Mehrstufiger Überspannungsschutz planen: Anforderungen, Schutz und Reserven festlegen

Mehrstufig heißt: Energie in Etappen abbauen

Der Begriff mehrstufiger Überspannungsschutz beschreibt kein Produktpaket, sondern ein Prinzip. DIN EN IEC 62305-4 behandelt den Schutz elektrischer und elektronischer Systeme in baulichen Anlagen und beschreibt dafür das Blitzschutzzonenkonzept. Das Gebäude wird gedanklich in Zonen zerlegt: außen der Bereich, in dem ein direkter Einschlag möglich ist, dahinter der Bereich ohne Direkteinschlag, aber mit unvermindertem elektromagnetischem Feld, dann der Innenraum hinter der ersten Schutzstufe, schließlich der besonders geschützte Bereich um empfindliche Geräte.

An jeder Zonengrenze wird die Energie reduziert und der Potentialausgleich hergestellt. Ein einzelnes Bauteil kann das nicht leisten: Ein Ableiter, der einen Blitzteilstrom von zehntausenden Ampere verkraftet, hat konstruktionsbedingt einen höheren Restspannungspegel als ein Gerät, das nur noch geringe Restenergie begrenzen muss. Deshalb arbeitet ein tragfähiges Konzept mit gestaffelten Stufen, die energetisch aufeinander abgestimmt sind.

Der normative Auslöser: DIN VDE 0100-443

DIN VDE 0100-443 regelt den Schutz bei transienten Überspannungen infolge atmosphärischer Einflüsse und infolge von Schaltvorgängen. Die Norm benennt Fälle, in denen der Schutz ohne weitere Prüfung vorzusehen ist, weil die Folgen einer Überspannung besonders schwer wiegen: wenn Menschenleben betroffen sein können, wenn öffentliche Dienstleistungen ausfallen, wenn gewerbliche oder industrielle Tätigkeit unterbrochen wird oder wenn eine große Zahl von Personen betroffen ist. In den übrigen Fällen ist eine Risikoabschätzung durchzuführen.

Seit dem Ende der Übergangsfrist im Dezember 2018 ist der Überspannungsschutz bei Neuanlagen und bei wesentlichen Änderungen bestehender Anlagen im Wohnungsbau der Regelfall geworden. Für Sie als Eigentümer folgt daraus ein praktischer Hinweis: Wenn ein Angebot für einen Zählerschranktausch, eine neue Unterverteilung oder eine Wallbox keinen Überspannungsschutz enthält, sollte im Angebot stehen, warum nicht.

Schutzpegel und Bemessungsstoßspannung: die Rechnung dahinter

Ein Ableiter ist nicht dadurch gut, dass er viel Strom verträgt, sondern dadurch, dass die Spannung hinter ihm niedrig genug bleibt. Diese Restspannung heißt Schutzpegel und muss unterhalb der Bemessungsstoßspannung des dahinterliegenden Betriebsmittels liegen. DIN VDE 0100-443 ordnet den Betriebsmitteln dafür Überspannungskategorien zu.

Überspannungskategorie	Typische Betriebsmittel im Wohngebäude	Bemessungsstoßspannung bei 230/400 Volt	Bedeutung für die Auslegung
IV	Betriebsmittel am Speisepunkt, Zählerplatz, Hauptleitungen	6 kV	robusteste Ebene, hier setzt die erste Schutzstufe an
III	fest installierte Anlage, Verteiler, Leitungen, Steckdosen, Schalter	4 kV	Zielebene für die Schutzstufe in der Verteilung
II	angeschlossene Verbrauchsmittel, Haushaltsgeräte, Werkzeuge	2,5 kV	Zielebene für den geräteseitigen Schutz
I	besonders empfindliche Elektronik in Geräten	1,5 kV	erfordert die geräteseitige Stufe unmittelbar davor

Aus dieser Staffelung ergibt sich unmittelbar, warum ein Ableiter am Zählerschrank allein nicht ausreicht, wenn empfindliche Elektronik weit entfernt in der Wohnung sitzt: Auf dem Weg dorthin kann sich die Spannung durch Induktion in der Leitungsschleife wieder erhöhen.

Die drei Gerätetypen und ihre Einbauorte

Die erste Stufe ist der Blitzstrom-Ableiter, geprüft mit der Wellenform eines direkten Blitzteilstroms. Er gehört an den Speisepunkt der Anlage und ist erforderlich, wenn ein äußerer Blitzschutz vorhanden ist oder die Anlage über eine Freileitung gespeist wird.

Die zweite Stufe ist der Überspannungs-Ableiter in der Unterverteilung, geprüft mit einer kürzeren Wellenform. Er begrenzt die vom ersten Gerät durchgelassene Restenergie auf das Niveau der fest installierten Anlage.

Die dritte Stufe sitzt unmittelbar vor dem zu schützenden Gerät. Sie kommt zum Tragen, wenn zwischen der Verteilung und dem Endgerät eine längere Leitungsstrecke liegt; als Faustwert gilt eine Entfernung von etwa zehn Metern als Anlass, diese Stufe vorzusehen.

Entscheidend ist die energetische Koordination: Die Stufen müssen so abgestimmt sein, dass die vorgelagerte Stufe zündet, bevor die nachgelagerte überlastet wird. Diese Abstimmung erfolgt entweder über die Leitungslänge zwischen den Geräten oder über Bauteile, die der Hersteller dafür freigegeben hat. Sie lässt sich nicht durch Zusammenstellen beliebiger Fabrikate herstellen.

Was in der Planung mitgedacht werden muss

Überspannungen gelangen nicht nur über die Stromleitung ins Haus. Jede leitfähige Zuführung ist ein Eintrittsweg: Telekommunikationsanschluss, Koaxialleitung der Antennen- oder Satellitenanlage, Datenleitungen zu Nebengebäuden, Bus- und Steuerleitungen, Signalleitungen von Wetterstationen oder Außensensoren, die Gleichstromseite einer Photovoltaikanlage sowie Zuleitungen zu Wallbox, Wärmepumpen-Außeneinheit, Poolanlage und Gartenhaus.

Bleibt einer dieser Wege ungeschützt, kann eine Überspannung über ihn eintreten und über die geschützte Seite abfließen. Das Ergebnis ist ein Schaden trotz vorhandenem Schutz. Verlangen Sie deshalb, dass die Planung alle Zuführungen einzeln benennt.

Planen Sie außerdem Platz ein. Ableiter belegen Teilungseinheiten im Verteiler, und ein voll belegter Verteiler zwingt bei jeder Erweiterung zum Umbau. Zwei bis vier freie Teilungseinheiten je Verteilung sind eine der günstigsten Reserven überhaupt.

Anforderungsliste für Fachplanung und Angebot

1. Aussage, ob ein äußerer Blitzschutz vorhanden oder geplant ist, und daraus abgeleitet die Notwendigkeit einer Blitzstrom-Ableiterstufe.
2. Vollständige Liste aller leitfähigen Zuführungen mit Angabe, welche Stufe sie jeweils erhalten.
3. Angabe des Schutzpegels je Stufe und Gegenüberstellung mit der Bemessungsstoßspannung der zu schützenden Ebene.
4. Nachweis der energetischen Koordination zwischen den Stufen, entweder über Leitungslängen oder über Herstellerangaben.
5. Einbauorte mit Angabe der Anschlussleitungslängen.
6. Netzform der Anlage und daraus abgeleitete Schaltungsvariante der Ableiter.
7. Anordnung gegenüber der Fehlerstrom-Schutzeinrichtung.
8. Vorsicherung beziehungsweise Nachweis, dass die vorhandene Absicherung als Backup ausreicht.
9. Freie Teilungseinheiten nach Fertigstellung, ausdrücklich beziffert.
10. Zustandsanzeige und, wo sinnvoll, Fernmeldekontakt, damit ein Ansprechen nicht unbemerkt bleibt.

Wo Ihre Planungsbeteiligung endet

Sie können erfassen, welche Zuführungen Ihr Haus hat, welche Geräte besonders schutzbedürftig sind, wo die Verteilungen sitzen und wie lang die Leitungswege zu kritischen Verbrauchern ungefähr sind. Diese Angaben verkürzen die Auslegung erheblich.

Die Auswahl der Geräte, die Festlegung der Schutzpegel und der Nachweis der Koordination gehören zur Fachplanung. Öffnen Sie zur Vorbereitung keine Abdeckung im Zählerschrank oder in der Unterverteilung, um Platz zu zählen; fotografieren Sie stattdessen die geschlossene Front. Der Einbau selbst ist ohnehin nicht frei vergebbar: Nach § 13 Absatz 2 der Niederspannungsanschlussverordnung dürfen Errichtung, Erweiterung und Änderung der elektrischen Anlage nur durch den Netzbetreiber oder durch ein in dessen Installateurverzeichnis eingetragenes Installationsunternehmen erfolgen. Für die erste Stufe am Speisepunkt kommt hinzu, dass dort im plombierten Bereich gearbeitet wird.