Blitz- und Überspannungsschutz
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Elektrotechnik
Blitzstromableiter für die Hauptstromversorgung
ep1/2010, 6 Seiten
Aufgabe von Blitzstromableitern Blitzstromableiter haben die Aufgabe, die aktiven Leiter (Außenleiter und Neutralleiter) der Hauptleitungen von Starkstromanlagen in den Blitzschutz-Potentialausgleich einzubeziehen und damit dem inneren Blitzschutz zu dienen. Sie bewirken den Überspannungs-Grobschutz. Zum vollständigen Schutz der elektrischen Anlagen und Betriebsmittel gehören auch Überspannungsschutzgeräte Typ 2 (Mittelschutz) und Typ 3 (Feinschutz), die hier nicht behandelt werden. Der Überspannungsschutz wird auch in Gebäuden ohne äußeren Blitzschutz benötigt, weil Stoßspannungen und -ströme über die Hausanschlussleitungen der Starkstromanlagen und der informationstechnischen Anlagen eindringen können. Übrigens bedürfen auch die Letztgenannten des Überspannungsschutzes, der ebenfalls nicht Gegenstand des Beitrags ist und für den spezielle, ihnen angemessene Geräte erforderlich sind. Auswahl der Installation 2.1 Grundsätzliches Für die Auswahl und Installation der Blitzstromableiter (und auch der anderen Überspannungsschutzgeräte in Starkstromanlagen) gilt die Norm VDE 0100-534:2009-02 [2], die u. a. in [3] und [4] interpretiert ist. Die Befolgung dieser Norm soll die Gefahr eines elektrischen Schlages vermeiden und die Wirksamkeit des Überspannungsschutzes gewährleisten. Einzelheiten über die Ausführung des Überspannungs-Grobschutzes sind u. a. in [5] bis [8] enthalten. Die Blitzstromableiter werden zweckmäßigerweise in das Hauptstromversorgungssystem eingefügt, z. B. entsprechend Bild . In Anlagen, die an ein öffentliches Verteilungsnetz angeschlossen sind, versteht man unter „Hauptstromversorgungssystem“ den vom Verteilungsnetzbetreiber plombierten Anlagenteil vor den Zählern. 2.2 Auswahl und Anschlussschemata Das in der Anlage angewendete System nach Art der Erdverbindung (für den Schutz gegen elektrischen Schlag) hat Einfluss auf Auswahl und Anschlussschema (kurz „Schaltung“) des Blitzstromableiters ([2], Abschn. 534.2.2, Tabelle 53B; [3], Abschn. 2 und Tafel 1; [4], Abschn. 5.3 und Bilder 1 bis 11). Beim TN-System werden die Außenleiter (L1, L2, L3) über je einen Blitzstromableiter BA mit dem PEN-Leiter verbunden. Im TN-C-S-System geschieht das am Besten wie in den Bildern a) und mit der 3+0-Schaltung an der Grenze zwischen dem TN-C- und dem TN-S-Teil, d. h. an der Aufteilungsstelle des PEN-Leiters in den Neutralleiter und den Schutzleiter. Dabei sind die Blitzstromableiter am wirksamsten ([5], Abschn. 7.4). Ist eine Anordnung im TN-S-System oder im TN-S-Teil eines TN-C-S-Systems erforderlich, so werden die drei Außenleiter und der Neutralleiter in der 4+0-Schaltung ([4], Bild 2) über 4 Schutzpfade mit dem Schutzleiter verbunden. Eine Alternative dazu wird im Abschnitt 4.2 beschrieben. Im TT-System muss entsprechend Bild b) die 3+1-Schaltung angewendet werden, bei der drei Schutzpfade BA zwischen den Außenleitern und dem Neutralleiter (N) liegen und ein N-PE-Blitzstromableiter BN zwischen diesem und dem Schutzleiter (PE) eingefügt ist ([2], Abschn. 534.2.2 und Tabelle 53B; [6]). Der Schutz gegen elektrischen Schlag ist u. a. davon abhängig, dass der N-PE-Ableiter den Schutzleiter zuverlässig vom Neutralleiter trennt. 2.3 Anschlussmodalitäten Für das Verbinden der Blitzstromableiter mit der Anlage kennt man ([4], Abschn. 5.4 und Bilder 12 bis 15) Elektropraktiker, Berlin 64 (2010) 1 FÜR DIE PRAXIS Blitz- und Überspannungsschutz Blitzstromableiter für die Hauptstromversorgung E. Hering, Dresden Der Beitrag behandelt die aktuellen Überspannungsschutzgeräte Typ 1 (ÜSE Typ 1), die für den Einsatz im Hauptstromversorgungssystem der an öffentliche Niederspannungs-Verteilungsnetze angeschlossenen Anlagen geeignet sind. Er ersetzt die vorige zu diesem Thema erschienene Veröffentlichung [1], die durch die Herausgabe neuer Normen und Änderungen der Lieferprogramme der betreffenden Blitzstromableiter veraltet ist. Autor Dipl.-Ing. (FH) Enno Hering ist Mitglied des AK „Blitzschutz“ und des AK „Starkstromanlagen bis 1000 V“ des VDE-Bezirksvereins Dresden. IG - IZ IZZ IZZ IZZ IZZ HAS HAL Erder HAS äußerer Blitzschutz PEN HAS HAL äußerer Blitzschutz Erder IG - IZ IZZ IZZ IZZ IZZ HES HES Verzweigung des Blitzstoßstroms beim Direkteinschlag in den äußeren Blitzschutz a) 3+0-Schaltung im Haus mit Hauptleitung im TN-C-S-System b) 3+1-Schaltung im Haus mit Starkstromanlage im TT-System IG gesamter Blitzstoßstrom; IZ über die HAL zu den fernen Erdern fließender Zweigstoßstrom; IZZ pro Leiter der HAL und pro BA fließender Zweigstoßstrom BA Pol des Blitzstromableiters; BN N-PE-Blitzstromableiter; HAL Hausanschlussleitung; HAS Hausanschlusssicherung; HES Haupterdungsschiene; HL Hauptleitung; TS Trennschalter für Prüfzwecke Die HAS dient als Vorsicherung für den Blitzstromableiter. Die Richtung der Strompfeile entspricht der Fortpflanzungsrichtung der Stoßspannungen und -ströme. Elektropraktiker, Berlin 64 (2010) 1 49 Blitz- und Überspannungsschutz FÜR DIE PRAXIS Tafel Blitzstromableiter ohne N-PE-Ableiter (Angaben ohne Gewähr) Position Form Polzahl Anschlussschema (...-Schaltung) Blitzstoßstrom (10/350) imp pro Pol Schutzpegel Folgestrom-Löschvermögen Stichleitungs-Anschluss V-Anschluss Stichleitungs-Anschluss V-Anschluss Breite TE, 17,9 Firma, Typ max. Sicherungs- max. Leiterbemessungs- querschnitt strom in A b) in mm2 c) nicht folgestrombegrenzende Blitzstromableiter 1 Pröp, P-BM 230 H 1 - 35 4 2 160 - 50 - 1 Wer, OVP-Z1/1 Cit, DS 101 SG 2 Pröp, P-BM 3 H 3 3+0 35 4 2 160 - 50 - 4 Wer, OVP-Z1/3 Cit, DS 103 SG 3 Pröp, P-BM 4 H 4 4+0 35 4 2 160 - 50 - 4 Wer, OVP-Z1/4 Cit, DS 104 SG 4 Ph, FLT 35-260 H 1 - 35 4 3 400 - 35 - 1 5 Ph, FLT 35 CTRL-1.5 H 1 - 35 1,5 3 400 - 35 - 1 6 Ph, FLT 35 CTRL-1.3 H 1 - 35 1,3 3 400 - 35 - 1 7 Ph, FLT 35/3 CTRL-1.3/I H 3 3+0 25 1,3 3 400 - 35 - 3 8 Leu, Power Pro-B-Tr/50 H 1 - 50 4 4 250 125 50 50 2 9 Leu, PP BC TN 25/50 H 2 2+0 25 2,5 4 250 100 50 50 4 10 Leu, PP BC TNC 25/75 H 3 3+0 25 2,5 4 250 100 50 50 6 11 Leu, PP BC TNS 25/100 H 4 4+0 25 2,5 4 250 100 50 50 8 folgestrombegrenzende Blitzstromableiter 12 ABB, Limitor B/1P H 1 - 25 2,5 50 125 125 50 50 2 13 ABB, Limitor B/TN 2P H 2 2+0 25 2,5 50 125 125 50 50 4 14 ABB, Limitor B/TNC H 3 3+0 25 2,5 50 125 125 50 50 6 15 ABB, Limitor B/TNS H 4 4+0 25 2,5 50 125 125 50 50 8 16 D, DB 1 255 H H 1 - 50 4 50 500 125 50 35 2 17 D, DB 3 255 H H 3 3+0 50 4 50 500 125 50 35 6 18r) D, DB M 1 255 T 1 - 50 2,5 50 500 125 50 35 2 19r) D, DV M TN 255 T 2 2+0 25 1,5 50 315 125 50 35 4 20r) D, DV M TNC 255 T 3 3+0 25 1,5 50 315 125 50 35 6 Hag. SPN 800 Wie, TAP V M TNC 255 21r) D, DV M TNS 255 T 4 4+0 25 1,5 50 315 125 50 35 8 Hag, SPN 801 Wie, TAP V M TNS 255 22s) D, DV ZP TNC 255 Z 3 3+0 25 1,5 25 315 - - - 3 23 OBO, MC 50-B VDE T 1 - 50 2 12,5 500 125 2 × 35 35 2 24 OBO, MCD 50-B T 1 - 50 1,3 12,5 500 125 2 × 35 35 2 25 OBO, MC 50-B/3 T 3 3+0 50 2 12,5 500 125 2 × 35 35 6 26 OBO, MCD 50-B/3 T 3 3+0 50 1,3 12,5 500 125 2 × 35 35 6 27q) Ph, FLT-CP-PLUS-1C-350 T 1 - 25 1,5 50 315 125 35 35 2 Sie, 5SD7 411-1 Wei, PU I 1 TSG+ 350 V 1,5 28q) Ph, FLT-CP-PLUS-2C-350 T 2 2+0 25 1,5 50 315 125 35 35 4 29q) Ph, FLT-CP-PLUS-3C-350 T 3 3+0 25 1,5 50 315 125 35 35 6 Sie, 5SD7 413-1 Wei, PU I 3 TSG+ 350 V 1,5 a) Effektivwert bei 255 V; b) Effektivwerte des prospektiven Kurzschlussstroms über 25 kA können bei manchen Typen kleinere Sicherungsbemessungsströme erfordern. c) Begrenzung im Hinblick auf die Belastbarkeit der Anschlussklemmen und internen Verbindungen; d) mehrdrähtig; q) Steckteile mit mechanischer Zustandsanzeige, die mechanisch auf potentialfreien Wechsler im Basisteil übertragen wird; r) Steckteile mit mechanischer Zustandsanzeige, die bei Version mit Zusatz „FM“ zur Typbezeichnung mechanisch auf potentialfreien Wechsler im Basisteil übertragen wird; s) Mit Zustandsanzeige durch Meldelampe, die mittels Taster betätigt wird. Zeichenerklärung: H Auf Hutschiene aufrastbar; T Auf Hutschiene aufrastbar; elektrisches Trennen der Steckteile von der Anlage durch Entnehmen aus dem Basisteil möglich. Z Auf Sammelschienen mit 40 mm Mittenabstand aufrastbar; elektrisches Trennen von der Anlage durch Entfernen von den Sammelschienen möglich · den Stichleitungsanschluss (Abzweig von der Hauptleitung) wie im Bild · den V-Anschluss (Durchschleifen der Hauptleitung) z. B. nach den Bildern bis sowie · Aufrasten auf Sammelschienen und Verbinden mit diesen. Die erste Lösung hat gegenüber den beiden anderen u. a. den Nachteil, dass die Wirksamkeit der Blitzstromableiter durch den Widerstand der Stichleitung beeinträchtigt wird. Aus den Tafeln bis ist die Eignung der Blitzstromableiter für die genannten Anschlussmodalitäten ersichtlich. Deren Einfluss auf die Leiterquerschnitte wird im Abschnitt 4.7 behandelt. Erläuterungen zu den Tafeln für die Marktübersicht Auskunft über die verfügbaren und zugleich geeigneten Erzeugnisse geben: · Tafel für die Blitzstromableiter außer N-PE-Blitzstromableiter, · Tafel für die N-PE-Blitzstromableiter und · Tafel für komplette Schaltungen mit N-PE-Blitzstromableiter. Diese Tafeln enthalten nur Blitzstromableiter auf Funkenstreckenbasis, die nach der von den Netzbetreibern herausgegebenen Einsatzrichtlinie [9] im Hauptstromversorgungssystem verwendet werden dürfen und nach Meinung des Verfassers auch dafür geeignet sind. So sind Geräte nicht aufgeführt, die · im Hauptpfad einen Varistor oder eine Abtrennvorrichtung enthalten, · dauernd Energie aus der Anlage entnehmen, z. B. für eine Zustandsanzeige, · Typ 1 und Typ 2 in sich vereinigen oder · nicht nach DIN EN 61643-11 (VDE 0675-6-11) [10] geprüft sind. Die Tafeln beschränken sich ferner auf Typen, die für Anlagen hinter öffentlichen Niederspannungs-Verteilungsnetzen von Bedeutung sind. Somit werden nur Geräte berücksichtigt, die auf Hutschiene oder Sammelschienen mit 40 mm Mittenabstand aufrastbar sind. Typen mit gemeinsamer Positionsnummer sind bau- und datengleich. Im Hinblick darauf, dass die Betriebsspannung zwischen Außenleiter und PEN-Leiter oder Neutralleiter 230 V beträgt, müssen die Geräte eine Bemessungsspannung (höchste Dauerspannung) UC von mindestens 1,1 · 230 V = 253 V aufweisen ([2], Abschn. 534.2.3.2, Tabelle 53C u. Abschn. 534.2.3.3). Üblich sind 255 V und 260 V. Erzeugnisse mit UC = 440 V (für Netzspannungen bis zu 400/690 V) sind auch in 230/400-V-Netzen verwendbar. Sie sind in den Tafeln nicht gekennzeichnet. Die Tafeln bis beruhen auf den Angaben der jeweiligen Firmen. Sie entsprechen dem Stand vom November 2009. Es können jederzeit Änderungen der Daten eintreten, zusätzliche Typen erscheinen und/oder Lieferprogramme geändert werden. Es empfiehlt sich, nach Auswahl eines Gerätes ausführliche technische Unterlagen (z. B. Datenblatt, Einbauanleitung) anzufordern. Die Namen und Sitze der Firmen enthält die Tafel . Die Firmen Dehn + Söhne und Phoenix Contact führen für ihre Typbezeichnungen sowohl Kurz- als auch Langformen, die in der Tafel gegenübergestellt sind. Erläuterung der Daten 4.1 Form und Trennbarkeit Trennbare Blitzstromableiter bestehen aus dem auf Hutschiene aufrastbaren Basisteil mit den Anschlüssen und einem (bei einpoligen Geräten) oder mehreren Steckteilen mit dem Schutzpfad. Sie haben u. a. den Vorteil, dass die Steckteile bei unter Spannung stehender Anlage abgenommen werden können. Das gilt auch für die auf Sammelschienen aufgerasteten Geräte unter der Bedingung , dass die Regeln für das Arbeiten unter Spannung befolgt werden. Die Art der Rastung hat Einfluss auf die Form der Geräte und die im Abschnitt 2.3 beschriebene Anschlussmodalität. Sie und die Trennbarkeit sind durch die Buchstabenkurzzeichen H, T, U und Z jeweils in der 3. Spalte der Tafeln bis angegeben. 4.2. Polzahl, Anschlussschema und interne Verbindungen Während früher überwiegend einpolige Blitzstromableiter und im TT-System zusätzlich ein N-PE-Blitzstromableiter verwendet wurden, werden stattdessen zunehmend mehrpolige Geräte und komplette Schaltungen mit N-PE-Blitzstromableiter entsprechend Tafel hergestellt und eingesetzt. Diese Geräte haben u. a. den Vorteil, dass sie schon die internen Verbindungen der einzelnen Schutzpfade enthalten und dadurch die Montage erleichtern. Bei den kompletten Schaltungen mit N-PE-Ableiter ist die Lage der internen Verbindung für den Neutralleiter gemäß Bild für das Anschließen vorteilhafter als die nach Bild . Die zutreffende Ausführung wird bei den für V-Anschluss geeigneten Geräten in der 1. Spalte der Tafel mit einem Volldreieck oder Vollquadrat angegeben. Der im TT-System gemäß Bild b) zusätzlich benötigte N-PE-Blitzstromableiter BN kann nicht als ein Pol bezeichnet werden, denn er ist anders als die Schutzpfade BA geschaltet und muss andere Kenngrößen als diese haben. Von den kompletten Schaltungen mit N-PE-Blitzstromableiter (in Tafel ) wird die 3+1-Schaltung in Drehstromanlagen eingesetzt, während die 1+1- und die 2+1-Schaltung für Einphasen-Wechselstrom bestimmt sind. Die erste Ziffer in der Benennung der Schaltung gibt die Anzahl der Pole an, und die Eins hinter dem Pluszeichen steht für den N-PE-Ableiter. Die kompletten Schaltungen mit N-PE-Blitzstromableiter nach Tafel sind nicht nur für das TT-System geeignet. Im TN-S-System können sie anstelle von Blitzstromableitern gemäß Tafel , deren Polzahl jeweils um 1 größer ist, eingesetzt werden, z. B. die 3+1-Schaltung anstelle der 4+0-Schaltung ([4], Abschn. 5.3, Tafel 1 und Bild 3). Allerdings ist dabei der Schutzpegel zwischen den Außenleitern und dem Schutzleiter größer ([4], Abschnitt 6.2). Elektropraktiker, Berlin 64 (2010) 1 FÜR DIE PRAXIS Blitz- und Überspannungsschutz Tafel N-PE-Blitzstromableiter (Angaben ohne Gewähr) Position Form Blitzstoßstrom (10/350) imp pro Pol Schutzpegel Folgestrom-Löschvermögen Stichleitungs-Anschluss V-Anschluss Breite TE, 17,9 Firma, Typ max. Leiterquerschnitt in mm2 c) 1 Pröp, P-N/PE B H 100 4 0,1 50 - 1 Wer, OVP-Z1/N-PE Cit, DS 100 SG/N/PE 2 Leu, Sum Pro-B-Tr H 100 4 0,1 50 50 2 3 ABB, Limitor B NPE 50 H 50 1,5 0,1 50 50 2 4 ABB, Limitor B NPE 100 H 100 1,5 0,1 50 50 2 5 D, DGP BN 255 Hag, SP 150 H 100 4 0,1 50 - 2 6r) D, DGP M 255 T 100 1,5 0,1 50 35 2 7 OBO, MC 125-B/NPE H 125 2,5 0,1 2 × 35 35 2 8 OBO, MCD 125-B/NPE H 125 1,3 0,1 2 × 35 35 2 9 Ph, FLT 50 N/PE CTRL-1.5 H 50 1,5 0,5 35 - 1 10 Ph, FLT 100 N/PE CTRL-1.5 H 100 1,5 0,1 35 - 1 11q) Ph, FLT-CP-N/PE-350 T 100 1,5 0,1 35 35 2 Fußnoten und Zeichenerklärungen s. Tafel 4.3 Blitzstoßstromableitvermögen Die größte Stoßstrombeanspruchung der Blitzstromableiter tritt bei einem Direkteinschlag in den äußeren Blitzschutz des Hauses nach Bild auf. Der gesamte Blitzstoßstrom IG sowie seine Zweigstoßströme IZ und IZZ (alles Scheitelwerte, Formelzeichen vom Verfasser eingeführt) sind im Bild erläutert. Für das Blitzstoßstromableitvermögen Iimp wird die Welle (10/350 s) angenommen. Es muss für jeden Schutzpfad des Blitzstromableiters mindestens so groß sein wie der maximale Zweigstoßstrom, der ihn durchfließt, also IZZ pro Pol und ggf. IZ für den N-PE-Ableiter. Das Blitzstoßstromableitvermögen (10/350 s) Iimp wird in den Tafeln und außer für den N-PE-Schutzpfad um der Korrektheit, Eindeutigkeit und Vergleichbarkeit wegen immer nur pro Pol angegeben, auch bei mehrpoligen Geräten. Für IG gelten 200 kA bei Blitzschutzklasse I, 150 kA bei II und 100 kA bei III und IV ([11], Abschn. 8.1 und Tabelle 5). Das Verhältnis von IZ zu IG hängt von vielen Einflüssen ab, insbesondere vom Erder des Hauses und seinen Verbindungen mit den Erdern benachbarter Gebäude. Die Größe von IZ wird jedoch üblicherweise mit 0,5 · IG angenommen. Sie wird zur Ermittlung von IZZ nochmals durch die Anzahl der an der Stoßstromführung beteiligten Leiter des Hausanschlusses (z. B. 4 beim Vierleiter-Hausanschluss) geteilt. Das bedeutet bei der Blitzschutzklasse I: · IZ = 100 kA · IZZ = 25 kA beim Vierleiter-Hausanschluss · IZZ = 50 kA beim Zweileiter-Hausanschluss. Für den Fall, dass der Blitzstoßstrom nicht ermittelt werden kann, schreibt die neue Norm VDE 0100-534 [2] im Abschnitt 534.2.3 vor, dass das Blitzstoßstromableitvermögen Iimp der Blitzstromableiter mindestens betragen muss: · 12,5 kA pro Pol · 50 kA für den N-PE-Ableiter bei Drehstrom · 25 kA für den N-PE-Ableiter bei Einphasen-Wechselstrom. Das entspricht den Blitzschutzklassen III und IV und beträgt jeweils die Hälfte der bisher geforderten Größen. Die Einsatzrichtlinie der Netzbetreiber fordert jedoch, dass die Blitzschutzklasse I zugrunde zu legen ist, wenn keine andere bekannt ist ([9], Abschn. 3.4). Der Verfasser empfiehlt, die Blitzstromableiter immer nach der Blitzschutzklasse I auszuwählen, denn sie sollen jedem Einschlag standhalten. Das bedeutet: · Iimp = 25 kA pro Pol · Iimp = 100 kA beim N-PE-Ableiter. Zweileiter-Hausanschlüsse haben kaum noch Bedeutung. Auch wenn die Anlage nur eines Einphasenzählers bedarf, sollte der Anschlussnehmer im Hinblick auf den Überspannungsschutz einen Vierleiter-Hausanschluss bestellen. 4.4 Schutzpegel Der Schutzpegel Up ist gleich der Ansprechblitzstoßspannung oder der Restspannung beim Nennableitstoßstrom, je nachdem, welche der Spannungen am größten ist. Er war früher einheitlich maximal 4 kV. Zunehmend kommen Typen mit kleineren Werten (bis herunter auf 0,9 kV) auf den Markt. Je kleiner der Schutzpegel ist, um so leichter und häufiger spricht der Blitzstromableiter an. Das ist günstig für die Schutzwirkung, aber insofern auch nachteilig, als dieser mehr der Elektropraktiker, Berlin 64 (2010) 1 51 Blitz- und Überspannungsschutz FÜR DIE PRAXIS Tafel Blitzstromableiter ohne N-PE-Ableiter (Angaben ohne Gewähr) Position Form Polzahl Anschlussschema (...-Schaltung) pro Pol N-PE-Ableiter Schutzpegel Pole N-PE-Ableiter Stichleitungs-Anschluss V-Anschluss Stichleitungs-Anschluss V-Anschluss Breite TE, 17,9 Firma, Typ Blitzstoßstrom (10/350) Iimp in kA Folgestrom-Löschvermögen If in kAa) max. Leiterquerschnitt in mm2 c) max. Sicherungsbemessungsstrom in Ab) nicht folgestrombegrenzende Pole 1 Pröp, P-BM 3+1 H 3 3+1 35 100 4 2 0,1 160 - 50 - 4 Wer, OVP-Z1/TT Cit, DS 104 SG TT 2 Leu, PP BC TT1+1 25/100 H 1 1+1 25 100 2,5 4 0,1 250 100 50 50 4 3 Leu, PP BC TT 25/100 H 3 3+1 25 100 2,5 4 0,1 250 100 50 50 8 4 Ph, FLT 35/3+1 CTRL-1.3/I H 3 3+1 12,5 50 1,3 3 0,5 400 - 35 - 4 folgestrombegrenzende Pole 5 ABB, Limitor B TT 2P H 1 1+1 25 50 2,5 50 0,1 125 125 50 50 4 6 ABB, Limitor B TT H 3 3+1 25 100 2,5 50 0,1 125 125 50 50 8 7 r) D, DV M TT 2P 255 T 1 1+1 25 50 1,5 50 0,1 315 125 50 35 4 8 r) D, DV M TT 255 T 3 3+1 25 100 1,5 50 0,1 315 125 50 35 8 Hag, SPN 802 Wie, TAP V M TT 255 9 s) D, DV ZP TT 255 Z 3 3+1 25 100 1,5 25 0,1 315 - - - 3 Hag, SP 801 Z 10 OBO, MC 50-B/4 U 3 3+1 50 100 2 12,5 0,1 500 125 2 × 35 35 8 11 OBO, MCD 50 B/4 U 3 3+1 50 100 1,3 12,5 0,1 500 125 2 × 35 35 8 12 q) Ph, FLT-CP-PLUS-1S-350 Sie, 5SD7 412-1 Wei, PU I 1+1 TSG+ 350 V 1,5 T 1 1+1 25 100 1,5 50 0,1 315 125 35 35 4 13 q) Ph, FLT-CP-PLUS-2S-350 T 2 2+1 25 100 1,5 50 0,1 315 125 35 35 6 14 q) Ph, FLT-CP-PLUS-3S-350 T 3 3+1 25 100 1,5 50 0,1 315 125 35 35 8 Sie, 5SD7 414-1 Wei, PU I 3+1 TSG+ 350 V 1,5 vertikaler Verlauf der internen Verbindung für den Neutralleiter wie im Bild ; horizontaler Verlauf der internen Verbindung für den Neutralleiter wie im Bild ; e) Der N-PE-Ableiter zählt nicht als Pol; U Pole wie T und N-PE-Ableiter wie H. Weitere Fußnoten und Zeichenerklärungen s. Tafel Abnutzung unterliegt. Darum wurden keine Geräte mit einem Schutzpegel unter 1,3 kV in den Tafeln bis berücksichtigt. Die Herabsetzung der Ansprechblitzstoßspannung und des Schutzpegels wird durch eine Steuerung der Funkenstreckenanordnung erreicht, z. B. mit einer dritten Elektrode. Bei Schutzpegeln Up 1,5 kV kann die Koordination mit Überspannungsschutzgeräten des Typs 2 (Mittelschutz) vom gleichen Hersteller so gut sein, dass die Entkopplung (z. B. durch Entkopplungsdrosseln oder hinreichend lange Leitung) zwischen den Geräten entfallen kann. Ob das zutrifft, hängt auch von der Ausführung der Steuerung und damit vom Typ des Blitzstromableiters ab. Blitzstromableiter mit niedrigem Schutzpegel können in Anlagen von kleiner räumlicher Ausdehnung eventuell die Aufgabe von ÜSE Typ 2 mit erfüllen. Andererseits besteht eventuell die Möglichkeit, zwei solche Blitzstromableiter bei Anordnung mit großem Abstand hintereinander zu schalten. Vor diesbezüglichen Entscheidungen sollte man sich vom Hersteller beraten lassen. Weiteres zum Schutzpegel kann dem Abschnitt 6.2 von [4] entnommen werden. 4.5 Folgestromlöschvermögen In den Blitzstromableitern zündet die Stoßspannung einen Lichtbogen, wodurch sie vom isolierenden in den niederohmigen Zustand überführt werden. Darauf beruht ihre Wirkung als Überspannungsschutzgerät. Nach Wegfall der Stoßspannung fließt ein von der Netzwechselspannung getriebener Folgestrom über die Lichtbögen und die vorgeordneten Anlagenteile. Wegen des kleinen Widerstands der Lichtbögen wirkt der Folgestrom wie ein Kurzschlussstrom. Der Blitzstromableiter muss im Stande sein, spätestens in einer Halbwelle des Wechselstroms durch Löschen des Lichtbogens den Folgestrom zu unterbrechen und somit den isolierenden Zustand wieder herzustellen. Damit das gewährleistet ist, muss sein Folgestromlöschvermögen (Effektivwert) If mindestens so groß wie der Effektivwert des prospektiven (unbeeinflussten) Kurzschlussstroms IK an der Einbaustelle sein. Weiteres zum Folgestromlöschverhalten der Blitzstromableiter steht im Abschnitt 5.4. Der N-PE-Blitzstromableiter wird von keinem erheblichen Folgestrom durchflossen. Darum muss er nur ein Folgerstrom-Löschvermögen (Effektivwert) If von 0,1 kA aufweisen ([2], Abschn. 534.2.3.5; [4], Abschn. 6.7.). 4.6 Sicherungsbemessungsstrom Der maximale Sicherungsbemessungsstrom des Blitzstromableiters darf nicht vom Bemessungsstrom der Vorsicherung überschritten werden ([2], Abschn. 534.2.4). Diese Forderung darf aber nicht dazu führen, dass der Bemessungsstrom der Vorsicherung in Abhängigkeit von den Blitzstromableitern begrenzt wird. Vielmehr müssen umgekehrt die Blitzstromableiter in Abhängigkeit vom Bemessungsstrom der Vorsicherung ausgewählt werden. Als Vorsicherung muss gemäß Bild die Hausanschlusssicherung HA dienen ([4], Abschn. 5.7.2). 4.7 Anschlussleiterquerschnitt Blitzstromableiter können keine Überlast verursachen, weil sie keine Verbrauchsgeräte sind. Stichleitungen für ihren Anschluss wie im Bild brauchen darum nur für den Kurzschlussschutz bemessen zu werden. Wenn ihr Leiterquerschnitt dennoch den in den Tafeln bis angegebenen Anschlussleiterquerschnitt der Blitzstromableiter überschreitet, muss er vor diesen reduziert werden. Beim V-Anschluss, z. B. nach den Bildern bis , wird die Hauptleitung durchgeschleift. Sie führt den Betriebsstrom, muss deswegen durch die Hausanschlusssicherung auch vor Überlast geschützt sein und einen entsprechenden Leiterquerschnitt haben. Wenn dieser den max. Anschlussleiterquerschnitt der Blitzstromableiter überschreitet, kann der V-Anschluss nicht erfolgen. Beim Aufrasten auf Sammelschienen besteht dieses Problem nicht. 4.8 Zustandsanzeige Die Zustandanzeige darf nicht dauernd Energie aus der Hauptleitung entnehmen ([9], Abschn. 3.5). Sie wird darum vorwiegend mechanisch ausgeführt, und Meldelampen leuchten nur bei Tasterbetätigung. Manche Typen sind mit einem potentialfreien Wechsler für Fernanzeige ausgestattet. Angaben über die Zustandsanzeige bei folgestrombegrenzenden Geräten sind als Fußnoten jeweils in der 1. Spalte der Tafeln und enthalten. Elektropraktiker, Berlin 64 (2010) 1 FÜR DIE PRAXIS Blitz- und Überspannungsschutz HL HL PEN L1 L2 L3 PEN HES HL HL PEN L1 L2 L3 PEN HES a) b) Beispiele für den V-Anschluss eines Blitzstromableiters mit 3+0-Schaltung an der Übergangsstelle vom TN-C-Teil zum TN-S-Teil eines TN-C-S-Systems a) mit Hilfe einer Durchgangsklemme für den PEN-Leiter, die oben zwei Buchsen hat b) mit Hilfe einer Durchgangsklemme für den PEN-Leiter, die oben drei Buchsen hat L1 L2 L3 N HES 3+1-Schaltung mit vertikalem Verlauf der internen Verbindung für den Neutralleiter (Kreuzlinie) und Anschluss im TT-System L3 L2 L1 PE HES 3+1-Schaltung mit horizontalem Verlauf der internen Verbindung für den Neutralleiter (Kreuzlinie) und Anschluss im TT-System Elektropraktiker, Berlin 64 (2010) 1 53 Blitz- und Überspannungsschutz FÜR DIE PRAXIS Erwärmung der Vorsicherung 5.1 Ursachen und Auswirkung Der die Vorsicherung durchfließende Strom bewirkt die spezif. Energie W/R = i2 · dt = P, gemessen in kJ/ = kA2s. Diese führt zur Temperaturerhöhung und beim Überschreiten einer bestimmten Größe zur Abschaltung. Bei einem Blitzeinschlag wirkt zunächst die spezifische Energie PZZ durch den Zweig-Stoßstrom IZZ (siehe Bild ) und anschließend die spezifische Energie PF durch den Folgestrom. Weil in der kurzen Zeit dieser Vorgänge keine erhebliche Wärmeabführung erfolgen kann, addieren sich die spezifischen Energien gemäß Gleichung (1): PR = PZZ + PF (1) PR resultierende spezifische Energie Im Sinne der Versorgungszuverlässigkeit und Störungsfreiheit ist es erstrebenswert, die Abschaltung nach Möglichkeit zu vermeiden. Bedingung dafür ist, dass die noch nicht zur Abschaltung führende minimale spezifische Energie der Vorsicherung PV (Formelzeichen P, PZZ, PF, PR und PV vom Verfasser eingeführt) größer ist als PR . PV > PR (2) 5.2 PV der Vorsicherung Die der Beanspruchung durch Blitzstoßströme zugeordnete minimale Energie PV ist wegen des Skin-Effekts kleiner als die minimale spezifische Energie bei Kurzschlussströmen, die als „minimaler Durchlass-I2-t-Wert“ bezeichnet wird. Auch kann die als Vorsicherung dienende Hausanschlusssicherung durch den Betriebsstrom der Verbraucheranlage vorerwärmt sein. Ist die Vorerwärmung durch einen Betriebsstrom in der Größe von 2/3 des Bemessungsstroms der Sicherung verursacht, beträgt PV ungefähr · 5 kA2s bei NH 80 A · 8 kA2s bei NH 100 A · 12 kA2s bei NH 125 A · 22 kA2s bei NH 160 A · 35 kA2s bei NH 200 A · 60 kA2s bei NH 250 A. 5.3 PZZ durch Zweigstoßstrom Die spezifische Energie bei einem Blitzeinschlag PZZ steigt mit dem Quadrat des Stroms IZZ und folgt der Gleichung (3). PZZ = (IZZ / 100 kA)2 · 2500 kA2s (3) 5.4 PF durch Folgestrom Die spezifische Energie durch den Folgestrom Pf ist vom prospektiven (unbeeinflussten) Kurzschlussstrom an der Einbaustelle und vom Folgestromverhalten des Blitzstromableiters abhängig. Für die nicht folgestrombegrenzenden Geräte ist sie in der Tafel angegeben. Die folgestrombegrenzenden Blitzstromableiter heben sich von den vorgenannten dadurch ab, dass ihr Folgestromlöschvermögen If viel größer als 4 kA und ihre spezifische Energie durch Folgestrom PF sehr viel kleiner ist. Diese ist kleiner als die möglichen Ungenauigkeiten der Eingabegrößen PV und PZZ, sodass sie bei der Berechnung vernachlässigt werden kann. 5.5 Konsequenzen Bei Direkteinschlägen mit großem Blitzstoßstrom und zudem kleinem Bemessungsstrom der Hausanschlusssicherung kann diese die Anlage abschalten. Wird eine hohe Versorgungszuverlässigkeit benötigt, so ist es zweckmäßig, · einen folgestrombegrenzenden Blitzstromableiter einzusetzen, · den Bemessungsstrom der Hausanschlussscherung möglichst groß zu wählen, · nach Möglichkeit den Erder des Hauses mit den Erdern der Nachbargebäude zu verbinden, direkt oder über Trennfunkenstrecken. Damit wird eine Chance geschaffen, dass wenigstens bei · kleinen Gesamtblitzströmen IG , · nahen und fernen Blitzeinschlägen sowie · Schaltüberspannungen die Abschaltung unterbleibt. Literatur [1] Hering, E.: Aktuelle Blitzstromableiter für Hauptstromversorgung. Elektropraktiker, Berlin 61 (2007) 2, S. 117-122. [2] DIN VDE 0100-534 (VDE 0100-534):2009-02 Errichten von Niederspannungsanlagen; Teil 5-53: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel; Trennen, Schalten, Steuern; Abschnitt 534: Überspannung-Schutzeinrichtungen (ÜSE). [3] Hering, E.: Grundsätze des Überspannungsschutzes. Elektropraktiker, Berlin 63 (2009) 1, S. 50-51. [4] Hering, E.: Neue Norm für die Auswahl und den Einsatz von ÜSE. Elektropraktiker, Berlin 63 (2009) 2, S. 137-142. [5] Hering, E.: Blitzschutz-Potentialausgleich, Trennfunkenstrecken und Blitzstromableiter. Elektropraktiker, Berlin 59 (1999) 2, S. 122-126. [6] Hering, E.: 3+1-Schaltung und N-PE-Ableiter. Elektropraktiker, Berlin 54 (2000) 10, S. 834-836. [7] Hering, E.: Trennfunkenstrecken. Elektropraktiker, Berlin 62 (2008) 1, S. 46-49. [8] Hering, E.: Blitzstromableiter im Hauptverteiler. Elektropraktiker, Berlin 63 (2009) 8, S. 620-626. [9] Verband der Netzbetreiber (VDN) e.V. beim VDEW, Berlin (Herausgeber): Technische Richtlinie - Einsatz von Überspannungs-Schutzeinrichtungen (ÜSE) Typ 1 (bisher Anforderungsklasse B) in Hauptstromversorgungssystemen. 2. Auflage. 2004. [10] DIN EN 61643-11 (VDE 0675-6-11):2007-08 Überspannungsschutzgeräte für Niederspannung; Teil 11: Überspannungsschutzgeräte für den Einsatz in Niederspannungsanlagen; Anforderungen und Prüfungen. [11] DIN EN 62305-1 (VDE 0185-305-1):2006-10 Blitzschutz; Teil 1: Allgemeine Grundsätze. Tafel Firmen Abk. Name, Sitz ABB ABB Stotz-Kontakt, Heidelberg Cit Citel Electronics, Bochum D Dehn + Söhne, Neumarkt (OPf.) Hag Hager Elektro, Blieskastel Leu Leutron, Leinfelden-Echterdingen OBO OBO Bettermann, Menden Ph Phoenix Contact, Blomberg Pröp J. Pröpster, Neumarkt (OPf.) Sie Siemens, Erlangen Wei Weidmüller, Detmold Wer Werit, Altenkirchen Wie Wieland Electric, Bamberg Tafel Gleichbedeutende Typbezeichnungen Kurzform Langform DB ... DEHNbloc ... DB M ... DEHNbloc modular ... DGP BN ... DEHNgap BN ... DGP M ... DEHNgap modular ... DV M DEHNventil modular ... DV ZP ... DEHNventil ZP ... FLT ... FLASHTRAB ... FLT-CP ... FLASHTRAB compact ... Tafel Spezifische Energie durch Folgestrom in Abhängigkeit vom prospektiven Kurzschlussstrom bei nicht folgestrombegrenzenden ÜSE Typ 1 IK PF IK PF in kA in kA2s in kA in kA2s 0,6 3,6 1,8 32,4 0,8 6,4 2,0 40,0 1,0 10,0 2,5 62,5 1,2 14,4 3,0 90,0 1,4 19,6 3,5 123 1,6 25,8 4,0 160 IK Effektivwert des prospektiven Kurzschlussstroms; PF maximale spezifische Energie durch Folgestrom bei 230 V nach der Gleichung PF = IK 2 · 0,01 s. Diese beruht darauf, dass der Folgestrom eine Halbwelle lang fließt und dass sein Effektivwert gleich IK ist. Der Folgestrom kann jedoch kleiner als IK sein und kürzer als eine Halbwelle fließen. Darum ist PF eine Maximalgröße, die je nach Typ und zeitlicher Relation von Stoßstrom und Wechselstromwelle mehr oder weniger unterschritten wird.
Autor
- E. Hering
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