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Blitz- und Überspannungsschutz | Elektrotechnik

Blitzstromableiter und Einsatzrichtlinie

ep4/1999, 4 Seiten

Ergänzend zum Beitrag „Blitzschutz-Potentialausgleich, Trennfunkenstrecken und Blitzstromableiter“ in ep 2/99 wird nachfolgend die VDEW-Richtlinie für den Einsatz von Übersp.-Schutzeinrichtungen der Anforderungsklasse B in Hauptstromversorgungssystemen (Einsatzrichtlinie) behandelt.


1 Ziel der Einsatzrichlinie Überspannungs-Schutzeinrichtungen der Anforderungsklasse B werden auch als „Blitzstromableiter“ bezeichnet und nachfolgend der Kürze wegen immer so genannt. Die Installation von Blitzstromableitern im Hauptstromversorgungssystem (Anlageteil vor den Zählern) war bisher durch die Technischen Anschlußbedingungen (TAB) der Vereinigung Deutscher Elektrizitätswerke (VDEW) untersagt. Einige Landesgruppen des VDEW haben dieses Verbot schon aufgeboben und damit ein erhebliches Hindernis beseitigt, das der Herstellung eines wirksamen inneren Blitzschutzes im Wege stand. Es ist zu erwarten, daß auch der Musterwortlaut der TAB entsprechend geändert wird. Die VDEW hat in der Einsatzrichtlinie [2] die Bedingungen angegeben, unter denen die Blitzstromableiter im Hauptstromversorgungssystem eingesetzt werden dürfen. Ziel der Festlegungen ist es, daß sichere Maßnahmen des inneren Blitzschutzes durchgeführt werden und dabei die Interessen der Elektrizitätsversorgungsunternehmen (EVU) gewahrt bleiben. Die Einsatzrichtlinie orientiert sich in hohem Maße an der Vornorm VDE V 0100 Teil 534 [3], enthält jedoch zusätzliche Forderungen. Die EVU dürfen von Details der Einsatzrichtlinie abweichen. In besonderen Fällen können erhöhte Anforderungen gestellt werden ([2], Abschn. 1). Wie jede Norm und Richtlinie kann auch diese Einsatzrichtlinie nicht alle in der Praxis vorkommenden Gegebenheiten berücksichtigen. Alle Einzelheiten des Einsatzes der Blitzstromableiter im Hauptstromversorgungssystem bedürfen der Zustimmung des jeweils zuständigen EVU ([2], Anh. B, Zu Abschn. 1), denn bei diesem Anlageteil handelt es sich schließlich um einen ungezählten Bereich, der plombiert wird. Darum ist es angebracht, schon im Anfangsstadium der Planung mit dem EVU in Verbindung zu treten und Einvernehmen herzustellen. Nachstehend wird die Einsatzrichtlinie auszugsweise erläutert. Dabei werden vorrangig die Forderungen und Aussagen beschrieben, die nicht Gegenstand des Beitrags [1] sind. 2 Erzeugnisnorm und Funktionsprinzip Im Hauptstromversorgungssystem dürfen nur Blitzstromableiter (Überspannungs-Schutzeinrichtungen der Anforderungsklasse B) nach E VDE 0675 Teil 6 [4] verwendet werden ([2], Abschn. 3.1). Sie müssen eine Funkenstrecke ohne Parallelschaltung eines Varistors enthalten ([2], Abschn. 3.4). Ein parallelgeschalteter Varistor, der mit einer gasgefüllten Funkenstrecke in Reihe liegt, ist jedoch zulässig ([2], Anh. B, Zu Abschn. 3.4). 3 Elektrische Kennwerte Die elektrischen Parameter müssen [3] entsprechen ([2], Abschn. 3.1). Insbesondere zu berücksichtigen sind die Kennwerte: · Bemessungsspannung, · Blitzstoßstromtragfähigkeit und · Ausschaltvermögen für den Folgestrom. Sie sind durch den Hersteller des Blitzstromableiters anzugeben ([2], Anh. B, Zu Abschn. 3.1). Die Auswahl der Blitzstromableiter kann vom zuständigen EVU eingeschränkt werden ([2], Anhang B, Zu 3.4). Manche EVU geben Aufstellungen der von ihnen zugelassenen Geräte heraus. 3.1 Bemessungsspannung Die Bemessungsspannung UC der Blitzstromableiter muß mindestens so groß sein wie das 1,1fache der Nennwechselspannung zwischen den Leitern, an die sie angeschlossen sind ([3], Abschn. 534.3.1). 3.2 Blitzstoßstrom-Tragfähigkeit Die Blitzstoßstrom-Tragfähigkeit Iimp muß mindestens so groß wie die Beanspruchung am Einbauort sein ([2], Abschn. 3.3). Diese entspricht dem pro Ader des Hausanschlusses fließenden Stoßstrom ([1], Abschn. 7.1. mit Bild 2 und Tafel 2). Dieser wiederum ergibt sich aus dem gesamten Blitzstoßstrom und dessen Verzweigung wie folgt: a)Gesamter Blitzstoßstrom Der gesamte Blitzstoßstrom wird mit 200 kA bei der Blitz-Schutzklasse I, 150 kA bei der Schutzklasse II und 100 kA bei den Schutzklassen III und IV angenommen ([5], Abschn. 1.5 mit Tabelle 2). Die Schutzklasse wird auf der Basis einer Risikoabschätzung ermittelt ([5], Abschn. 1.4, und Anh. F). Für den Fall, daß die Risikoabschätzung nicht möglich ist, wird in der Einsatzrichtlinie empfohlen, die Schutzklasse mit den höchsten Anforderungen, also Schutzklasse I, zugrundezulegen ([2], Abschn. 3.3 und Anh. B, Zu Abschn. 3.3). b)Hausanschluß Es wird davon ausgegangen, daß vom gesamten Blitzstoßstrom nach a) das 0,5-fache auf den Hausanschluß entfällt ([3], Abschn. 534.3.1.1 mit Tafel 534.3.1.1). Dieser Anteil (in [1], Abschn. 7.1 mit „Zweig-Stoßstrom IZ“ bezeichnet) beträgt 100 kA bei der Schutzklasse I, 75 kA bei der Schutzklasse II und 50 kA bei den Schutzklassen III und IV. Der Rest fließt über andere vorhandene Blitzstrompfade (z. B. Erder des Hauses, eingeführte metallene Rohrleitungen). c)Eine Ader des Hausanschlusses Der auf eine Ader des Hausanschlusses und damit auch auf einen Blitzstromableiter entfallende Anteil des Blitzstoßstroms (in [1], Abschn. 7.1 mit „Zweig-Stoßstrom IZZ“ bezeichnet) errechnet sich als Bruch aus dem Zweig-Stoßstrom nach b) und der Aderzahl ([2], Anh. B, Zu Abschn. 3.3 mit Tabelle 2). Meist liegt ein Vierleiter-Hausanschluß vor, so daß der Nenner des Bruchs eine 4 ist. Dann ergeben sich 25 kA bei der Schutzklasse I, 18,75 kA bei der Schutzklasse II und 12,5 kA bei den Schutzklassen III und IV. Für den „N-PE-Ableiter“ im TT-System gilt davon abweichend eine strengere Forderung, die im Abschn. 7.3. dieses Beitrags behandelt wird. 3.3 Ausschaltvermögen für den Folgestrom Der Blitzstromableiter muß für sich allein oder zusammen mit einer Vorsicherung ein Ausschaltvermögen für den Folgestrom haben, das mindestens so groß wie der prospektive (unbeeinflußte) Kurzschlußstrom (Effektivwert) am Einbauort ist. Sofern die Forderung nur mit Hilfe einer Vorsicherung erfüllt wird, muß deren maximaler Nennstrom vom Hersteller des Blitzstromablei-Elektropraktiker, Berlin 53 (1999) 4 302 Schutzmaßnahmen Blitzstromableiter und Einsatzrichtlinie E. Hering, Dresden Ergänzend zum Beitrag „Blitzschutz-Potentialausgleich, Trennfunkenstrecken und Blitzstromableiter“ [1] wird nachfolgend die VDEW-Richtlinie für den Einsatz von Überspannungs-Schutzeinrichtungen der Anforderungsklasse B in Hauptstromversorgungssystemen [2] (Einsatzrichtlinie) behandelt. Dipl.-Ing. (FH) Enno Hering ist Mitglied des AK „Starkstromanlagen bis 1000 V“ des VDE-Bezirksvereins Dresden. Autor ters angegeben werden. Die Hausanschlußsicherung kann diese Aufgabe übernehmen, wenn ihr Nennstrom nicht größer als der vom Hersteller des Blitzstromableiters angegebene maximale Nennstrom der Vorsicherung ist ([2], Anh. B, Zu Abschn. 3.2). Diese Lösung ist besser als die Vorschaltung eigener Sicherungen ([1], Abschn. 9.). Folgestrombegrenzende Blitzstromableiter ([1], Abschn. 7.1., Tafel 6) bedürfen keiner Vorsicherung, wenn der Stoßkurzschlußstrom an der Einbaustelle 25 kA (Scheitelwert) nicht übersteigt oder wenn die Hausanschlußsicherung mit der Betriebsklasse gL/gG keinen größeren Nennstrom als 315 A hat. Die Aussage, daß folgestrombegrenzende Blitzstromableiter relativ kleine Nennströme der Vorsicherungen ermöglichen ([2], Anh. B, Zu Abschn. 3.2), ist leider nicht richtig, weil diese auch und vor allem durch einen Teil des Blitzstoßstroms beansprucht werden ([1], Abschn. 7.1.). Blitzstromableiter sollen eine Kurzschlußfestigkeit für obige Werte haben ([2], Abschnitt 3.5 und Anh. B, Zu Abschn. 3.5). Von einfachen Blitzstromableitern kann diese Eigenschaft jedoch nicht gefordert werden, weil sie die Kurzschlußfestigkeit nur zusammen mit den Vorsicherungen erreichen. 4 Kurzschlußschutz Es ist sicherzustellen, daß die Blitzstromableiter bei einem inneren Kurzschluß dauerhaft vom Netz getrennt werden ([2], Abschnitt 3.2 Elektropraktiker, Berlin 53 (1999) 4 303 Schutzmaßnahmen HAL HAS HL L1 PEN Betriebserder Erder BAS PAS HAL HAS HL L1 Betriebserder Erder BAS PAS Blitzstromableiter an der Hauptleitung im TN-C-System (Bild A.1) BA einfache oder folgestrombegrenzende Blitzstromableiter; BAS Vorsicherung für BA; HAL Hausanschlußleitung; HAS Hausanschlußsicherung; HL Hauptleitung; PAS Potentialausgleichsschiene; 2, 4a und 4b Potentialausgleichsleiter Wie Bild 1, jedoch im TT-System (Bild A.3) - BN „N-PE-Ableiter“ und Anh. B, Zu Abschn. 3.2). Das gilt nur, wenn ein andauernder innerer Kurzschluß möglich ist. Hierzu sind die Angaben des Herstellers zu beachten. Im übrigen besteht ein Zusammenhang mit den Ausführungen des Abschn. 3.3. dieses Beitrags. Die Anschlußleitung der Blitzstromableiter bedarf auf jeden Fall des Kurzschlußschutzes. Es ist zweckmäßig, sie so zu bemessen, daß dieser von der Hausanschlußsicherung gewährleistet wird ([1], Abschn. 9.). 5 Gehäuse Die Blitzstromableiter und - sofern vorhanden - die ihnen zugeordneten Sicherungen müssen gemeinsam in ein plombierbares schutzisoliertes Gehäuse mit der Schutzart IP 54, das vom Hersteller der Blitzstromableiter dafür zugelassen ist, eingebaut werden ([2], Abschnitte 3.6 und 3.7 sowie Anh. B, Zu Abschn. 3.6 und Zu Abschnitt 3.7). Diese Forderung bezieht sich auf ausblasende Blitzstromableiter. Nicht ausblasende dürfen in andere plombierbare schutzisolierte Gehäuse montiert werden. 6 Prüfbarkeit und Prüfungen Die Blitzstromableiter sind in Abständen von höchstens vier Jahren nachweisbar auf ihren einwandfreien Zustand zu überprüfen ([2], Abschn. 3.8). Das kann durch Messung des Isolationswiderstands nach Angaben des Herstellers erfolgen ([2], Anh. B, zu Abschn. 3.8). Für die Prüfung müssen die Blitzstromableiter von der Anlage trennbar sein, z. B. mittels NH-Unterteil und Trennmessern oder mit einem Trennschalter, sofern keine eigenen NH-Sicherungen vorgeschaltet sind ([2], Anh. B, Zu Abschn. 3.2). 7 Schaltungen Im Anhang A enthält die Einsatzrichtlinie Schaltungen, die sich an Auszüge aus den in [3] angeführten Schaltungen anlehnen. Dazu muß folgendes gesagt werden: 7.1 Hauptleitung im TN-C-System Das Bild gibt die Schaltung A.1 wieder. Darin sind drei Potentialausgleichsleiter zwischen der Potentialausgleichsschiene und dem PEN-Leiter angegeben, von denen die mit „2“ und „4b“ bezeichneten gefordert werden und „4a“ evtl. entfallen kann ([2], Anh. B, Zu den Bildern A1 und A2). Damit wird eine unzwechmäßige Ausführung vorgegeben! Die Leiter „4a“ und „4b“ müssen immer vorhanden sein, während der Leiter „2“ nachteilig ist und darum besser weggelassen wird. Begründung: a) Zur Minimierung der Überspannung ist es zweckmäßig, die Verbindung zwischen der Potentialausgleichsschiene und dem PEN-Leiter am Einbauort der Blitzstromableiter und nur dort herzustellen ([1], Abschn. 7.5. mit Bild 4). b) Das Vorhandensein des Leiters „4a“ begrenzt die magnetischen (elektrodynamischen) Kräfte an den Leitern ([6], Abschn. 3. mit Bild 3). 7.2 Hauptleitung im TN-S-System In der hier nicht wiedergegebenen Schaltung A.2 wird der PEN-Leiter schon an der Hausanschlußsicherung in den Schutzleiter und den Neutralleiter aufgetrennt, so daß die Hauptleitung ein TN-S-System ist. Das bringt keinen Vorteil für den Überspannungsschutz, hat aber den Nachteil, daß für die Hauptleitung fünf Adern benötigt werden. Besser ist die Auftrennung im oder am Zählerschrank. 7.3 Hauptleitung im TT-System Dafür gilt das Bild ([2], Anh. A, Bild A.3). Zwischen den Neutralleiter und den Schutzleiter ist ein besonderer Blitzstromableiter, meist mit „N-PE-Ableiter“ bezeichnet, einzufügen. Dieser muß für den über den Hausanschluß (alle Adern zusammen) fließenden Zweig-Stoßstrom nach Abschn. 3.2.b) dieses Beitrags (in [1], Abschnitt 7.1. mit IZ bezeichnet) bemessen sein. Schutzmaßnahmen 8 Beschränkungen für den Einsatz Laut Einsatzrichtlinie sollen die Blitzstromableiter nur dann im Hauptstromversorgungssystem eingesetzt werden, wenn dies aus technischen Gründen oder zur Schadenverhütung notwendig ist. Es sind u. a. folgende Fälle erwähnt: 8.1 Kleine Wohnhäuser Für manche kleinen Wohnhäuser wird von der Richtlinie die Notwendigkeit in Frage gestellt ([2], Anh. B, Zu Abschn. 1). Ist im Haus nur ein einziger Zähler vorhanden, dann können die Blitzstromableiter hinter diesem angeordnet werden, so daß der Einsatz im Hauptstromversorgungssystem tatsächlich unnötig ist. Der Anschluß hinter einem von mehreren Zählern wäre jedoch unsachgemäß, weil die Wirksamkeit des Grobschutzes zu sehr durch die Impedanz des Zählers beeinträchtigt würde. Beim Vorhandensein mehrerer Zähler muß darum der Anschluß vor diesen erfolgen. 8.2 Unvollständiger Blitz- und Überspannungsschutz Für die Notwendigkeit setzt die Richtlinie voraus, daß das „Blitz-Schutzzonen-Konzept“ nach VDE 0185 Teil 103 [7] in seiner Gesamtheit verwirklicht wird, d. h., daß sowohl der äußere Blitzschutz als auch ein mehrstufiger innerer Überspannungsschutz entsteht ([2], Abschn. 1). Diese Einschränkung steht im Widerspruch zu [5] und ist auch nicht gerechtfertigt. Gebäude, die einen äußeren Blitzschutz bekommen, müssen auch mit einem Blitzschutz-Potentialausgleich versehen werden ([5], Abschn. 3.1). Weil dieser die Verbindungen mit den aktiven Leitern der Starkstromanlage einschließen muß ([5], Abschn. 3.1.4), sind die Blitzstromableiter (Grobschutz) unerläßlich. Zwar ist [5] nur eine Vornorm, jedoch zur Anwendung bestimmt und Stand der Technik. Außerdem ist der Brandschutz bei Blitzeinschlägen in den äußeren Blitzschutz nur dann gewährleistet, wenn der Blitzschutz-Potentialausgleich einschließlich der Blitzstromableiter vorhanden ist. Der gewissenhafte Planer wird darum den Grobschutz mit diesen Geräten vorsehen, unabhängig davon, ob auch die Schutzzonen 2 und 3 (Mittel- und Feinschutz) benötigt und ausgeführt werden. Der vollständige, d. h. alle Schutzzonen umfassende innere Überspannunggschutz schützt empfindliche Anlagen und Geräte vor Überspannungen und Stoßströmen, die über die eingeführten Starkstrom- und Fernmeldeleitungen eindringen können. Er kann darum auch dann erforderlich sein, wenn der äußere Blitzschutz fehlt ([3], Abschn. 534.2, und [5], Abschnitte 1.2.19 und 3.0). Literatur [1] Hering, E.: Blitzschutz-Potentialausgleich, Trennfunkenstrecken und Blitzstromableiter. Elektropraktiker, Berlin 53(1999)2, S. 122-126. [2] VDEW (Herausgeber): Überspannungs-Schutzeinrichtungen der Anforderungsklasse B - Richtlinie für den Einsatz in Hauptstromversorgungssystemen. 1. Auflage. Frankfurt/M.: Verlags- und Wirtschaftsgesellschaft der Elektrizitätswerke mb H (VWEW) 1998. [3] 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. [4] 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 DIN VDE 0675-6/ A2/VDE 0675 Teil 6/A2: 1996-10. [5] 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). [6] Hering, E.: Magnetische Kräfte an den von Blitzstoßströmen durchflossenen Leitern. Elektropraktiker, Berlin 53(1999)3, S. 217-218. [7] DIN VDE 0185-103/VDE 0185 Teil 103:1997-09 Schutz gegen elektromagnetischen Blitzimpuls; Teil 1: Allgemeine Grundsätze (IEC 1312-1: 1995; modifiziert). Elektropraktiker, Berlin 53 (1999) 4 305 Schutzmaßnahmen

Autor
  • E. Hering
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