Wie entstehen Überspannungen?

Überspannungen können mehrere Ursachen haben, meistens tritt eine Überspannung im Versorgungsnetz bei großen Schaltvorgängen (im Mittelspannungsnetz), oder bei indirekten Blitzschlägen auf.

Welche Funktion haben Überspannungsableiter?

Grundsätzlich steckt die Funktion bereits im Namen, nämlich das Ableiten zu hoher Spannung.
Dies geschieht einerseits über Funkenstrecken, aber auch durch Varistoren, Zenerdioden und Supressordioden.
Ein Varistor (VDR = Voltage Dependent Resistor) ist ein spannungsabhängiger Widerstand, der bei erhöhter Spannung leitend wird.
Funkenstrecken kann man oft an Hochspannungsmasten erkennen. Dort schützen sie in erster Linie die Isolatoren vor Zerstörung.

Warum verbaut man Überspannungsableiter?

Überspannungen können für div. el. Geräte gefährlich werden und diese zerstören.
Meist treten solche Überspannungen nur sehr kurz auf. (sog. Transienten)
So kann ein Gerät in weniger als einer Sekunde zerstört werden.

Überspannungskategorie

Die Überspannungskategorie gibt den zulässigen Stoßspannungsbereich an, der am Gerät ankommen darf und ist in röm. I bis IV angegeben.
Dabei gilt:

I              1,5kV                   elektronische Geräte, z.B. Notebook

II            2,5kV                   Küchengeräte, oft auch Smart-Home Geräte

III           4kV                       Verteiler-Einbaugeräte, fix angeschlossenen Geräte

IV           6kV                       Energiezähler, Vorsicherungen

Dabei ist zu beachten, dass die obige Tabelle nicht immer gilt und immer das Datenblatt (Betriebsanleitung) herangezogen werden muss.

Überspannungskategorie IV:

Am Einspeisepunkt (Hauptverteiler) sollte bereits ein Überspannungsableiter verbaut sein, der Geräte schützt, die in diesem Verbaut sind. In der Regel gilt am Einspeisepunkt die Überspannungskategorie IV, also muss mit bis zu 6kV hohen Spannungsspitzen gerechnet werden.
Die EVU-Zähler müssen dafür auch geeignet sein.

Überspannungskategorie III:

Nach einem Überspannungsableiter Typ 2 (Typ 1 & Typ 2 Kombiableiter bei Blitzschutzanlagen) kann von Überspannungskategorie III ausgegangen werden.
Sicherungsautomaten, RCD-Schalter etc. sind meistens auch für Kategorie III ausgelegt. Es kann aber bei Steuerrelais, Schaltuhren etc. Ausnahmen geben, daher müssen hier immer die Datenblätter beachtet werden.

Überspannungskategorie II & I:

Die Kategorie II kann einerseits durch die Leitungsimpedanz automatisch erreicht, da sich die Überspannung auch hier wieder abbauen kann.
Besondere Vorsicht ist bei Smart-Home Geräten geboten, da diese oft nur für Kategorie II ausgelegt sind. Hierzu zählt z.B. Evon-Home, Loxone bzw. KNX-Aktoren
Hierbei müsste ein Typ 3 Ableiter in den Verteiler eingebaut werden, um diese Geräte ausreichend zu schützen.
Die Kategorie I kann oft nur direkt vor dem entsprechenden Gerät durch Steckdosen mit verbautem Feinschutz sichergestellt werden. Die meisten Geräte sind hier aber bereits intern abgesichert.

KNX & Smart-Home:

Hier wird immer empfohlen, einen Feinschutz vorzuschalten.
Dabei dürfen auch die Bus-Leitungen nicht außer Acht gelassen werden, da in diese eine Überspannung induziert werden kann. Für diesen Fall gibt es eigene Bus-Überspannungsableiter, die direkt in die Busklemme gesteckt werden können.

Was muss vorhanden sein?

In Österreich wird mindestens ein Überspannungsableiter gefordert, der die gesamte Anlage schützt. (oft auch versicherungstechnisch gefordert)
Wird eine Blitzschutzanlage installiert, muss ein Typ 1 Ableiter verbaut werden, mit einem Mindestquerschnitt von 16mm²! Meistens werden hier bereits Kombiableiter eingesetzt, die Typ 1 und Typ 2 abdecken.
Werden Leitungen vom Außenbereich eingeführt, sollten auch diese mit einem eigenen Schutz versehen sein, um Überspannungen nicht ins Gebäude zu leiten.

Warum nicht nur ein Typ 3 Ableiter?

Die Überspannungsableiter müssen richtig angeordnet werden, um schützen zu können. Das liegt daran, dass der Typ 3 Ableiter nur kleine Überspannungen ableiten kann. Der Typ 1 Ableiter kann im Gegensatz dazu auch tw. Blitzströme ableiten.

Was ist sonst noch interessant zu wissen?

Es gibt verschiedene Überspannungsableiter für die jeweiligen Netzformen.
Hier gibt die Firma Dehn eine gute Übersicht: https://www.dehn.at/sites/default/files/media/files/auswahlmatrix-ds250-at.pdf

Wo soll der Überspannungsableiter angeordnet werden?

Im Verteiler sollte der Überspannungsableiter möglichst nahe an der Einspeisung situiert werden. Dabei sollen die Leitungen zum Überspannungsableiter >= 0,5m sein. Schleifen sollten dabei vermieden werden, was aber nicht immer möglich ist.
Kann der Überspannungsableiter nicht ohne Öffnen von Abdeckungen abgelesen werden, muss eine Fernsignalisierung über einen Hilfskontakt erfolgen.

Wichtige Daten:

• Nennspannung (Un) typ. 230V
  Typische Nennspannung, für die der Ableiter ausgelegt ist
• Höchste Dauerspannung (Uc) typ. 255V
  Höchstzulässige Dauerspannung, die am Ableiter anliegen darf
• Nennableitstoßstrom (In) typ. 5kA, 10kA, 20kA
  Stoßstrom, der für den Ableiter zulässig ist. (Scheitelwert)
• Schutzpegel (Up) (Leiter-Erde Spannung) typ. <=1,5kV
  Die Spannung, die beim Ableiten entsteht, wenn der Nennableitstrom abgeleitet wird
• Vorsicherung typ. 63A gG, 100A gG, 250A gG
  Maximale Stromstärke der Vorsicherung des Ableiters
• Ansprechzeit typ. <25ns oder <150ns
  Angabe von zwei Zeiten, die erste gilt für das Ansprechen des Ableiters ohne Funkenstrecke, der zweite Zeitwert mit Funkenstrecke

Kontrollfenster rot/grün

Typischerweise ist das Kontrollfenster der Ableiters mit einem grünen Blättchen gekennzeichnet. Löst der interne thermische Kontakt aus, so wird der Überspannungsableiter dauerhaft vom Netz getrennt. Dabei ändert das grüne Blättchen die Farbe auf rot. Dies geschieht, wenn die Ableitenergie zu groß wird und der Ableiter dadurch zerstört wird (thermische Überlastung).
Weiters wird auch der Meldekontakt angesteuert, um eine Fernmeldung auszulösen.