Präsentiert von ELEKTOR, dem Magazin für Elektronik und Computertechnik Seit mehreren Jahren ist das EMV-Gesetz (Gesetz über die elektromagnetische Verträglichkeit von elektrischen und elektronischen Geräten) gültig, das die Hersteller von elektronischen Geräten verpflichtet, in ihren Produkten Maßnahmen zu treffen, die einen ausreichenden Schutz vor Gewitterüberspannungen (leitungsgebundene Stoßspannungen) bieten.

Folgende Produkte fallen ausdrücklich unter das EMV-Gesetz und sollten daher in jedem Fall EMV-konform gestaltet sein:

• Rundfunkgeräte
• Fernsehgeräte
• Elektro-Haushaltsgeräte
• handgeführte Elektrowerkzeuge
• Leuchten
• Leuchtstofflampen
• Funkgeräte verschiedenster Art
• Industrieausrüstungen
• informationstechnische Geräte
• Telekommunikationsgeräte

Ausgenommen von der EMV-Regelung sind hingegen zum Beispiel Eigenbauten von Amateurfunkgeräten, da hier ein einzigartiger Sonderstatus besteht. Amateurfunk ist gesetzlich genau beschrieben und darf nicht mit (nicht lizenzpflichtigem) CB-Funk verwechselt werden.

Überspannungs-Schutzmassnahmen

Vor der Planung von Überspannungsschutzmaßnahmen für elektronische Geräte sollte immer festgelegt sein, welchen Beanspruchungen die zu schützende Elektronik standhalten soll. Blitzeinschläge, die sich in der fernen Umgebung ereignen, verursachen geringere Belastungen als direkte Blitzeinschläge oder Einschläge, die in nächster Nähe stattfinden und zum Beispiel das Haus eines Nachbarn treffen. Besonders gefährdet sind Geräte, die nicht weiter als etwa 100 Meter von der Einschlagstelle entfernt aufgestellt sind (Bild 1). Wesentlich wahrscheinlicher als ein direkter oder naher Blitzeinschlag sind Blitzferneinschläge, die sich im Abstand von einigen oder mehreren 100 Metern ereignen. Die Grenzen eines Gebietes, in dem sich durch Blitzentladung gravierende Schäden ereignen können, sind abhängig von den elektrischen Parametern, die das Himmelsfeuer mit sich bringt. Zum Beispiel verursacht ein Blitz, dessen Stoßstrom den sehr hohen Maximalwert von 300.000 Ampere erreicht, eine wesentlich höhere Belastung und beeinflusst natürlich auch eine weitere Umgebung als ein Miniaturblitz, der mit einem sehr geringen Stoßstrom von nur 3000 Ampere einschlägt. Aus diesem Grund ist es nicht möglich, die Größe eines Gebietes, das von den Auswirkungen einer Blitzentladung betroffen sein kann, genau anzugeben. Da entfernte Blitzeinschläge zwangsläufig häufiger vorkommen als Blitznaheinschläge, ist bereits sehr viel für den Schutz von älteren, nicht EMV-konformen elektronischen Geräten getan, wenn ein Überspannungs-Schutzgerät zum Einsatz kommt, das den geringen Belastungen eines fernen Blitzeinschlages standhält und die Elektronik vor Überspannungen aus dem 230-V-Netz schützt (Bild 2). Bild 2. Einfaches Überspannungs-Schutzgerät in Form eines Steckdosen-Adapters.

Ihren Zweck erfüllt eine solche Überspannungs-Schutzeinrichtung nur dann, wenn die Höhe der Spannung, auf die das Schutzgerät begrenzt, niedriger ist als die maximale Spannung, die das zu schützende Gerät verkraften kann. Die maximale Stoßspannung, mit der ein elektronisches Gerät beaufschlagt werden kann, ist abhängig von der Spannungsfestigkeit. Bei der Spannungsfestigkeit unterscheiden wir zwischen Quer- und Längsspannungsfestigkeit. Die Querspannungsfestigkeit wird angegeben mit dem Maximalwert der Stoßspannung, die ein Gerät nicht beschädigt, wenn sie 20 Mikrosekunden, zum Beispiel auf der 230 Volt-Seite eines Gerätes, an den Anschlusspunkten zwischen dem Außenleiter (L) und dem Neutralleiter (N) ansteht. Das Gleiche gilt für die Längsspannungsfestigkeit, die an einem elektronischen Gerät auf der 230-Volt-Seite zwischen den Anschlusspunkten des Außenleiters (L) und Erde (PE) sowie dem Neutralleiter (N) und der Erde (PE) vorhanden ist. Die in Bild 2 gezeigte Überspannungs-Schutzeinrichtung begrenzt die Querspannung mit zwei in Reihe geschalteten Varistoren. Für die Begrenzung der Längsspannungen wird ein Gasableiter eingesetzt (Bild 3).

Symmetrische eingekoppelte Stoßspannungen (Querspannungen) werden von den beiden Varistoren entsprechend den auftretenden elektrischen Parametern der Überspannungsimpulse auf Werte begrenzt, die zwischen 1300 Volt und 2000 Volt liegen. Fließt nur ein geringer Stoßstrom von zum Beispiel 50 Ampere mit der Wellenform 8/20 Mikrosekunden über die Varistoren - den ein sehr weit entfernter Blitzeinschlag verursachen kann - so beträgt die Spannungsbegrenzung dieses Ableiters 1300 Volt. Bei einem Stoßstrom von 4500 Ampere mit der gleichen Wellenform ist die Grenze des Stromableitvermögens der Varistoren erreicht, bei der die Spannungsbegrenzung auf über 2000 Volt ansteigt. Erfahrungsgemäß kann die Querspannungsfestigkeit eines nicht EMVkonformen elektronischen Gerätes auch weit unter 1300 Volt liegen. In diesem Fall (Querspannungsfestigkeit unter 1300 V) wird das Gerät auch von diesem Netzsteckdosenadapter nicht ausreichend geschützt, da die Spannungsbegrenzung selbst bei dem kleinen 50-A-Stoßstrom nicht unter 1300 Volt liegt. Fließt ein Stoßstrom von 4500 Ampere über die Varistoren, müsste die Spannungsfestigkeit des zu schützenden Gerätes deutlich über 2000 Volt liegen. Vor dem Inkrafttreten des EMV-Gesetzes kamen in PCs häufig Schaltnetzteile zum Einsatz, deren Querspannungsfestigkeit nur bei etwa 700 Volt lag. Ein Überspannungsableiter, der eine zwischen L und N auftretende Stoßspannung nur auf 1000 Volt beziehungsweise auf 1300 Volt begrenzt, kann ein Schaltnetzteil oder ein Gerät mit einer derart geringen Spannungsfestigkeit nicht schützen. Bild 3. Innenschaltung des Überspannungs-Schutzadapters aus Bild 2

Buch-Tipp zur Blitzschutz-Praxis

Seit 1986 befasst sich der Autor Hans-Joachim Geist beruflich wie privat sehr intensiv mit der Problematik des Blitz- und Überspannungsschutzes in Theorie und Praxis. Wie ein Gebäude und die darin enthaltenen Geräte auch vor den harten Belastungen, die ein direkter Blitzeinschlag verursacht, wirkungsvoll und wirtschaftlich geschützt werden kann, erklärt er in seinem Fachbuch "Blitzschutz, Realisierbarkeit und Grenzen". Vorgestellt werden unter anderem einfache und wirkungsvolle Überspannungs-Schutzmaßnahmen, die ohne großen Aufwand realisierbar sind. Der Autor legt besonderen Wert auf die klare und detaillierte Beschreibung der Wirksamkeit und Wirtschaftlichkeit von verschiedenen Schutzmaßnahmen und zeigt auch unter Berücksichtigung des EMV-Gesetzes deutlich die Funktionsfähigkeit und Grenzen der "modernen" Blitzschutztechnik auf. Blitzschutz, Realisierbarkeit und Grenzen von Hans-Joachim Geist, Elektor-Verlag, Aachen,
1. Auflage 2002, 384 Seiten, Preis 34,80 €, ISBN 3-89576-125-7

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