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Überspannungen, also plötzlich auftretende, hohe Spannungen weit über dem Niveau der jeweiligen Versorgungsspannung, führen ohne ausreichenden Schutz zur Zerstörung elektronischer Geräte. Wann Überspannungen auftreten, ist nicht vorhersehbar, deshalb ist ein permanenter Überspannungsschutz erforderlich. Wie das umzusetzen ist, verrät unser Ratgeber.

                                      

Wissenswertes zu Überspannungsableiter, Gasableiter            

Was sind Überspannungsableiter?   

Bei einem Überspannungsableiter handelt es sich um ein Gerät, Bauteil oder eine Bauteil-Kombination. Die Funktion besteht in jedem Fall darin, gefährliche Überspannungen in elektrischen Leitungen oder Geräten zu begrenzen oder abzuleiten.

Es gibt Überspannungsableiter für spezielle elektrische Bereiche, zum Beispiel zur Absicherung des Hausanschlusses, der nachfolgend angeschlossenen Geräte sowie zum Schutz von Verbindungstechniken wie USB-Anschlüssen, Netzwerk- oder Telefonleitungen.

 

Ursachen für Überspannung und Schutzmaßnahmen   

Eine Überspannung liegt vor, wenn die Spannung den für ein elektrisches Gerät oder Stromnetz festgelegten Spannungsbereich überschreitet. Wesentliche Ursachen für das Auftreten von Überspannungen sind:

  • Blitzschlag: Hierbei kommt es zu extrem hohen, kurzzeitigen Überspannungen. Zum Schutz vor Blitzen sind ein äußerer Blitzschutz (wie ein Blitzableiter auf dem Dach) und ein innerer Blitzschutz (Überspannungsschutz) notwendig.
  • Kurzschluss oder das Ein- und Ausschalten leistungsstarker Elektrogeräte: Beides sorgt für sehr große Stromänderungen in Sekundenbruchteilen.
  • Elektrostatische Entladung: Bei der Annäherung oder beim Berühren von Körpern mit unterschiedlichem elektrostatischem Potenzial erfolgt ein schlagartiger Ladungsausgleich mit geringer Stromstärke, aber sehr hohen Spannungen, was sehr gefährlich unter anderem für Halbleiter ist.
  • Magnetstürme: Diese von der Sonne ausgehenden, elektromagnetischen Störungen können ebenfalls zu Überspannungen führen.
  • Ein Blick in die Historie: Das Carrington-Ereignis beschreibt den bisher stärksten je aufgezeichneten geomagnetischen Sturm: In der Nacht vom 1. auf den 2. September 1859 flossen starke Stromimpulse durch Telegrafenleitungen in Teilen Nordeuropas und Nordamerikas. Diese schlugen Funken, Telegrafenpapiere fingen Feuer und das damals gerade weltweit aufgebaute Telegrafienetz wurde stark in Mitleidenschaft gezogen.

Ein umfassendes Konzept zum Schutz vor Überspannung besteht aus normgerechten, aufeinander abgestimmten und abgestuften Überspannungs-Schutzeinrichtungen, das heißt die Schutzwirkung jeder Stufe baut auf der vorherigen auf. Schutzmaßnahmen gegen Überspannungen sind in Typen (1 bis 3) eingeteilt. Im Einzelnen sind das:

Schutz der elektrischen Gebäudeeinspeisung

Diese Schutzform (Typ 1) wird als Grobschutz bezeichnet und befasst sich mit dem Schutz vor den Folgen von Blitzeinschlägen. Mit den modernen Überspannungsableitern bleiben bei einem Blitzschlag maximal 1.300 Volt „übrig“.

Schutz der Elektroverteilung innerhalb von Gebäuden

Dieser auch Mittelschutz (Typ 2) genannte Schutz wird in der Gebäudeverteilung, üblicherweise in den Etagen verwendet.

Überspannungsschutz beim Verbraucher

Mit der letzten Stufe des Überspannungsschutzes werden Steckdosen, Schaltungen und Steckverbindungen so abgesichert, dass die angeschlossenen Geräte nicht von Überspannungen beeinträchtigt oder zerstört werden. Dabei handelt es sich um den sogenannten Feinschutz (Typ 3).

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass für Energieversorger umfangreiche Maßnahmen zum Schutz vor Überspannungen an Freileitungen und Transformtoren vorgeschrieben sind.

Überspannungsschutz praktisch umsetzen 

Es gibt verschiedene Arten von Überspannungsableitern und anderen Produkten, die dem Überspannungsschutz dienen. Grob unterscheiden kann man:

Mit Supressordioden („Unterdrückungs“-Dioden) werden insbesondere die Signaleingänge von elektrischen Geräten vor Spannungsimpulsen geschützt. Diese Dioden sprechen sehr schnell an und haben eine enge Spannungsbegrenzung, die Strombelastbarkeit fällt allerdings vergleichsweise gering aus.

Mit Varistoren (spannungsabhängige Widerstände) werden der Netzspannungseingang von Geräten oder gefährdete Stellen der Stromnetze geschützt. Diese Komponenten sind auch in programmierbarer Ausführung erhältlich, womit sie für zahlreiche Einsatzbereich angepasst werden können.Die Design-Kits, die Sie in unserem Onlineshop finden, enthalten verschiedene Bauelemente für den Überspannungsschutz als Bausatz. Die Bauelemente-Auswahl ist auf die jeweilig zu schützende Anwendung (USB-, Fax- oder Netzwerkanschlüsse) ausgerichtet.

Überlastschutz mit Shunt

Die angebotenen Shunts sind elektronische Komponenten mit einem speziell designten Schaltkreis und schützen beispielsweise LEDs vor Zerstörung. Das ist unter anderem wichtig bei LCD-Hintergrundbeleuchtung, Transportbeleuchtung, bei Überwachungsanzeigen in der Luftfahrt oder bei wartungsarmer Beleuchtung.

Gasableiter

Eine besondere Form des Überspannungsschutzes sind Gasableiter. Dabei handelt es sich um eine mit Edelgas gefüllte Gasentladungsröhre. Die Funktion beruht auf dem elektrophysikalischen Vorgang bei einer Gasentladung.

Steigt die Spannung am Gasableiter auf die Zündspannung an, treten Elektronen aus und ionisieren das Gas in der Röhre. Dieser Vorgang vervielfacht sich lawinenartig binnen Millisekunden, bis ein Lichtbogen entsteht. Dadurch kann ein sehr starker Strom den Gasableiter passieren und an die gewünschte Stelle, zum Beispiel in die Erdung, abgeleitet werden.

Der Nachteil dieser Bauteile ist, dass sie nur für Wechselspannungen einsetzbar sind. Wird die Zündspannung nicht erreicht, wirkt der Gasableiter als Isolator. Ab welchen Werten die Ableitung einsetzt, wird durch das Edelgas, dessen Druck und den Abstand der Elektroden in der Röhre bestimmt. Im Vergleich zu Varistoren oder Supressordioden reagieren Gasableiter langsamer.

Nützliches Zubehör

Ein Blitzimpulszähler erfasst Impulsströme ab einer im Gerät festgelegten Stromstärke im Kilo-Ampere-Bereich. Somit ist es möglich, Blitzeinschläge zu protokollieren, um vorbeugende Maßnahmen zum Überspannungsschutz an einem konkreten Ort ergreifen zu können.

 

Einsatzbereiche von Überspannungsableitern  

Überall dort, wo elektrische Anlagen, Geräte oder Betriebsmittel gefährdet sind, muss Überspannungsschutz vorhanden sein. Das betrifft beispielsweise Satelliten- und andere Außenantennen, Datenleitungen und Leitungen in der Nähe von Einrichtungen der Energieübertragung.

Besonders empfindlich gegenüber hohen Spannungen sind unter anderem Computer, Industrieroboter und Hochleistungs-Netzwerkrouter. Zudem verursachen solche Komponenten in vielen Fällen hohe Anschaffungs- und Reparaturkosten. Ein ausreichender Schutz gegen Überspannung ist entsprechend sinnvoll und wichtig.

An Orten, wo Personen durch Überspannung zu Schaden kommen könnten, sind Schutz- und Gegenmaßnahmen selbstverständlich ebenfalls unverzichtbar. Öffentliche Gebäude unterliegen diversen Normen und gesetzlichen Auflagen für Überspannungsschutz. Dazu gehören beispielsweise Krankenhäuser, Pflegeeinrichtungen, Ämter, aber auch Kräne auf Baustellen sowie alle Einrichtungen, in denen Fahrstühle betrieben werden.

FAQ – Häufig gestellte Fragen zu Überspannungsschutz   

Wie schließt man einen Überspannungs-Ableiter an?

Diese Bauelemente werden mit Lötanschlüssen oder als Komponenten für industrielle Montagetechniken (SMD, SMT und weitere) verbaut. Blitzimpulszähler sind für die Montage direkt auf Ableitungen, Metallbändern oder Hutschienen vorgesehen.

Welche Geräte sind gegen Überspannung geschützt?

Bei Gebäuden wird der abgestufte Schutz bereits bei deren Planung und Errichtung berücksichtigt. In den meisten Ländern sind die Hersteller elektrischer und elektronischer Geräte verpflichtet, ab Werk einen Feinschutz, also Überspannungsschutz Typ 3, einzubauen, um Sicherheit beim Betrieb zu gewährleisten. Ein Hinweis darauf ist die CE-Kennzeichnung mit dem entsprechenden Zeichen. In Deutschland sind Anforderungen an Elektro-Installationen, und damit des Überspannungsschutzes, durch das „Elektromagnetische-Verträglichkeit-Gesetz“ (EMVG) geregelt.

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