Mann installiert Überspannungsschutz in einem Schaltschrank

Überspannungsschutz – Grundlagen Technik, Normen und Richtlinien des Überspannungsschutzes

Vom Entstehen von Überspannungen bis zum umfassenden Schutzkonzept.

Möglicherweise haben Sie viele Fragen – von der grundsätzlichen Frage, wie Überspannungen überhaupt entstehen, bis hin zu technischen Details über Netzsysteme oder zu einzelnen Bestandteilen eines Überspannungsschutzkonzepts bis hin zum Gerät.

Hier finden Sie Antworten auf folgende Fragen:

  • Wie entstehen Überspannungen und welche Auswirkungen haben sie?
  • Wie ist ein wirkungsvolles Überspannungsschutzkonzept aufgebaut?
  • Welche Technologie verbirgt sich hinter dem Schutzkonzept und in den Produkten?
  • Worauf müssen Sie achten?

Ursachen von Überspannungen

Überspannung – was genau ist das eigentlich? Wie entstehen Überspannungen? Wie gelangen Überspannungen in Ihre Geräte und Anlagen? Diese Fragen haben Sie sich vielleicht auch schon einmal gestellt. Nachfolgend werden Sie umfassend über den Bereich der Überspannungsschutz-Technologie informiert.

Entstehungsursachen

Überspannungen treten nur für den Bruchteil einer Sekunde auf. Man nennt sie deshalb auch transiente Spannungen oder kurz Transienten. Sie haben sehr kurze Anstiegszeiten von wenigen Mikrosekunden, bevor sie dann vergleichsweise langsam über einen zeitlichen Bereich bis zu 100 Mikrosekunden wieder abfallen.
Überspannungen entstehen durch folgende Ereignisse:

Blitzentladungen (LEMP)
Der Fachausdruck für eine Blitzentladung ist LEMP. Das steht für Lightning-Electromagnetic-Pulse.
Blitzschläge bei einem Gewitter verursachen extrem hohe transiente Überspannungen. Diese liegen weit höher als solche, die durch Schalthandlungen oder elektrostatische Entladungen entstehen. Jedoch treten Sie im Vergleich zu anderen Entstehungsursachen wesentlich seltener auf.

Schalthandlungen (SEMP)
Schalthandlungen werden mit der Abkürzung SEMP bezeichnet. Dieser Ausdruck steht für Switching-Electromagnetic-Pulse.
Unter Schalthandlungen versteht man in diesem Zusammenhang das Schalten leistungsstarker Maschinen oder Kurzschlüsse im Stromversorgungsnetz. Bei solchen Vorgängen entstehen in den betroffenen Leitungen in wenigen Sekundenbruchteilen sehr hohe Stromänderungen.

Elektrostatische Entladungen (ESD)
Die Abkürzung ESD steht für Electrostatic Discharge und bezeichnet eine elektrostatische Entladung.
Hier findet bei einer Annäherung oder Berührung von Körpern mit unterschiedlichem elektrostatischen Potenzial eine Übertragung elektrischer Ladung statt. Ein bekanntes Beispiel dafür ist die Entladung einer Person, die sich während des Laufens über einen Teppich auflädt und sich dann an einem metallischen, geerdeten Gegenstand – wie einem Metallgeländer – entlädt.

Einkopplungsarten

Überspannungen können auf unterschiedlichen Wegen in Stromkreise gelangen. Diese Wege werden als Einkopplungsarten bezeichnet.

Einkopplungsarten von Überspannungen

Galvanische Einkopplung (links), Induktive Einkopplung (Mitte) und Kapazitive Einkopplung (rechts)

Galvanische Einkopplung
So bezeichnet man Überspannungen, die direkt in einen Stromkreis einkoppeln. Das ist z. B. bei Blitzeinschlägen zu beobachten. Dabei verursachen hohe Blitzstromamplituden am Erdungswiderstand des betroffenen Gebäudes eine Überspannung.
Alle Leitungen, die am zentralen Potenzialausgleich angeschlossen sind, werden mit dieser Spannung beaufschlagt. An blitzstromdurchflossenen Leitern entsteht zusätzlich eine Überspannung. Sie ist aufgrund der großen Stromsteilheit hauptsächlich auf den induktiven Anteil des Leitungswiderstands zurückzuführen. Berechnungsgrundlage dafür ist das Induktionsgesetz: u0 = L x di/dt.

Induktive Einkopplung
Dieser Vorgang erfolgt durch das magnetische Feld eines stromdurchflossenen Leiters nach dem Transformatorprinzip. Eine direkt eingekoppelte Überspannung verursacht in dem betroffenen Leiter einen Stoßstrom mit hohen Anstiegswerten.
Gleichzeitig entsteht ein entsprechend starkes Magnetfeld um diesen Leiter, wie bei der Primärwicklung eines Transformators. Das Magnetfeld induziert eine Überspannung in anderen Leitungen, die sich in seinem Wirkungsbereich befinden, wie in die Sekundärwicklung eines Transformators. Über den Leitungsweg gelangt die eingekoppelte Überspannung in das angeschlossene Gerät.

Kapazitive Einkopplung
Diese Einkopplung erfolgt prinzipiell über das elektrische Feld zwischen zwei Punkten mit hohem Potenzialunterschied. Über der Ableitung eines Blitzableiters entsteht ein hohes Potenzial aufgrund eines Blitzeinschlags. Es bildet sich ein elektrisches Feld zwischen der Ableitung und anderen Teilen mit niedrigerem Potenzial.
Das können z. B. Leitungen der Stromversorgung und Signalübertragung oder Geräte innerhalb des Gebäudes sein. Es kommt zu einem Ladungstransport durch das elektrische Feld. Das führt zu einem Spannungsanstieg bzw. zu einer Überspannung in den betroffenen Leitungen und Geräten.

Wirkungsrichtung von Überspannungen

Überspannungen wirken in den beeinflussten Stromkreisen in zwei Richtungen.

Wirkungsrichtung von Überspannungen mit Längsspannung und Querspannung

Längsspannung (links) und Querspannung (rechts)

Längsspannung
Längsspannungen [UL] treten im Beeinflussungsfall durch Überspannungen oder hochfrequente Störspannungen zwischen aktiven Leitern und Erde auf. Man verwendet auch die Begriffe asymmetrisch und common mode.
Asymmetrische Spannungen gefährden in erster Linie Bauelemente, die zwischen aktiven Potenzialen und einem geerdeten Ground liegen, sowie die Isolation zwischen aktiven Potenzialen und Erde. Es kommt zu Überschlägen auf Leiterplatten oder von Spannung führenden Betriebsmitteln zu geerdeten Gehäuseteilen.

Querspannung
Querspannungen [UQ] treten im Beeinflussungsfall durch Überspannungen oder hochfrequente Störspannungen zwischen den aktiven Leitern eines Stromkreises auf. Man verwendet auch die Begriffe symmetrisch und differential mode.
Symmetrische Überspannungen gefährden den Spannungs- und Signaleingang von Geräten und Schnittstellen. Es kommt zur direkten Überlastung mit Zerstörung der betroffenen Betriebsmittel in der Stromversorgung oder von signalverarbeitenden Bauelementen.

Auswirkungen von Überspannungen

Überspannungen, die in einen Stromkreis einkoppeln, schädigen in den meisten Fällen in erheblichem Maße Einrichtungen und Geräte. Für Geräte, die permanent im Einsatz sind, ist das Risiko besonders hoch. Hier können diese Schäden extreme Kosten verursachen.
Denn nicht nur die Neuanschaffung oder Reparatur der beschädigten Geräte kostet Geld. Noch teurer wirkt sich ein längerer Anlagenausfall oder gar der Verlust von Software oder Daten aus.

Schaubild: Schadenshäufigkeit aufgrund von Überspannungen (Quelle: GDV / 2019)

Schadenshäufigkeit aufgrund von Überspannungen (Quelle: GDV / 2019)

Schadenshäufigkeit

Statistiken der Versicherer weisen jedes Jahr nennenswerte Zahlen für die Schadenshäufigkeit aufgrund von Überspannungen aus. Schäden an der Hardware bekommt der Betreiber von elektronischen Anlagen in den meisten Fällen von seiner Versicherung ersetzt. Software-Schäden und der Ausfall der Anlage mit großen finanziellen Belastungen bleiben vielfach unversichert.
Die Statistik der deutschen Versicherer von 2019 belegt, dass alleine der Anteil der Blitz- und Überspannungsschäden einen Nennenswerten Anteil ausmacht. Auch wenn die Zahl der Schäden in den vergangenen Jahren leicht gesunken ist, wurden jährlich rund 200 Mio. Euro in der Hausrat- und Wohngebäudeversicherung an Leistungen erbracht. (Quelle: GDV)

Überspannungsschaden an einem elektronischen Bauteil

Überspannungsschaden an einem elektronischen Bauteil

Gefährdungspotenzial

Jeder Stromkreis arbeitet mit einer für ihn spezifizierten Spannung. Daher ist jede Spannungserhöhung, die zur Überschreitung der oberen Toleranzgrenze führt, eine Überspannung.
Der Umfang der Schädigung hängt in starkem Maße von der Spannungsfestigkeit der verwendeten Bauelemente und von der Energie ab, die in dem betreffenden Stromkreis umgesetzt werden kann.

Darstellung des Schutzkreisprinzips für den Überspannungsschutz

Darstellung des Schutzkreisprinzips

Schutzkonzept

Das Schutzkreisprinzip beschreibt eine lückenlose Maßnahme zum Schutz vor Überspannungen. Dabei ist um das zu schützende Objekt gedanklich ein Kreis zu ziehen. An allen Stellen, an denen Leitungen diesen Kreis schneiden, sind Überspannungsschutzgeräte zu installieren. Die Nenndaten des jeweiligen Stromkreises müssen Sie bei der Auswahl der Schutzgeräte berücksichtigen. Damit ist der Bereich innerhalb des Schutzkreises so gesichert, dass leitungsgebundene Überspannungseinkopplungen konsequent vermieden werden.
Das Schutzkreiskonzept lässt sich in folgende Bereiche sinnvoll unterteilen:

  • Stromversorgung
  • Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik
  • Informationstechnik
  • Sende- und Empfangsanlagen
Lage der einzelnen Schutzzonen am Beispiel eines typischen Einfamilienhauses

Lage der einzelnen Schutzzonen am Beispiel eines typischen Einfamilienhauses

Schutzzonen

Für die Einrichtung eines wirkungsvollen Schutzes ist es wichtig zu bestimmen, wo sich gefährdete Geräte befinden und durch welche Einflüsse sie gefährdet sind. Diese Abbildung zeigt ein typisches Einfamilienhaus, an dem beispielhaft die Lage der einzelnen Schutzzonen erklärt ist.

Die Abkürzung LPZ steht für Lightning Protection Zone und kennzeichnet die verschiedenen Gefährdungsbereiche. Dabei wird zwischen folgenden Zonen unterschieden:

  • LPZ 0A (direkte Blitzeinwirkung): Bezeichnet den gefährdeten Bereich außerhalb des Gebäudes.
  • LPZ 0B (direkte Blitzeinwirkung): Bezeichnet den geschützten Bereich außerhalb des Gebäudes.
  • LPZ 1: Bezeichnet eine Zone innerhalb des Gebäudes, die durch energiereiche Überspannungen gefährdet ist.
  • LPZ 2: Bezeichnet die Zone innerhalb eines Gebäudes, die durch energieärmere Überspannungen gefährdet ist.
  • LPZ 3: Diese Zone ist gefährdet durch Überspannungen und sonstige Einflüsse, die durch die Geräte und Leitungen selbst entstehen.
Schaubild: Entstehung von Induktionsspannungen in Leitungen

Entstehung von Induktionsspannungen in Leitungen

Auswirkungen von Stoßströmen in Leitungen

Bei der Begrenzung von Überspannung handelt es sich um die Ableitung hochfrequenter Ströme und damit um transiente Vorgänge. Das bedeutet, dass in erster Linie nicht der ohmsche, sondern der induktive Widerstand einer Leitung ausschlaggebend ist.
Beim Ableiten solcher Stoßströme zum Erdpotenzial werden nach dem Induktionsgesetz erneut Überspannungen zwischen dem Einkopplungspunkt und Erde erzeugt.

u0 = L x di/dt

u0 = induzierte Spannung in V
L = Induktivität in Vs/A in H
di = Stromänderung in A
dt = Zeitintervall in s

Der induktive Widerstand lässt sich nur durch Verkürzen der Leitungslänge oder durch Parallelschalten von Ableitstrecken verringern. Um die Gesamtimpedanz der Ableitstrecke und damit die Restspannung gering zu halten, ist deshalb ein maschenförmiger, möglichst engmaschiger Potenzialausgleich die beste technische Lösung.

Potenzialausgleichsysteme in einem Haus

Potenzialausgleichsysteme

Potenzialausgleich

Ein vollständiger Schutz lässt sich nur durch eine vollständige Isolierung oder durch einen vollständigen Potenzialausgleich erreichen. Da aber eine vollständige Isolierung für viele praktische Anwendungen gar nicht möglich ist, bleibt nur der vollständige Potenzialausgleich.
Dafür sind alle elektrisch leitfähigen Teile mit dem Potenzialausgleichssystem zu verbinden. Die Verbindung von spannungsführenden Leitungen zum zentralen Potenzialausgleich erfolgt über Schutzgeräte. Diese werden im Fall einer Überspannung leitfähig und schließen die Überspannung kurz. Überspannungsschäden lassen sich so wirkungsvoll verhindern.
Potenzialausgleichssysteme können unterschiedlich aufgebaut sein:

  • Linienförmiger Potenzialausgleich
  • Sternförmiger Potenzialausgleich
  • Maschenförmiger Potenzialausgleich

Der maschenförmige Potenzialausgleich ist dabei die wirkungsvollste Methode, da hier alle elektrisch leitfähigen Teile über eine separate Leitung verfügen und zusätzliche Leitungen alle Endpunkte auf dem kürzesten Weg verbinden. Diese Art von Potenzialausgleich ist sinnvoll bei besonders empfindlichen Anlagen wie Rechenzentren.

Mehrstufiges Schutzkonzept für die Stromversorgung

Die erforderlichen Maßnahmen zum Schutz von Geräten und Anlagen gliedern sich je nach Ableiterauswahl und den zu erwartenden Umwelteinflüssen in zwei oder drei Stufen. Die Schutzgeräte für die einzelnen Stufen unterscheiden sich grundsätzlich durch die Höhe des Ableitvermögens und den Schutzpegel gemäß der Schutzstufenzugehörigkeit.
Dreistufiges Schutzkonzept mit getrennt installierten Schutzstufen:

  • Typ 1: Blitzstromableiter
    Schutzpegel <4 kV, üblicher Einbauort: Hauptverteilung
  • Typ 2: Überspannungsableiter
    Schutzpegel <2,5 kV, üblicher Einbauort: Unterverteilung
  • Typ 3: Geräteschutz
    Schutzpegel <1,5 kV, üblicher Einbauort: vor dem Endgerät
    Die Schutzstufen 1 und 2 lassen sich auch in einem Kombiableiter Typ 1+2 realisieren. Dieses Schutzgerät erfüllt die Anforderungen, die an Ableiter des Typs 1 und 2 gestellt sind. Der wesentliche Vorteil ist die einfache Installation. Es müssen auch keine besonderen Installationsbedingungen berücksichtigt werden.
    Dreistufiges Schutzkonzept mit Kombiableiter Typ 1+2 und separatem Ableiter Typ 3:
  • Kombiableiter Typ 1+2
    Schutzpegel <2,5 kV, üblicher Einbauort: Hauptverteilung
  • Typ 3: Geräteschutz
    Schutzpegel <1,5 kV, üblicher Einbauort: vor dem Endgerät

Bauelemente und Schutzschaltungen

Wenn Überspannungen auftreten, müssen die betroffenen Geräte und Leitungen in sehr kurzer Zeit mit dem Potenzialausgleich kurzgeschlossen werden. Dafür stehen verschiedene Bauelemente mit entsprechenden Eigenschaften zur Verfügung. Diese Bauelemente unterscheiden sich im Wesentlichen durch ihr Ansprechverhalten und Ableitvermögen.

Schaltzeichen und U/I-Kennlinie einer Suppressordiode

Schaltzeichen und U/I-Kennlinie einer Suppressordiode

Suppressordioden

Eigenschaften:

  • Die Funktion wird allgemein als Feinschutz definiert.
  • Reagiert sehr schnell.
  • Niedrige Spannungsbegrenzung.
  • Standardausführung mit geringer Strombelastbarkeit und einer hohen Kapazität.
  • Bei einer Nennspannung von 5 V beträgt das maximale Ableitvermögen ca. 750 A.
  • Bei höheren Nennspannungen sinkt das Ableitvermögen deutlich.

Besonderheiten:

Es gibt auch Dioden mit höherer Nennspannung und größerem Ableitvermögen. Diese Ausführungen sind allerdings deutlich größer und werden daher kaum in kombinierten Schutzschaltungen verwendet.

Legende:

UR = Sperrspannung
UB = Durchbruchspannung
UC = Begrenzungsspannung
IPP = Stoßstromimpuls
IR = Sperrstrom

Schaltzeichen und U/I-Kennlinien von Metalloxid-Varistoren

Schaltzeichen und U/I-Kennlinien von Metalloxid-Varistoren

Varistoren

Eigenschaften:

  • Die Funktion wird allgemein als Mittelschutz definiert.
  • Ansprechzeiten liegen im unteren Nanosekundenbereich.
  • Reagieren schneller als gasgefüllte Schutzgeräte.
  • Verursachen keine Netzfolgeströme.

Besonderheiten:

Varistoren mit bis zu 2,5 kA Nennableitstoßstrom werden als mittlere Schutzstufe in der MSR-Technik eingesetzt. Im Bereich der Stromversorgung sind Varistoren mit bis zu 3 kA Nennableitstoßstrom wesentlicher Bestandteil von Schutzschaltungen in Typ 3-Ableitern für den Geräteschutz. Wesentlich leistungsstärker sind Varistoren, die in Typ 2-Überspannungsschutzgeräten zum Einsatz kommen. Die Standardausführung beherrscht in diesem Anwendungsbereich Nennableitstoßströme bis 20 kA. Für spezielle Anwendungen gibt es aber auch Typ 2-Schutzgeräte mit bis zu 80 kA.

Legende:

A = Hochohmiger Betriebsbereich
B = Niederohmiger Betriebsbereich / Begrenzungsbereich

Schaltzeichen und Zündkennlinie eines gasgefüllten Überspannungsschutzgeräts

Schaltzeichen und Zündkennlinie eines gasgefüllten Überspannungsschutzgeräts

Gasgefüllte Überspannungsschutzgeräte

Eigenschaften:

  • Die Funktion wird allgemein als Mittelschutz definiert.
  • Ansprechzeiten liegen im mittleren Nanosekundenbereich.
  • Standardvarianten leiten Ströme von bis zu 20 kA ab.
  • Trotz hohen Ableitvermögens hat das Bauelement sehr kleine Abmessungen.

Besonderheiten:

Bei diesem Bauelement führt ein Spannungs-Zeit abhängiges Zündverhalten zu Restspannungen, die sogar noch einige 100 V betragen können.

Legende:

  1. Statisches Ansprechverhalten
  2. Dynamisches Ansprechverhalten
Schaltzeichen und Zündkennlinie einer Funkenstrecke

Schaltzeichen und Zündkennlinie einer Funkenstrecke

Funkenstrecken

Eigenschaften:

  • Kernstück eines Blitzstromableiters
  • Hohes Löschvermögen von Netzfolgeströmen
  • Relativ hohe Ansprechgeschwindigkeit
  • Zündverhalten abhängig vom Spannungsanstieg über die Zeit

Besonderheiten:

Kernstück eines leistungsfähigen Blitzstromableiters ist in den meisten Fällen eine Funkenstrecke. Bei diesem Bauelement stehen sich zwei Funkenhörner mit geringem Abstand gegenüber. Überspannungen verursachen zwischen den Funkenhörnern einen Überschlag und es entsteht ein Lichtbogen. Diese Plasmastrecke schließt die Überspannung kurz. Dabei fließen sehr hohe und steil ansteigende Ströme mit Werten bis in den dreistelligen kA-Bereich. Es gibt offene und geschlossene Funkenstrecken. Physikalisch bedingt ist das Ableit- und Löschvermögen offener Funkenstrecken größer.

Die Arc-Chopping-Technologie hat sich für Funkenstrecken als besonders leistungsstark bewährt. Hierbei liegt gegenüber den Elektroden zusätzlich eine so genannte Prallplatte. Der Lichtbogen wird zwischen den Elektroden in Richtung dieser Prallplatte gedrängt und dort zerschmettert. Es bilden sich dabei Lichtbogenfragmente, die aus dem Bereich der Funkenstrecke geblasen werden und dann leicht verlöschen. So kann die Funkenstrecke wieder hochohmig werden, wenn die Überspannung nicht mehr anliegt.

Legende:

UZ = Ansprechspannung / Zündspannung
tZ = Ansprechzeit

Zweistufige Schutzschaltung mit ohmscher Entkopplung (links) und dreistufige Schutzschaltung mit induktiver Entkopplung (rechts)

Zweistufige Schutzschaltung mit ohmscher Entkopplung (links) und dreistufige Schutzschaltung mit induktiver Entkopplung (rechts)

Kombinierte Schutzschaltungen für Signalschnittstellen

Je nach Anwendungsfall kommen unterschiedliche Bauelemente zum Einsatz. Sie können einzeln oder auch in komplexen Schutzschaltungen miteinander kombiniert werden.

Mit einer Kombination verschiedener Bauelemente lassen sich die gewünschten bauteilspezifischen Vorteile zusammenfassen. Z. B. stellen Schaltungskombinationen von Gasableitern und Suppressordioden eine Standardschutzschaltung für empfindliche Signalschnittstellen dar. Diese Kombination bietet einen leistungsstarken und schnell ansprechenden Schutz mit bestmöglichem Schutzpegel.

Die Bauelemente sind als Schutzstufen indirekt parallel geschaltet. Das heißt, zwischen den Bauelementen sind ohmsche oder induktive Entkopplungsglieder eingeschleift. Das bewirkt ein zeitlich versetztes Ansprechen der gestaffelt angeordneten Schutzstufen.

Die Schutzschaltungen unterscheiden sich prinzipiell durch:

  • Anzahl der Schutzstufen
  • Wirkungsrichtung der Schaltung (Längs-/Querspannungsschutz)
  • Nennspannung
  • Dämpfungswirkung auf Signalfrequenzen
  • Schutzpegel (Begrenzungsspannung)
Spannungsverteilung in einer zweistufigen Schutzschaltung

Spannungsverteilung in einer zweistufigen Schutzschaltung

Funktion mehrstufiger Schutzschaltungen

Beim Auftreten einer Überspannung spricht die Suppressordiode als schnellstes Bauelement zuerst an. Der Ableitstrom fließt durch die Suppressordiode und den vorgeschalteten Entkopplungswiderstand. Über dem Entkopplungswiderstand fällt eine Spannung ab. Sie entspricht dem Differenzwert zwischen den unterschiedlichen Ansprechspannungen von Suppressordiode und gasgefülltem Überspannungsschutzgerät.

So wird die Ansprechspannung des Gasableiters erreicht, bevor der Stoßstrom die Suppressordiode überlastet. D. h., wenn das gasgefüllte Überspannungsschutzgerät angesprochen hat, fließt der Ableitstrom fast vollständig durch den Gasableiter. Die Restspannung über dem Gasableiter beträgt maximal 20 V, sodass die Suppressordiode entlastet ist. Bei einem kleinen Ableitstrom, der die Suppressordiode nicht überlastet, spricht das gasgefüllte Überspannungsschutzgerät nicht an.

Die abgebildete Schaltung bietet die Vorteile eines schnellen Ansprechens bei niedriger Spannungsbegrenzung und besitzt gleichzeitig ein hohes Ableitvermögen. Eine dreistufige Schutzschaltung mit induktiver Entkopplung arbeitet nach dem gleichen Prinzip. Allerdings erfolgt die Kommutierung in zwei Schritten: zuerst von der Suppressordiode auf den Varistor und dann weiter auf das gasgefüllte Überspannungsschutzgerät.

Das Prinzip der Spannungsverteilung wirkt grundsätzlich auch zwischen den verschiedenen Schutzstufen im Bereich der Stromversorgung. Dabei fällt UW über der Leitung zwischen den Schutzgeräten Typ 1 und Typ 2 sowie zwischen Typ 2 und Typ 3 ab. Es gibt aber auch Überspannungsschutzgeräte für die Stromversorgung, bei denen eine Koordination ohne Leitungslängen zwischen den Schutzstufen möglich ist.

Legende:

UG = Ansprechspannung gasgefülltes Überspannungsschutzgerät
UD = Begrenzungsspannung Suppressordiode
UW = Differenzspannung über dem Entkopplungswiderstand

Normen und Richtlinien Allgemeine Normen zu den Themen Blitzschutz, Errichtungsbestimmungen und zur Produktauswahl von Überspannungsschutzgeräten

In den verschiedenen Normen sind die Anforderungen an die Installation und Sicherheit sowie die Verwendung der Produkte in den verschiedenen Applikationen im Einzelnen beschrieben. Nachfolgend sind die einzelnen Hauptthemengebiete gelistet und die jeweils zugehörigen internationalen Normen benannt.

Schaubild zu Normen, Richtlinien und Regularien des Überspannungsschutzes
Schaubild zu Normen, Richtlinien und Regularien des Überspannungsschutzes
Normen, Richtlinien und Regularien
Schaubild zu Normen, Richtlinien und Regularien des Überspannungsschutzes
Schaubild zu Normen, Richtlinien und Regularien des Überspannungsschutzes

Blitzschutz - Teil 1: Allgemeine Grundsätze
Protection against lightning - Part 1: General principles
• IEC 62305-1
• EN 62305-1
• DIN EN 62305-1 (VDE 0185-305-1)

Blitzschutz - Teil 2: Risiko-Management
Protection against lightning - Part 2: Risk management
• IEC 62305-2
• EN 62305-2
• DIN EN 62305-2 (VDE 0185-305-2)

Blitzschutz - Teil 2: Risiko-Management - Beiblatt 1: Blitzgefährdung in Deutschland
Protection against lightning - Part 2: Risk management - Supplement 1: Lightning threat in Germany
• DIN EN 62305-2 Beiblatt 1 (VDE 0185-305-2 Beiblatt 1)

Blitzschutz - Teil 2: Risiko-Management - Beiblatt 2: Berechnungshilfe zur Abschätzung des Schadensrisikos für bauliche Anlagen, mit CD-ROM
Protection against lightning - Part 2: Risk management - Supplement 2: Calculation assistance for assessment of risk for structures, with CD-ROM
• DIN EN 62305-2 Beiblatt 2 (VDE 0185-305-2 Beiblatt 2)

Blitzschutz - Teil 2: Risiko-Management; Beiblatt 3: Zusätzliche Informationen zur Anwendung der DIN EN 62305-2 (VDE 0185-305-2)
Protection against lightning - Part 2: Risk management; Supplement 3: Additional information for the application of DIN EN 62305-2 (VDE 0185-305-2)
• DIN EN 62305-2 Beiblatt 3 (VDE 0185-305-2 Beiblatt 3)

Blitzschutz - Teil 3: Schutz von baulichen Anlagen und Personen
Protection against lightning - Part 3: Physical damage to structure and life hazard
• IEC 62305-3
• EN 62305-3
• DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3)

Blitzschutz - Teil 3: Schutz von baulichen Anlagen und Personen - Beiblatt 1: Zusätzliche Informationen zur Anwendung der DIN EN 62305-3
Protection against lightning - Part 3: Physical damage to structures and life hazard - Supplement 1: Additional information for the application of DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3)
• DIN EN 62305-3 Beiblatt 1 (VDE 0185-305-3 Beiblatt 1)

Blitzschutz - Teil 3: Schutz von baulichen Anlagen und Personen - Beiblatt 2: Zusätzliche Informationen für besondere bauliche Anlagen
Protection against lightning - Part 3: Physical damage to structures and life hazard - Supplement 2: Additional information for special structures
• DIN EN 62305-3 Beiblatt 2 (VDE 0185-305-3 Beiblatt 2)

Blitzschutz - Teil 3: Schutz von baulichen Anlagen und Personen - Beiblatt 3: Zusätzliche Informationen für die Prüfung und Wartung von Blitzschutzsystemen
Protection against lightning - Part 3: Physical damage to structures and life hazard - Supplement 3: Additional information for the testing and maintenance of lightning protection systems
• DIN EN 62305-3 Beiblatt 3 (VDE 0185-305-3 Beiblatt 3)

Blitzschutz - Teil 3: Schutz von baulichen Anlagen und Personen - Beiblatt 4: Verwendung von Metalldächern in Blitzschutzsystemen
Protection against lightning - Part 3: Physical damage to structures and life hazard - Supplement 4: Use of metallic roofs in lightning protection systems
• DIN EN 62305-3 Beiblatt 4 (VDE 0185-305-3 Beiblatt 4)

Blitzschutz - Teil 3: Schutz von baulichen Anlagen und Personen; Beiblatt 5: Blitz- und Überspannungsschutz für PV-Stromversorgungssysteme
Protection against lightning - Part 3: Physical damage to structures and life hazard; Supplement 5: Lightning and overvoltage protection for photovoltaic power supply systems
• DIN EN 62305-3 Beiblatt 5 (VDE 0185-305-3 Beiblatt 5)

Blitzschutz - Teil 3: Schutz von baulichen Anlagen und Personen; Beiblatt 6: Zusätzliche Informationen über das Erfordernis von Blitzschutzmaßnahmen nach DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3)
Protection against lightning - Part 3: Physical damage to structures and life hazard; Supplement 6: Additional information on the requirement for lightning protection according to DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3)
• DIN EN 62305-3 Beiblatt 6 (VDE 0185-305-3 Beiblatt 6)

Blitzschutz - Teil 4: Elektrische und elektronische Systeme in baulichen Anlagen
Protection against lightning - Part 4: Electrical and electronic systems within structures
• IEC 62305-4
• EN 62305-4
• DIN EN 62305-4 (VDE 0185-305-4)

Blitzschutz - Teil 4: Elektrische und elektronische Systeme in baulichen Anlagen - Beiblatt 1: Verteilung des Blitzstroms
Protection against lightning - Part 4: Electrical and electronic systems within structures - Supplement 1: Sharing of the lightning current
• DIN EN 62305-4 Beiblatt 1, VDE 0185-305-4 Beiblatt 1

Schaubild zu Normen, Richtlinien und Regularien des Überspannungsschutzes

Überspannungsschutzgeräte für Niederspannung - Teil 11: Überspannungsschutzgeräte für den Einsatz in Niederspannungsanlagen - Anforderungen und Prüfungen
Low-voltage surge protective devices - Part 11: Surge protective devices connected to low-voltage power systems - Requirements and test methods
• IEC 61643-11
• EN 61643-11
• DIN EN 61643-11 (VDE 0675-6-11)

Überspannungsschutzgeräte für Niederspannung - Teil 12: Überspannungsschutzgeräte für den Einsatz in Niederspannungsanlagen - Auswahl und Anwendungsgrundsätze
Low-voltage surge protective devices - Part 12: Surge protective devices connected to low-voltage power distribution systems - Selection and application principles
• IEC 61643-12
• EN: not available
• DIN EN 61643-12 (VDE 0675-6-12)

Überspannungsschutzgeräte für Niederspannung - Teil 21: Überspannungsschutzgeräte für den Einsatz in Telekommunikations- und signalverarbeitenden Netzwerken - Leistungsanforderungen und Prüfverfahren
Low voltage surge protective devices - Part 21: Surge protective devices connected to telecommunications and signalling networks - Performance requirements and testing methods
• IEC 61643-21
• EN: not available
• DIN EN 61643-21 (VDE 0845-3-1)

Überspannungsschutzgeräte für Niederspannung - Teil 22: Überspannungsschutzgeräte für den Einsatz in Telekommunikations- und signalverarbeitenden Netzwerken - Auswahl und Anwendungsprinzipien
Low-voltage surge protective devices - Part 22: Surge protective devices connected to telecommunications and signalling networks - Selection and application principles
• IEC 61643-22 & CLC/TS 61643-22
• EN: not available
• DIN CLC/TS 61643-22 (VDE V 0845-3-2)

Überspannungsschutzgeräte für Niederspannung - Teil 31: Anforderungen und Prüfungen für Überspannungsschutzgeräte in Photovoltaik-Installationen
Low-voltage surge protective devices - Part 31: Requirements and test methods for SPDs for photovoltaic installations
• IEC 61643-31
• EN 61643-31
• DIN EN 61643-31 (VDE 0675-6-31)

Überspannungsschutzgeräte für Niederspannung - Überspannungsschutzgeräte für besondere Anwendungen einschließlich Gleichspannung - Teil 32: Auswahl und Anwendungsgrundsätze - SPDs für den Einsatz in Photovoltaik-Installationen
Low-voltage surge protective devices - Surge protective devices for specific use including d.c. - Part 32: Selection and application principles - SPDs connected to photovoltaic installations
• IEC 61643-32
• EN: not available
• DIN EN 61643-32 (VDE 0675-6-32)

Windenergieanlagen - Teil 24: Blitzschutz
Wind energy generation systems - Part 24: Lightning protection
• IEC 61400-24
• EN IEC 61400-24
• DIN EN IEC 61400-24 (VDE 0127-24)

Normen, Richtlinien und Regularien

mit Nennspannungen bis 1.000 V

Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 1: Allgemeine Grundsätze, Bestimmungen allgemeiner Merkmale, Begriffe
Low-voltage electrical installations - Part 1: Fundamental principles, assessment of general characteristics, definitions
• IEC 60364-1
• HD 60364-1
• DIN VDE 0100-100 (VDE 0100-100)

Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 200: Begriffe
Low-voltage installations - Part 200: Definitions
• IEC 60050-826
• EN: not available
• DIN VDE 0100-200 (VDE 0100-200)

Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 4-41: Schutzmaßnahmen - Schutz gegen elektrischen Schlag
Low-voltage electrical installations - Part 4-41: Protection for safety - Protection against electric shock
• IEC 60364-4-41
• HD 60364-4-41
• DIN VDE 0100-410, VDE 0100-410

Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 4-43: Schutzmaßnahmen - Schutz bei Überstrom
Low-voltage electrical installations - Part 4-43: Protection for safety
• IEC 60364-4-43
• HD 60364-4-43
• DIN IEC 60364-4-43 (VDE 0100-430)

Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 4-44: Schutzmaßnahmen - Schutz bei Störspannungen und elektromagnetischen Störgrößen - Abschnitt 443: Schutz bei transienten Überspannungen infolge atmosphärischer Einflüsse oder von Schaltvorgängen
Low-voltage electrical installations - Part 4-44: Protection for safety - Protection against voltage disturbances and electromagnetic disturbances - Clause 443: Protection against transient overvoltages of atmospheric origin or due to switching
• IEC 60364-4-44
• HD 60364-4-443
• DIN VDE 0100-443 (VDE 0100-443)

Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 5-51: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel - Allgemeine Bestimmungen
Electrical installations of buildings - Part 5-51: Selection and erection of electrical equipment - Common rules
• IEC 60364-5-51
• HD 60364-5-51
• DIN VDE 0100-510 (VDE 0100-510)

Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 5-53: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel - Trennen, Schalten und Steuern - Abschnitt 534: Überspannungs-Schutzeinrichtungen (SPDs)
Low-voltage electrical installations - Part 5-53: Selection and erection of electrical equipment - Isolation, switching and control - Clause 534: Devices for protection against transient overvoltages
• IEC 60364-5-53
• HD 60364-5-53
• DIN VDE 0100-534 (VDE 0100-534)

Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 5-54: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel - Erdungsanlagen und Schutzleiter
Low-voltage electrical installations - Part 5-54: Selection and erection of electrical equipment - Earthing arrangements and protective conductors
• IEC 60364-5-54
• HD 60364-5-54
• DIN VDE 0100-540 (VDE 0100-540)

Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 6: Prüfungen
Low-voltage electrical installations - Part 6: Verification
• IEC 60364-6
• HD 60364-6
• DIN VDE 0100-600 (VDE 0100-600)

Schutz gegen elektrischen Schlag - Gemeinsame Anforderungen für Anlagen und Betriebsmittel
Protection against electric shock - Common aspects for installation and equipment
• IEC 61140
• EN 61140
• DIN EN 61140 (VDE 0140-1)

Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen - Teil 1: Allgemeine Festlegungen
Low-voltage switchgear and controlgear assemblies - Part 1: General rules
• IEC: under preparation
• EN: not available
• DIN EN 61439-1 (VDE 0660-600-1)

Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen - Teil 2: Energie-Schaltgerätekombinationen
Low-voltage switchgear and controlgear assemblies - Part 2: Power switchgear and controlgear assemblies
• IEC: under preparation
• DIN EN IEC 61439-2 (VDE 0660-600-2)

Schaubild zu Normen, Richtlinien und Regularien des Überspannungsschutzes

Zählerplätze - Teil 1: Allgemeine Anforderungen
Meter panels - Part 1: General requirements
• DIN VDE 0603-1 (VDE 0603-1)

Niederspannungssicherungen - Teil 1: Allgemeine Anforderungen
Low-voltage fuses - Part 1: General requirements
• IEC 60269-1
• EN 60269-1
• DIN EN 60269-1 (VDE 0636-1)

Elektrisches Installationsmaterial - Leitungsschutzschalter für Hausinstallationen und ähnliche Zwecke - Teil 1: Leitungsschutzschalter für Wechselstrom (AC)
Electrical accessories - Circuit-breakers for overcurrent protection for household and similar installations - Part 1: Circuit-breakers for a.c. operation
• IEC 60898-1
• EN 60898-1
• DIN EN 60898-1 (VDE 0641-11)

Elektrisches Installationsmaterial - Leitungsschutzschalter für Hausinstallationen und ähnliche Zwecke - Teil 1: Leitungsschutzschalter für Wechselstrom (AC); Beiblatt 1: Anwendungshinweise zum Einsatz von Leitungsschutzschaltern der Reihe DIN EN 60898 (VDE 0641) und von selektiven Haupt-Leitungsschutzschaltern nach DIN VDE 0641-21 (VDE 0641-21)
Electrical accessories - Circuit-breakers for overcurrent protection for household and similar installations - Part 1: Circuit-breakers for a.c. operation; Supplement 1: Operating instructions for the use of circuit breakers according to series DIN EN 60898 (VDE 0641) and of selective main circuit-breakers according to DIN VDE 0641-21 (VDE 641-21)
• DIN EN 60898-1 Beiblatt 1 (VDE 0641-11 Beiblatt 1)

Leitungsschutzschalter für Hausinstallationen und ähnliche Zwecke - Teil 2: Leitungsschutzschalter für Wechsel- und Gleichstrom (AC und DC)
Circuit-breakers for overcurrent protection for household and similar installations - Part 2: Circuit-breakers for a.c. and d.c. operation
• IEC 60898-2
• EN 60898-2
• DIN EN 60898-2 (VDE 0641-12)

Fehlerstrom-/Differenzstrom-Schutzschalter ohne eingebauten Überstromschutz (RCCBs) für Hausinstallationen und für ähnliche Anwendungen - Teil 1: Allgemeine Anforderungen
Residual current operated circuit-breakers without integral overcurrent protection for household and similar uses (RCCBs) - Part 1: General rules
• IEC 61008-1
• EN 61008-1
• DIN EN 61008-1 (VDE 0664-10)

Fehlerstrom-/Differenzstrom-Schutzschalter mit eingebautem Überstromschutz (RCBOs) für Hausinstallationen und für ähnliche Anwendungen - Teil 1: Allgemeine Anforderungen
Residual current operated circuit-breakers with integral overcurrent protection for household and similar uses (RCBOs) - Part 1: General rules
• IEC 61009-
• EN 61009-
• DIN EN 61009-1 (VDE 0664-20)

Betrieb von elektrischen Anlagen - Teil 100: Allgemeine Festlegungen
Operation of electrical installations - Part 100: General requirements
• IEC: not available
• EN 50110-1 & EN 50110-1
• DIN VDE 0105-100 (VDE 0105-100)

Kabelnetze für Fernsehsignale, Tonsignale und interaktive Dienste - Teil 11: Sicherheitsanforderungen
Cable networks for television signals, sound signals and interactive services - Part 11: Safety
• IEC: under preparation
• EN: not available
• DIN EN IEC 60728-11 (VDE 0855-1)

Erdungsanlagen für Gebäude - Planung, Ausführung und Dokumentation
Earthing systems for buildings - Planning, execution and documentation
• DIN 18014

Elektrische Anlagen in Wohngebäuden - Teil 1: Planungsgrundlagen
Electrical installations in residential buildings - Part 1: Planning principles
• DIN 18015-1

Elektrische Anlagen in Wohngebäuden - Teil 2: Art und Umfang der Mindestausstattung
Electrical installations in residential buildings - Part 2: Nature and extent of minimum equipment
• DIN 18015-2

Merkmale der Spannung in öffentlichen Elektrizitätsversorgungsnetzen
Voltage characteristics of electricity supplied by public electricity networks; German version
• EN 50160
• DIN EN 50160

CENELEC-Normspannungen
CENELEC standard voltages
• EN 60038
• DIN EN 60038 (VDE 0175-1)

Hochspannungs-Prüftechnik - Teil 1: Allgemeine Begriffe und Prüfbedingungen
High-voltage test techniques - Part 1: General definitions and test requirements
• IEC 60060-1
• EN 60060-1
• DIN EN 60060-1 (VDE 0432-1)

Sicherheit von Maschinen - Elektrische Ausrüstung von Maschinen - Teil 1: Allgemeine Anforderungen
Safety of machinery - Electrical equipment of machines - Part 1: General requirements
• IEC 60204-1
• EN 60204-1
• DIN EN 60204-1 (VDE 0113-1)

Überspannungen und Schutz bei Überspannungen in Niederspannungs-Starkstromanlagen mit Wechselspannungen - Allgemeine grundlegende Informationen
Surge overvoltages and surge protection in low-voltage a.c. power systems - General basic information
• IEC/TR 62066
• DIN VDE 0184 (VDE 0184)

Isolationskoordination für elektrische Betriebsmittel in Niederspannungsanlagen - Teil 1: Grundsätze, Anforderungen und Prüfungen
Insulation coordination for equipment within low-voltage supply systems - Part 1: Principles, requirements and tests
• IEC 60664-1
• EN: not available
• DIN EN 60664-1 (VDE 0110-1)

Isolationskoordination für Niederspannungsbetriebsmittel - Teil 2-1: Anwendungsrichtlinie - Erläuterungen zur Anwendung der Normenreihe IEC 60664, Bemessungsbeispiele und Isolationsprüfungen
Insulation coordination for equipment within low-voltage systems - Part 2-1: Application guide - Explanation of the application of the IEC 60664 series, dimensioning examples and dielectric testing
• IEC/TR 60664-2-1
• EN: not available
• DIN EN 60664-1 Beiblatt 1 (VDE 0110-1 Beiblatt 1)

Isolationskoordination für elektrische Betriebsmittel in Niederspannungsanlagen - Beiblatt 3: Berücksichtigung von Schnittstellen; Anwendungsleitfaden
Insulation coordination for equipment within low-voltage systems - Supplement 3: Interface consideration; Application guide
• IEC/TR 60664-2-2
• EN: not available
• DIN EN 60664-1 Beiblatt 3, VDE 0110-1 Beiblatt 3

Surge protective devices
• UL 1449

Klassifizierung von Überspannungsschutzgeräten

Überspannungsschutzgeräte (SPDs) sind Betriebsmittel, deren wesentliche Komponenten Varistoren, Suppressordioden, gasgefüllte Überspannungsableiter (ÜsAg) oder Funkenstrecken sein können. Überspannungsschutzgeräte dienen dazu, andere elektrische Betriebsmittel und elektrische Anlagen gegen unzulässig hohe transiente Überspannungen und gegen transiente Ströme zu schützen. Die Einteilung von Überspannungsschutzgeräten in „Klassen“ erfolgt gemäß der zuständigen Produkt- und Applikationsnormen für Überspannungsschutzgeräte.
Überspannungsschutzgeräte werden nach ihrer Anwendung und ihrer Schutzfunktion eingeteilt:

Überspannungsschutzgeräte (SPDs) für den Einsatz in Niederspannungsanlagen bis 1000 V Nennspannung.

Es sind die nationalen Errichtungsbestimmungen für Niederspannungsanlagen für die Produktauswahl und den Einbau zu berücksichtigen wie die IEC 61643-12 die IEC 60364-5-53 Teil 534 bzw. VDE 0100 Teil 534. Produktstandard ist die EN(IEC) 61643-11. Hiernach werden Überspannungsschutzgeräte in IEC- und EN-Normen – in Abhängigkeit von ihrem Ableitvermögen und typischen Einbauorten – in drei Prüfklassen unterteilt:

  • Typ 1 SPDs: Leistungsstarke Überspannungsschutzgeräte für die Ableitung von energiereichen Stoßströmen/Stoßspannungen infolge von Direkt- oder Naheinschlägen. Einbauort: An der Grenze zwischen Blitzschutzzone LPZ 0A und Blitzschutzzone LPZ 1 – typischerweise in Hauptverteilungen. Typ 1 SPDs werden in jedem Fall empfohlen, wenn das Gebäude eine äußere Blitzschutzanlage hat.

  • Typ 2 SPDs: Überspannungsschutzgeräte für die Ableitung von Stoßströmen/Stoßspannungen infolge von Ferneinschlägen, induktiven oder kapazitiven Einkopplungen sowie Schaltüberspannungen. Einbauort: An der Grenze zwischen Blitzschutzzone LPZ 0B und LPZ 1 oder an der Grenze zwischen Blitzschutzzone LPZ 1 und LPZ 2 – typischerweise in Hauptverteilungen und/oder Unterverteilungen.

  • Typ 3 SPDs: Zusätzliche Überspannungsschutzgeräte (Geräteschutz) zum Schutz von empfindlichen Endgeräten. Einbauort: An der Grenze zwischen Blitzschutzzone LPZ 2 und LPZ 3 – typischerweise in unmittelbarer Nähe zu empfindlichen Endgeräten. Diese empfindlichen Endgeräte können Geräte für die Festinstallation in den Verteilungen sein oder ortsveränderliche Schutzgeräte im Bereich der Steckdose direkt vor dem zu schützenden Endgerät.

Allgemeine Informationen sind im Applikationsleitfaden (selection and application principles) IEC 61643-12 bzw. DIN EN 61643-12 zu finden. Grundlagen zum Blitzschutz, Blitzschutzzonen-Konzept und zur Risikoanalyse bieten die vier Teile der EN(IEC) 62305-… / VDE 0185-305-...

Überspannungsschutzgeräte für den Einsatz in Telekommunikations- und signalverarbeitenden Netzwerken zum Schutz gegen indirekte und direkte Auswirkungen von Blitzeinschlägen und anderen transienten Überspannungen. Hierzu zählen auch Niederspannungs-Datensysteme, Mess-, Steuer- und Regelstromkreise und Sprachübertragungsnetze mit Nennspannungen bis 1000 V Wechselspannung und 1500 V Gleichspannung.

Produktstandard ist die EN 61643-21 VDE 0845 Teil 3-1. Um die Prüfanforderungen und Leistungsklassen festzulegen, werden hiernach die Geräte in Kategorien A1, A2, B1, B2, B3, C1, C2, C3 und D1, D2 unterteilt. Ein Schutzgerät kann für verschiedene Kategorien und Leistungsklassen gekennzeichnet und geprüft sein.

Allgemeine Informationen sind im Application Guide IEC (TS) 61643-22 zu finden. Ergänzende Informationen bieten die Teile der VDE 0800… und der VDE 0845… . Weitere nationale Bestimmungen sind zu berücksichtigen.