Innerer Blitzschutz


Der innere Blitzschutz dient dem gefahrlosen Abbau transienter Überspannungen. Dazu wird ein Potentialausgleich geschaffen, der die Überspannungen zu Erde ableitet. Die Ableitung kann permanent aufgebaut sein, wie beim Potentialausgleich über die Haupterdungsschiene (HES) erfolgt oder temporär über die Überspannungsableiter.


Potentialausgleich


Der Potentialausgleich dient hauptsächlich dem Schutz für Menschen und Tiere vor dem elektischen Schlag. Dazu werden alle Potentialunterschiede (Spannungen) zwischen der Erde, den berührbaren elektisch leitfähigen Materialien eines Gebäudes und dem Schutzleiter der Elektroinstallation an einem Punkt über eine Haupterdungsschiene ausgeglichen. Nach DIN VDE0100-410 ist in jedem Gebäude der Potentialausgleich durchzuführen. Folgende Gebäudeteile sollten mit der HES verbunden werden, sofern sie in elektrisch leitendem Material ausgelegt sind:


  • Fundamenterder bzw. Blitzschutzerder
  • Wasser-Hausanschluß
  • Gas-Hausanschluß
  • Abwasserleitung
  • Elektro-Hausanschlußkasten
  • Telekommunikationsleitungen (Schirmung)
  • weitere erdverlegte Anlagen (z.B. Tankanlagen)
  • Heizung
  • Antennen
  • Daten-Netzwerk (Schirmung)
  • weitere Potentialausgleichsschienen
  • weitere Metallteile im Gebäude (z.B. Aufzug)

Elektrisch genutzte Leiter zur Energieversorgung oder Datenübertragung können nicht direkt eingebunden werden, weil ihre Funktion kurzgeschlossen würde. Sie werden über geeignete Ableiter eingebunden, die eine Verbindung zum Potentialausgleich nur im Fall eines extremen Potentialunterschiedes herstellen.


Blitzschutz-Potentialausgleich


Bei Gebäuden mit einer äußeren Blitzschutzanlage ist ein Blitzschutz-Potentialausgleich zwingend notwendig. Er dient in erster Linie der Verhinderung gefährlicher Funkenbildung. Hierfür muss das Blitzschutzsystem mit dem Metallgerüst des Gebäudes, den enthaltenen Installationen aus Metall und den Einrichtungen der Energie- und Informationstechnik innerhalb des Gebäudes verbunden werden. Bei spannungsführenden Leitungen ist die Verbindung durch Überspannungsschutzgeräte Typ 1 notwendig.


Überspannungsschutz


Die VDE 0185 schreibt an jedem Übergang von einer Blitzschutzzone zur nächsten einen Überspannungsschutz vor. Je nach Übergang sind die Schutzstufen Typ I (Grobschutz), Typ 2 (Mittelschutz) und Typ 3 (Feinschutz) definiert.


Bild 1: Blitzschutzzonenkonzept für Überspannungsschutz
Bild 1: Blitzschutzzonenkonzept für Überspannungsschutz


Der Überspannungsschutz Typ 1 kann die gesamte zu erwartende Blitzenergie tragen. Er ist blitzstromtragfähig. Geprüft werden diese Geräte mit einem energiereichen Impuls der 10/350 µs Form. bei einem Gebäude mit äußerem Blitzschutz werden etwa 50% des Blitzstroms über den Potentialausgleich wieder in das Gebäude geführt. Hier wird der Typ 1 Ableiter, indem er die Energie auf alle Leiter an der Hauseinführung verteilt. Dabei treten Überspannungen im Versorgungsnetz auf, die sich auch auf die benachbarten Gebäude auswirken. Im Gegensatz zu allen anderen Überspannungsschutztypen wirkt der Typ 1 daher vorrangig in die Richtung von der Erde kommend.


Der Überspannungsschutz Typ 1 ist für Gebäude mit äußerem Blitzschutz zwingend erforderlich.


Bild 2: Spannungsabbau an den Schutzelementen
Bild 2: Spannungsabbau an den Schutzelementen


Am Grobschutz, dem Überspannungsschutz Typ 1, wird die Überspannung auf etwa 4 kV reduziert. Der Überspannungsschutz Typ 2 reduziert die Überspannung weiter auf etwa 2,5 kV. Er ist aber nicht blitzstromtragfähig. Es muss daher sicher gestellt sein, dass er nicht gleichzeitig oder gar früher als der Typ 1 auslöst. Dazu muss eine vom Hersteller definierte Mindestleitungslänge zwischen den Schutztypen eingehalten werden oder ein Kombiadapter Typ 1 + 2 eingesetzt werden, der eine selektive Auslösung über eine interne Schaltung realisiert.


Übersicht über Netzsysteme


Die unterschiedlichen Netzsysteme werden nach der Art ihrer Erdung unterschieden. Sie werden gekennzeichnet durch ein führendes Buchstabenpaar und weiteren Buchstaben für zusätzliche technische Details.


Erster Buchstabe kennzeichnet die Erdungsverhältnisse der Stromquelle
T (Terre - Erde) Direkte Erdung eines Punktes über die Verbindung des Neutralleiters mit der Betriebserde
I (Isolè - Isoliert) Isolierung aller aktiven Teile der Stromquelle von der Erde


Zweiter Buchstabe kennzeichnet die Erdung über den Sternpunkt der Stromquelle
T (Terre - Erde) Körper sind geerdet und nicht direkt mit der Stromquelle verbunden
N (Neutre - Neutral) Körper sind über den Schutzleiter direkt mit der Betriebserde der Stormquelle verbunden


Weiterer Buchstabe kennzeichnet die Anordnung des Neutrall- und des Schutzleiters
S (Separé - Getrennt) Neutral- und Schutzleiter sind durch getrennt Leiter realisiert
C (Combiné - Kombiniert) Neutral- und Schutzleiter werden über einen einzigen Leiter (PEN) geführt


Das TN-System ist in Mitteleuropa die gebräuchlichste Ausführung. Es unterteilt sich je nach Ausführung des Schutz- und Neutralleiters und deren Kombinationen in das TN-C-System, TN-S-System und das gebräuchlichste, das TN-C-S-System. Das TT-System ist kostengünstiger als das TN-System, da dabei der zusätzliche Leiter für den Schutzleiter im Bereich der Hauptverteilung entfallen kann. Allerdings setzt es geringe Erdungswiderstände voraus, die nicht immer gewährleistet werden können. Das isolierte Netz des IT-Systems findet meist in kleinräumigen Industrienetzen und in Krankenhäusern Verwendung. Als Besonderheit ist in diesem Netz der Sternpunkt nicht geerdet. Sie haben dadurch den Vorteil, dass ein einfacher Erdschluss nicht sofort zu einem Ausfall führt.


Schaltungsvarianten Typ 1


Die Schaltung der Überspannungsschutzableiter Typ 1 und 2 sind abhängig vom vorhandenen Netzsystem.


Bild 3: Überspannungsschutz Schaltung 3+0 im TN-C Netz
Bild 3: Überspannungsschutz Schaltung 3+0 im TN-C Netz


Die 3+0 Schaltung ist für TN-C Netze zwingend vorgeschrieben. Bei dieser Schaltung sind drei Ableiter für die Beschaltung der Außenleiter eingesetzt.


Bild 4: Überspannungsschutz Schaltung 3+1 im TN-C-S Netz
Bild 4: Überspannungsschutz Schaltung 3+1 im TN-C-S Netz


Die 3+1 Schaltung passt eigentlich in jedes Netz, außer dem TT-C Netz in dem die 3+0 Schaltung eingesetzt wird. Bei dieser Schaltung sind drei Überspannungsschutzableiter für die Beschaltung der Außenleiter eingesetzt. Ein sogenannter Summenstrom-Ableiter befindet sich zwischen Neutralleiter und PE. Früher wurde noch eine 4+0 Schaltung zugelassen, bei der alle Außenleiter und der Neutralleiter gegen PE geschaltet wurden. Wegen einer möglichen Spannungsverschleppung bei Ausfall eines Ableiters wird diese Schaltung nicht mehr empfohlen.


Bild 5: Überspannungsschutz Schaltung 3+1 im TT Netz
Bild 5: Überspannungsschutz Schaltung 3+1 im TT Netz


In diesem Beispiel ist die 3+1 Schaltung auf ein TT-Netz angewandt worden. Auch in diesem Netz gibt es keine alternativen Schaltungen.


Absicherung


Die Schaltbilder oben sind stark vereinfacht. Es fehlen insbesondere die Sicherungen. Tatsächlich müssen allen Ableitern eine Sicherung vorgeschaltet werden. Wenn die vorgeschaltete Sicherung größer als die maximal zulässige Vorsicherung der Ableiterelemente ist (siehe technische Daten der Geräte), muß der Ableiter selektiv mit dem erforderlichen Wert abgesichert werden.


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