Blitz- und Überspannungsschutz
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Elektrotechnik
Blitzschutz-Potentialausgleich, Trennfunkenstrecken und Blitzstromableiter
ep2/1999, 5 Seiten
1 Grundsätzliches zum Blitz-und Überspannungsschutz 1.1 Ziel des Überspannungsschutzes Aufgabe des Überspannungsschutzes ist es, Gefährdungen von Menschen und Nutztieren und Beschädigungen der Anlagen und Geräte sowie Brände zu vermeiden. Dazu gehört, daß starke Impulsströme von schwach bemessenen Anlageteilen und empfindlichen Geräten ferngehalten sowie die Überspannungen auf verträgliche Größen herabgesetzt werden. Außerdem sind empfindliche Geräte vor den elektromagnetischen Feldern und deren Auswirkungen (z. B. Induktion von Spannungen in Leiterschleifen) zu schützen. 1.2 Überspannugsschutz-„Kaskade“ Bei Drehstrom ist selbstverständlich für die drei Außenleiter je eine Überspannungs-Schutzeinrichtung erforderlich, sofern nicht ein dreipoliges Gerät verwendet wird. Abgesehen davon vermag eine einzige Überspannungs-Schutzeinrichtung die vorstehend beschriebene Aufgabe nicht zu erfüllen, u. a. deswegen, weil die Verhältnisse zwischen den ursprünglichen und den verträglichen Größen zu gewaltig sind. Vielmehr ist eine ganze Kette von Überspannungs-Schutzeinrichtungen und Impedanzen nach Bild erforderlich. Man nennt sie auch „Kaskade“, weil die Überspannung stufenweise abgebaut wird und weil die Darstellung der Schaltung an einen mehrstufigen Wasserfall erinnert. Das erste Glied mit dem höchsten Niveau der Überspannung ist der „Grobschutz“, der den weitaus größten Teil des Stoßstroms übernimmt. Dafür sind Überspannungs-Schutzeinrichtungen der Anforderungsklasse B nach E VDE 0675 Teil 6 [1] einzusetzen (Manuskr. Vornorm VDE V 0100 Teil 534 [2]), die man auch „Blitzstromableiter“ nennt. Für den „Mittelschutz“ werden Geräte der Anforderungsklasse C und für den „Feinschutz“ solche der Anforderungsklasse D verwendet. Zwischen den Überspannungs-Schutzeinrichtungen der verschiedenen Niveaus müssen Impedanzen (Z1 und Z2 im Bild ) als Entkopplungselemente angeordnet sein, die meist durch eine Leitung und/oder eine Entkopplungsdrossel (Induktivität 15 µH oder 7,5 µH, Nennstrom 35 A oder 63 A) realisiert werden. Diese Entkopplungselemente haben folgende Aufgaben: · Sie ermöglichen das Ansprechen der Überspannungs-Schutzeinrichtungen höherer Niveaus, wenn diejenigen niederer Niveaus bereits angesprochen haben, was bei schwachen Stoßströmen schwerer erfüllbar ist als bei starken. · Sie ermöglichen den Abstieg der Überspannung vom höchsten zum niedrigsten Niveau. · Sie tragen zur beabsichtigten Verteilung des Impulsstroms bei. 1.3 Blitz-Schutzzonen Nach Möglichkeit wird das Volumen des Hauses in Blitz-Schutzzonen (LPZ) eingeteilt, an deren Grenzen die Überspannungs-Schutzeinrichtungen angeordnet werden ([2], Abschn. 534.4; VDE 0185 Teil 103 [3], Abschn. 3). Sind Räume oder Geräte mit einer Abschirmung versehen, so bildet diese die Grenze von Schutzzonen. Anderenfalls sind diese in der Praxis oftmals nicht überall scharf voneinander abgegrenzt. Das vorstehend zu Starkstromanlagen Gesagte gilt prinzipiell auch für die in das Haus eingeführten Fernmeldeleitungen, wofür allerdings andere Überspannungs-Schutzeinrichtungen einzusetzen sind (wird hier nicht behandelt). Im weiteren beschränkt sich der Beitrag auf den Grobschutz (dick gezeichneter Teil des Bildes ). Elektropraktiker, Berlin 53 (1999) 2 122 Schutzmaßnahmen Blitzschutz-Potentialausgleich, Trennfunkenstrecken und Blitzstromableiter E. Hering, Dresden Der Beitrag befaßt sich mit dem Überspannungsschutz im Hauptstromversorgungssystem von Gebäuden mit Verbraucheranlagen. Die Elektrizitätsversorgungsunternehmen (EVU) erlauben jetzt unter gewissen Bedingungen den Einsatz der dafür geeigneten Geräte in diesem Anlageteil, also vor den Zählern. Dipl.-Ing. (FH) Enno Hering ist Mitglied des AK „Starkstromanlagen bis 1000 V“ des VDE-Bezirksvereins Dresden. Autor PEN PAS Erder imp ZHL 2LN DLN 3LN Grobschutz Mittelschutz Feinschutz Schutzzone 1 Schutzzone 3 Schutzzone 2 TN-C-System TN-S-System I3 < I2 < I1 < IL U3LN < U2LN < U1 U3L < U2L < U1 Kaskade Vollständiger einpoliger Überspannungsschutz im TN-C-S-System B Überspannungs-Schutzeinrichtungen der Anforderungsklasse B („Blitzstromableiter“); CL und CN der Anforderungsklasse C; DL, DN und DLN der Anforderungsklasse D; IL, I1 usw. Stoßströme; PAS Potentialausgleichsschiene; Uimp, U1 usw. Stoßspannungen; V2 und V3 Verbraucher; Z0 Impedanz vor dem Hausanschluß; ZHL Impedanz der Hauptleitung; Zl und Z2 Entkopplungsimpedanzen zwischen den Überspannungs-Schutzeinrichtungen. Die Widerstände von PEN-, Neutral- und Schutzleiter wurden der Übersichtlichkeit wegen nicht mit dargestellt; sie werden als in den Widerständen des Außenleiters mit enthalten gedacht. Ferner wurde auf die Darstellung der Überstrom-Schutzeinrichtungen verzichtet. Die Richtung der Strompfeile bedeutet nicht die Stromrichtung, sondern die Fortpflanzungsrichtung der Stoßströme und Stoßspannungen. 2 Erfordernis für den Überspannungsschutz Ein Blitzschutzsystem (LPS) umfaßt im allgemeinen den · äußeren Blitzschutz (landläufig als „Blitzschutzanlage“ bezeichnet, bestehend aus der Fangeinrichtung, den Ableitungen und der Erdungsanlage) und · inneren Blitzschutz (Überspannungsschutz nach Abschn. 1 dieses Beitrags) (Vornorm VDE V 0185 Teil 100 [4], Abschnitt 1.2.19). Der innere Blitzschutz kann auch in Gebäuden erforderlich sein, die keinen äußeren Blitzschutz aufweisen, z. B. weil dieser aufgrund der Risokoabschätzung nicht notwendig ist [4], Abschn.3.0. Es besteht immerhin die Möglichkeit des Eindringens von Stoßströmen und -spannungen über die in das Haus eingeführten Starkstrom- und Fernmeldeleitungen und/ oder eines Blitzeinschlags in geerdete metallene Konstruktionsteile des Gebäudes oder einer Antenne. Andererseits hängt es von den Bedrohungsgrößen sowie von der Empfindlichkeit der Anlageteile und Geräte ab, ob der vollständige Überspannungsschutz mit allen drei Schutzzonen realisiert werden muß ([2], Abschn. 534.2). Sind keine empfindlichen Betriebsmittel vorhanden oder wird deren Beschädigung in Kauf genommen, so kann selbst bei Häusern mit äußerem Blitzschutz der Grobschutz genügen. Dieser verhindert mit hoher Wahrscheinlichkeit Brände und explosionsartige Zerstörungen, die ohne ihn durch Stoßströme oder -spannungen verursacht werden könnten. Darum sollte er unbedingt ausgeführt werden (s. Abschnitte 5 bis 9). 3 Blitz-Schutzklassen Die Schutzklasse drückt die Wahrscheinlichkeit aus, mit der ein Blitzschutzsystem gegen Blitzeinwirkungen schützt ([4], Abschn. 1.2.21). Die Wahrscheinlichkeit („Wirksamkeit“) nimmt gemäß Tafel von der Schutzklasse I bis zur Schutzklasse IV ab ([4], Abschn. 1.4 und Tabelle 1). Die erforderliche Blitz-Schutzklasse wird auf der Basis einer Risikoabschätzung ermittelt ([4], Abschn. 1.4, Anhang F und Nationaler Anhang NB). Ist die höchstmögliche Wahrscheinlichkeit für die Schutzwirkung gefordert oder erwünscht, so muß die Schutzklasse I zugrundegelegt werden. Achtung! Der Aufwand kann erheblich von der Schutzklasse abhängen. 4 Blitzstrom-Parameter Unabhängig vom Strom-Scheitelwert betragen · die Stirnzeit T1 = 10 µs und · die Rückenhalbwertszeit T2 = 350 µs ([3], Tabelle 1). Man spricht von der Welle (10/350 µs) oder kurz (10/350). Das betrifft auch die Zweigströme des Stoßstroms. Dementsprechend müssen die Trennfunkenstrecken und Blitzstromableiter als Bestandteile des Grobschutzes bemessen sein, im Gegensatz zum Mittel- und Feinschutz, wo nur die Welle (8/20 µs) zugrundegelegt wird. Die sonstigen Parameter werden gemäß Tafel angenommen ([3], Tabelle 1). Von ihnen ist hier besonders der gesamte Blitzstoßstrom IG von Bedeutung. 5 Potentialausgleich Für den Elektroschutz muß jedes Gebäude mit einem Hauptpotentialausgleich versehen werden, der den Hauptschutzleiter, den Haupterdungsleiter und andere Metallteile miteinander verbindet [5][6][7]. Für den inneren Blitzschutz ist der Blitzschutz-Potentialausgleich erforderlich. Dafür muß die Anlage des äußeren Blitzschutzes mit den metallenen Bauteilen und Gebäudeausrüstungen sowie mit elektrischen Anlagen verbunden werden (im allgemeinen im Kellergeschoß des Hauses), bei hohen Bauwerken evtl. zusätzlich in höheren Bereichen ([4], Abschn. 3.1.1 und 3.1.2). Falls innerhalb des Gebäudes in metallene Rohrleitungen (z. B. Gas-, Wasser- oder Heizungsleitungen) Isolierstücke eingefügt sind, so müssen diese mit Überspannungs-Schutzeinrichtungen - vorzugsweise mit Trennfunkenstrecken (s. Abschn. 6.) - überbrückt werden ([4], Abschn. 3.1.2). Es kann erforderlich sein, außerhalb des Gebäudes befindliche metallene Teile (direkt oder über Funkenstrecken) einzubeziehen, z. B. dann, wenn ohne diese Maßnahme wegen der Nähe ein Überschlag möglich wäre ([4], Abschn. 3.1.1). PEN-Leiter, Schutzleiter und Abschirmungen elektrischer Anlagen dürfen direkt mit dem Blitzschutz-Potentialausgleichssystem verbunden werden ([4], Abschn. 3.1.4), was vorzugsweise über die Potentialausgleichsschiene erfolgt. Aktive Leiter (z. B. Außenleiter und Neutralleiter der Starkstromanlage) müssen unter Zwischenschaltung von Überspannungs-Schutzeinrichtungen verbunden werden ([4], Abschnitte 3.1.1 und 3.1.4). Im Grobschutz bei Starkstromanlagen sind dafür Blitzstromableiter (siehe Abschn. 7) vorgeschrieben ([2], Abschnitte 534.2 und 534.3). Diese sind so zu installieren, daß sie überprüft werden können ([4], Abschn. 3.1.1). Bezüglich der Länge der Potentialausgleichsverbindungen wird auf den Abschn. 7.4 verwiesen. Haupt- und Blitzschutz-Potentialausgleich können nicht voneinander abgegrenzt werden, weil sie sich weitgehend überlagern. Das heißt, ein Großteil der Verbindungen dient beiden Aufgaben. Der Blitzschutz-Potentialausgleich ist jedoch weitgehender als der Hauptpotentialausgleich, denn er · umfaßt auch die Überspannungs-Schutzeinrichtungen und · muß mitunter zusätzliche Verbindungen aufweisen ([4], Nationales Vorwort, Zu 1.2.24). Die Leiter für den Blitzschutz-Potentialausgleich müssen folgende Mindestquerschnitte haben ([4], Nationales Vorwort, Zu 2.5 und Tabelle NC.4): 16 mm2 Kupfer, 25 mm2 Aluminium oder 50 mm2 Stahl. Das gilt auch für die Leiter des Hauptpotentialausgleichs, die von wesentlichen Teilen des Blitzstroms durchflossen werden können. Elektropraktiker, Berlin 53 (1999) 2 123 Schutzmaßnahmen Hersteller UAW UAS 100 Iimp a) Typ kV kV kA Dehn 2,5 < 4 50 TFS TS 100 0,07 0,95 100 TA 100 C Leutron/ 0,35 1,30 100 TS 500 Cerberus TA 500 C TC 100 A 0,07 0,95 75 TC 100 A/K1 1 2 100 480 OBO 2,5 5 50 481 Pröpster 2,5 5 60 111 065 Zeichenerklärung: UAW Ansprechwechselspannung (50 Hz); UAS 100 100 % Ansprechblitzstoßspannung (1,2/50 µs); Iimp Blitzstoßstrom a) Nur die Prüfwelle (10/350 µs) entspricht der wahren Beanspruchung durch den angegebenen Blitzstoßstrom. Tafel Einige Trennfunkenstrecken (ohne Gewähr für Richtigkeit) Tafel Abhängigkeit der Wirksamkeit von der Blitz-Schutzklasse Tafel Abhängigkeit der Blitzstrom-Parameter von der Blitz-Schutzklasse Blitz-Schutzklasse I II III/IV Gesamter Blitzstoßstrom IG in kA 200 150 100 Spezifische Energie W/R in MJ/ 10 5,6 2,5 Blitz-Schutzklasse I II III IV Wirksamkeit 0,98 0,95 0,90 0,80 Im Hinblick auf das Fehlen der Abgrenzung zwischen den beiden Arten des Potentialausgleichs sollte nach Meinung des Autors bei Gebäuden mit äußerem Blitzschutz kein Teil des Hauptpotentialausgleichs mit kleinerem Querschnitt als 10 mm2 Kupfer ausgeführt werden. 6 Trennfunkenstrecken Trennfunkenstrecken sind spindelförmige, wasserdichte Geräte, die ohne Gehäuse verwendet werden können. Die Ansprechwechselspannung UAW sollte beim TN-System nicht unter 0,1 kV und hinter Versorgungsnetzen mit TT-System mindestens 0,3 kV betragen. In der Tafel sind Trennfunkenstrecken zusammengestellt. 7 Blitzstromableiter 7.1 Wichtigste Kenngrößen · Blitzstromableiter sind Überspannungs-Schutzeinrichtungen der Anforderungsklasse B nach [1]. Ihre Bemessungsspannung UC muß mindestens so groß sein wie das 1,1fache der Nennwechselspannung zwischen den Leitern, an die sie angeschlossen werden ([2], Abschn. 534.3.1). · Ihre Blitzstoßstrom-Tragfähigkeit Iimp muß mindestens der Beanspruchung am Einbauort entsprechen ([2], Abschn. 534.3.1.1). Die höchste Beanspruchung wird bei einem Einschlag in den äußeren Blitzschutz des betreffenden Gebäudes auftreten. Die Potentialausgleichsverbindungen haben zur Folge, daß dabei entsprechend Bild ein Teil IZ des gesamten Blitzstoßstroms IG über die Hausanschlußleitung zu fernen Erdern abfließt. · Das Verhältnis IZ/IG ergibt sich aus der Verzweigung des Blitzstoßstroms, die ihrerseits vor allem von der Anzahl und den Eigenschaften der dafür vorhandenen Strompfade abhängt (z. B. Erder des Hauses, eingeführte elektrische Leitungen und metallene Rohrleitungen sowie Potentialausgleichsverbindungen zu metallenen Anlagen in der Nähe des Gebäudes und zu den Erdern der Nachbarhäuser). Es kann näherungsweise ermittelt werden ([4], Abschn. 3.1.3, Anhang C und Nat. Vorwort zu Anhang C). · Der Zweig-Stoßstrom IZ teilt sich wiederum auf, und zwar auf die pro Ader der Hausanschlußleitung fließenden Zweig-Stoßströme IZZ, von denen die Blitzstromableiter belastet werden. Ist der Nachweis der Beanspruchung nicht möglich, so muß der Blitzstoßstrom Iimp (10/350 µs) jedes Ableiters mindestens dem Zweigstoßstrom IZZ von Tafel entsprechen ([2], Tabelle 534.3.1.1). Bei mehrpoligen Ableitern gilt das für jeden Pol. Den Werten der Tafel liegt die Annahme zugrunde, daß maximal das 0,5-fache des gesamten Blitzstoßstroms IG (s. Abschn. 4, Tafel ) als Zweig-Stoßstrom IZ über den Hausanschluß fließt. 7.2 Typen In letzter Zeit sind leistungsfähige Blitzstromableiter auf den Markt gekommen, die überhaupt erst einen wirksamen und zuverlässigen inneren Blitzschutz auch bei stromstarken Einschlägen in den äußeren Blitzschutz ermöglichen. Sie werden in Modularform (auf Hutschienen aufrastbar) und auf Funkenstreckenbasis ausgeführt. Die Überspannung zündet einen Lichtbogen, der den Ableiter vom isolierenden in einen niederohmigen Zustand überführt. Nach Wegfall der Überspannung fließt ein von der Betriebsspannung (Wechselspannung) getriebener Folgestrom über den Lichtbogen, bis dieser verlischt, wodurch der isolierende Zustand des Ableiters wieder eintritt. Blitzstromableiter, bei denen der Lichtbogen das Austreten von Gasen bewirken kann („ausblasende Ableiter“) müssen wegen deren Leitfähigkeit und wegen des mit dem Vorgang verbundenen Druckanstiegs in ein spezielles, von ihrem Hersteller dafür bestimmtes Gehäuse eingebaut werden. Es sind aber schon einige nicht ausblasende Modelle verfügbar, die den Vorteil haben, daß sie nicht an diese Einbauvorschrift gebunden sind. Allerdings muß den am Einbauort erforderlichen elektrischen Eigenschaften der Vorrang vor diesem Vorteil eingeräumt werden, was die Verwendbarkeit der nicht ausblasenden Geräte einschränkt. Einige einfache Blitzstromableiter sind in der Tafel zusammengestellt. Die Tafel enthält Blitzstromableiter, die den Folgestrom wesentlich begrenzen - sowohl hinsichtlich seiner Größe als auch seiner Dauer [8][9][10][11]. Sie haben den Vorteil, daß sie keine Vorsicherung benötigen, wenn der Stoßkurzschlußstrom (Scheitelwert) an der Einbaustelle 25 kA nicht überschreitet. Dieser liegt im allgemeinen weit darunter [10][12]. Dennoch vorgeordnete Sicherungen, z. B. Hausanschlußsicherungen, werden weniger belastet. Elektropraktiker, Berlin 53 (1999) 2 124 Schutzmaßnahmen HAS HAL IZZ IZZ IZZ IZZ BAS PAS PEN äußerer Blitzschutz HL HAS HAL IZZ IZZ IZZ IZZ BAS PAS äußerer Blitzschutz Erder Erder IG - IZ IG - IZ a) b) Verzweigung des Blitzstoßstroms beim Direkteinschlag in den äußeren Blitzschutz a) Haus mit Hauptleitung im TN-C-System b) Haus mit Starkstromanlage im TT-System Die Richtung der Strompfeile entspricht der Ausbreitungsrichtung der Stoßströme und Stoßspannungen. BA einfache oder folgestrombegrenzende Blitzstromableiter; BAS Vorsicherung für BA; HAL Hausanschlußleitung; HAS Hausanschlußsicherung; HL Hauptleitung; IG gesamter Blitzstoßstrom; IZ über die Hausanschlußleitung zu fernen Erdern fließender Zweig-Stoßstrom; IZZ pro Ader der Hausanschlußleitung und pro Blitzstromableiter fließender Zweig-Stoßstrom; BN „N-PE-Ableiter“ Tafel Abhängigkeit des Zweig-Stoßstroms pro Blitzstromableiter IZZ von der Blitz-Schutzklasse Blitz-Schutzklasse I II III/IV Zweig-Stoßstrom IZZ in kA 100/m 75/m 50/m Dabei ist m die Anzahl der an der Stromleitung beteiligten Leiter der Hausanschlußleitung (Kabel oder Freileitung), z. B. m = 4 beim Vierleiter-Hausanschluß. 7.3 Einsatz in den verschiedenen Systemen 7.3.1 TN-C-System Beim TN-C-System gibt es den geringsten Aufwand und die wenigsten Probleme. Nach Bild a werden die drei Außenleiter über je einen Blitzstromableiter mit dem PEN-Leiter verbunden, der seinerseits über die Potentialausgleichsschiene Verbindung mit dem Blitzschutzsystem hat ([2], Anhang A, Bild A.1). 7.3.2 TN-S-System Im TN-S-System werden vier Blitzstromableiter benötigt, die die drei Außenleiter und den Neutralleiter (N) mit dem Schutzleiter (PE) und der Potentialausgleichsschiene verbinden. Die Ausführung der Hauptleitung als TN-S-System hat jedoch keinen Vorteil für den Überspannungsschutz und zudem noch den Nachteil, daß fünf Adern benötigt werden. Zum TN-C-S-System siehe Abschn. 7.4. 7.3.3 TT-System Beim TT-System müssen die Außenleiter über je einen Blitzstromableiter mit dem Neutralleiter (N) verbunden werden. Zwischen diesen und den Schutzleiter (PE) ist gemäß Bild b ein spezieller Blitzstromableiter einzufügen, der als „N-PE-Ableiter“ oder „Summenstrom-Ableiter“ bezeichnet wird und in Abweichung vom Abschn. 7.1 folgende Bedingungen erfüllt ([2], Abschn. 534.3.2 und Anhang A, Bild A.3): a)Er muß mit einer temporären Überspannung von AC 1200 V geprüft sein. b)Die Bemessungsspannung muß (nur) das 0,55fache der Nennwechselspannung der Außenleiter gegen Erde U0 betragen, aber mindestens 250 V. c)Er muß (nur) ein Ausschaltvermögen von mindestens 100 A Effektivwert haben. d)Er muß hinsichtlich des Blitzstoßstroms gemäß Tafel bemessen sein, weil er die Summe der Stoßströme aller Leiter der Hausanschlußleitung, also IZ, führt. Beispiele für solche speziellen Blitzstromableiter enthält die Tafel . Für die vorstehend beschriebene Schaltungsanordnung wird der Ausdruck „3+1-Schaltung“ benutzt. 7.4 Räumliche Anordnung Wie bei den Schaltbildern in [2] und [14] wird hier davon ausgegangen, daß der Abzweig zu den Blitzstromableitern hinter der Hausanschlußsicherung liegt, obwohl eine Abweichung davon u. U. zweckmäßig sein kann und bereits vorgeschlagen wurde [13]. Dann können die Blitzstromableiter a) im oder beim Hausanschlußkasten b) im oder beim Zählerschrank angeordnet sein. Die Ausführungen nach a) sind nur bei der Installation des HAK im oder am Haus realisierbar. Ferner ist zu bedenken, daß der HAK in der Rechtsträgerschaft des EVU liegt und darum von diesem beschafft wird. Auch kann eine solche Ausführung mit sich bringen, daß die Hauptleitung fünfadrig ausgeführt werden muß. Die Anordnung nach b) hat gegenüber a) u. a. den Vorteil, daß wegen des Widerstands der Hauptleitung der Kurzschlußstrom an der Einbaustelle der Blitzstromableiter kleiner ist. Elektropraktiker, Berlin 53 (1999) 2 125 Tafel Einige Blitzstromableiter für die Verwendung zwischen Neutralleiter und Schutzleiter im TT-System - „N-PE-Ableiter“ (ohne Gewähr für Richtigkeit) Schutzmaßnahmen Tafel Einige folgestrombegrenzende Blitzstromableiter (ohne Gewähr für Richtigkeit) Hauptmerkmale Hersteller Dehn Phoenix Typ DEHNport FLASHTRAB Maxi FLT-PLUS Artikel-Nr. 900 104 2816386 Polzahl 1 1 Bemessungsspannung UC in V b) 255 230 Ansprechblitzstoß- 4 4 spannung in kV Folgestromlösch- 50 50 vermögen ohne Vorsicherung in kA Effektivwert bei (Spannung in V) (255) (230) Blitzstoßstrom 50 pro Pol (10/350) in kA 100 für 50 alle Pole Prinzip der Folge- e) f) strombegrenzung Höhe in mm 90 151 Breite in mm 36 36 Zeichenerklärung: b) max. zulässige Betriebsspannung; e) Wasserstofabspaltung aus einem Isolierstoff (Prinzip des Hartgasschalters); f) Gestaltung der Elektroden als Hörner (Prinzip des Hörnerableiters), Spaltung des Lichtbogens in zwei Teile, weitere Spaltung, Kühlung und Entionisierung durch Löschbleche. Erläuterung: Die Geräte sind ausblasend. Tafel Abhängigkeit des Zweig-Stoßstroms im Blitzstromableiter zwischen Neutralleiter und Schutzleiter von der Blitz-Schutzklasse Blitz-Schutzklasse I II III/IV Zweig-Stoßstrom IZ in kA 100 75 50 Hauptmerkmale Hersteller Dehn Phoenixg) Typ DEHNgab DEHNgab FLASHTRAB B B/n FLT 100-TT Artikel-Nr. 900 130 900 132 2 749 602 Bemessungsspannung UC in V b) 255 255 250 Ansprechblitzstoßspannung in kV 4 4 4 Folgestromlöschvermögen ohne Vorsicherung in kA 0,1 0,1 1,5 Effektivwert bei (Spannung in V) (255) (255) (230) Blitzstoßstrom (10/350) in kA 100 50 100 Höhe in mm 90 90 90 Breite in mm 36 36 35 ausblasend x x nicht ausblasend x Zeichenerklärung: b) max. zulässige Betriebsspannung. g) Baugleich mit FLASHTRAB FLT 100-TT ist F&G, Typ VFB-5. Tafel Einige einfache Blitzstromableiter (ohne Gewähr für Richtigkeit) Hauptmerkmale Hersteller Dehn Phoenixd) Typ DEHNport DEHNbloc FLASHTRAB FLT 255 V /1 /3 25-400 60-400 Artikel-Nr. 900 100 900 900 2809 2748 111 110 717 603 Polzahl 1 1 3 1 1 Bemessungsspannung UC in V b) 255 255 440 400 Ansprechblitzstoßsp. in kV 3,5 4 4 4 Folgestromlöschvermögen in kA 4 1,5 3,5 4 (255) (255) (230) (230) Effektivwert bei 2,5 3,5 (Spannung in V) (440) (400) Max. Vorsicherung gL in A c) 250 100 125 250 Blitzstoßstrom (10/350) in kA 75 25 pro Pol 25 60 Höhe in mm 90 90 90 90 Breite in mm 36 36 72 17,5 35 ausblasend x x x nicht ausblasend x Zeichenerklärung: b) max. zulässige Betriebsspannung; c) Bedingung dafür, daß der Ableiter nicht zerstört wird. d) Baugleich mit - FLASHTRAB FLT25-400 sind F&G, Typ VFB-1, und OBO, Typ LA 25 B - FLASHTRAB FLT60-400 sind F&G, Typ VFB-2, und OBO, Typ LA 60 B Für die Minimierung der Überspannung und der Beeinflussung elektronischer Geräte ist es wichtig, daß die Verbindungsstelle des Hauptstromversorgungssystems mit dem Hauptpotentialausgleich am Einbauort der Blitzstromableiter liegt. Im TN-C-S-System darf der Abzweig zu den Blitzstromableitern nicht hinter der Stelle der Aufteilung des PEN-Leiters in Neutral-und Schutzleiter (Grenze von TN-C-System und TN-S-System) liegen, denn in diesem Fall würde der Impulsstrom IZZ wie im Bild a angedeutet eine unerwünschte Überspannung UX hervorrufen. Die Anordnung des Abzweigs zu den Blitzstromableitern vor der Aufteilungsstelle kann einen gewissen Nachteil nach Bild b haben. Am besten ist die übereinstimmende Lage entsprechend Bild c. Liegen der Anschluß des Hauptpotentialausgleichs, der Abzweig zu den Blitzstromableitern und die Aufteilung des PEN-Leiters im oder beim Zählerschrank, so genügen vier Adern in der Hauptleitung. die Hauptleitung ist dann elektrisch als eine Verlängerung der Hausanschlußleitung zu betrachten, wenngleich sie einen kleineren Leiterquerschnitt haben kann. Die trotz des Grobschutzes in der Schutzzone 1 auftretende Überspannung hängt nicht nur von der Stärke des Impulsstroms und von den Eigenschaften der Blitzstromableiter ab, sondern auch von den Impedanzen der Anschlußleitungen. Diese müssen darum möglichst kurz sein. Das gilt ganz besonders für die Leitung zwischen der Hauptleitung und den Blitzstromableitern. Deren Länge (r im Bild c) soll nach Möglichkeit nicht mehr als 0,5 m betragen. Auch die Verbindung zur Potentialausgleichsschiene (s) muß kurz sein. Die Länge des Haupterdungsleiters von der PAS zum Erder (t) ist nicht ganz so kritisch, soll aber auch so kurz wie möglich sein. Daraus ergibt sich, daß die Blitzstromableiter und die PAS im Keller angeordnet werden müssen - in nicht unterkellerten Gebäuden oder in hochwassergefährdeten Gebieten notgedrungen im Erdgeschoß. Bei Freileitungsanschlüssen muß die Hauptleitung also in den Keller bzw. in das Erdgeschoß geführt werden. Damit entsteht allerdings die Gefahr von Überschlägen zwischen dem Hausanschluß und dem Baukörper. Darum ist es zweckmäßig, auch bei Freileitungsnetzen die Hausanschlußleitungen als Erdkabel auszuführen, was schon aus anderen Gründen zunehmend praktiziert wird. Dachständer sind mit einem richtigen inneren Blitzschutz unvereinbar. Die Blitzstromableiter und ihre Anschlußleitungen unterliegen, wenn sie von Blitzstoßströmen und Folgeströmen durchflossen werden, einer gegenseitigen magnetischen Kraftwirkung, die bei unzweckmäßiger Anordnung, falscher Auswahl, ungenügender Dimensionierung oder mangelhafter Befestigung der Leiter zu Schäden führen kann. Dieses Thema wird im nächsten Heft behandelt. 8 Einvernehmen mit dem EVU Der Einsatz der Blitzstromableiter im Hauptstromversorgungssystem (Bereich vor den Zählern) bedarf mit all seinen Einzelheiten der Zustimmung des zuständigen EVU. Darum ist es sehr ratsam, mit diesem schon im Anfangsstadium der Planung in Verbindung zu treten und Einvernehmen herzustellen. Die Vereinigung Deutscher Elektrizitätswerke e. V. (VDEW) hat dafür eine Richtlinie [14] herausgegeben. 9 Sicherungen Die im Bild gestrichelt gezeichneten Sicherungen BAS sind nachteilig, um nicht zu sagen gefährlich. Ihr Ansprechen macht den Grobschutz und damit den gesamten Überspannungsschutz unwirksam. Literatur [1] Entwürfe E DIN VDE 0675-6/VDE 0675 Teil 6:1989-11, E DIN VDE 0675-6/A1/ VDE 0675 Teil 6/A1: 1996-03 und E DIN VDE 0675-6/A2/VDE 0675 Teil 6/A2: 1996-10. [2] Manuskript Vornorm DIN V VDE V 0100-534/VDE V 0100 Teil 534:1998-08 Elektrische Anlagen von Gebäuden; Auswahl und Errichtung von Betriebsmitteln; Schaltgeräte und Steuergeräte; Überspannungs-Schutzeinrichtungen. [3] DIN VDE 0185-103/VDE 0185 Teil 103: 1997-09 Schutz gegen elektromagnetischen Blitzimpuls; Teil 1: Allgemeine Grundsätze (IEC 1312-1:1995, modifiziert). [4] Vornorm DIN V ENV 61024-1/VDE V 0185 Teil 100:1996-08 Blitzschutz baulicher Anlagen; Teil 1: Allgemeine Grundsätze (IEC 1024-1:1990, modifiziert). [5] DIN VDE 0100-410/VDE 0100 Teil 410: 1997-01 Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis 1000 V; Teil 4: Schutzmaßnahmen; Kapitel 41: Schutz gegen elektrischen Schlag. [6] DIN VDE 0100 Teil 540:1991-11 - ; Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel; Erdung, Schutzleiter, Potentialausgleich. [7] Hering, E.: Potentialausgleichsleiter und Querschnitte für Leiter des Hauptpotentialausgleichs. Elektropraktiker, Berlin 50(1996) 4, S. 243. [8] Raab, V.; Zahlmann, P.: Folgestrombegrenzender Blitzstromableiter für Hauptstromversorgungssysteme. Elektropraktiker, Berlin 51(1997)12, S. 1062-1066. [9] Raab, V.; Zahlmann, P.: Kurzschlußschutz von Blitzstromableitern. Elektropraktiker, Berlin 52(1998)5, S. 454-457; und 6, S. 552-555. [10]Schimanski, J.; Scheibe, K.: Einsatz von Blitzstromableitern mit hohem Folgestrom-Löschvermögen. Aus dem VDE-Fachbericht 52 - Neue Blitzschutznormen in der Praxis. Berlin/Offenbach: VDE-Verlag 1997. [11]Danovsky, V.: Blitzstromableiter. Elektroinstallation, Offenbach (1998)2, S. 36-37. [12]Noack, F.; Pospiech, J.: Kurzschluß-Kenngrößen von Niederspannungsnetzen. etz, Berlin/Offenbach (1995) 5, S. 38-40. [13]Noack, F.; Schönau, J.; Brocke, R.: Einfluß der Blitzstromtragfähigkeit von Überstrom-Schutzeinrichtungen auf den Blitzschutz in Niederspannungs-Netzen. Aus dem VDE-Fachbericht 52 - Neue Blitzschutznormen in der Praxis. Berlin/Offenbach: VDE-Verlag 1997. [14]VDEW (Herausgeber): Überspannungs-Schutzeinrichtungen der Anforderungsklasse B - Richtlinie für den Einsatz in Hauptstromversorgungssystemen. 1. Auflage. Frankfurt am Main: Verlags- und Wirtschaftsgesellschaft der Elektrizitätswerke mb H (VWEW) 1998. Elektropraktiker, Berlin 53 (1999) 2 126 Schutzmaßnahmen Vergleich der Einbauorte der Blitzstromableiter im TN-C-S-System a)Unerwünschte Überspannung UX zwischen Neutralleiter und Schutzleiter als Spannungsfall auf diesem zwischen Aufteilungs- und der Abzweigstelle, hervorgerufen durch den Zweig-Stoßstrom IZZ b) Unerwünschte Beeinflussungsspannung UY zwischen Potentialausgleichsystem und Schutzleiter als Spannungsfall auf dem PEN-Leiter zwischen der Abzweig-und der Aufteilungsstelle, hervorgerufen durch den Neutralleiterstrom IN c)Vorteilhafte Übereinstimmung von Abzweig- und Aufteilungsstelle r Leitungslänge zwischen HL und BA s Leitungslänge zwischen BA und PAS t Leitungslänge zwischen PAS und Erder des Hauses HAS IZ PAS IZZ IZZ IZZ PEN HAS PAS PEN HAS PAS PEN IZZ
Autor
- E. Hering
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