A A A
| Sitemap | Kontakt | Impressum | Datenschutz
ETZ Logo VDE Verlag Logo

Überspannungsableiter mit integrierter Vorsicherung

01  Dimensionierung der Vorsicherung beim „DEHNventil“ modular DV M TNS 255 (FM)

02  Auslösewerte von NH-Sicherungen bei Beaufschlagung mit 10/350 [µs] Stoßströmen

03  Auslösewerte von NH-Sicherungen bei Beaufschlagung mit 8/20 [µs] Stoßströmen

Eine wichtige Voraussetzung für die normkonforme Dimensionierung von externen Vorsicherungen für Überspannungsschutzgeräte sind Fachkenntnisse über das Auslöseverhalten von Sicherungen. Zudem bedeutet ihr Einsatz in vielen Fällen einen erhöhten Platzbedarf im Schaltschrank. Dementsprechend sind bei der Dimensionierung verschiedene Parameter zu beachten. Moderne Ableiter mit integrierter Vorsicherung bieten diesbezüglich einige Vorteile.

Die Produktnorm für Überspannungsschutzeinrichtungen DIN EN 61643-11 (VDE 0675-6-11) regelt die Prozeduren, denen ein Überspannungsschutzgerät bei der normkonformen Prüfung unterzogen werden muss. So sind die Funkenstrecken in den Typ-1-Ableitern sowie die Varistoren in den Typ-2-Ableitern, bei der Prüfungen zur Kurzschlussfestigkeit, durch Kupferdummies zu ersetzen. Die Prüfung gilt als bestanden wenn:

  • der Netzkurzschlussstrom durch eine Abtrennvorrichtung (intern/extern) unterbrochen wurde,
  • dabei keine gefährliche Wirkung (zum Beispiel Flammenbildung) entstanden ist und
  • kein spannungsführendes Teil am Prüfling nach dem Test berührbar ist.
    Um diese Kriterien zu erfüllen, weisen die Hersteller in den Datenblättern maximale Vorsicherungswerte aus. Beispielsweise steht in der Einbauanleitung eines Kombiableiters (Bild 1), dass die Vorsicherung nicht größer als 315 A gL/gG sein darf.

Für die Dimensionierung ist die Stoßstromtragfähigkeit wichtig
Für die richtige Dimensionierung der Vorsicherung ist zudem die Stoßstromtragfähigkeit zu berücksichtigen. Die zu installierende Sicherung darf nicht größer sein, als der vom Hersteller vorgegebene Wert. Sie sollte aber auch nicht beliebig klein sein, da die benötigte Stoßstromtragfähigkeit dann nicht sichergestellt ist. Nach DIN EN 61643-11 (VDE 0675-6-11) muss auch die vom Hersteller des Schutzgeräts ausgewiesene Vorsicherung den ausgewiesenen Stoßstrom ohne auszulösen tragen. Das typische Ableitvermögen eines Typ-1-Kombi-Ableiters liegt bei 25 kA/Pol Blitzstoßstrom 10/350 [µs]. Eine 250-A-gL/gG-Sicherung wird bei einem Blitzstoßstrom von 25 kA (10/350 µs) bereits an der Grenze zum Auslösen belastet (Tabelle in Bild 2).

04 Zerstörte NH-Sicherung durch einen Blitzstoßstrom

05 Installation eines Typ 1 – Kombi-Ableiters mit ideal ­dimensionierter Vorsicherung (links) im Vergleich zum Kombi-Ableiter „DEHNvenCI“

06 Vergleich der Charakteristik von gl/gG-Sicherung (F1) zu Leitungsschutzschalter (Q1)

Bei den Typ-2-Ableitern liegen gängige maximale Stoßstromwerte I max im Bereich zwischen 25 kA und 40 kA entsprechend des genormten Stoßstroms 8/20 [µs]. Bei einem I max des Ableiters von zum Beispiel 35 kA 8/20 [µs] sollte die Vorsicherung einen Wert von mindestens 100 A gL/gG haben, um den Stoßstrom tragen zu können, den der Ableiter imstande ist abzuleiten (Tabelle in Bild 3).
Eine zu klein ausgewählte Ableitervorsicherung vermindert die Anlagenverfügbarkeit drastisch. Durch die hohe Energie der Blitzstoßströme bei Typ-1-Ableitern kann die Vorsicherung nicht nur auslösen, sondern sogar explodieren (Bild 4). Auch die Gefahr eines Lichtbogens in der Schaltanlage, hervorgerufen durch das Bersten der Sicherung, ist nicht zu unterschätzen. Es können starke Beschädigungen an der Verteilung entstehen. Die Anlagenverfügbarkeit ist dann stark eingeschränkt.
Unter Berücksichtigung all dieser Aspekte ist die ideale Ausführung einer Vorsicherung für einen Typ-1-Ableiter mit einem Ableitvermögen von 25 kA 10/350 [µs], eine 315-A-gL/gG-Schmelzsicherung (Bild 5). Es ist zu erkennen, dass für die Vorsicherungen (3 × NH2 315 A gL/gG) deutlich mehr Platz einkalkuliert werden muss, als für den eigentlichen Überspannungsschutz. Zudem geht die zusätzliche Verkabelung in die Gesamtanschlusslänge des Überspannungsschutzes mit ein, die nach der DIN VDE 0100-534 (kA) nicht länger als 0,5 m sein sollte und nicht länger als 1 m sein darf. Auch der erhöhte Zeitaufwand für Planung und Montage der geeigneten Vorsicherung ist nicht zu unterschätzen.

Auswahl und Dimensionierung von Leitungsschutzschaltern als Backup-Schutz
Während in den Datenblättern der Überspannungsschutzgeräte übli­cherweise Maximalwerte für gL/gG-Sicherungen ausgewiesen sind, da für diese die Schutzcharakteristik in weiten Bereichen standardisiert und herstellerunabhängig ist, ist dies bei Leitungsschutzschaltern nicht der Fall. Dementsprechend ist bei der Verwendung von Leitungsschutzschaltern immer eine Einzelfallbetrachtung erforderlich. Es muss sichergestellt sein, dass der Leitungsschutzschalter über den gesamten Einsatzbereich (bis zum maximalen Kurzschlussstrom in der Anlage) schneller oder aber mindestens gleich schnell auslöst und den Kurzschlussstrom unterbricht, wie die vom Hersteller ausgewiesene gL/gG-Sicherung. Die Leitungsschutzschalterkurve (Q1) muss dementsprechend bis zum maximalen Kurzschlussstrom in der betreffenden Anlage, immer unterhalb der Kurve der gL/gG-Sicherung (F1) liegen (Bild 6). Außerdem muss die Stoßstromtrag­fähigkeit der Leitungsschutzschalter berücksichtigt werden.

07 Produktfamilie der Ableiter mit integrierter Vorsicherung

08 Der Blitzstromableiter „DEHNbloc Maxi S“ in der Niederspannungshauptverteilung

09 „DEHNguard M TNC CI 275 FM“ auf Sammelschienensystem

10 V NH Ableiter im ­Verteilnetz für die Niederspannungsversorgung

Blitzstrom- und Überspannungsableiter mit integrierter Ableitervorsicherung
Um eine Lösung für diese vielfältigen Anforderungen und Probleme zu bieten, hat Dehn eine komplette Produktlinie von Ableitern mit integrierter Sicherung entwickelt (Bild 7). Durch verschiedene Typ-1- und Typ-2-Ableiter hat der Anwender die Möglichkeit je nach Anlagentyp, Montage­platz und den Anforderungen aus dem Blitz-Schutzzonen-Konzept einen geeigneten Ableiter auszuwählen und ohne großen Platz- und Zeitaufwand in die Anlage zu integrieren.
Durch den Einsatz eines Typ-1-Ableiters mit integrierter Vorsicherung „DEHNvenCl“ (Bild 5) kann der Platzbedarf, im Vergleich zum herkömmlichen Aufbau mit externer Vorsicherung um bis zu 75 % reduziert werden.
Beim Kombi-Ableiter „DEHNvenCI“ wurden in einem nur zwei Teilungseinheiten breiten Gehäuse die Eigenschaften einer praxisbewährten Schutzgerätefamilie und einer blitzstromtragfähigen Ableitervorsicherung kombiniert. Die Auslegung der Ableiter nach den Kriterien der energetischen Koordination ermöglicht bei Leitungslängen bis 5 m zwischen Schutzgerät und den Verbrauchern sogar den Schutz von empfindlichen elektronischen Endgeräten der Überspannungskategorie I. Eine hohe Anlagenverfügbarkeit der zu schützenden elektrischen Verbraucheranlage wird durch die patentierte Radax-Flow-Technologie zur Folgestrom­begrenzung und Folgestromlöschung erreicht. Selbst bei Kurzschlussströmen bis zu 100 kA eff ist der Kombi-Ableiter auch in industriellen Anlagen einsetzbar.

Der koordinierte Blitzstrom-Ableiter „DEHNbloc ­Maxi S“ (Bild 8) ist aufgrund seiner mechanischen Ausführung ohne zusätzliche Adapter direkt auf die PEN-/N-Schiene der Schaltanlage montierbar. Die Installation dieser Geräte direkt im Anschlussfeld der Schaltanlage, noch vor dem Leistungsschalter, sorgt für kurze Anschlusslängen der Ableiter und ­einen niedrigen Schutzpegel der Anlage. Die integrierte Vorsicherung ist speziell auf die hohe Blitzstromtragfähigkeit des Typ-1-Kombi-Ableiters und des Typ-1-Blitzstrom-Ableiters abgestimmt und bietet somit bestmöglichen Schutz und eine höchstmögliche Anlagenverfügbarkeit.
Die im Schutzmodul des Typ-2-Ableiters integrierte Vorsicherung ist auf die benötigte Impulsstromtragfähigkeit abgestimmt. Somit bieten die Geräte Schutz gegen Überspannungen sowie Kurzschluss, platzsparend umgesetzt in nur einer Teilungseinheit pro Pfad (Bild 9).
Durch die Überwachungseinrichtung Thermo-Dynamik-Control wird, neben der Oberflächentemperatur des Hochleistungsvaristors, auch die Höhe des Stoßstroms zur Auswertung herangezogen. Die Funktionsbereitschaft jedes Schutzpfades zeigt eine mechanisch wirkende, betriebsstromfreie Sichtanzeige mit grün-roter Farbmarkierung an. Diese nach DIN VDE 0100-534 (VDE 0100-534) geforderte Status­anzeige wird sowohl für die Außen­leiterpfade als auch für den N-PE-Pfad erfüllt. So kann mit dem Fernmelde­kontakt auch die integrierte Sicherung fernüberwacht werden. Dies ist vor allem für Anwendungen in denen eine Überwachung der Sicherung explizit gefordert ist ein großer Vorteil.

Den Gegebenheiten eines industriellen Stromkreisverteilers angepasst, passen die einpoligen Überspannungs-Ableiter V NH und VA NH in NH-Sicherungseinsätze. Durch die inte­grierte Ableitervorsicherung und die NH-Bauform ist die Anwendung in Sammelschienensystemen, wie sie häufig im Umfeld der Verteilnetzbetreiber (Bild 10) und in industriellen Anlagen verwendet werden, einfach möglich.

11 Anschlussquerschnitte

12 Leiterauswahl und Verlegebedingungen nach DIN EN 61439-1 (VDE 0660-600-1)

Kurzschluss- und erdschluss­sichere Verdrahtung
Durch die integrierte Ableitervorsicherung im „DEHNvenCI“, im „DEHNbloc Maxi S“, im „DEHNguard CI“ und im V(A) NH entfällt das zusätz­liche Schutzelement F (Bild 11). Entsprechend DIN VDE 0100-430 (VDE 0100-430) muss jedoch eine Einrichtung zum Schutz bei Kurzschluss an dem Punkt angeordnet werden, an dem eine Änderung der Kurzschlussstrombelastbarkeit der Leiter erfolgt. Dies würde auch hier zutreffen, da in diesem Anwendungsumfeld eine Redu­zierung des Querschnitts S2 (Anschlussleitung zum SPD, zum Beispiel max. 50 mm²) gegenüber S1 (zum Beispiel Sammelschiene, Querschnitt >> 50 mm²) üblich ist.

Ausgenommen davon sind jedoch Leiter, die nicht länger als 3 m sind und so errichtet werden, dass das Risiko eines Kurzschlusses auf ein Minimum reduziert wird und diese auch nicht in der Nähe von brennbarem Material errichtet werden. Da die Leitungslänge, wie oben geschildert, kleiner 1 m sein sollte und unter der Annahme, dass die Leitung nicht in der Nähe von brennbarem Material verlegt wird, ist nur auf eine kurzschluss- und erdschlusssichere Verlegung zu achten.
In den Normen DIN VDE 0100-520 (VDE 0100-520) und DIN EN 61439-1 (VDE 0660-600-1) ist definiert, was als kurzschluss- und erdschlusssichere Verlegung gilt (Tabelle in Bild 12). Als gängige Lösung im Schaltan­lagenbau hat sich die Verwendung von Leitungstypen wie „NSGAFÖU“ bewährt, die aufgrund ihrer Isolierung als kurzschluss- und erdschlusssicher gilt.

Fazit
Ableiter mit integrierter Sicherung stellen eine ideale Kombination von Ableitervorsicherung und Überspannungsschutzelement in einem Gerät dar. Diese Überspannungsschutzgeräte bieten dem Anwender weitreichende Vorteile wie geringer Platzbedarf und hohe Montagefreundlichkeit. Darüber hinaus ist kein detailliertes Wissen über Dimen­sionierungskriterien von Ableitervorsicherungen notwendig, da dies bereits herstellerseitig berücksichtigt und aufeinander abgestimmt wurde. (no)

Der Beitrag als pdf

Autor: Dipl.-Ing. (FH) Bernd Leibig ist Produkt­manager Überspannungsschutz Red/Line bei der Dehn + Söhne GmbH + Co.KG in Neumarkt i. d. OPf. bernd.leibig@dehn.de

Autor: Martin Müller ist Mitarbeiter im Produkt­management Überspannungsschutz Red/Line bei der Dehn + Söhne GmbH + Co.KG in Neumarkt i. d. OPf. martin.mueller@dehn.de