Überspannungsableiter (ÜSA) sind passive elektrische Bauelemente, die in Hoch- und Niederspannungsnetzen eingesetzt werden und Überspannungen ableiten. Es gibt sie auch in Netzteilen von Geräten und Systemen, um damit die elektronischen Komponenten gegen Beschädigung zu schützen. Das Überspannungsproblem ist besonders relevant bei Telekommunikationseinrichtungen, da die Übertragungsleitungen transiente Überspannungen durch Blitze oder Schaltstromstöße aufnehmen können.

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Transiente Überspannungen, die die Netzspannung überlagern

Ein Überspannungsableiter ist eine Funkenstrecke zwischen zwei Metallelektroden, die über Drähte nach außen geführt sind und deren Abstand sich nach der Überspannung richtet. Die Elektroden können in einem Keramik- oder Glasröhrchen angeordnet sein, dass mit Luft oder Edelgas gefüllt ist. Arbeitet ein Überspannungsableiter mit Luft, spricht man Luftfunkenstrecken, wenn sie mit Edelgas gefüllt sind, von gasgefüllten Überspannungsableitern (ÜSAg) oder Gasentladungs-Ableitern.

Im normalen Betrieb ist die Funkenstrecke extrem hochohmig und hat einen Isolationswiderstand von mehr als 10exp10 Ohm und eine äußerst geringe Kapazität von einigen Picofarad (pF). Bei Überschreiten der Zündspannung ionisiert das Gas in der Gasentladungsstrecke und bildet einen leitenden Lichtbogen über den die Überspannung abgeleitet wird. Die Gasentladung wird durch Ionisierung des Edelgases verursacht und erfolgt in einigen hundert Millisekunden.

Überspannungsableiter von Epcos und DIN-Schaltzeichen, Foto: Schuricht

Neben der Ansprechzeit, die bei einigen Nanosekunden liegen kann, sind als weitere Kennwerte die Nennansprechspannung, die unter 100 Volt bis hin zu einigen Kilovolt (kV) liegen kann, der Nennableitstrom und der Nennableitstoßstrom zu nennen. Überspannungsableiter, die in DIN 0845 als Überspannungsbegrenzer bezeichnet werden, sind in Bezug auf den Nennableitstoßstrom in Belastungsklassen eingeteilt. Es gibt insgesamt sechs Belastungsklassen zwischen mit Nennableitstoßströmen zwischen 2,5 kA und 100 kA.

Nach DIN 0845 definierte Belastungsklassen für Überspannungsbegrenzer

Neben dem hier behandelten Überspannungsableiter gibt es diverse Bauelemente für den Überspannungsschutz wie Varistoren, Kondensatoren, Zenerdioden, Transildioden, Überspannungsschutzdioden bzw. Suppressordioden, Multilayer-Varistoren und einfache elektronische Schaltungen, die gegen Überspannung schützen.