Was ist eine transiente Überspannung?

Eine transiente Überspannung ist ein kurzzeitiger Spannungsanstieg, der elektronische Geräte in Privathaushalten und in der Industrie zerstören kann. Es ist von entscheidender Bedeutung, deren Ursachen, Auswirkungen und Schutzmaßnahmen zu kennen. Seien Sie dabei und erfahren Sie, was eine transiente Überspannung ist!

Was ist eine transiente Überspannung?

Eine transiente Überspannung ist ein kurzzeitiger Hochspannungsspitzenwert in einem elektrischen System, der Mikrosekunden bis Millisekunden andauert. Er liegt über den Nennbetriebswerten. Man kann sich das wie einen plötzlichen Anstieg des Wasserdrucks in einer Leitung vorstellen, der das System überlastet.

Gemäß der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC 61000-4-4) können transiente Überspannungen Werte von bis zu mehreren Tausend Volt erreichen und stellen eine Gefahr für empfindliche Elektronik dar. Dieses Phänomen tritt bei allen Arten von Geräten auf, von Haushaltsgeräten bis hin zu Industrieanlagen, weshalb es von entscheidender Bedeutung ist, sich über dessen Ursachen und Abhilfemaßnahmen zu informieren.

Was verursacht vorübergehende Überspannungen?

Externe Ursachen für vorübergehende Überspannungen

Blitzschläge

Direkte Blitzeinschläge oder Einschläge in der unmittelbaren Umgebung führen durch elektromagnetische Kopplung oder einen Anstieg des Erdpotentials zu enormen Spannungsspitzen.

Selbst ein Blitzeinschlag in mehreren hundert Metern Entfernung kann Transienten in Strom- oder Kommunikationsleitungen auslösen. Ein einziger Blitzeinschlag kann Überspannungen von mehr als 100 kV erzeugen (Normen nach IEEE C62.41). Diese treten häufig in Regionen mit hoher Blitzaktivität auf und betreffen Wohnhäuser, Telekommunikationsmasten und Industrieanlagen.

Störungen im Stromnetz

Störungen im Stromnetz wie Schaltvorgänge oder Kurzschlüsse führen zu plötzlichen Spannungsspitzen. Beispielsweise das Wiedereinschalten eines Miniatur-Leistungsschalter Ein Fehler kann Transienten verursachen.

Sie treten häufig in veralteten oder überlasteten Netzen auf, in denen es häufiger zu Störungen kommt. Davon sind ganze Stadtteile oder Industriegebiete betroffen, insbesondere während Wartungsarbeiten oder Netzabschaltungen.

Elektromagnetische Störungen (EMI)

Hochleistungs-HF-Quellen (z. B. Radar- oder Sendemasten) oder lokale Lichtbögen (z. B. beim Schweißen) verursachen Transienten in Strom- oder Signalleitungen. Dies tritt häufig in städtischen oder industriellen Gebieten mit hoher Dichte an EMI-Quellen auf.

Interne Ursachen für vorübergehende Überspannungen

Lastumschaltung

Das Abschalten schwerer Lasten wie Motoren, Kompressoren oder Klimaanlagen führt sofort zu einem induktiven Rückschlag, der Spannungsspitzen erzeugt. Die Transienten erreichen das 2- bis 3-fache der Nennspannung des Systems.

Es kommt häufig in industriellen Umgebungen mit großen Maschinen oder in Gewerbegebäuden mit periodischen Lastschwankungen vor.

Schaltung einer Kondensatorbank

Das Ein- und Ausschalten von Kondensatorbänken in Systemen zur Blindleistungskompensation löst Schwingungstransienten aus, die typischerweise im kHz-Bereich liegen. Diese kommen häufig in Fabriken oder großen Gewerbekomplexen vor und tragen zur Optimierung der Netzqualität bei.

Lichtbogenfehler

Lose Verbindungen, beschädigte Isolierungen oder defekte Schutzschalter führen zu Lichtbogenbildung, wodurch hochfrequente Transienten entstehen. Dies tritt häufig in veralteten elektrischen Anlagen auf, von der Hausinstallation bis hin zu industriellen Schaltanlagen.

Auswirkungen von transienten Überspannungen

Transiente Überspannungen können in elektrischen Anlagen erhebliche Schäden anrichten und zu einer Reihe typischer Auswirkungen führen. Diese Auswirkungen verdeutlichen die Notwendigkeit eines wirksamen Schutzes, um finanzielle Risiken und Sicherheitsgefahren zu minimieren.

• Schäden an der Ausrüstung: Spannungsspitzen führen zum Durchbrennen von Schaltkreisen, zum Verschleiß der Isolierung oder zur Zerstörung von Geräten wie Computern, Fernsehern oder industriellen Steuerungen.
• Betriebsausfall: In der Fertigungsindustrie und im Rechenzentrumsbereich entstehen kostspielige Ausfallzeiten.
• Sicherheitsrisiken: Auch wenn dies selten vorkommt, können übermäßige Überspannungen Brände auslösen oder zu einem Stromschlag führen.

Arten von transienten Überspannungen

Transiente Überspannungen werden anhand ihrer Wellenform und ihrer Ursache in zwei Haupttypen unterteilt:

So schützen Sie sich vor transienten Überspannungen

Der Schutz vor transienten Überspannungen ist wichtig für den Schutz der Geräte, wobei Überspannungsschutzgeräte (Überspannungsschutzgeräte, SPDs) bilden dabei das Rückgrat des Schutzes. Weitere elektrische Maßnahmen und nicht-kommerzielle Techniken ergänzen die SPDs und sorgen so für einen umfassenden Schutz.

Überspannungsschutzgeräte (SPDs)

SPDs bilden die erste Schutzstufe gegen transiente Überspannungen und leiten überschüssige Spannung noch vor den Geräten zur Erde ab. Sie sind kostengünstig und finden breite Anwendung in Wohn-, Gewerbe- und Industrieumgebungen.

Gemäß den Normen der IEC 61643 werden SPDs nach ihrem Einsatzzweck in folgende Kategorien eingeteilt:

• SPD vom Typ 1: Wird am Hauptstromverteiler installiert, um Hochspannungsspitzen, einschließlich Blitzeinschläge, abzufangen. Ideal für Gebäude in Risikogebieten.
• SPD vom Typ 2: Wird in Unterverteilern zum Schutz von Abzweigstromkreisen installiert, geeignet für Büros oder Wohngebäude.
• SPD vom Typ 3: Geräte am Anschlusspunkt (z. B. Steckdosenleisten) für empfindliche Geräte wie Computer oder medizinische Geräte.

Tipps zur Auswahl:

• Wählen Sie SPDs entsprechend der Netzspannung und der Gefahr durch Überspannungen aus (z. B. Typ 1 für blitzgefährdete Gebiete).
• Stellen Sie sicher, dass die Klemmspannung des SPD innerhalb der Toleranzen des Geräts liegt. (Erfahren Sie mehr über Was ist die Klemmspannung?)
• Tauschen Sie SPDs regelmäßig aus, da sie nach dem Ableiten von Überspannungen an Leistung verlieren.

Weitere Lösungen im Bereich Elektrotechnik

Neben SPDs gibt es verschiedene weitere Geräte, die den Schutz insbesondere bei bestimmten Anwendungen verbessern:

Nichtkommerzielle Strategien

Neben den Geräten tragen auch Arbeits- und Konstruktionspraktiken zusätzlich zum Schutz bei:

• Erdung und Potentialausgleich: Bieten Sie niederohmige Erdungspfade, um Überspannungen sicher zur Erde abzuleiten. Regelmäßige Inspektionen verhindern durch Korrosion verursachte Ausfälle.
• Schaltungsentwurf: Setzen Sie Filter oder Drosseln ein, um Transienten in empfindlichen Schaltungen zu unterdrücken.
• Betriebliche Vorgehensweisen: Schalten Sie während eines Gewitters alle Geräte mit Stecker vom Netz ab oder verwenden Sie automatische Trennschalter für wichtige Geräte.

Praktische Tipps

• Verwenden Sie SPDs auf mehreren Ebenen (Hauptverteiler, Unterverteiler, Steckdosen), um einen mehrstufigen Schutz zu gewährleisten.
• Verwenden Sie in risikoreichen oder empfindlichen Anwendungen SPDs in Kombination mit TVS-Dioden oder GDTs.
• Erdungssysteme zur Ableitung von Überspannungen in ordnungsgemäßem Zustand halten.

Transiente Überspannung in verschiedenen Kontexten

Transiente Überspannungen stellen in sich verändernden Umgebungen besondere Herausforderungen dar. Anpassungsschutz (z. B. Typ-3-Überspannungsschutzgeräte in Privathaushalten, Trenntransformatoren in Rechenzentren) bietet den besten Schutz.

Verschiedene Anwendungsbereiche:

• Wohnimmobilien: Stellen eine Gefahr für Haushaltsgeräte, Hausautomationssysteme und Ladegeräte dar.
• Industrie: Automatisierungssysteme, Motoren und SPSen vermeiden.
• Automobilindustrie: Dies betrifft Elektrofahrzeuge (EVs) beim Laden oder Umschalten.
• Rechenzentren: Dies gefährdet Server, Netzwerkhardware und die Verfügbarkeit.

Abschließende Gedanken

Transiente Überspannungen, also plötzliche Spannungsspitzen infolge von Blitzeinschlägen oder Schaltvorgängen, gefährden Anlagen und den Betrieb. Transiente Überspannungen dauern zwar nur Mikrosekunden, ihre Auswirkungen auf elektrische Systeme können jedoch langfristig sein und hohe Kosten verursachen.

Von Blitzentladungen bis hin zum Lastumschalten – sowohl äußere als auch innere Einflüsse können schädliche Spannungsspitzen auslösen, die Anlagen gefährden, den Betrieb stören und Sicherheitsrisiken verursachen.

Durch die Auswahl der geeigneten Kombination aus Überspannungsschutzgerät, Schutzmaßnahmen auf Schaltkreisebene und Erdungsverfahren lassen sich diese Risiken leicht eindämmen.

OOHMAGE-Lösungen zum Überspannungsschutz

Für einen zuverlässigen Schutz vor transienten Überspannungen, OOHMAGE Überspannungsschutzgeräte (SPDs) bieten eine bewährte, normkonforme Lösung, auf die man sich in Wohn-, Gewerbe- und Industrieumgebungen gleichermaßen verlassen kann.

Die nach internationalen Standards gefertigten SPDs von OOHMAGE unterdrücken gefährliche Spannungsspitzen, die durch Blitzeinschläge, Lastumschaltungen oder Störungen im Stromnetz verursacht werden. Mit unserem umfassenden Produktangebot bieten wir einen mehrstufigen Schutz, der auf jede Anwendung zugeschnitten ist.

Mit Überspannungsschutz mit hoher Kapazität und Überspannungsschutz für den Außenbereich, OOHMAGE-SPD sind die kluge Wahl, wenn es darum geht, alles zu schützen – von empfindlicher Elektronik bis hin zu unternehmenskritischen Systemen.

Häufig gestellte Fragen

Was ist der Unterschied zwischen einer transienten Überspannung und einem Stromstoß?

Ein Stromstoß ist ein weiter gefasster Begriff für jeden Spannungsanstieg, während sich der Begriff „transiente Überspannung“ auf kurze, energiereiche Spannungsspitzen bezieht (gemäß den Definitionen der IEC).

Können kurzzeitige Überspannungen Brände verursachen?

In seltenen Fällen können jedoch extrem starke Überspannungen Kabel oder Geräte so stark erhitzen, dass eine Brandgefahr entsteht.

Wie schneiden TVS-Dioden im Vergleich zu SPDs beim Schutz ab?

TVS-Dioden schützen empfindliche Schaltungen durch schnelles Absperren, während SPDs größere Überspannungen auf Systemebene abfangen.

Reichen Überspannungsschutzgeräte aus, um Schäden durch transiente Überspannungen zu verhindern?

Einfache Überspannungsschutzgeräte sind nützlich, doch ein mehrstufiger Schutz (Überspannungsschutzgeräte, Erdung, TVS-Dioden) ist für einen umfassenden Schutz optimal.

Wie lange dauert eine transiente Überspannung?

Transiente Überspannungen dauern je nach Ursache einige Nanosekunden bis zu Millisekunden. Impulsartige Transienten sind von kurzer Dauer, während oszillierende Transienten zwar länger andauern können, aber schnell abklingen.

An welchen Anzeichen lässt sich erkennen, dass eine transiente Überspannung aufgetreten ist?

Zu den typischen Anzeichen zählen verkohlte Leiterplatten, Fehlfunktionen einzelner Bauteile, häufiges Zurücksetzen elektronischer Geräte oder – sofern sichtbar – Brandspuren in der Nähe einer Steckdose. Diese können auf eine Überspannungsbelastung hindeuten.

Sind Solaranlagen von transienten Überspannungsproblemen betroffen?

Ja. Solarmodule und Wechselrichter können anfällig für Überspannungen sein, insbesondere durch Blitzentladungen in unmittelbarer Nähe. Der Einsatz von Überspannungsschutzgeräten auf der Gleichstromseite und von Erdungslösungen ist ratsam.