Ein Überspannungsableiter (SPD) schützt elektrische Anlagen vor gefährlichen Spannungsspitzen, z. B. durch Blitze, indem er sie zur Erde ableitet. Er schützt damit Menschen, Geräte und Gebäude vor Schäden.
Was ist ein Überspannungsableiter?
Ein Überspannungsableiter (auch Überspannungs-Schutzeinrichtung oder SPD (= Surge Protective Device) genannt) ist ein aktives Schutzelement in einer elektrischen Anlage. Er schützt elektrische Leitungen und Geräte vor gefährlich hohen Spannungsspitzen (z. B. durch Blitzeinschläge). Er funktioniert wie ein „Sicherheitsventil“ für Strom: Überschreitet die Spannung einen kritischen Wert, leitet das Gerät die überschüssige Energie innerhalb kürzester Zeit sicher in die Erde ab.
Seine Aufgabe ist es nach DIN VDE 0100-534, Abschnitt 534.3.0:
Transiente Überspannungen (kurzzeitige, plötzlich auftretende Spannungsspitzen) zu begrenzen
und dabei entstehende Impulsströme (sehr kurze, starke Stromstöße) sicher in die Erde abzuleiten.
Dazu enthält der Überspannungsableiter mindestens eine nichtlineare Komponente, also ein Bauteil, dessen elektrisches Verhalten sich nicht proportional verändert.
Transiente Überspannungen entstehen durch zwei grundlegende Ursachen:
Atmosphärische Einflüsse - direkte Blitzentladungen in das Versorgungssystem oder
- durch induktive Einkopplung (Übertragung elektrischer Energie durch elektromagnetische Felder) über Freileitungen.
Wichtig für die Praxis: Die DIN VDE 0100-443 regelt nicht den Schutz bei direkten Blitzeinschlägen in ein Gebäude oder in dessen unmittelbare Umgebung. Dieser Bereich gehört zur DIN-EN-62305-Reihe (Normen für den Blitzschutz von Gebäuden und Anlagen). „Die Übergangsfrist der Normen DIN VDE 0100-443 und DIN VDE 0100-534 ist seit dem 14. Dezember 2018 abgelaufen. Alle neuen oder geänderten elektrischen Anlagen müssen seitdem nach diesen Normen geplant werden. Fehlender Überspannungsschutz kann zu Haftungsrisiken führen.“
Ein Überspannungsableiter (SPD) leitet gefährliche Überspannungen sicher in die Erde ab.
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Wann ist ein Überspannungsableiter vorgeschrieben?
Die DIN VDE 0100-443 legt in Abschnitt 443.4 fest, wann Schutzmaßnahmen gegen transiente Überspannungen erforderlich sind. Ein Überspannungsschutz ist notwendig, wenn die Folgen einer Überspannung Auswirkungen haben können auf:
Menschenleben
Zum Beispiel bei Anlagen für Sicherheitszwecke oder medizinisch genutzte Bereiche.
Öffentliche Einrichtungen und Kulturbesitz
Zum Beispiel Ausfall öffentlicher Dienste, Telekommunikationszentren oder Museen.
Gewerbe- oder Industrieaktivitäten
Zum Beispiel Hotels, Banken, Industriebetriebe, Gewerbemärkte oder landwirtschaftliche Betriebe.
Ansammlungen von Personen
Zum Beispiel in großen Gebäuden, Büros oder Schulen.
Einzelpersonen
Zum Beispiel in Wohngebäuden und kleinen Büros, wenn in diesen Gebäuden Betriebsmittel der Überspannungskategorie I oder II errichtet sind.
„In Wohngebäuden sind Betriebsmittel der Überspannungskategorie I oder II üblich, daher ist Überspannungsschutz im Neubau oft verpflichtend – unabhängig vom äußeren Blitzschutz. Auch in feuergefährdeten Betriebsstätten wird er empfohlen. Da sich der Anwendungsbereich dieser Norm auf Überspannungseinträge über das Versorgungsnetz bezieht, betrifft die Anforderung ausschließlich den Überspannungsschutz in der Zähleranlage und nicht zwingend in Unterverteilungen.
Die DIN VDE 0100-443 gilt dagegen nicht für Anlagen, bei denen Überspannungen Auswirkungen haben können auf:
- bauliche Anlagen mit Explosionsrisiko (z. B. petrochemische Anlagen) oder
- Anlagen mit möglichen Umweltauswirkungen (z. B. chemische oder radioaktive Emissionen).
Überspannungskategorien und ihre Schutzbereiche
Die Klassifizierung der Betriebsmittel nach Überspannungskategorien ist das Fundament für die korrekte Auslegung des Schutzsystems. (Abschnitt 443.6 der DIN VDE 0100-443, gleichlautend in Tabelle 534.1 der DIN VDE 0100-534). Unter Betriebsmittel versteht man dabei elektrische Geräte und Komponenten, die in elektrischen Anlagen zur Erzeugung, Verteilung, Schaltung oder Nutzung von Strom eingesetzt werden. Im deutschen 230/400-V-Netz gelten folgende Zuordnungen:
Überspannungskategorie IV (6 kV Bemessungs-Stoßspannung)
Betriebsmittel am oder unmittelbar vor dem Hauptverteiler, z. B. Elektrizitätszähler, Haupt-Überstromschutzeinrichtungen oder Rundsteuergeräte.
Überspannungskategorie III (4 kV)
Betriebsmittel in der fest errichteten Anlage, z. B. Verteilertafeln, Leistungsschalter, Schalter, Steckdosen oder stationäre Motoren.
Überspannungskategorie II (2,5 kV)
Für den Anschluss an die fest errichtete Anlage vorgesehene Verbrauchsmittel, z. B. Haushaltsgeräte oder Werkzeuge.
Überspannungskategorie I (1,5 kV)
Besonders empfindliche Betriebsmittel mit eingebauten elektronischen Schaltungen, z. B. Computer oder Unterhaltungselektronik. Diese Geräte dürfen laut Norm nur dann in der fest errichteten Anlage eingesetzt werden, wenn Überspannungsableiter außerhalb der Betriebsmittel installiert sind, die die Überspannungen auf den zulässigen Pegel begrenzen.
„Der Schutzpegel Up des gewählten Ableiters darf die Bemessungs-Stoßspannung der zu schützenden Betriebsmittel in keinem Fall überschreiten. Die Norm empfiehlt, einen Schutzpegel von höchstens 80 % der notwendigen Bemessungs-Stoßspannung anzustreben (DIN VDE 0100-534, Abschnitt 534.4.4.2).“
Wo wird welcher Überspannungsableiter eingesetzt?
Bei Überspannungs-Schutzeinrichtungen (SPDs) werden drei Typen unterschieden:
Typ 1: schützt vor Blitzströmen am Speisepunkt (die Stelle, an der die elektrische Anlage mit dem Stromnetz verbunden wird, also in der Regel der Hauptverteiler),
Typ 2: vor Schalt- und indirekten Überspannungen in Verteilungen und
Typ 3: als Feinschutz direkt am Gerät.
In vielen Anlagen werden die Typen abgestuft kombiniert, damit grobe und feine Überspannungen schrittweise reduziert werden.
Abschnitt 534.4.1 der DIN VDE 0100-534 schreibt vor:
Einbauort: Der Überspannungsableiter muss möglichst nah dort sitzen, wo der Strom ins Gebäude kommt (Speisepunkt = meist Hauptverteiler oder Zählerplatz). Mindestens Typ 2: Standardmäßig reicht ein SPD-Typ 2, um normale Überspannungen (z. B. durch Schalten im Netz oder indirekte Blitze) zu schützen.
Typ 1 nur in Sonderfällen: Ein SPD-Typ 1 ist nur nötig, wenn ein erhöhtes Risiko besteht – z. B. bei einem äußeren Blitzschutzsystem oder bei Freileitungen.
Unterverteilungen: Zusätzliche Überspannungsableiter weiter im Gebäude (z. B. im zweiten Verteiler) sind nicht automatisch vorgeschrieben, sondern nur dann sinnvoll oder nötig, wenn der Schutz sonst nicht ausreicht.
Der wirksame Schutzbereich ist nach der 10-m-Regel begrenzt. Ab mehr als 10 m Leitungslänge kann zusätzlicher Überspannungsschutz erforderlich sein, z. B. ein Überspannungsableiter in Gerätenähe oder ein koordiniertes System (z. B. One-Port / Two-Port). Maßgeblich ist der tatsächliche Schutzbedarf.
„Wenn mehrere SPDs (z. B. Typ 1, 2 oder 3) in einer Anlage eingesetzt werden, müssen sie aufeinander abgestimmt sein und zusammenarbeiten. Dabei sind die Herstellerangaben zu beachten. Zusätzliche SPDs in nachgeschalteten Stromkreisen (z. B. Steckdosen) müssen im Verteiler dauerhaft gekennzeichnet werden.“
Überspannungsableiter und Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCD)
Der RCD (Fehlerstromschutzschalter) schaltet den Strom ab, wenn ein Fehlerstrom auftritt, z. B. wenn Strom über den Körper oder ein Gehäuse zur Erde fließt. Der Überspannungsableiter leitet dagegen kurzzeitig hohe Spannungsspitzen (z. B. durch Blitz oder Schaltvorgänge) zur Erde ab.
Ein Problem kann auftreten, wenn der Überspannungsableiter hinter dem RCD installiert ist, da dessen Ableitströme eine Auslösung des Fehlerstromschutzschalters verursachen können. Daher werden Überspannungsableiter in der Regel auf der Einspeiseseite vor dem RCD angeordnet.