Welche Brandgefahr besteht bei gealterten Varistoren innerhalb eines Überspannungsschutz-Gerätes?

Die Brandgefahr bei gealterten Varistoren (meist Metalloxid-Varistoren, kurz MOV) in Überspannungsschutzgeräten (SPD) ist ein bekanntes technisches Risiko, das auf physikalischen Alterungsprozessen beruht.

Hier ist die detaillierte Erklärung, wie diese Gefahr entsteht:

1. Der Alterungsprozess (Leckstrom-Anstieg)

Ein Varistor besteht aus einer Keramikstruktur (Zinkoxid-Körnchen). Jede Überspannung, die der Varistor ableitet, führt zu mikroskopisch kleinen Beschädigungen an den Korngrenzen des Materials.

• Folge: Der elektrische Widerstand im Normalbetrieb (bei Netzspannung) sinkt schleichend.
• Leckstrom: Es fließt ein kleiner, ungewollter Strom durch den Varistor, auch wenn gar keine Überspannung vorliegt.

2. Das Problem der Verlustleistung

Da ein Varistor direkt zwischen den Leitern (z. B. L und N oder L und PE) eingebaut ist, liegt permanent die Netzspannung an.

• Durch den steigenden Leckstrom wird elektrische Energie in Wärme umgewandelt ($P = U \times I$).
• Ein neuer Varistor hat einen Leckstrom im Mikroampere-Bereich (praktisch keine Wärme).
• Ein gealterter Varistor kann Leckströme im Milliampere-Bereich entwickeln. Bei 230V führen bereits 20 mA zu einer dauerhaften Heizleistung von fast 5 Watt auf engstem Raum.

3. Der "Thermal Runaway" (Thermisches Durchgehen)

Dies ist die kritischste Phase und die eigentliche Brandursache:

• Varistoren haben einen negativen Temperaturkoeffizienten. Das bedeutet: Je heißer sie werden, desto besser leiten sie.
• Es entsteht ein Teufelskreis: Höhere Temperatur $\rightarrow$ geringerer Widerstand $\rightarrow$ höherer Leckstrom $\rightarrow$ noch mehr Hitze.
• Dieser Prozess beschleunigt sich von selbst, bis der Varistor glüht oder platzt.

4. Konkrete Brandgefahren

Wenn der Varistor diesen Zustand erreicht, kann es zu folgenden Vorfällen kommen:

• Schmelzen des Gehäuses: Die Kunststoffgehäuse der SPDs oder der Unterverteilung können schmelzen.
• Entzündung: Angrenzende brennbare Materialien oder der Kunststoff des Geräts selbst können Feuer fangen.
• Lichtbogenbildung: Wenn der Varistor zerstört wird und das Material ionisiert, kann ein stehender Lichtbogen entstehen, der extrem hohe Temperaturen entwickelt und einen Brand auslöst.

Wie wird diese Gefahr verhindert?

Moderne Überspannungsschutz-Geräte verfügen über Schutzmechanismen, um genau dieses Szenario zu verhindern:

1. Thermische Trennvorrichtung: Dies ist die wichtigste Schutzmaßnahme. Im Inneren des SPD ist der Varistor über eine federbelastete Lotstelle angeschlossen. Wenn der Varistor zu heiß wird, schmilzt das Lot, und die Feder zieht den Kontakt weg. Der Varistor wird vom Netz getrennt, bevor er in den gefährlichen Bereich des thermischen Durchgehens gelangt.
2. Statusanzeige: Durch die mechanische Trennung springt meist eine Anzeige von Grün auf Rot. Das Gerät ist dann defekt und bietet keinen Schutz mehr, ist aber sicher vom Netz getrennt.
3. Vorsicherung: Eine korrekt dimensionierte Vorsicherung soll im Falle eines harten Kurzschlusses im Varistor den Stromfluss unterbrechen.

Fazit

Die Brandgefahr bei gealterten Varistoren entsteht durch schleichende Überhitzung aufgrund steigender Leckströme. Ohne eine funktionierende thermische Abtrennvorrichtung würde ein alternder Varistor unweigerlich so heiß werden, dass er einen Brand auslösen könnte. Deshalb ist es wichtig, SPDs regelmäßig (z.B. im Rahmen des E-Checks) auf ihre Statusanzeige hin zu überprüfen.