Auswahl einer Überspannungs-Einrichtung

Die Belastung durch einen Blitzschlag im Netz ist fast immer der wichtigste Parameter bei der Auswahl einer Überspannungs-Einrichtung

Intensität direkter Blitzeinschläge

Das französische Institut Meteorage führte zwischen 1995 und 2004 zehn Jahre lang eine Serie von Messungen der Intensität von über 5,4 Millionen Blitzschlägen in Frankreich durch. Die folgende Kurve fasst die kumulative Häufigkeit der Blitzschläge in Bezug auf ihre Intensität entsprechend den Ergebnissen dieser Langzeit-Messkampagne zusammen:

  • 1,27% der Blitzschläge sind stärker als 100 kA
  • 0,33% der Blitzschläge sind stärker als 150 kA
  • 0,1% der Blitzschläge sind stärker als 200 kA
  • 0,03% der Blitzschläge sind stärker als 250 kA

Diese Werte wurden in Frankreich gemessen, die Intensität der Blitze hat aber keinen Bezug zu der geographischen Lage und gleichwertige Ergebnisse würden durch die gleiche Analyse in anderen Ländern gewonnen werden. Geographische Gebiete werden jedoch durch den Dichtewert nach Regionen Ng charakterisiert (Beschreibung auf der folgenden Seite).
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Kumulative Häufigkeit der Blitzschläge - positive und negative - in Bezug auf ihre Intensität.

Daten von Meteorage
(www.meteorage.fr)


Blitzschutzkonzept



Die IEC-Norm hat das Konzept der Blitzschutzzonen (LPZ) für die korrekte Wahl des Schutzes gegen Überspannungsstöße eingeführt. Dieses Konzept stellt die schrittweise Reduzierung von Energien und Überspannungen aufgrund von Blitzschlägen oder Schaltvorgängen sicher. Die Koordinationslogik beim Schutz wird von uns als „Blitzschutzzonenkonzept“ bezeichnet.
Außenzonen


– LPZ 0A
Nicht geschützte Zone außerhalb des Gebäudes, die von direkten Blitzschlägen betroffen ist und deshalb möglicherweise die volle Stromstärke und das komplette elektromagnetische Feld des Blitzschlags verarbeiten muss.
– LPZ 0B
Zone, die gegen direkten Blitzschlag durch externe Blitzfangeinrichtungen geschützt ist und in der das gesamte elektromagnetische Feld des Blitzschlags die Gefahr darstellt.

Innenzonen


Zonen im Gebäude, die gegen direkten Blitzschlag geschützt sind.
– LPZ 1 Zone, die Blitzteil- oder Stoßströmen ausgesetzt ist.
Es werden Überspannungsschutzgeräte vom Typ 1 an der Grenze zwischen LPZ 0A und LPZ 1 installiert, um einen Eintritt von Blitzströmen in die Starkstromleitungen zu reduzieren
– LPZ 2...n Zone, in der Stoßströme durch Stromteilung begrenzt werden und die Stoßenergie durch zusätzlichen Stoßstromschutz wie Überspannungsschutzgeräte reduziert wird. Überspannungsschutzgeräte vom Typ 2 werden
an der Grenze zu jeder Zone installiert, d. h. LPZ 1 und LPZ 2, LPZ 2 und LPZ 3 usw.

Beschreibung von Blitzschutzzonen (IEC 62305-4)


Ein Gebäude wird in mehrere Abschnitte, die Schutzzonen, unterteilt. Ziel ist es, sicherzustellen, dass die LPZ die Ausrüstung innerhalb der Zone ausreichend schützt. Zu diesem Zweck werden Überspannungs-Schutzgeräte an den Grenzen der Schutzzone installiert. Jedes installierte Überspannungsschutzgerät bildet eine neue Schutzzone.

Stromstoß


In den Prüfungen für Überspannungs-Schutzgeräte der Klasse I und Klasse II werden Wellen mit einem Impuls von 10/350 und 8/20 verwendet. Hierbei steht die erste Zahl für die Steigzeit des Stromstoßes bis zum Erreichen von 90 % des Spitzenwertes und die zweite Zahl für die Zeit bis zum Halbwert in Mikrosekunden (μs).



Schutzpegel und Stoßspannungsfestigkeit

Der Schutzpegel (Up) der Überspannungs-Einrichtung sollte nach der Höhe der Überspannung an den Geräten gewählt werden, die gegen transiente Stromstöße geschützt werden sollen. Jedes Gerät ist mit einer Stoßspannungsfestigkeit (Uw) entsprechend seiner Überspannungskategorie bewertet.
Ein Gerät ist geschützt, wenn seine Uw größer als die erwartete transiente Überspannung zwischen den stromführenden Leitern und der Erde ist (Gleichtakt). Ist das nicht der Fall, muss eine Überspannungs-Einrichtung installiert werden.

Die Überspannungs-Einrichtung schützt das Gerät, wenn sein Schutzpegel (Up), der für den Nennstrom (In) berechnet ist, gleich oder kleiner ist als die Stoßspannungsfestigkeit des Gerätes:

Up/f ≤ Uw

DIN VDE 0100-443 definiert die erforderliche Stoßspannungsfestigkeit wie in der Tabelle unten beschrieben:


Auswahl von Überspannungsschutzgeräten

Die Auswahl des Ableitvermögens von Überspannungs-Einrichtungen ist abhängig vom Stromstoß- und Blitzschlagrisiko, bestimmt durch eine Risikoanalyse entsprechend DIN VDE 0185-305 Teil 2. Wenn ein direktes Blitzschlagrisiko für die Gebäudestruktur besteht, müssen ein Typ 1 Überspannungsschutzgerät am Versorgungseingang und Typ 2 und Typ 3 Überspannungsschutzgeräte in den Unterverteilern installiert werden, so nah wie möglich an dem zu schützenden Gerät. Wenn kein direktes Blitzschlagrisiko für die Gebäudestruktur besteht (kein äußeres Blitzschutzsystem, kein Freileitungsanschluss), kann ein Typ 2 Überspannungsschutzgerät am Versorgungseingang und in den Unterverteilern installiert werden. Ein Typ 1 Überspannungsschutzgerät wird nach seinem Blitzstoßstrom (Iimp) ausgewählt, ein Typ 2 Überspannungsschutzgerät nach seinem Nennstrom (In) und maximalen Entladestrom (Imax).


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