Ein Überspannungsableiter (ÜSA, englisch: surge protection device, SPD) ist ein Gerät oder Bauteil zum Begrenzen gefährlicher Überspannungen in elektrischen Leitungen und Geräten. Zum effizienten Überspannungsschutz gehört eine dem Zweck angepasste Kombination unterschiedlicher Überspannungsableiter.
Überspannungen können entstehen durch
und haben teilweise erhebliche Momentanleistungen.
Anton Kathrein entwickelte 1919 einen Masttrennschalter mit eingebauter Sicherung, der Niederspannungsnetze mit einem Überspannungsschutz vor Ausfällen durch Blitzschlag schützte. Er machte sich damit in Rosenheim selbständig und entwickelte in der Folge insbesondere auch Überspannungsschutzgeräte für Antennen.
Als Überspannungsableiter werden verwendet:
Die Kombination von Gasableitern und in Reihe geschalteter Varistoren verbindet die Vorteile der beiden Technologien miteinander: beste Schutzpegel, erhöhte TOV-Festigkeit (Temporary Overvoltage), keine (Netz-)Folge-, Betriebs- und Leckströme (dadurch keine Alterung) sowie eine vereinfachte Entkopplung der Ableiter.
Heutzutage sind Varistoren der Standard zum Blitzschutz von Transformatoren, die an Freileitungen angeschlossen sind. Dabei werden Stapel aus Zinkoxid-Varistor-Scheiben entsprechend der Nennspannung in einem Stützisolator untergebracht.
Vor der Entwicklung ausreichend guten Varistormaterials (geringer Strom bei Nennspannung, hohe Lebensdauer) verwendete man zum Schutz von Freileitungen vor den Folgen eines Blitzeinschlages:
Kathodenfallableiter Sie vereinen in Reihenschaltung eine Funkenstrecke und Varistoren. Die Reihenschaltung von mehreren Varistoren sind auf die zu schützende Nennspannung bemessen und begrenzen nach dem Überspannungsereignis den Netzfolgestrom über die Funkenstrecke so weit, dass diese aufgrund des Kathodenfalls selbsttätig verlöscht. Im Normalbetrieb sind die Varistoren aufgrund der trennenden Funkenstrecke stromlos. Löschrohrableiter Ein nicht mehr üblicher Überspannungsableiter: er löscht die in ihm bei Überspannung zündende Entladung, indem der Lichtbogen aus dem Rohrmaterial Gase freisetzt, die den Bogen aus dem Rohr herausblasen und ihn so löschen. Aufgrund des Feuerstrahls war er nur im Freien verwendbar. Funkenstrecken Freileitungs-Isolatoren schützt man mit Funkenstrecken vor der direkten Einwirkung von durch Blitzschlag induzierten Lichtbögen. Sie halten den Lichtbogen entfernt vom Isolierstoff und tragen durch ihre Formgebung oft zum Verlöschen des Lichtbogens bei (Hornableiter). Verlöscht der Lichtbogen nicht, so wird der Netzabschnitt mittels Kurzunterbrechung ab- und nach kurzer Zeit wieder automatisch eingeschaltet.Die Netzzuleitung von Elektro-Kleingeräten, Verteilerkabeln oder Leuchten wird nur selten mit Gasgefüllten Überspannungsableitern geschützt.
Wird ihre Zündspannung überschritten, so fällt die anliegende Spannung innerhalb von Mikrosekunden auf Werte von etwa 20 Volt, wobei Stromspitzen bis zu mehreren 10 Kiloampere abgeleitet werden können. Sie werden für Nennspannungen etwa bis 600 V gefertigt. Da sie nicht selbstverlöschend sind, lösen sie die vorgeschaltete Sicherung aus.
Wegen dieses Nachteiles sind Kombinationen mit Varistoren oder ausschließlich Varistoren gebräuchlicher. Varistoren werden hierzu als bedrahtete Scheiben gefertigt, die eingelötet werden. Varistoren haben zwar eine geringere Ansprechzeit als Gasableiter, jedoch einen höheren Schutzpegel. Varistoren können auch nur niedrigere Ströme ableiten.
Zum Blitzschutz von Antennenzuleitungen werden z. B. kombinierte Funkenstrecken (Außenleiter des Koaxialkabels) und Gasableiter (Innenleiter) eingesetzt. Gasableiter sind hier wegen ihrer geringen Kapazität von nur etwa 2 pF geeignet, Suppressordioden oder Varistoren dagegen nicht.
Signalleitungen im Bereich des Fernsprechnetzes sind mit Varistoren oder Gasableitern geschützt.
Signalleitungen, die auf Leiterplatten von anderen Geräten her ankommen, sind oft nur geringen Überspannungsenergien ausgesetzt; hier verwendet man Varistoren und/oder Suppressordioden. Beide Bauelemente haben Ansprechzeiten im Nanosekunden-Bereich.
Suppressordioden werden auch bipolar gefertigt, wozu man zwei Dioden in einem gemeinsamen Gehäuse gegeneinander in Serie schaltet, um Wechselspannungssignale schützen zu können. Solche Suppressordioden haben eine etwas höhere Ansprechzeit.
Varistoren hierfür sind radial bedrahtet oder als SMD-Bauteil verfügbar. Es werden Nennspannungen ab etwa 15 V angeboten. Suppressordioden sind axial bedrahtet oder als SMD ausgeführt. Sie sind für Spannungen von 5 bis wenige 100 V verfügbar.
Beide Bauteiltypen sind je nach Ableitenergie mehr oder weniger kapazitätsbehaftet und können nicht oder nur eingeschränkt für Hochfrequenz bzw. hohe Datenraten eingesetzt werden. Suppressordioden haben geringere Schutzpegel, vertragen jedoch nur geringe Ableitenergien und -ströme.
Seit Oktober 2016 bestehen neue DIN-Vorschriften. Nach DIN VDE 0100-443 sind Überspannungs-Schutzeinrichtungen verbindlich zu installieren, wenn