Hybride Schulung vom 5. 10. 2022 bei der Firma PHOENIX CONTACT AG
zur Koordination der verbauten Überspannungsableiter.

Bei Neuinstallationen sowie bei Änderungen oder Erweiterungen in elektrischen Installationen tritt häufig die Situation auf, dass Überspannungs-Schutzgeräte (SPDs) von unterschiedlichen Herstellern eingebaut werden sollen. Es stellt sich die Frage, wie die Koordination zwischen diesen SPDs sichergestellt werden kann. Letztendlich liegt die Verantwortung beim Planer bzw. Errichter, der die Installation vornimmt.

Ziel dieses Kurses war, dass die Sektionsmitglieder die Möglichkeit erhalten, die vorgefundenen Installationen richtig einzuschätzen und normengerecht bewerten zu können.

Beim Thema Koordination von SPDs, gehen die Aussagen auch bei den Elektrofachleuten in die unterschiedlichsten Richtungen.

Den oft gehörten Argumenten und deren Richtigkeit gingen wir genauer auf den Grund. Die Koordination ist gegeben, wenn:

• alle SPDs die gleiche Farbe haben
• alle SPDs richtig angeschlossen sind
• wenn das Up SPD T1 < Up SPD T2 ist
• die SPDs vom selben Lieferanten kommen
• alle Normen eingehalten sind (EN 61643-11 und EN 62305-4)

Dass dies nicht so einfach ist, durften die Teilnehmer der VSEK Sektion Zürich an diversen mathematischen Herleitungen und vor allem mit Messungen am Laborversuch erkennen.

Warum wir einen äusseren Blitzschutz benötigen, lassen wir hier und heute etwas beiseite. Gleichfalls die Trennungsabstände und den inneren Schutzpotenzialausgleich.

Wer will kann das jederzeit nachlesen in der SN EN 60305-4, SN EN 50539-12, SN 411000, Dokumente der Regeln der Technik, Brandschutzgesetz, Brandschutznorm, Brandschutzrichtlinien und Kantonale Weisungen.
Die Aufzählung ist nicht abschliessend.

Zurück zur Koordination der eingesetzten Überspannungsableiter.
Für die Bewertung auf der Kontrolle aber auch für die Planung und die Ausführung, ist das erstellen eines Konzeptes unanfechtbar. Wo liegt der Unterschied zwischen «energetischer Koordination» und der «Koordination der Schutzpegel»?

Im Konzept enthaltend sind die Schutzzonen in und um die bauliche Anlage, die durch die Elektroinstallation gebildeten Zonenübergänge und die Anbindung von LPS und SPM an den Potentialausgleich. Der Gefährdungspegel der baulichen Anlage und die durch natürliche oder künstlich Angebrachte Fangeinrichtungen gegebenen Schutzräume. LPZ0A oder LPZ0B. (Lightning protection Zone)
Die Schutzzonen in der baulichen Anlage, LPZ1 -LPZ2- LPZ3 sind anhand der Stehstossspannungsfestigkeiten der Betriebsmittel und dem Gefährdungspegel (LPL) zu definieren.

Sind diese Unterlagen bei der Kontrolle vorhanden ist eine Überprüfung des Überspannungsschutzes möglich. Alles andere stellt vertieftes Fachwissen voraus und benötigt mehr Zeit.

Die Kabel, welche das Gebäude verlassen und in eine LPZ0A führen sowie die Zuleitung der Netzbetreiberin bei einer Blitzschutzanlage, sind so zu schützen, dass die Teilblitzströme von den Ableitern beherrscht werden können. Auf ein genügendes Blitzstrom-Ableitvermögen ist zu achten. Die geforderten Ableitvermögen sind in der NIN 2020 5.3.4 Tabelle 5 beschrieben oder in der SN EN 62305-4 im Detail beschreiben.

Für die welche in eine LPZ0B führen wird ein Typ 2 Überspannungsableiter reichen.

Bildquelle: Koordination von Überspannungsableiter | VSEK Training | Andy Caplazi | 05.10.2022

Etwas anspruchsvoller wird es anschliessend, wenn hintereinander geschaltete SPDs nach IEC 61643-12 und/oder IEC 61643-22 energetisch koordiniert werden müssen.

Koordination der Schutzpegel: Hiermit soll erreicht werden, dass der Spannungsschutzpegel nachgelagerter Betriebsmittel und Überspannungsschutzeinrichtungen (SPD) nicht überschritten wird. Die Restspannung einer nachgelagerten Überspannungsschutzeinrichtung (SPD) kann unter deren Up abgesenkt werden, indem sichergestellt wird, dass durch diese nachgelagerte Überspannungsschutzeinrichtung (SPD) ein geringerer Strom fliesst.

Dazu sollten die Hersteller der SPDs genügend Angaben bereitstellen, wie die Koordination von Energie und Gefährdungspegel zwischen ihren verschiedenen SPDs erreicht werden kann.
EN 62305-4 3.23 koordiniertes SPD-System C.2 Allgemeine Ziele der Koordination. Die energetische Koordination muss verhindern, dass SPDs innerhalb des Systems durch Ströme und Spannungen überlastet werden. Deshalb müssen die jeweiligen Beanspruchungen der SPDs abhängig von ihrem Einbauort und ihren Kenndaten ermittelt werden.

Sobald zwei oder mehr SPDs hintereinander geschaltet werden, muss die Koordination der SPDs und der zu schützenden Betriebsmittel untersucht werden. Die energetische Koordination ist erreicht, wenn der Anteil der Energie für jedes SPD gleich
oder kleiner als seine Energiefestigkeit ist.

Die Energiefestigkeit sollte bestimmt werden anhand:

• einer elektrischen Prüfung nach IEC 61643-1
• der technischen Daten vom Hersteller des SPD

Das sagt uns, dass ein blitzstromtauglicher Ableiter Typ1 so gebaut sein muss, dass er durch seine Bauart den Teilblitzstrom übernimmt und damit den Varistor im nachgeschalteten Überspannungsableiter Typ 2 damit nicht gefährdet, zerstört.

Neben dem Stromfluss muss auch das Up überprüft werden.
Der Schutzpegel Up von SPDs sollte entsprechend der erforderlichen Bemessungs-Stossspannung nach Überspannungskategorie II von Tabelle C.1 ausgewählt werden.

Um einen ausreichenden Schutz von Betriebsmitteln vorzusehen, sollte der Schutzpegel zwischen Aussenleitern und Schutzleiter in keinem Fall grösser sein als die notwendige Bemessungs-Stossspannung von Betriebsmitteln nach Tabelle C.1.

Wo der Ausfall von inneren Systemen kritisch ist, sollte der zusätzliche Einfluss der Spannungsverdopplung durch Schwingungseffekte in Betracht gezogen werden und das Kriterium Up/f ≤ 0,5 Uw Anwendung finden.

Nicht zur Koordination gehörend aber oft nicht korrekt installiert sind die in den Normen beschrie benen Leiterlängen der Anschlüsse von den Ableitern.

Es muss darauf geachtet werden, dass die Gesamtlänge aller Leitungen zwischen den Anschlusspunkten der SPD-Kombination einen Wert von 0,5 m nicht überschreitet

SNR 464022 7.7.1
Um einen hohen Spannungsfall bei SPD zu vermeiden, ist darauf zu achten, dass die Anschluss- und Ableitungslängen möglichst kurz ausgeführt werden.
Für Einbau und Überwachung sind die Angaben des Herstellers zu beachten.

NIN 2020 NIBT 5.3.4.4.8
Die Länge der Anschlussleitungen der Überspannungs-Schutzeinrichtung (SPD) ist definiert als die Gesamtlänge aller Verbindungen zwischen Aussenleiter und PE-Leiter zwischen den in NIN 5.3.4 Figur 13 definierten Anschlusspunkten A und B.
Es muss darauf geachtet werden, dass die Gesamtlänge aller Leitungen zwischen den Anschlusspunkten der SPD-Kombination einen Wert von 0,5 m nicht überschreitet.

Wenn ein SPD anspricht, ist am Einbauort die Spannung an den Klemmen auf UP/F begrenzt. Wenn die Leitung zwischen SPD und Betriebsmittel zu lang ist, können Wanderwellen zu Schwingungsvorgängen führen. Bei offenem Eingang des Betriebsmittels kann dadurch die Überspannung bis 2 × UP/F ansteigen und das Betriebsmittel kann beschädigt werden, auch wenn UP/F ≤ Uw ist.

Besten Dank der Firma PHOENIX CONTACT AG für die Organisation und Herrn Caplazi für die spannende und interessante Schulung, welche nur von 15 Personen genutzt wurde!