Informationen über Blitz- und Überspannungsschutz in Smarthome und Industrie

Aktualisiert am 28. September 2021

Es gibt zwei echte Gefahren für moderne Elektronikprodukte in Smarthome und Industrie: Kompatibilitätsprobleme durch technischen Fortschritt und Zerstörung durch Überspannungen. Das erstere vermeiden Sie durch die richtige Strategie bei der Auswahl der Bussysteme und der Komponenten, das andere durch einen konsequenten Schutz vor Überspannungen aus dem Netz bzw. durch Blitzschlag.

ÜBERSPANNUNGSSCHUTZMODULE

NEU! Überspannungsableiter und Überstromschutz in einem Modul, zertifiziert für bis 5.000 Ampere (Impulsklasse C2, geprüft mit bis zu 10.000 V, je nach Modul)
NEU! Klemmspannung bei dreistufigen Modulen nur 10 V auf der Geräteseite (nach 1 µs). Damit Schutzmodule mit der gerinsten Schutzspannung auf dem Markt!
NEU! Kombination aus zwei oder drei Stufen mit bis zu 15 Schutz- und Überschlagstrecken (je nach Modul)
NEU! Schnelle Ansprechzeit ab 40 Picosekunden.
NEU! PE-Anschluss mit sehr geringem Übergangswiderstand für ungeschnittenem und niederimpedanten Anschluss mit 2,5 mm²

Verfügbare Schutzmodule

• Überspanungsableiter KNX TP & KNX Hilfsspannung: Zweistufiges Schutzmodul mit geringer Schutzspannung von nur 220 V bei 1.000 Ampere
• Überspannungsableiter RS-485: Dreistufiges Schutzmodul für Modbus-RTU, DMX, ekey und RS-485 mit sensationell geringer Schutzspannung von 10 V auf der Geräteseite bei 5.000 Ampere / 10.000 V
• Überspannungsableiter RS-232: Dreistufiges Schutzmodul für RS-232 mit sensationell geringer Schutzspannung von 10 V auf der Geräteseite bei 5.000 Ampere / 10.000 V. Inklusive Überstromschutz 50 mA.
• Überspannungsableiter 1-Wire: Dreistufiges Schutzmodul für 1-Wire mit sensationell geringer Schutzspannung von 10 V auf der Geräteseite bei 5.000 Ampere / 10.000 V. Inklusive Überstromschutz 50 / 200 mA (zwei Ausführungen - je nach 1-Wire Busmaster)
• Überspannungsableiter CAN: Dreistufiges Schutzmodul für CAN basierte Bussysteme mit sensationell geringer Schutzspannung von 10 V auf der Geräteseite bei 5.000 Ampere / 10.000 V
• NEU! Überspannungsableiter Loxone TREE: Dreistufiges Schutzmodul für Loxone TREE Bussystem mit sensationell geringer Schutzspannung von 10 V auf der Geräteseite bei 5.000 Ampere / 10.000 V (Erhältlich ab Ende Oktober)
• NEU! Überspannungsableiter Loxone LINK: Dreistufiges Schutzmodul für Loxone LINK Bussystem mit sensationell geringer Schutzspannung von 10 V auf der Geräteseite bei 5.000 Ampere / 10.000 V (Erhältlich ab Ende Oktober)
• NEU! Überspannungsableiter Loxone 24 V: Zweistufiges Schutzmodul für Spannungsversorgung Loxone mit geringer Schutzspannung von 230 V bei 1.000 Ampere (Erhältlich ab Ende Oktober). AUch für Schutz der Versorgungsspannung 12 V / 24 V für z.B. LED-Systeme geeignet.

VERLAUF UND WIRKUNG EINES BLITZEINSCHLAGES

Abgesehen von Wolke-Wolke-Blitzen sind Blitze ein spontaner Ladungsausgleich zwischen Wolke und Erde. Der Ladungsausgleich erfolgt wenn die Feldstärke eine kritische Schwelle (etwa 170.000 Volt/m) übersteigt. Die Spannung beträgt dabei oft mehrere hundert Millionen Volt.

Bei einem typischen Wolken-Erde Blitz entsteht durch einen Überschuss an negativ geladenen Wassertröpfchen zunächst ein Leitblitz Richtung Erde. Diese Änderung im elektrischen Feld bewirkt einen massiven Anstieg der positiven Ladungsträger im Boden (durch Influenz). Vom Boden aus kommt dem Leitblitz aus der Wolke ein Fangblitz entgegen. Dieser Leitblitz ionisiert die Luft und macht diese damit leitfähig. Nun folgt die eigentliche Hauptentladung, die aus mehreren Einzelentladungen kurzer Folge bestehen kann. Durch diesen Hauptentladung werden Ladungsträger zwischen Wolke und Erde ausgetauscht, die Stromstärke kann hierbei 100.000 Ampere erreichen. Bei einem Erde-Wolke-Blitz sind die Verhältnisse umgekehrt. Typisch sind dann mehrere schnelle starke Entladungen.

Der Austausch der Ladungsträger führt dazu, dass im Durchschnitt negative Ladungen aus der Atmosphäre zur Erde transportiert werden, wodurch global gesehen der Potentialunterschied zur Erde zunimmt. Ein Gewitter sorgt also nur für einen lokalen Ladungsausgleich, aber global über die gesamte Atmosphäre zu einer Vergrößerung der Spannung, die sich erst allmählich durch den Transport von Ionen abbaut.

Durch den Widerstand des Erdreiches führt der hohe Stromfluss zu hohen Spannungsfällen und damit zu ganz erheblichen Potentialunterschieden. Personen sind - neben der Gefahr durch einen direkten Treffer sowie mechanischer und thermischer Einwirkungen - insbesondere durch diese Potentialunterschiede im Spannungstrichter um einen Einschlag gefährdet. Bereits die übliche Schrittlänge kann in naher Umgebung zum Einschlagpunkt (je nach Untergrund 10 bis 50 m) zu einer Potentialdifferenz von einigen hundert bis einigen tausend Volt zwischen den beiden Füssen führen, die über den Körper ausgeglichen wird.

Dieser Effekt tritt auch bei Gebäuden auf, da deren Potentialausgleichsystem mit dem Erdreich verbunden ist. Bei einem nahen Blitzschlag wird das (durch den Blitzschlag gegenüber der Umgebung erhöhte) Erdpotential über den Potentialausgleich in das Haus geführt und über PE im gesamten Gebäude verteilt. PE ist über die Potentialausgleichschiene ("PAS") mit allen metallischen Gebäudebestandteilen leitend verbunden. In der weiteren Umgebung um die Einschlagstelle ist das Erdpotenzial niedriger. Der Potentialunterschied wird sich dorthin ausgleichen wollen und wird dafür alle metallenen Zuführungen zum Haus (Wasser- und Gasrohre, ggfls. Abwasser) nutzen als auch alle elektrischen Leitungen zu Telekommuinikation und insbesondere zur fernen Erde in der örtlichen Trafostation über den Hausanschluss. Um den Weg über möglichst alle Adern nehmen zu können, wird diese Spannung versuchen, die Isolationen zwischen dem Schutzpotentialausgleich und den Außenleitern zu durchschlagen.

Die durch den Blitzeinschlag entstandene Überspannung will sich über die Hauszuführung Richtung der fernen Erde in der Trafostation ableiten - und über die Erde aller anderen Hauszuführungen. Dies ist auch einer der Wege, wodurch eine Überspannung auch bei einem entfernteren Einschlag in das Haus kommt. Über die Fundamenterder der näher an der Einschlagstelle liegenden Gebäude und deren Hausanschlussleitungen in das Netz zu den fernen Erden der Trafostation und der anderen Gebäude.

Hinzu kommen noch induzierte Spannungen durch Einwirkungen des elektromagnetische Feld um den Blitzstrom herum in Leiterschleifen.

All diesen Szenarien ist gemeinsam, dass diese Überspannungen sich einen Ausgleich suchen in die eigene oder in entfernte Erdpotentiale und dabei Isolationen durchschlagen. Der technische Hauptschaden durch Blitzschlag ist das Zerstören von Isolationen und die Überlastung elektrischer und elektronischer Bauelemente.

ÄUSSERER BLITZSCHUTZ

Der äußere Blitzschutz nach DIN EN 62305-3 wird an der Außenhülle des Gebäudes installiert. Es besteht aus den Fangeinrichtungen, den Ableitungen und dem Erdungssystem. Die Aufgabe des äußeren Blitzschutzes besteht darin, die Blitze einzufangen, diese in das Erdreich abzuleiten und im Erdreich großflächig zu verteilen. Planung und Einrichtung eines äußeren Blitzschutzes gehört in die Hand eines zertifizierten Fachbetriebes.

Wichtig: Ob ein äußerer Blitzschutz für Ihr Gebäude erforderlich ist, richtet sich vor allem nach dem Gebäude und womöglich den Vorschriften zum Brandschutz und der Betriebssicherheit. Wenn Sie einen äußeren Blitzschutz installieren lassen, dann müssen Sie zwingend nach DIN EN 62305-4 auch einen inneren Blitzschutz installieren. Weil der äußere Blitzschutz wird mit der Potentialausgleichschiene verbunden. Jeder von dem äußeren Fangelementen herangeführte Blitzschlag wird auf die Bodenerder und damit die PAS abgeleitet und damit auch in das Gebäude geführt.

INNERER BLITZSCHUTZ

Die Überspannungen aus einem Blitz kann man nicht aufhalten. Die Hauptmaßnahme gegen das Durchschlagen der Isolationen und der Verhinderung gefährlicher Funkenbildung ist das Kurzschließen sämtlicher Leitungen im Augenblick der Überspannung durch geeignete Bauelemente, welchen den Blitzstrom tragen können.
Ein wirkungsvoller Überspannungsschutz besteht aus mehreren Stufen gemäß dem Blitzschutzzonen-Konzept nach IEC 62305-4:2010. Die Gebäude werden dabei in Zonen mit unterschiedlich hohem Gefährdungspotential unterteilt. Je nach Zone sind die passenden Ableitertypen einzusetzen.

Solche Überspannungsableiter und Überstromschutzmodule bieten wir für alle gängigen Bussysteme unter der Bezeichnung "BlitzART" an.

• Die von uns angebotenen zweistufigen Ableiter (KNX / Loxone 24 V) entsprechen der Klasse Typ 3
• Unsere neuen innovativen dreistufigen Ableiter (alle anderen Modelle) erreichen sogar die Klasse Typ 2

Alle diese Module können Sie in unserem Shop erwerben.