Ansprechverhalten von Überspannungsschutzgeräten

Abbild Varistor

Bild 2: Varistor (Quelle: Dehn SE)

Als Blitzstrom-Ableiter, nach DIN EN 61643-11 SPD Typ 1 genannt, werden in der Praxis vorwiegend Funkenstrecken als spannungsschaltende SPD und Varistoren als spannungsbegrenzende SPD eingesetzt. Bild 1 und Bild 2 zeigen den prinzipiellen Spannungsverlauf dieser beiden Ausführungen von Überspannungsschutzgeräten, bei Beaufschlagung mit einem Stoßstrom nach DIN CLC/TS 61643-12.
Anhand dieser prinzipiellen Spannungsverläufe lassen sich folgende Erkenntnisse ableiten:
• Bei Funkenstrecken bricht die Spannung nach sehr kurzer Zeit auf die sogenannte Bogenbrennspannung zusammen, die bei einer modernen folgestrombegrenzenden Funkenstrecke typischerweise in der Größenordnung der Versorgungsspannung liegt.
• Die spannungsschaltende Charakteristik der Funkenstrecke entspricht einer Wellenbrecher-Funktion. Die Blitzstoßstrom-Welle wird „geschaltet“ und damit die Impulsdauer verkürzt. Das reduziert die verbleibende Spannungs-Zeit-Fläche, welche für die Belastung der nachfolgenden Schutzstufen und Endgeräte ausschlaggebend ist, auf sehr kleine Werte.
• Ein Varistor begrenzt die Spannung länger andauernd auf ein Niveau, welches üblicherweise deutlich höher ist als die Bogenbrennspannung einer Funkenstrecke und als die Nennspannung des Versorgungssystems.
• Die Spannungs-Zeit-Fläche ist daher bei einem Varistor deutlich größer als bei einer Funkenstrecke. Deshalb wird die Isolation der nachfolgenden Geräte und Installationen bei einem Varistor deutlich stärker belastet als bei einer Funkenstrecke, was sich dann auch in einer reduzierten Lebensdauer dieser Geräte niederschlägt.

In dem Beitrag Koordination von Überspannungsschutzgeräten wird dieser Sachverhalt zusammengefasst und bewertet. Die Energie, welche die elektrische Installation und die Endgeräte belastet, hängt nicht nur von der Amplitude des Stoßspannungsimpulses ab. Auch der zeitliche Verlauf der Stoßspannung ist zu berücksichtigen. Mit einem SPD Typ 1 auf Funkenstreckenbasis lässt sich eine wesentlich bessere Schutzwirkung für die Elektroinstallation und die Endgeräte erreichen, als dies mit einem Varistor-Ableiter möglich ist.

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