Im Bereich der Elektroinstallation und Elektroplanung fristet das Thema Überspannungsschutz häufig ein Schattendasein. Obwohl es sich um einen essenziellen Bestandteil der elektrischen Sicherheit handelt, wird es in der Praxis oft nur am Rande berücksichtigt. Die Vielzahl an Normen, Empfehlungen und technischen Anforderungen macht die vollständige Umsetzung komplex – und nicht selten fehlt es an umfassendem Wissen über die aktuellen Vorgaben.
Die zunehmende Einspeisung erneuerbarer Energien verändert die Netzphysik, insbesondere das Kurzschlussverhalten und die Schutztechnik. Eine innovative Technologie im Überspannungsschutzgerät (SPD) integriert viele dieser Anforderungen und unterstützt Planer und Installateure bei der Umsetzung normgerechter Lösungen. Dies reduziert den Planungsaufwand und sorgt für sichereren und praxisgerechteren Überspannungsschutz.
Rolle von ACI im Überspannungsschutz
Bild 1: Funktionsweise der ACI-Technologie
Die entscheidenden normativen Vorgaben finden sich in DIN VDE 0100-534, »Errichten von Niederspannungsanlagen – Teil 5-53: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel – Trennen, Schalten und Steuern – Abschnitt 534: Überspannungs-Schutzeinrichtungen« von 2016. Dort wird verlangt, dass Überspannungsschutzeinrichtungen bei Überlast oder nach vielen Ableitvorgängen am Lebensende gegen Kurzschlussströme geschützt werden müssen. Konventionelle Überstromschutzeinrichtungen wie Schmelzsicherungen oder Leitungsschutzschalter sind, extern oder im SPD integriert, vor dem Überspannungsschutzorgan anzuordnen. Schon 2009 kam ein Überspannungsableiter Typ 2 (Dehnguard CI) auf den Markt, der eine spezielle, auf den Stoßstrom optimierte Sicherung bereits integriert hat. Das ist mittlerweile Stand der Technik und im Portfolio bei fast allen Herstellern für Überspannungsschutz zu finden.
Konventioneller Überstromschutz ist jedoch nur bedingt geeignet für den Schutz von SPDs. Um zu verhindern, dass diese bereits bei Blitz- oder Impulsstrombelastung ungewollt auslösen, ist die maximal für das SPD ausgewiesene Vorsicherung zu installieren (z. B. NH-Sicherungen bis 315 A). Das SPD ist somit bei Fehlerströmen von mehreren 10 A oder 100 A nicht zuverlässig geschützt und kann thermisch überlastet werden.
Die Advanced-Circuit-Interruption- (ACI)-Technologie ersetzt den konventionellen Überstromschutz durch die Integration eines leistungsstarken Schaltelements ins SPD und vermeidet so dessen Nachteile. Die sogenannte Hörnerfunkenstrecke dient dabei nicht nur als Überstromschutz. Sie bietet eine zusätzliche galvanische Trennung des Überspannungsschutzes im Normalzustand, wodurch keine Leckströme entstehen. Gleichzeitig zeichnet sie sich durch eine erhöhte Festigkeit gegenüber netzfrequenten temporären Überspannungen (TOV) aus, was ihre Zuverlässigkeit bei Netzstörungen deutlich steigert. Im Fehlerfall reagiert das System sicher auf Ströme im Bereich von mA bis hin zu kA, ohne dass eine thermische Überlastung entsteht. Ein weiterer Vorteil ist, dass keine zusätzliche Ableitervorsicherung erforderlich ist, da das geringe Durchlassintegral des ACI-Schaltelements eine Selektivität selbst mit kleinsten Anlagensicherungen ermöglicht.
Mechanismus und Schutzfunktion
Bild 2: Modularer Überspannungsableiter Dehnguard ACI
Erst beim Auftreten einer Überspannung entsteht in der Engstelle zwischen den beiden Elektroden, dem sogenannten Zündbereich, ein Lichtbogen. Nach Abklingen des Überspannungsereignisses sorgt das nachgelagerte Überspannungsschutzorgan dafür, dass kaum bzw. kein weiterer Kurzschlussstrom aus dem Netz (Netzfolgestrom) über das SPD fließt. Dadurch wird der entstandene Lichtbogen im Zündbereich wieder unterbrochen (Bild 1, A).
Ist das nachgelagerte Überspannungsschutzorgan stark verschlissen oder gar defekt, ist nach Abklingen des Überspannungsereignisses das Unterbrechen des Netzfolgestromes erschwert. Dadurch wird der im Zündbereich entstandene Lichtbogen in Richtung der Löschkammer getrieben. Die Gegenspannung erhöht sich bis in den Bereich der Netzspannung, wodurch der Folgestrom und der Lichtbogen unterbrochen werden. Das Einlaufen des Lichtbogens in die Löschkammer wird detektiert und das Überspannungsschutzgerät vom Netz getrennt (Bild 1, B).
Anpassungsfähige Lösungen für maximale Sicherheit und Effizienz
Bild 3: Modularer Ableiter – Innenansicht der ACI-Technologie
Bereits 2018 wurde der erste Typ-2-Ableiter mit dieser Technologie (Dehnguard ACI) auf den Markt gebracht (Bild 2). Durch den Einsatz dieses Ableiters muss im Einspeisebereich der Unterverteilung keine weitere Ableitervorsicherung gesetzt werden. Des Weiteren ist aufgrund des geringen Ausschaltintegrals des ACI-Schaltelements ein Anschlussquerschnitt von 6 mm2 immer ausreichend. Durch die zusätzliche galvanische Trennung ist das Gerät leckstromfrei und bietet erhöhte Festigkeit bei temporären netzfrequenten Überspannungen (TOV) wie zum Beispiel bei einem Verlust des Neutralleiters.
Mit der Zunahme von Gleichstromanwendungen – etwa in Batteriespeichern, Ladeinfrastruktur für Elektromobilität oder in der Industrieautomatisierung – steigen auch die Anforderungen an den Überspannungsschutz in DC-Netzen. Die ACI-Technologie bietet auch hier entscheidende Vorteile. Besonders durch den Verzicht auf eine separate Ableitervorsicherung bietet ein 2025 eingeführter modularer Ableiter für Gleichstromanwendungen (Dehnguard M DC ACI 1250 FM, Bild 3) einen deutlichen Platz- und Kostenvorteil bei einem sehr geringen Schutzpegel von maximal 2,5 kV und sehr hohen Kurzschlussströmen bis zu 100 kA.
Optimaler Überspannungsschutz auf der Einspeiseseite
Bild 4: Herausfordernde Einbausituation möglichst nahe am Speisepunkt
Während die ACI-Technologie bereits im Typ-2- und DC-Bereich neue Maßstäbe setzt, bleibt auch der Schutz auf der Einspeiseseite – insbesondere bei Blitzstrom-Ableitern vom Typ 1 – ein zentrales Thema für Planer und Installateure. Gerade hier, wo hohe Kurzschlussströme und komplexe Netzbedingungen aufeinandertreffen. Die ACI-Technologie in Kombination mit dem Freischaltmechanismus bietet entscheidende Vorteile: Sie vereinfacht die Planung, reduziert den Installationsaufwand und erhöht gleichzeitig die Betriebssicherheit.
Die DIN VDE 0100-534 beschreibt Forderungen an die sachgemäße Installation von Überspannungsschutzeinrichtungen (SPD). So ist der Überspannungsschutz so nahe wie möglich am Speisepunkt der Anlage zu errichten. Da sich der erste Leistungsschalter der Anlage oftmals erst darüber befindet, ist das dort errichtete SPD zwingend mit einer vorgelagerten Sicherung in der Stichleitung abzusichern. Außerdem schreibt die Richtlinie eine maximale Länge von 0,5 m für die Anschlussleitungen des SPDs vor. Wie in Bild 4 dargestellt, kann es jedoch in der Praxis schwierig sein, diese Vorgabe einzuhalten.
Ein neuer modularer Kombi-Ableiter (Dehnventil ACI) macht es dem Planer deutlich leichter. Durch die integrierte ACI-Technologie ist eine Ableitervorsicherung überflüssig. Zudem lässt sich das Gerät auf geerdete Sammelschienen oder Hutschienen für eine direkte Erdung montieren (Bild 5, A). Es entfällt sowohl die Erdverbindung als auch die Leitungslänge, die über den Umweg Vorsicherung benötigt wird. Zudem ist ein Kabelquerschnitt von 16 mm2 immer ausreichend.
Die Einhaltung der 0,5 m wird somit sehr einfach. Trotz Verzicht auf eine Vorsicherung ermöglicht der Ableiter einen Modultausch, ohne Herunterfahren der Anlage. Durch eine innovative Freischaltfunktion trennt sich das Schutzmodul bei Überlast oder am Ende der Lebensdauer eigenständig und eindeutig sichtbar durch einen Federmechanismus vom Unterteil. Unter Einhaltung der arbeitsschutzrelevanten Vorgaben ist ein Modultausch somit auch im laufenden Betrieb möglich. Das Modul kann sowohl seitlich als auch frontal gewechselt werden. Ein sicherer Austausch ist in jeder Einbausituation möglich (Bild 5, B).
Fazit
Bild 5: Einfache Sammelschienenmontage und sicherer Modultausch
Die in diesem Beitrag vorgestellte ACI-Technologie bietet eine Überspannungsschutzlösung, die über herkömmliche Methoden hinausgeht. Durch ein integriertes Schaltelement im SPD entfällt die Notwendigkeit zusätzlicher Vorsicherungen, was Platz spart, Materialkosten reduziert und die Planung vereinfacht. Es vermeidet die Nachteile von Schmelzsicherungen, Leistungsschaltern und Leitungsschutzschaltern, indem es kleine und große Fehlerströme zuverlässig und schnell unterbricht und selektiv zu kleinsten Anlagensicherungen ist.
Die erhöhte Festigkeit gegenüber temporären Überspannungen und das sichere Abschaltverhalten bei Fehlerströmen verbessern die Betriebssicherheit erheblich. ACI stellt somit eine technische Weiterentwicklung dar, die einen zukunftssicheren, normgerechten und praxisnahen Überspannungsschutz für AC- und DC-Anwendungen bietet.
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