs simuliert einen direkten Blitzeinschlag


Kennwerte von SPDs• Iimp – Blitzstoßstrom (Pulsstrom) mit einer Stoßstromform 10/350 μs, definiert durch den Stromscheitelwert, die Ladung Q und

die spezifische Energie kJ/Ohm, der für Tests nach Klasse I geprüfter SPDs verwendet wird und der Auswirkung des Blitzstroms entspricht.

• In – Der Nennableitstrom ist der Stoßstrom mit der Form (8/20) μs; er entspricht einem indirekten Blitzeinschlag und Schaltüberspannungen und wird für Tests nach Klasse I und Klasse II geprüfter SPDs verwendet.

• Imax – Der höchste Ableitstrom; maximaler Spitzenwert des Stoßstroms mit der Form (8/20) μs, bei dem nach Klasse I und Klasse II geprüfte SPDs sicher ableiten können.

• UC – Die höchste Dauerspannung als höchster Effektivwert der Wechselspannung, die ständig an den Klemmen eines SPD anliegen kann.

• UP – Schutzpegel als Parameter für die Funktion eines SPD; dies ist der maximale Spannungswert, auf den das SPD die Überspannung begrenzen kann.

• UT – Temporäre (intermittierende) Überspannung (TOV-Spannung); dies ist der maximale Wert der Überspannung, deren Wirkung das SPD während einer vorgegebenen Zeit nicht zerstört.

• – Die maximale Vorsicherung ist der maximale Wert der Vorsicherung, der dem SPD vorgeschaltet werden kann, um es gegen längere Einwirkung von Kurzschlussströmen zu schützen.

T2 = Prüfklasse I, II, I/II, III des SPD

Maximale Vorsicherung

UC = Max. Dauer-Betriebsspannung

UP = Schutzpegel

In = Nennableitstrom

Imax = Max. Ableitstrom

Wichtige Parameter, die auf der Vorderseite des SPD angegeben sind.


Back-up-Schutz für SPDs

So vermeiden Sie ÜberspannungSPD-Technologie

• SPDs sind nicht dafür ausgelegt, eine Anlage gegen Überströme und Kurzschlüsse zu schützen.

• Der Zweck des Backup-Schutzes besteht darin, die Sicherheit der elektrischen Anlage im Fall eines Fehlers der SPDs zu gewährleisten. Für alle SPDs im Produktprogramm von Eaton finden Sie die entsprechenden Maximal Werte.

• Wir empfehlen die Verwendung des höchstmöglichen Nennwerts der Überstrom-Schutzeinrichtung, ohne jedoch den angegebenen Grenzwert zu überschreiten. Die maximale Sicherung basiert auf dem Jouleschen Integral und ermöglicht den Energiefluss durch die Sicherung im Falle eines Kurzschlusses.

• Der Wert ist für jede Serie und jedes Produkt verschieden. Wenn die Anlagen-Vorsicherung einen höheren Nennstrom als die maximal zulässige Vorsicherung des SPD hat, muss ein zusätzliches Gerät für den Schutz des SPD verwendet werden.

Fmax: Maximale Vorsicherung des SPD laut Herstellerangabe

F1: Vorsicherung (z. B. am Anschlusspunkt des Gebäudes, Hauptverteilung)

F2: Vorsicherung des SPD

• Galvanische Trennung → Kein Leckstrom im Normalbetrieb oder am Ende der Lebensdauer

• Hohe Lebensdauer

• Hohe Leitfähigkeit

• Sehr schnell

• Kostengünstig

• Erfordert keine Energie zum Auslösen

Überspannungsschutzgeräte nutzen im Wesentlichen zwei Technologien zur Ableitung von Überspannung: Funkenstrecken und Varistoren.

Trigger Spannungsschaltung

Ri steht für den internen Widerstand des Geräts.

Ri ∞ bei 230 V AC

Ri > bei 230 VAC

Ri F1 F1 > F2Fmax > F2

F1

Fmax < F1

Abb. 13


Nach Klasse I geprüfte SPDs (früher Klasse B oder Typ 1)

Anwendungsbereich nach Klasse I geprüfter SPDs

Nach Klasse I geprüfte SPDs werden überall dort eingesetzt, wo Blitzstrom in eine elektrische Anlage eintritt. Sie dienen dazu, die Spannung zwischen allen aktiven Leitern und PE/Erde auf zulässige Spannungspegel zu reduzieren.

Beispiel:

• Gebäude mit Blitzschutzanlagen

• An eine Freileitung angeschlossene Gebäude

• Gebäude, in denen die Stromversorgung über ein kurzes Kabel von einem Versorgungsmast aus erfolgt

• Gebäude ohne Blitzschutzanlagen in der Nähe großer Bauten, wenn ihre Erdungssysteme verbunden sind

Betriebsmodus nach Klasse I geprüfter SPDs

Wenn ein direkter Blitzeinschlag durch eine Blitzschutzanlage läuft, entsteht ein hohes Potenzial in den Bauteilen der elektrischen Anlage und allen leitfähigen Komponenten, Teilen oder Elementen im Gebäude. Das SPD ist Teil des Potenzialausgleichssystems des Gebäudes. Nach der Auslösung gleicht sich die Potenzialdifferenz zwischen den Leitern aus und der Stoßstrom wird abgeleitet. Dadurch wird sichergestellt, dass die Spannung zwischen den einzelnen Leitern die Durchschlagsfestigkeit der Installation und der elektrischen Ausrüstung nicht überschreitet.

Stromentladung

Spannung

Zeit

Zeit

Spannung

Stromentladung

Fundamenterdung

Fundamenterdung

Teilblitzstrom

Teilblitzstrom

Gerät

SPD Typ 1

Potenzialaus-gleichsschiene

Potenzialaus-gleichsschiene

L1

L1

L2

L2

L3

L3

PEN

PEN

Abb. 14


Installation und Montage nach Klasse I geprüfter SPDsAuswahl des richtigen Montageorts für ein nach Klasse I geprüftes SPD

Ein nach Klasse I geprüftes SPD muss möglichst nahe an dem Punkt installiert werden, an dem die Installationskabel in das Gebäude eingeführt sind, und unmittelbar nach der Überstromschutz-Schutzeinrichtung. Typischerweise wird ein nach Klasse I geprüftes SPD am Anschlusspunkt des Zählers installiert (wofür eine Genehmigung des Versorgungsunternehmens erforderlich ist) oder im Hauptverteiler.

Die idealen Einbauorte für nach Klasse I geprüfte SPDs sind nachfolgend unter Berücksichtigung der Art der Stromversorgung und je nachdem ob eine Blitzschutzanlage installiert ist oder nicht, angegeben:

a) Gebäude mit Blitzschutzanlage (Abb. 15a)

• Entweder im Hausanschlusskasten oder im Verteiler neben dem HAK – wenn sich diese an einer der Gebäudewände befinden.

• In der Hauptverteilung – wenn sich der Anschlusspunkt außerhalb des Gebäudes befindet.

b) Gebäude ohne Blitzschutzanlage (Abb. 15b)

• Im Hausanschlusskasten, im Verteiler neben dem HAK oder in der Hauptverteilung – nach Klasse I geprüfte SPDs sind für Gebäude mit einem Anschluss an die Freileitung oder einem kurzen Verbindungskabel erforderlich.

Bedingungen für die korrekte Installation

Die korrekte Installation eines nach Klasse I geprüften SPD optimiert die Schutzeigenschaften des Geräts und koordiniert die verschiedenen anderen SPDs innerhalb des Überspannungsschutzes einer elektrischen Anlage.

Die Kabel für den Anschluss der Überspannungsschutzgeräte an die elektrische Anlage und die Potenzialausgleichsschiene müssen so kurz wie möglich sein. Kurze Verbindungskabel vermeiden zusätzliche Spannung, wenn der Stoßimpuls in die Erde eintritt, sodass die Schutzeigenschaften des SPD optimal genutzt werden können. Andernfalls erzeugen schnelle Änderungen der Stromstärke durch die Netzinduktivität einen gefährlichen Spannungspegel in den Anschlusskabeln (Abb. 16).

Abb. 15 a/b Beispiele für die richtigen Einbauorte für nach Klasse I geprüfte SPDs

nach Klasse I geprüftes SPD

nach Klasse I geprüftes SPD


Installation und Montage nach Klasse I geprüfter SPDs

Abb. 16 Bei der Entladung des Blitzstroms kommt es zu zusätzlichen Spannungsabfällen in den Anschlusskabeln des Überspannungsschutzgeräts

Uwy = U1 + U2 + Uogr, wobei Uogr – Spannung am Überspannungsschutzgerät

U1, U2 – Spannungsabfälle in Anschlusskabeln nach U = Ldi/dt

L – Induktivität der Anschlusskabel

di/dt – Geschwindigkeit des Stromanstiegs

Alle Verbindungsleitungen, von der Anschlussstelle bis zu einer Vorsicherung über das SPD zur nächstgelegenen PE-Schiene, sollten ≤ 0,5 m betragen. Wenn dies nicht möglich ist, kann auch ein V-förmiger Anschluss verwendet werden (Abb. 17b).

a) b)

Abb. 17 Verschiedene Anschlussarten eines SPD: a) Standard, b) V-förmig

Es ist wichtig, dass die Kabel ordnungsgemäß an den Klemmen der nach Klasse I geprüften SPDs befestigt werden, da während der Entladung erhebliche dynamische Kräfte erzeugt werden. Das nach Klasse I geprüfte SPD muss über Kabel mit einem Mindestquerschnitt von 16 mm² an die Anlage angeschlossen werden. (Zwischen spannungführenden Leitern und SPD müssen Kabel mit einem Mindestquerschnitt von 6 mm² bzw. 16 mm² zwischen SPD und PE verwendet werden.) Entsprechend ausgewählte Überspannungsschutzgeräte der Klasse I können einen Blitzstrom mehrmals zerstörungsfrei entladen.

Stoßspannung

Die Gesamtlänge (a+b zusammen) darf 0,5 m nicht über-schreiten!

≤ 0,5 mPotenzialausgleichsschiene

Potenzialausgleichsschiene

PE-Schutzleiter

U1

UogrLdi/dt Uwy

U2

a

b

Nach Klasse II geprüfte SPDs (früher Klasse C oder Typ 2)


Anwendungsspektrum

Nach Klasse II geprüfte SPDs schützen die elektrische Anlage gegen Überspannunngen als Folge von indirektem Blitzschlag, Schaltüberspannungen, z. B. wenn Motoren, Schweißmaschinen sowie Transformatoren eingeschaltet werden oder Überstrom-Schutzeinrichtungen der Anlage auslösen.

Ein Beispiel für eine Überspannungskurve ist in der Abbildung rechts dargestellt (Abb. 18). Nach Klasse II geprüfte SPDs, wie z. B. das varistor-basierte SPCT2, können solche Überspannungen effektiv reduzieren.

Einsatz nach Klasse II geprüfter SPDs für den Überspannungsschutz auf der zweiten Ebene (Mittelschutz)

SPDs dieser Art, die hinter SPDs der Klasse I (Grobschutz) eingebaut werden (Abb. 19), begrenzen sowohl Schaltüberspannungen als auch Überspannungen, die bereits durch die vorgelagerte und nach Klasse I geprüfte Schutzstufe verringert wurden. SPDs der Prüfklasse II sollen Überspannung in der elektrischen Anlage auf ein Niveau reduzieren, das der Überspannungskategorie II entspricht, die für weniger empfindliche Geräte wie z. B. Haushaltsgeräte gilt.

Einsatz nach Klasse II geprüfter SPDs als Hauptüberspannungsschutz in einer Elektroinstallation

Nach Klasse II geprüfte Geräte können als Hauptüberspannungsschutz eines Gebäudes verwendet werden, z. B. in Gebäuden ohne Schutzstufe der Klasse I, wenn alle folgenden Bedingungen erfüllt sind (Abb. 20):

• Wenn die Stromversorgung über ein unterirdisches Kabel mit einer größeren Länge erfolgt (z. B. 300 m)

• Wenn keine Blitzschutzanlage vorhanden ist

• Wenn sich keine hohen Gebäude mit Blitzschutzanlagen in der Nähe befinden und keine Erdungselektrodensysteme angeschlossen sind

In diesen Fällen ist das Risiko eines direkten Blitzstroms, der in das Gebäude eindringt, geringer. Somit werden keine SPDs der Klasse I benötigt. Jedoch kann jedes Risiko von Schaltüberspannungen und durch Blitzschlag erzeugte Überspannungen mit SPDs der Klasse II verringert werden.

U

t

350

Abb. 18

Abb. 19

Abb. 20

300mnach Klasse II geprüftes SPD

Stockwerksverteilungnach Klasse II geprüftes SPD



GeschützteVerbraucher-anlagennach Klasse IIgeprüftes SPD

Hauptzuleitung


Nach Klasse II geprüfte SPDs(früher Klasse C oder Typ 2) SPCT2

Abb. 22: SPCT2-280/3, nach Klasse II geprüft

Überspannungsschutz Prüfklasse

Technische Daten

Fehleranzeige

Fernsignalisierung optionalüber Hilfsschalter.

Aufbau und Eigenschaften eines nach Klasse II geprüften SPD

Die Überspannungsschutzgeräte SPCT2 sind mit Varistoren ausgestattet. Wenn die Spannung steigt, sinkt der Widerstandswert dieser nichtlinearen Halbleiterwiderstände (siehe Abb. 21).

Ein großer Vorteil von Varistoren ist die schnelle Reaktion, die einen Übergang von hoher zu niedriger Impedanz in weniger als 25 ns ermöglicht (Funkenstrecken sind durch eine Reaktionszeit von 100 ns charakterisiert). Trotz ihrer geringen Abmessungen können Varistoren relativ hohe Energiemengen absorbieren. Die Entladung von Stoßströmen führt zu einer Erwärmung des Varistors. Das wiederholte Entladen von Leckströmen sowie sehr hohe Stoßspannungswerte, die aus dem Ableiter entladen werden, können zu Schäden am Varistor im SPD führen. Nach Klasse II geprüfte SPDs sind mit temperaturabhängigen Trennvorrichtungen ausgestattet, die den Varistor im Schadensfall von der Spannung trennen.

Anwendungsspektrum:

Zum Schutz elektrischer Anlagen gegen transiente Überspannungen durch indirekte Blitzeinschläge oder Schaltvorgänge.

I;RI

R

U

Abb. 21

In: 15 kA, 20 kA, 30 kAImax: 30 kA - 60 kAUc: 75 V AC - 580 V ACUp:


Nach Klasse II geprüfte SPDs(früher Klasse C oder Typ 2) SPCT2

Fernsignalisierung

Für Geräte mit Steckmodulen (Abb. 23) muss nur ein Hilfskontakt (Hilfsschalter) am Gerät (an der Basis) installiert werden, um die Fernsignalisierung bei Fehlern zu implementieren. Ein Fehler in einem der Steckmodule des SPD löst dann den Hilfsschalter aus, der für eine optische oder akustische Signalisierung verwendet werden kann.

Auswahl eines geeigneten Montageorts

Um einen Überspannungsschutz der Stufe 2 zu erreichen, müssen nach Klasse II geprüfte SPDs in den Wohnungsverteilern installiert werden.

Aufgrund der Leitungsimpedanz der installierten Kabel kann ein SPD der Klasse II innerhalb einer Leitungslänge von bis zu 10 m hinter dem SPD der Klasse I/II gegen Überspannungen geschützt werden. Eaton empfiehlt, die SPD in der Unterverteilung zu installieren, um eine entsprechend niedrige Stoßspannung zu gewährleisten. Ein nach Klasse II geprüftes SPD sollte nur 15 m hinter einem nach Klasse I/II geprüften SPD installiert werden. Grund dafür ist, dass eine Kabellänge von 15 m eine ausreichende Impedanz aufweist, um den hohen Energiepegel zu verringern, der bei einem nach Klasse I/II geprüften SPD auftritt; dadurch wird verhindert, dass dieser das nach Klasse II geprüfte SPD erreicht.

Diese Art der Installation gilt beispielsweise für Stockwerksverteilungen eines Wohngebäudes oder für Unterverteiler in Dienstleistungsbereichen und Produktionsanlagen. Bei Verwendung als Haupt-SPD müssen nach Klasse II geprüfte Geräte in der Hauptverteilung installiert werden.

Abb. 23 Fehlersignalisierung

Gerät ist in Ordnung

Tauschen Sie das Gerät aus

Abb. 24 Beispiel für die korrekte Installation nach Klasse II geprüfter SPDs – wichtig ist die Einhaltung des empfohlenen maximalen Abstands von 15 m zwischen den nach Klasse I/II und nach Klasse II geprüften SPDs



Stockwerksverteilungnach Klasse I/II geprüftes SPD

Geschützte Verbraucher-anlagennach Klasse II geprüfte SPD


Konfigurationen3+1-Schaltung

In 4-poligen Schaltkreisen bestehen nach Klasse II geprüfte SPD (Abb. 25a) aus vier Varistoren zwischen den L -, N- und PE-Leitern. In 3+1-Schaltungen (Abb. 25b) umfasst das SPD drei Varistoren zwischen den L- und N-Leitern und eine Funkenstrecke zwischen den N- und PE-Leitern.

In einem TN-S-System kann die elektrische Anlage mit Überspannungsschutzgeräten geschützt werden, entweder mit einer herkömmlichen 4-poligen oder einer 3+1-Schaltung. Da Entladungen in Versorgungsleitungen das Hauptrisiko im Fall einer Überspannung darstellen, hat die Verwendung der 3+1-Konfiguration bestimmte Vorteile in einem TN-S-System im Vergleich zu herkömmlichen Schaltkreisen.

In der 3+1-Schaltung sind die Überspannungsschutzgeräte mit dem Neutralleiter N verbunden. Der PE-Leiter ist über eine Funkenstrecke mit dem N-Leiter verbunden, um eine galvanische Trennung zu gewährleisten.

Diese Funkenstrecke zündet, sobald die Überspannung höher ist als ihre Ansprechspannung.

So wird die Betriebssicherheit des Systems erhöht:

Leckströme, die vom Varistor-Steckmodul in den Überspannungsschutzgeräten erzeugt werden, fließen nicht durch den Schutzerdungsleiter. Es ist jedoch zu beachten, dass sich der Leckstrom des Varistors im Laufe der Zeit, aufgrund von Verschleiß und Betrieb des Geräts, erhöhen kann.

In einer 3+1-Schaltung ist die reduzierte Spannung (siehe Spannung U1 in Abb. 26a) an der geschützten elektrischen Anlage gleich der Spannung an einem Pol des SPD.

Wenn vier Pole an den geschützten Erdungsleiter angeschlossen sind, ist die an der geschützten elektrischen Anlage anstehende Spannung das Ergebnis der Spannungspegel an den beiden Polen des SPD, die zu derselben Schleife wie das geschützte Gerät gehören (Abb. 26b).

Abb. 26 Überspannungsbegrenzung, wenn das SPD an einer 3+1-Schaltung angeschlossen ist (zwischen Neutralleiter und den Phasen; Abb. 26a): Spannung U1 der elektrischen Anlage entspricht der Spannung am Pol des SPD. Überspannungsbegrenzung bei einem 4-poligen SPD (Abb. 26b): Spannung der elektrischen Anlage U3 = U1+U2.

Abb. 25 Schaltpläne:

a) 4-polig

b) 3+1-polig

Überspannungsschutzgerät Prüfklasse II Funkenstrecke

gesamt

a)

a)

b)

b)

N L1 L2 L3

PE

PE

L1 L2 L3

N

N

L1

U1 U1

L2L3

PE N

L1

U1

U2

U3

L2L3

PEN

L1

U1 U1

L2L3

PE N

L1

U1

U2

U3

L2L3

PE

Nach Klasse I/II geprüfte SPDs (früher Klasse B/C oder Typ 1/2)


Eaton bietet derzeit drei verschiedene Überspannungsschutzgeräte mit kombinierten Schutzstufen nach Klasse I und Klasse II an. Dies sind die Modelle SPBT12, SPRT12 und SPST12.

Während der Planungsphase eines Überspannungsschutzsystems ist es wichtig, eine Risikobewertung durchzuführen, um das geeignete Überspannungsschutzgerät auszuwählen – siehe auch die Eaton Auswahlhilfe SPD um die geeigneten Überspannungsschutz-Schaltgeräte zu finden.

SPBT12-280

Das SPBT12-280 ist ein kombiniertes SPD, das speziell für die Installation in Verteilerkästen von Einfamilienhäusern entwickelt wurde.

Durch die Kombination des Überspannungsschutzes nach Prüfklasse I und Prüfklasse II enthält das SPBT12-280 auch parallele Varistoren in einem Modul.

An der Vorderseite des Geräts befindet sich eine Fehleranzeige. Die Fehleranzeige zeigt an, ob die Varistoren beschädigt sind. Der maximale Stoßstrom an jedem Pol beträgt 12,5 kA (10/350) μs, wodurch die Überspannung auf


Nach Klasse I/II geprüftes SPD(früher Klasse B/C oder Typ 1/2)

Was passiert beim Einschlagen eines Blitzes in ein Einfamilienhaus, welches mit einer Blitzschutzanlage sowie Wasser- und Abwasserrohren ausgestattet ist, die als elektrische Leiter wirken und in dem alle leitfähigen Medien an eine Potenzialausgleichsschiene angeschlossen sind?

Bei einem Blitzeinschlag mit einer Stärke von 100 kA (der maximale Blitzstrom, auf dem die Blitzschutzklassen III und IV basieren) wird angenommen, dass 50 % des Stoßstroms in das Erdungssystem entladen werden. Die restlichen 50 % werden gleichmäßig über die Potenzialausgleichsschiene des Gebäudes auf die verschiedenen leitfähigen Medien verteilt.

• 25 kA fließen durch die elektrische Anlagen, je nach Netzsystem, d. h. ob der PE berücksichtigt wird oder nicht.

• 25 kA fließen durch die anderen Installationssysteme des Gebäudes, die elektrisch leitende Elemente enthalten, z. B. die Wasser- und Abflussrohre.

Das nach Klasse I/II geprüfte SPD kann überall dort verwendet werden, wo die Möglichkeit besteht, dass der Blitzstrom in die bauliche Anlage und dann weiter in elektrisch leitfähige Installationen gekoppelt werden. Dies ist der Fall, wenn:

• Das Gebäude mit einer Blitzschutzanlage ausgestattet ist.

• Das Gebäude an eine externe Freileitung angeschlossen ist und eine Blitzschutzanlage besitzt.

• Das Gebäude an eine externe Freileitung angeschlossen ist, aber keine Blitzschutzanlage besitzt.

• Das Gebäude eine Stromversorgung über Kabel besitzt und der Abstand zwischen dem Gebäude und der Trafostation nur gering ist.

Eaton empfiehlt die Installation des kombinierten SPD im Hausanschlusskasten oder in der Hauptverteilung des Gebäudes. Die Verbindungskabel zur Potenzialausgleichssammelschiene müssen so kurz wie möglich sein. Dadurch wird verhindert, dass hohe Spannungen auftreten und die Funktionen des kombinierten SPD können optimal genutzt werden, sobald die Impulse in die Erde eintreten. Es ist auch möglich, mit einem einzigen Gerät die Schutzstufe am Eingangspunkt auf die eines Geräts der Prüfklasse II zu reduzieren.

Mehr als 90 % aller Blitzstoßströme, die durch Blitzschutzanlagen fließen, sind kleiner als 100 kA.

Bei ordnungsgemäßer Installation können Geräte des Typs SPBT-12/280, die Ströme von limp = 12,5 kA je Pol ableiten, also die Risiken durch Blitzstoßströme für die elektrischen Anlagen im Gebäude deutlich verringern.

Hauptpotenzialausgleichsschiene

230

V ~

25 kA 25 kA

50 kA

50 kA

Wasserleitung

Potenzialausgleichsschiene

Blitzschutzanlage, Außenbereich

ElektroinstallationZ

Abb. 28 Potenzialausgleichsschiene


Nach Klasse I/II geprüftes SPD(früher Klasse B/C oder Typ 1/2)

Eaton SPST12 SPD für die Sammelschienenmontage

• Kombiniertes SPD, geprüft nach Klasse I/II, mit Funkenstrecke, anschlussfertig

• Zur Montage auf 40-mm-Sammelschiene

• Anwendungsspektrum: Zum Schutz elektrischer Anlagen vor transienten Überspannungen durch direkten und indirekten Blitzeinschlag oder durch Schaltvorgänge

• Blitzschutzklassen III und IV nach IEC 62305

• Erfüllt alle Anforderungen zur Installation von Überspannungsschutz nach IEC 60364-5-53 (Abschnitt 534)

• Für TT- oder TN-C-Netze

Abb. 29: Eaton SPST12H-255/3+NPE SPD

SPD mit Funkenstrecke

Technische Daten


Iimp: 7,5 kA, 12,5 kAIn: 20 kA Uc: 255 V AC Up: ≤1,5 kV


Nach Klasse I/II geprüfte SPDs(früher Klasse B/C oder Typ 1/2)

Abb. 30: Eaton SPRT12-350/3+NPE-AX SPD

SPRT12 SPD

Das SPRT12 SPD wurde für Gebäude entwickelt, die aufgrund ihrer Risikobewertung höhere Anforderungen erfüllen müssen. Das heißt, wenn eine Blitzschutzklasse BSK I und/oder BSK II erforderlich ist.

• Kombiniertes SPD, nach Klasse I/II geprüft, anschlussfertig

• Besteht aus einem Grundmodul und steckbaren Schutzmodulen

• Überspannungsableiter mit Funkenstrecke

Funkenstrecke


Technische Daten

Fehleranzeige

Fernsignalisierung überintegrierten Hilfsschalter möglich.



Iimp: 25 kAIn: 25 kA/100 kA für NPEUn: 240/415 V ACUc: 350 VACUp:

Nach Klasse III geprüfte SPDs (früher Klasse D oder Typ 3)

Für Geräte, bei denen ein zuverlässiger Betrieb zu jeder Zeit entscheidend ist (bspw. empfindliche und teure medizinische Geräte oder IT- und industrielle Geräte), wird die zusätzliche Bereitstellung von geprüften SPDs der Klasse III dringend empfohlen. Diese Schutzstufe wird am häufigsten für Server, HiFi-Stereoanlagen und Unterhaltungselektronik verwendet. Nach Klasse III geprüfte SPDs schützen empfindliche Geräte vor Überspannungen, die bereits durch vorgeschaltete SPDs der Klasse II reduziert wurden.

SPDT3 SPD

Das SPDT3 wird für Räume empfohlen, in denen Steckdosen mit der gleichen Phase geschützt werden müssen. Das SPD sollte so nah wie möglich beim zu schützenden Gerät installiert werden, z. B. in der Unterverteilung des Raums oder des Verbrauchers. Geräte des Typs SPDT3 werden auf einer 35-mm-Standardschiene montiert.

Bei der Auswahl des Montageorts von SPDs der Prüfklasse III ist es am wichtigsten, dass die Abstände zwischen der Schutzeinrichtung und den geschützten Geräten so klein wie möglich sind.

Nach Klasse III geprüfte SPDs reduzieren Überspannungen auf Werte unter 1,5 kV, sodass die Stoßfestigkeit empfindlicher elektronischer Geräte nicht überschritten wird. Das SPDT3 kann zum Schutz elektrischer Geräte verwendet werden, die an Steckdosen angeschlossen werden. Das SPD ist für die Montage auf einer 35-mm-DIN-Schiene im Kleinverteiler ausgelegt und hat einen Schutzpegel von ≤ 1000 V zwischen L/N. Dieses Modell kann auch eingesetzt werden, um Netzteile direkt von der Unterverteilung aus zu schützen (Touchpanels, Alarmanlagen).

Der Abstand zwischen dem geschützten Betriebsmittel und der Überspannungsschutzeinrichtung sollte nicht größer als 5 m sein. Wenn diese Anforderung nicht erfüllt werden kann, sollte das zu schützende elektrische Betriebsmittel mit Hilfe von Steckdosenleisten mit Überspannungsschutz an die Steckdose angeschlossen werden (entsprechende Lösungen finden Sie auf Seite 39). Für die korrekte Koordinierung der einzelnen Schutzstufen muss ein geeigneter Abstand zum vorgeschalteten SPD der Prüfklasse II eingehalten werden. Diese Anforderung gilt jedoch nicht für das SPDT3.


Abb. 31 Beispiel für den Einsatz eines nach Klasse III geprüften SPD für den Schutz elektronischer Geräte in einem Einfamilienhaus. Das SPDT3 kann verwendet werden, wenn der Abstand zwischen den Geräten und der Verteilertafel nur gering ist. Geräte, die weiter von der vorherigen Überspannungsschutzstufe entfernt sind, können mit einem geerdeten Steckadapter geschützt werden.

5 m


Nach Klasse III geprüfte SPDs(früher Klasse D oder Typ 3)

Abb. 32: Eaton SPDT3-280/2 SPD

• Bestehend aus einem Grundmodul und steckbaren Schutzmodulen

• Zum Schutz von Geräten vor transienten Überspannungen (Schutz am Einsatzort)

• Für die Montage auf einer DIN-Schiene innerhalb der Verteilertafel

• Es ist keine Entkopplung von den vorgeschalteten Überspannungsschutzgeräten der elektrischen Anlage erforderlich

• Auf dem Überspannungsschutzgerät kann ein Hilfsschalter ASAUXSC-SPM für die Fernsignalisierung montiert werden

In: 2,5 kA, 5 kAImax: 10 kAUc: 260/280/335 V ACUp: ≤1 kV zw. L/N und L/PE


Technische Daten

Fehleranzeige




Überspannungsschutz für Photovoltaikanwendungen (PV)Prüfklasse II oder Prüfklasse I/IIDie Geräte SPPVT2/SPPVT12 wurden für Gebäude mit installierten PV-Anlagen entwickelt und schützen das DC-System vor transienten Überspannungen durch indirekte Blitzschläge.

Die Geräte sind auch vorverdrahtet in einem Gehäuse lieferbar, wodurch die Installation deutlich vereinfacht wird.

Beschreibung der steckbaren Geräte SPPVT2-...-2+PE(-AX) und SPPVT12-...-2+PE(-AX)

• Erhöhte Sicherheit durch Einhaltung der Norm EN 50539-11

• Integrierte Drehverriegelung für eine sichere Kontaktierung

• Steckbare Überspannungsschutzmodule für einfachen Austausch

• Optimierter Schutz durch einen niedrigen Schutzpegel zum Schutz des Wechselrichters

• Gezielter Austausch dank optischer Statusanzeige

• Optimierte Planung von Wartungseinsätzen durch Fernmeldung (Typ -AX)

• Schutz vor fehlerhaftem Stecken durch kodierte Stecker und Basiselemente


Abb. 33: Eaton SPPVT2-06-2+PE(-AX) für PV-Anwendungen

Varistor-basiertes SPD

Imax: 40 kAUcpv: 800 V DC oder 1170 V DCUc: 600 V DC oder 1000 V DCUp: ≤ 2,7 kV oder 3,7 kV

typabhängig


Technische Daten

Fehleranzeige

Verriegelungsmechanismus





Häufig gestellte Fragen (FAQs) Überspannungsschutz ist jetzt zwingend vorgeschrieben

Was umfasst diese neue Norm?

Die Bestimmungen der Norm ÖVE E 8101 dienen dem Schutz von Personen, Tieren und Material vor Gefahren durch elektrische Systeme und Schäden, die diese verursachen können, sowie zur Sicherstellung der ordnungsgemäßen Funktion dieser Systeme.

Welche neuen Anforderungen enthält ÖVE E 8101-443? Welche Einrichtungen müssen gegen die Wirkungen von Überspannungen geschützt werden?

Dieses Dokument bezieht sich hauptsächlich auf die internationale Norm IEC 60364-4-44:2007+A1: 2015 haben CENELEC (European Committee for Electrotechnical Standardization) und eine Reihe nationaler Normungsgremien wie der Deutsche VDE strengere Regeln mit einem anderen Geltungsbereich in Bezug auf die Arten von Einrichtungen eingeführt, die geschützt werden müssen. Wenn gefährliche Überspannungen auftreten können, muss ein Schutz gegen transiente Überspannungen sichergestellt werden.

Dies gilt auch für Orte, an denen Menschenleben durch die Auswirkungen von Überspannungen gefährdet sind, z. B.:

• Gebäude und Bereiche mit hohem Sicherheitsniveau z. B. Flughäfen, Krankenhäuser usw.

• Öffentliche Einrichtungen und Kulturerbestätten z. B. Telekommunikationszentren, Museen usw.

• Gewerbe- oder Industriegebäude, Hotels, Banken, Industrieunternehmen, kommerzielle Märkte, landwirtschaftliche Betriebe usw.

In allen anderen Fällen muss eine Risikoanalyse nach Abschnitt 443.5 durchgeführt werden, um festzustellen, ob ein Schutz gegen transiente Überspannungen erforderlich ist. Wenn keine solche Risikoanalyse durchgeführt wird, muss die elektrische Anlage Schutz vor transienten Überspannungen bieten.

Muss ein vorhandenes System nachgerüstet werden, wenn die Anlage erweitert/erneuert wird?

In den Bestimmungen von ÖVE E 8101-443:2019-01-01 und ÖVE E 8101-534:2019-01-01 sind keine Nachrüstungen erwähnt. Sie gelten nur für neu errichtete elektrische Systeme.

Im Allgemeinen gilt Folgendes: Wenn eine vorhandene elektrische Anlage ganz oder teilweise erneuert/erweitert wird, muss dieser Teil der elektrischen Anlage nach der zum Zeitpunkt der Aufrüstung geltenden Norm errichtet werden. Das bedeutet, dass Überspannungsschutzgeräte nach ÖVE E 8101-443 und ÖVE E 8101-534 installiert werden müssen. Es obliegt jedoch dem Elektrotechniker, den Kunden im Rahmen seiner Informationspflicht zu informieren, dass der Einbau von Überspannungsschutzgeräten auch in Systemen oder Systemteilen erforderlich sein kann, die nicht erneuert oder erweitert werden.


Die folgenden drei Fallbeispiele liefern nützliche Anhaltspunkte:

Szenario 1: Ein neuer Zählerpunkt muss installiert werden (Hauptverteilung), aber die vorhandene elektrische Anlage wird nicht erneuert oder erweitert.

Am Zählerpunkt/in der Hauptverteilung muss eine Überspannungsschutzeinrichtung installiert werden. Es gilt die oben erwähnte Informationspflicht.

Szenario 2: Der Zählerpunkt (Hauptverteiler) bleibt unverändert, aber die elektrische Anlage muss erneuert/erweitert werden.

In der Unterverteilung muss eine Überspannungsschutzeinrichtung installiert werden. Es gilt die oben erwähnte Informationspflicht.

Szenario 3: Es wird ein Endstromkreis hinzugefügt, aber die Stromversorgung der Anlage, z. B. der Zählerpunkt und die Unterverteilung, bleibt unverändert.

In diesem Fall ist ein Überspannungsschutz nicht obligatorisch. Es gilt die oben erwähnte Informationspflicht. Die Installation eines SPD für den zusätzlichen Teil der elektrischen Anlage wird empfohlen.

Wo sollten SPDs vom Typ 1 installiert werden, wenn die Stromversorgung über eine Freileitung (Dachständer) erfolgt?

Nach ÖVE E 8101-534:2019-01-01 müssen SPDs vom Typ 1 für Gebäude und Systeme verwendet werden, bei denen die Stromversorgung über eine Freileitung erfolgt. Bei einem Dachständeranschluss muss mindestens ein SPD am Zählerschrank installiert werden, um den Potenzialausgleich zur Erdungsanlage zu gewährleisten. Um sicherzustellen, dass der Blitzstrom über mehrere Leiter verteilt wird, empfiehlt es sich, ein zusätzliches SPD vom Typ 1 am Anschluss des Dachständers zu installieren (so nah wie möglich an der Einspeisung des Gebäudes oder Systems).

Gibt es nach der Norm eine Verpflichtung zur Installation von Überspannungsschutzgeräten des Typs 3?

Es besteht keine gesetzlich vorgeschriebene Verpflichtung, diese Art von Ableiter zu installieren. Ob die Installation zusätzlicher Überspannungsschutzgeräte Typ 2 oder Typ 3 erforderlich ist, muss von Fall zu Fall bewertet werden.

Hinweis: Die Bemessungsstoßspannungsfestigkeit von dauerhaft angeschlossenen Lasten muss der Überspannungskategorie II entsprechen, d. h. 2,5 kV oder höher. Die Anforderungen an die Isolationskoordination können durch die Installation von Überspannungsschutzgeräten (SPDs) an der Einspeisung der elektrischen Anlage erfüllt werden.

Ein älteres Einfamilienhaus ohne Erdungselektrode im Fundament, kein externer Blitzschutz, keine Erdungsstäbe und kein anderes Erdungssystem. Es wurde eine Haupterdungsschiene installiert und eine Potenzialausgleichsverbindung ist gewährleistet.

Wie können SPDs Typ 1 und Typ 2 in diesem Fall gemäß ÖVE E8101- 443 / 534 installiert werden?

Eine elektrische Anlage ohne Erdungselektrode in den Fundamenten (Systemerdung) ist nur in Gebäuden mit Niederspannungs-TN-C- oder TN-C-S-Systemen und in Gebäuden ohne externes Blitzschutzsystem zulässig.

Wenn Überspannungsschutzgeräte nach ÖVE E 8101-443 in einem Gebäude ohne Systemerdung installiert werden, schützen diese Geräte die elektrische Anlage nur vor Überspannungen, die über das Stromnetz übertragen werden.

Die Überspannungsschutzgeräte können ohne zusätzliche Systemerdung installiert werden. Überspannungsschutzgeräte gewährleisten die erforderliche Potenzialausgleichsverbindung, um die Isolationskoordination im System aufrechtzuerhalten.

Muss ich mein System nachrüsten?

Eine Nachrüstung ist gesetzlich vorgeschrieben, wenn die Installation technisch modifiziert werden soll, d. h. im Falle einer Erweiterung oder Nutzungsänderung der vorhandenen Installation oder von Teilen davon, die von der Änderung oder Erweiterung betroffen sind.

Allerdings sollte eine Nachrüstung grundsätzlich in Betracht gezogen werden, wenn ein Schadensrisiko besteht und ein wirksamerer Schutz technisch machbar ist. Grund dafür ist, dass Schäden und Ausfälle häufig in Systemen mit nur minimalem Blitzschutz auftreten.

Wenn erst später festgestellt wird, dass Überspannungsschutzgeräte erforderlich sind, kann die Nachrüstung der Geräte wesentlich teurer werden, als wenn von Anfang an ein umfassendes Überspannungsschutzkonzept implementiert worden wäre.

In den meisten Fällen ist es möglich, ein System mit Überspannungsschutzgeräten (SPDs) nach- oder aufzurüsten. Bei Bedarf können auch weitere innovative Komponenten installiert werden, wie z. B. eine Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtung (AFDD) von EATON, die eine hochmoderne Lichtbogenerkennung mit einem Fehlerstromschutzschalter und einem Leitungsschutzschalter in einem Gerät kombiniert. Ein solches Gerät bietet umfassenden Schutz und spart auch Platz im Haupt- oder Unterverteiler.

Welchen Mehrwert bieten Überspannungsschutzgeräte?

Sie bieten zusätzliche Sicherheit für die elektrische Anlage und für alle angeschlossenen Geräte durch umfassenden Überspannungsschutz. Der Einbau von Überspannungsschutzgeräten (SPD) trägt aktiv zur Vermeidung von Verletzungen und Sachschäden bei.


PCs, Heimkino, Multimedia und digitale Geräte ...Sind sie gegen Überspannungen geschützt?

Überspannungen in Häusern treten häufiger auf, als man denkt – und sie können Ihre elektronischen Geräte ernsthaft schädigen. Aber selbst wenn sie keine Schäden verursachen, können sie zum Verlust wertvoller Daten führen. Schützen Sie Ihre Heimcomputer und AV-Geräte mit dem umfangreichen Sortiment an USV-Geräten und Überspannungsableitern von Eaton.


Weitere Überspannungsschutzlösungen von Eaton

Das umfassende Sortiment an Überspannungsableitern von Eaton bietet 2 verschiedene Schutzstufen für Stromversorgung, Telefonverbindungen und Breitband-Internetzugang. Wählen Sie in der nachstehenden Tabelle das Modell, das für den Schutz Ihrer Haushaltsgeräte am besten geeignet ist.

Anwendung

Haushaltsgeräte,TV/Hi-Fi, Videogeräte,Videoprojektoren

Heimcomputer, PC/Mac, Standard- und Breitbandgeräte,Modems + Peripheriegeräte und Internet-Gateway

Modell

Eaton Protection Box 1 Eaton Protection Box 6 Eaton Protection Box 6 USB

Eaton Protection Box 1 Tel@ Eaton Protection Box 5 Tel@ + USB Eaton Protection Box 8 Tel@ + USB

Schutz

Überspannungsschutz

Dualer Schutz

Stromversorgung Telefon/Modem/Fax

Artikel- nummer

PB1PB6 PB6U

PB1T PB6TU PB8TU

Eaton Protection Box 6Eaton Protection Box 8

Eaton Protection Box 1

USB-Modelle

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Eaton Industries (Austria) GmbHScheydgasse 421210 WienÖsterreich

© 2020 EatonAlle Rechte vorbehaltenPublikationsnummer: BR010003DEAugust 2020

Eaton ist ein eingetragenes Warenzeichen.

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Eaton hat sich das Ziel gesetzt, durch den Einsatz seiner Energiemanagement-Technologien und -Dienstleistungen für mehr Lebensqualität zu sorgen und die Umwelt zu schützen. Die nachhaltigen Lösungen helfen den Kunden, elektrische, hydraulische und mechanische Energie sicherer, effizienter und zuverlässiger zu nutzen. Eaton erzielte im Jahr 2019 einen Umsatz von 21,4 Milliarden Dollar und verkauft Produkte in mehr als 175 Ländern. Weltweit arbeiten rund 97.000 Mitarbeiter bei Eaton. Weitere Informationen finden Sie unter www.eaton.com

Diese Übersicht zum Thema Überspannungsschutz wurde mit großer Sorgfalt zusammengestellt, um Ihnen bei der Suche nach den richtigen Überspannungsschutzgeräten für Ihre Anwendung zu helfen. Die Installation und endgültige Auswahl von SPDs sollte jedoch immer durch qualifizierte Elektroinstallateure nach den örtlich geltenden Vorschriften und Anforderungen erfolgen.

Sie können den Kontakt zu uns unter folgender Adresse aufnehmen: www.eaton.com/at/EatonCare Für technischen Support wenden Sie sich bitte an [email protected]

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