Immer ratsam: Überspannungsschutz

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Die Anzahl der Elektrogeräte in den Haushalten steigt immer weiter an. Immer mehr Verbraucher werden zusätzlich vernetzt, sind programmierbar und verfügen über diverse Zusatzfunktionen. Die Sicherheit dieser Geräte, besonders im Bereich IT, gewinnt ebenfalls an Bedeutung. Wo ein Überspannungsschutz wirklich Sinn macht und wie er zu realisieren ist, wollen wir hier näher erklären.

Woher kommt eine Überspannung?

Grundsätzlich liefern die Energieversorger eine konstante Spannung von 230 Volt. Durch Einflüsse innerhalb des Netzes oder durch Einwirkungen von außen kann es allerdings zu kurzzeitigen Schwankungen kommen. Diese halten normalerweise nur einen Sekundenbruchteil an, können aber empfindliche Elektrogeräte beschädigen. Besonders Computer, Fernseher und Server sind hier gefährdet. Bei Letzteren stört oft weniger die finanzielle Belastung, umso mehr der zeitliche Aufwand, um diese neu einzubinden.

Blitzeinschläge

Verursacher der Überspannung können beispielsweise Blitzeinschläge in oder in der Nähe von Trafostationen sein. Ein Blitzeinschlag bringt ein Vielfaches der normalen Spannung in das Netz ein und erzeugt ein sehr starkes elektromagnetisches Feld. Bei der Zu- oder Abschaltung von sehr großen Verbrauchern, wie beispielsweise einem Biokraftwerk, entstehen ebenfalls Spannungsspitzen. Besonders die Änderung großer induktiver oder kapazitiver Lasten wirkt sich stark auf das Verhalten der Netzspannung aus, also zum Beispiel große Spulen oder Kondensatoren.

Obwohl die Energieversorger für derartige Fälle ebenfalls Überspannungsableiter installieren, können diese Überspannungen teilweise im heimischen Spannungsnetz ankommen. Auch wenn die Spannungsspitzen meist nur Millisekunden andauern, so kann das für die empfindliche Leistungselektronik auf einer PC-Platine bereits zu lange sein.

Welche Elektronik ist durch Überspannungen besonders gefährdet?

Prinzipiell sind alle Elektrogeräte vom Hersteller mit einem kleinen Schutz in Form einer Leistungsreserve versehen. Dadurch wird ein Elektrogerät, welches für 230 Volt ausgelegt ist, nicht bei 250 Volt seinen Dienst versagen.

Das Problem an Überspannungen ist, dass diese häufig ein Vielfaches der Netzspannung betragen.

Bei Geräten allerdings, die programmierbar sind, über viele verschiedene Funktionen verfügen und miteinander kommunizieren, ist diese Reserve durch technische Bedingungen nicht sehr groß. Die umfangreiche Leistungselektronik in Smart-TVs, vollautomatischen Maschinen und Computern erlaubt aufgrund der Baugröße keine allzu große Leistungsreserve.

Weniger empfindlich hingegen sind elektrische Heizungen sowie Toaster und Wasserkocher oder Elektronik, bei der noch ein Netzteil zwischengeschaltet ist. Dazu zählen beispielsweise Handy- oder Laptopladekabel. Bei diesen Geräten übernimmt das Netzteil eine schützende Funktion.

Wie funktioniert ein Überspannungsschutz?

Der Überspannungsableiter wird parallel zu dem Stromkreis geschaltet, den er schützen soll. Im normalen Betrieb wirkt das Gerät wie ein Isolator und lässt keinen Stromfluss zu. Sollte jedoch eine vordefinierte Spannung überschritten werden, sinkt der Widerstand des Gerätes rapide ab und die Entladung der Überspannung über den Schutzleiter wird eingeleitet.

Unverzichtbar für die Einrichtung des Schutzes ist somit ein funktionsfähiger und durchgängiger Schutzleiter oder eine niederohmige Verbindung zur Erde. Der zulässige Widerstand des Schutzleiters wird im Zuge einer Überprüfung nach den Vorschriften der DGUV (ehemals BGV) nachgewiesen. Sollte dieser Widerstand zu hoch sein, müssen umgehend Maßnahmen ergriffen werden, um diesen Widerstand zu senken.

Andernfalls wäre der Überspannungsschutz wirkungslos und auch anderweitig könnten Personen gefährdet werden.

Wie ist eine vollständige Überspannungsschutzeinrichtung aufgebaut?

Bei einer Neuinstallation oder umfangreichen Sanierung von Bürogebäuden wird normalerweise in einen Schutz investiert, der die Geräte gegen jede Überspannung absichert. Ein System mit drei aufeinander aufbauenden Schutzmechanismen sorgt für eine sichere Funktion des Überspannungsschutzes. Bei allen Komponenten werden Spannungsspitzen durch einen Überspannungsableiter in die Erde abgelenkt.

Das System besteht aus drei Komponenten:

• Grobschutz
• Mittelschutz
• Feinschutz

Grobschutz

Der Grobschutz sitzt nahe dem Hausanschluss und beschränkt sich auf den Schutz aller nachgelagerten Geräte vor Blitzeinschlägen und anderen großen Überspannungen. Er leitet Spitzen ab, die weit über dem zulässigen Niveau liegen und begrenzt die Spannung auf meist 1300 bis 3000 Volt. Diese ist zwar für die meisten Elektrogeräte immer noch viel zu hoch, trägt jedoch zu einer sicheren Funktion der nachfolgenden Schutzelemente bei.

Mittelschutz

Ein Mittelschutz wird in den Etagenverteilungen verbaut und senkt das Spannungsniveau auf etwa 600 Volt. Diese Spannungsspitze vertragen viele Bauteile für einen kurzen Zeitraum, sodass ab diesem Punkt bereits ein gewisser Schutz besteht. Für den Schutz vor Überspannungen aus dem Netz reicht der Mittelschutz normalerweise aus.

Im schlimmsten Fall kann er aber bei einem Blitzeinschlag aufgrund der enormen Spannung zerstört werden. Das würde die gesamte Schutzeinrichtung unbrauchbar machen, denn eine Überspannung, die den Mittelschutz zerstört, würde auch den Feinschutz außer Gefecht setzen.

Feinschutz

Der Feinschutz sitzt in der Nähe des Verbrauchers, also beispielsweise in der Steckdose und ist entweder fest verbaut oder in eine Steckdosenleiste mit Überspannungsschutz integriert. Der Feinschutz leitet die übriggebliebenen Spannungsspitzen ab und ist meist mit einem akustischen Signalgeber ausgestattet. Dieser löst bei einer Auslösung der Überstromschutzeinrichtung aus.

Ist die alleinige Verwendung einer Überspannungsschutz-Steckdosenleiste sinnvoll?

Das richtet sich nach dem gewünschten Grad des Schutzes. Sicherlich ist eine Steckdosenleiste mit Überspannungsschutz deutlich günstiger als Grob-, Mittel- und Feinschutz zusammengenommen.

Der Aufwand der Installation durch eine Fachkraft entfällt ebenfalls, was weitere Kosten spart.

Gegen die häufiger anzutreffenden Überspannungen durch Laständerungen im Netz erbringen diese Steckdosenleisten einen guten Dienst. Sie eignen sich hervorragend, um beispielsweise einen PC gegen gewöhnliche Überspannungen abzusichern und können in Kombination mit einer USV (unterbrechungsfreie Stromversorgung) gleich noch vor Stromausfällen schützen.

Der Eigentümer sollte sich allerdings der Tatsache bewusst sein, dass Feinschutzkomponenten bei einer großen Überspannung zerstört werden können.

In diesem Fall sind die angeschlossenen Geräte wieder ungeschützt. Der alleinige Einsatz einer Steckdosenleiste kann also gegen kleinere Überspannungen helfen, bringt allerdings nicht die gleiche Sicherheit wie eine komplette Schutzeinrichtung.

Die Verwendung einer Kombination von Mittel- und Feinschutz hingegen wirkt effektiv gegen die typischen Spannungsschwankungen im Stromnetz. Außerdem wird beim zusätzlichen Einsatz eines Mittelschutzes verhindert, dass die Sicherung den Stromkreis wegen Überlastung abschaltet.

Ein Beispiel wäre die Kombination dieser Geräte:

• Mittelschutz
• Feinschutz

Warum gewinnt der Überspannungsschutz immer mehr an Bedeutung?

Die Zahl der Elektrogeräte im Haushalt steigt weiter an. Ein immer größerer Teil dieser Geräte ist dabei mit dem Internet verbunden oder lässt sich programmieren. Wo früher ein Gasherd und eine Lampe ausreichten, verfügen wir heute über Kaffeevollautomaten, Waschmaschinen, programmierbare Küchenmaschinen und Fernseher mit WLAN und integrierten Apps. In einem modernen Haushalt sind viele Tausend Euro an Elektrogeräten vorhanden, von denen die meisten an das Stromnetz angeschlossen sind. Von dem zeitlichen Aufwand, der bei Zerstörung einer Festplatte anfällt, wollen wir dabei überhaupt nicht reden. Dieser ganze Aufwand kann mit ein paar einfachen Maßnahmen zum Überspannungsschutz verhindert werden.