Lektion 5 von 7

Überspannungsableiter

Ein Überspannungsableiter ist das Betriebsmittel, das Isolationskoordination von einer Papierrechnung in eine physische Garantie verwandelt — er ist das Gerät, das eine ankommende Überspannung tatsächlich auf ein sicheres Niveau begrenzt, bevor sie das schädigen kann, was er schützt.

Die Aufgabe, in einem Satz

Unter normaler Betriebsspannung soll sich ein Ableiter fast wie ein offener Stromkreis verhalten, vernachlässigbaren Strom ziehen und keinen Effekt auf das System haben. In dem Moment, in dem die Spannung in den Überspannungsbereich steigt, muss er sich fast wie ein Kurzschluss verhalten, den Stoßstrom sicher zur Erde ableiten — und dann, sobald die Überspannung vorüber ist, in seinen normalen, nicht leitenden Zustand zurückkehren.

Wie moderne Ableiter das tun: Metalloxid-Varistoren

Fast alle modernen Überspannungsableiter werden aus Zinkoxid-(ZnO-)Metalloxid-Varistor- (MOV-)Scheiben gebaut. Die kennzeichnende Eigenschaft eines MOV ist eine stark nichtlineare Spannungs-Strom-Beziehung: Der Widerstand bleibt über den gesamten normalen Betriebsbereich extrem hoch, fällt dann dramatisch ab, sobald die Spannung eine Schwelle überschreitet, und lässt Strom frei fließen, wodurch die Spannung über dem Bauteil begrenzt wird. Weil dieses Verhalten dem Material selbst innewohnt und keine separate Schalthandlung benötigt, brauchen moderne MOV-Ableiter überhaupt keine Funkenstrecken oder beweglichen Teile — eine erhebliche Zuverlässigkeitsverbesserung gegenüber älteren Ableiter-Konstruktionen mit Funkenstrecken.

Die Kenngrößen, die einen Ableiter definieren

Dauerspannung (Uc)

Die höchste netzfrequente Effektivspannung, die der Ableiter dauernd führen kann — sie muss über der höchsten Leiter-Erde-Spannung des Netzes liegen.

Bemessungsspannung (Ur)

Trotz des Namens keine Dauerangabe: die netzfrequente Effektivspannung, die der Ableiter für begrenzte Zeit (etwa 10 s in der IEC-Arbeitsprüfung) bei zeitweiligen Überspannungen — etwa auf den gesunden Leitern während eines Erdschlusses — aushält und danach wieder sperrt.

Schutzpegel (Restspannung)

Die Spannung, die an den Klemmen des Ableiters anliegt, während er Stoßstrom führt — das ist die Zahl, die die Isolationskoordination direkt mit der Bemessungs-Steh-Blitzstoßspannung (BIL) des Betriebsmittels vergleicht.

Energieaufnahmevermögen

Wie viel Energie der Ableiter während eines Stoßereignisses sicher abführen kann, ohne beschädigt zu werden — wichtig, weil der Ableiter selbst das Erledigen seiner Aufgabe überstehen muss, möglicherweise wiederholt.

Wo Ableiter zum Einsatz kommen

Ableiter werden an Transformatorklemmen platziert (eines der stoßempfindlichsten und teuersten Betriebsmittel im Netz), an den Enden von Kabel-Freileitungs-Übergängen (wo schon die Impedanzfehlanpassung die reflektierte Stoßamplitude erhöht), und zunehmend direkt an den Klemmen stoßempfindlicher Betriebsmittel wie gasisolierter Schaltanlagen — überall dort, wo die Folge einer ungeschützten Überspannung schwer genug wäre, um den zusätzlichen Schutz zu rechtfertigen.