Blitzentladung und Schaltbetrieb as StörquelleIm Folgenden wird beschrieben, wie Blitzentladung und Schalter as Störquelle genutzt werden können1 Atmosphärische ÜberspannungAs Störquelle wirkt sich der Blitz auf Gebäude en elektryske Geräte und Anlagen in Innenräumen aus.Elektrische Überspannungen, die ihren Ursprung in der Atmosphäre haben, sind fast immer die Folge direkter/benachbarter Blitzeinschläge or entfernter Blitzeinschläge. Mei in direkten Blitzeinschlag Schlägt der Blitz direkt yn in geschütztes Gebäude in; Bei benachbarten Blitzeinschlägen handelt es sich jedoch um Blitzeinschläge in ausgedehnte Systeme oder Rohrleitungen (z. B. Rohre, Datenübertragungsleitungen oder Stromleitungen), die direkt mit dem geschützten System verbünden sind. Blitseinschläge in Freileitungen sind Beispiele für weit entfernte Blitseinschläge. Blitze zwischen Wolken erzeugen „reflektierte Überspannungen“ (Wanderwellen) entlang der Übertragungsleitung, while Blitze in der Umgebung Überspannungen induzieren.1.1 Direkte Blitzeinschläge en benachbarte BlitseinschlägeDie Wirkung des Blitzstroms auf die Leitungen des Blitzkanals und des Blitzschutzsystems: (a) Erzeugen eines Spannungsabfalls am Erdungswiderstand des Erdungssystems; (b) Die Induktion von Stoßspannung und Strom in der Schleife, die durch die Drähte im Gebäudeinneren gebildet wird. Aufgrund des Spannungsabfalls am Stoßerdungswiderstand wird der Blitzstrom auch über die as Blitzschutz-Potenzialausgleichsmaßnahme angeschlossene Stromleitung abgeleitet.Insbesondere durch die magnetische Störstrahlung von Blitzeinschlägen induzieren Blitzeinschläge in der Umgebung Überspannungen und Überströme in der Geräteschleife. Wenn in Blitz in eine Freileitung einschlägt, kommt es zu Überspannungen und Strömen auf der Zuleitung zur Stromversorgung. Intercloud-Blitze erzeugen aufgrund der Strahlung elektromagnetischer Interferenzen auch leitende Überspannungen en Ströme auf Stromleitungen en oare großen Leitungssystemen.It is net mooglik om te analysearjen, dan kin de Blitzteilstrom auf de Stromleitung vom getroffenen Gebäude nei IEC 61312-1 en DIN VDE 0185 Teil 103 wurde beskôge. Dabei wird davon ausgegangen, dass 50 % des Blitzstroms hineinfließen Das Erdungssystem des Gebäudes und 50 % sind gleichmäßig auf das entfernte Erdungsversorgungssystem (z. B. Rohre, Stromversorgung und Kommunikationsleitungen) verteilt. Der Einfachheit halber wird davon ausgegangen, dass sich der Blitzstrom in jedem Versorgungssystem gleichmäßig auf die Leiter (z. B. L1, L2, L3 und PEN des Stromkabels oder die vier Adern des Datenkabels) verteilt.Im Anhang C der DIN V ENV 61024-1 (VDE V 0185 Teil 100) gibt es ein Verfahren zur Abschätzung des durch die Zuleitung abgeleiteten Blitzteilstroms (bei Blitzschutzanlagen). Dementsprechend verteilt sich der Blitzstrom auf das Erdsystem, den Außenleiter und die Zuleitung (direkt angeschlossen oder über den Ableiter angeschlossen) wie folgt:Der von jedem Außenleiter und Leiter gemeinsame genutzte Blitzstrom hängt von der Anzahl der Außenleiter und Leiter, ihrem äquivalenten Erdungswiderstand und dem äquivalenten Erdungswiderstand des Erdungssystems ab.Wenn die in einem Elektro- oder Informationssystem verwendeten Leiter nicht abgeschirmt oder in Metallrohren verlegt sind, beträgt der von den Leitern geteilte Strom It/n‘, wobei n‘ die Gesamtzahl der Leiter im Elektro- oder Informationssystem ist.1.1.1. Spannungsabfall am StoßerdungswiderstandDer maksimale Spannungsabfall uE am Stoßerdwiderstand Rst des getroffenen Gebäudes wird as Maximum i des Blitzstroms berechnet.Dyser Spannungsabfall uE stellt für die geschützte Anlage keine Gefahr dar, sofern ine Potenzialausgleichsverbindung zum Blitzschutz wirksam hergestellt wurde. Derzeit erfordern sowohl nationale as auch internationale Blitzschutznormen die Implementierung einer integrierten Potenzialausgleichsverbindung. Yn in systeem mei synthetischer Äquipotentialverbindung sind alle Drähte (eingehend or ausgehend) of direkt of oer Funkenstrecken of Überspannungsschutz mei it Erdungssystem ferbunden. Während eines Blitzeinschlags erhöht sich das Potenzial des uE des gesamten Systems, innerhalb des Systems entsteht jedoch kein gefährlicher Potenzialunterschied.1.1.2 Induzierte Spannung im MetallringDie maksimale Anstiegsgeschwindigkeit des Blitzstroms (Δi/Δt, wirksam innerhalb der Δt-Zeit) bestimmt den Spitzenwert der elektromagnetischen Induktionsspannung in allen offenen or geschlossenen Geräteschleifen um den stromdurchflossenen Leiter des Blitzstroms.Bei der Auslegung des Blitzschutzsystems kinne der Maximalwert I/T 1 der mitleren Anstiegsgeschwindigkeit des gegebenen Wellenkopfstroms verwendet werden (gültig innerhalb der Wellenkopfzeit T1).Bei der Schätzung der maksimalen induzierten Rechteckspannung U an einer Geräteschleife (z. B. in einem Gebäude) wird davon ausgegangen, dass sich die Schleife in der Nähe der Ableitung eines unendlich langen Blitzstroms befindet.De Rechteckspannung kin foar in kwadratyske Ring abgeschätzt wurde, dêr't út ûneinich lange blitzstromführenden Leitern en Gerätedrähten besteht wurde (z. B. der Schutzleiter in elektryske Geräts, dat is in Äquipotentialanschluss en die Zuleitung in Blitzschutzanlage angeschloss). Bar).Foar in kwadratyske ring, dêr't út Gerätedrähten besteht, dy't mei in unendlich langen, blitzstromführenden Leiter isolearre binne, kin de Rechteckspannung ermittelt wurde.Neben der Induktionswirkung im großen Metallring, die durch die Geräteanordnung ferursacht wird, ist auch die Induktionswirkung auf den lange en schmalen Ring aus ungeschirmten, geschichteten Litzenkabeln aus parallelen Drähten in der Nähe der stromführenden Drähte des Blitzstroms bemerken des Blitzstroms. Die induzierte Spannung zwischen den Leitungen wird "Querspannung" genannt. Diese Spannung ist besonders schädlich für elektronische Geräte. De rjochte spannung kin foar in skerpe Drahtschleife ermittelt wurde, dy fan 'e Leitern der Geräteleitung parallel oan' e stromführenden Leitern des unendlichen Blitzstroms bestht.Die Rechteckspannung eines lange Drahtrahmens, der aus Gerätedrähten besteht, senkrecht zum unendlich langen, blitzstromführenden Draht in einem bestimmten AbstandIm Gegensatz zu den hohen Spannungswerten im großen Ring gibt es im lange schmalen Ring nur etwa 100 V induzierte Spannung. Beachten Sie jedoch, dat es sich hierbei um die Querspannung auf der Leitung des Informationssystems handelt, die im Normalbetrieb nur 1–10 V beträgt and an überspannungsempfindliche Elektronik angeschlossen ist. Yn in fersierde Leitung, insbesondere einer Leitung mit elektromagnetischer Abschirmung, ist dy induzierte Rechteckspannung viel kleiner as der noch obiger Formel berechnete Wert en die Querspannung dyser Amplitude ist in der Regel ungefährlich.Wird der Metallring durch dy induzierte Rechteckspannung U kurzgeschlossen of seine Isolation zerstört, entsteht im Ring in Induktionsstrom i, dizze Größe berechnet kinne kinne.Da der Blitzstrom sehr schnell ansteigt, entsteht in der Nähe des Blitzkanals bzw. des stromdurchflossenen Leiters ein sich schnell änderndes Magnetfeld. Das Magnetfeld im Gebäude erzeugt in einer breiten „Induktionsschleife“, die von Versorgungsleitungen wie Strom- en Informationssystemleitungen, Wasser- en Gasleitungen gebildet wird, ine Stoßspannung von bis zu 10.00 V.Zum Beispiel in Computer, der in Strom- en Datensystem angeschlossen is. Nach dem Betreten des Gebäudes wird das Datenkabel an die Potenzialausgleichsschiene angeschlossen und anschließend durch die Datenkabeldose in den Computer geführt. De Stromkabel is oer de Ableiter auch mit der Äquipotential-Verbindungsschiene ferbunden, de Computer oer de Steckdose mei Strom fersorgt. Da Netzkabel en Datenkabel unabhängig voneinander ferlegt wurde, können sie in Induktionsring mit iner Fläche von ca. 100 m² byld. De rin fan 'e ringen befêstige sich yn' e kompjûter en dy't troch magnetyske ynduksje yn 'e ring fereare Stoßspannung wird en das offene Ende angelegt. Der binne gjin direkte Blitzeinschlägen, sûnder dat de Benachbarten Blitseinschlägen kinne der Ring durch dy Überspannung sa sterk yndusearre wurde, dat es zu Geräteausfällen en manchmal sogar to Bränden kommt.Der Computer muss „an Ort und Stelle“, ek elk am Gerät selsst of direkt an den Strom- en Datensteckdosen (Abschnitt 5.8.2.3) wurde dizze Blitzüberspannungen geschützt.1.2 Blitseinschläge aus der FerneMei de Blitzeinschlägen breitet sich dy Wanderwelle entlang der Straße aus oder der Blitz Schlägt yn 'e Nähe fan's geschützten Systems in en beinflusst dadurch it elektromagnetyske fjild fan 'e geschützten Systems.Die Gefahren durch atmosphärische Überspannungen in den 1890er Jahren zeigten, dass elektronische Geräte bis zu 2 km vom Ort des Blitseinschlags entfernt empfindlich auf induzierte or leitungsgebundene Überspannungen und Ströme reagieren (Abschnitt 2.1). Dizze weit verbreitete Gefahr is auf die zunehmende Empfindlichkeit fan High-Tech-Geräten zurückzuführen, die an Kabel angeschlossen sind, die außerhalb von Gebäuden ferlaufen, en auf die zunehmende Nutzung sensibler Netzwerke.Mit der Weiterentwicklung der Technologie hat sich dy maksimale beëinige Länge der Datenleitungen, die Geräte ferbinen, rapide erhöht. Beispielsweise besagt die V2.4/V2.8-Schnittstelle (die zu Beginn der EDV verwendet wurde), dat de elektryske Eigenskippen fan Leitungstreibern ine direkte Kabelverbindung mit einer Länge von bis zu etwa 15 m ermöglichen. Die beskikberen Leitungstreiber en Schnittstellen ermöglichen den direkten Anschluss fan twaadrigen Litzenkabeln bis zu einer Länge von ca. 1000 m.Wenn der Blitzstrom im Kabel fließt, entstehen Längs- und Querspannungen. Die zwischen dem Kerndraht und dem Metallschirm des Kabels erzeugte Längsspannung u1 wirkt auf die Isolierung zwischen der Eingangsseite des angeschlossenen Geräts und dem geeerdeten Gehäuse. Die Querspannung uq entsteht zwischen den Leitungen und übt Druck auf den Eingangskreis des angeschlossenen Gerätes aus. Ist der Blitzstrom i2 bekend, kin aus der Koppelimpedanz R des Kabels die Längsspannung berechnet wurde.1.3 Einkopplung von Stoßströmen in die SignalleitungDit is de folgjende Beispiel, dy't stoßströme troch ohmske, induktive of kapazitive Kopplung yn 'e Signalleitungen wurde ienige erweiterten Systems binne. Betrachten Sie beispielsweise die Anordnung von Gerät 1 in Gebäude 1 und Gerät 2 in Gebäude 2. Die beiden Geräte sind über Signalkabel ferbunden. Darüber hinaus wird davon ausgegangen, dat beide Geräte über Schutzleiter (PE) mit einer Potenzialausgleichsschiene (PAS) in ihren jeweiligen Gebäuden verbund sind.1.3.1 WiderstandskopplungEin Blitz slacht yn Gebäude 1 in en erzeugt in Potenzialdifferenz fan etwa 100 kV by Erdungswiderstand RA1. Die Spannung dieser Amplitude reicht aus, um den Isolationsabstand zwischen den Geräten 1 en 2 zu verkleinern, sodass der ohmsche kreuzgekoppelte Stoßstrom von PAS1 durch Gerät 1 entlang der Signalleitung zu den Geräten 2, PAS2 en RA2 fließt. Die Amplitude des Stoßstroms, der mehrere kA erreicht, hängt von den relativen Werten der Ohm-Widerstände RA1 und RA2 ab.1.3.2 WahrnehmungskopplungWie bereits erwähnt, wird die Spannung im Metallring durch das induktive Feld des Blitzkanals bzw. des blitzstromführenden Leiters induziert.Byspielsweise byld dy't beide Adernsignalkabel zwischen den Geräten 1 en 2 in ynduksjering. Wenn ein Blitz in Gebäude 1 einschlägt, wird innerhalb des Rings ine Querspannung von mehreren tausend Volt induziert, die in enen ferbûn Strom fan bis zu mehreren tausend Ampere erzeugt. Dizze ynduzierte Spannungen en Ströme waarden yn 'e Eingang of Ausgang des Geräts Angelegt.In weiteres Beispiel für emosjonele Kopplung, dy auftreten kin. Die Signalleitung bild mit der Erde einen Induktionsring. Wenn ein Blitz in Gebäude 1 einschlägt, wird am Ring eine sehr hohe Spannung (ca. 10 kV) induziert, die einen Isolationsüberschlag von Gerät 1 und Gerät 2 ferursacht und Kopplungsströme von Tausenden von Ampere erzeugt.1.3.3 Kapazitive KopplungWenn ein Blitz in den Boden oder den Blitzanschluss einschlägt, steigt der Blitzkanal oder der Blitzanschluss aufgrund der Potenzialdifferenz am Erdungswiderstand RA auf eine sehr hohe Spannung (ca. 100 kV im Vergleich zur Umgebung).De Signalleitung zwischen den Geräten 1 en 2 is kapazitiv en diesen Lightning-Kanal of Empfänger ferbûn. Der Koppelkondensator wird aufgeladen, wodurch ein „Injektionsstrom“ (ca. 10 A) durch den isolierten Stromfluss der Geräte 1 und 2 fließt.1.4 Amplitude der atmosphärischen ÜberspannungEin Blitzeinschlag in der Ferne ferursacht zunächst eine Überspannung von etwa 10 kV und erzeugt einen relative kleinen numerischen Strom. Aber in direkter Blitzeinschlag hat in folle gruttere Strom mei in viel höheren Amplitude: 200 kA Strom (Schutzklasse I) en Spitzen fan Hunderten von Kilovolt.Nijerspannungsgeräte können yn 'e Regel binne ien fan' e Durchschlagsspannung fan Tausenden fan Volt standhalten en wurde anfallig foar Zehntausende Volt troch entfernte Blitzeinschläge of 100-kV-Uberspannungen troch direkte Blitzeinschläge en kinnen wurde sogar. Einige elektroanyske Geräte tolerearje möglicherweise Spannungen fan nur 10 V. Daher is der durch atmosphärische Entladung ferursachte Spannungswert 100 bis 10.000 Mal höher as die tolerierbare Spannung eines Niederspannungssystems mit elektronischen Geräten.Daher müssen dyse Überspannungen mit hoher Amplitude durch Schutzmaßnahmen oder Überspannungsableiter auf Werte reduziert were, the deutlich unter der zulässigen Stoßdurchschlagsspannung/Stoßüberschlagsspannung liegen. Für einen zuverlässigen Schutz auch bei direkten Blitzeinschlägen muss der Überspannungsableiter in der Lage sein, einen hohen Blitzstrom schadlos abzugeben.2 Betreiben Sie die ÜberspannungBetriebsüberspannung kin sich auch auf Niederspannungs- und Sekundärsysteme auswirken, insbesondere wenn kapazitive Kopplung vorhanden ist. In manchen Fällen kinne der Wert dieser Betriebsüberspannung 15 kV überschreiten. De Ursachen dieser Betriebsüberspannungen binne de folgjende:(a) Leerlaufstromleitungen (oder Kondensatoren) abschneiden. By eingeschaltetem Schalter führt die Änderung des Momentanwerts der Versorgungsspannung zu einer hohen Potentialdifferenz zwischen dem System und der Trennleitung. Dyser in Millisekunden aufgebaute Potenzialunterschied kin zu einer Wiederzündung zwischen den Kontakten des Schalters führen, as ob de Kontakte wieder geschlossen würden. Die Netzspannung entspricht dann dem Momentanwert der Versorgungsspannung und der Lichtbogen zwischen den Schaltkontakten erlischt. Dyser Vorgang kin viele Male wiederholt wurde. By dizze Vorgang, by de Netzspannung fan 'e Momentanwert einer bestimmten Versorgungsspannung entspricht, entsteht in Betriebsüberspannung, die durch Dämpfungsschwingungen in der Größenordnung fan mehreren hundert Kilohertz gekennzeichnet ist. De anfängliche Amplitude dyser Betriebsüberspannung hinget fan 'e Potenzialdifferenz tusken de Schaltkontakten op' e tiidpunt fan 'e Wiederzündung en kin in Vielfaches der Nennversorgungsspannung ferriede.(b) Schneiden Sie den Leerlauftransformator aus. Wird ein Leerlauftransformator vom Netz genommen, wird die Energie des Magnetfeldes auf seine eigene Kapazität geladen. Der Induktivitäts-Kapazitäts-Schaltkreis schwingt dann, bis die gesamte Energie über den Widerstand im Schaltkreis in Wärme umgewandelt wird, was zu einer Betriebsüberspannungsamplitude führt, die um ein Vielfaches höher ist as die Nennversorgungsspannung.(c) Erdschluss im ungeerdeten Netz. Wenn der Erdschluss in der Außenleitung des ungeerdeten Netzes auftritt, ändert sich das Erdpotential des gesamten Systems aufgrund der Spannungsänderung der Erdungsphase. Beim Erlöschen des Erdschlusslichtbogens ist die Wirkung vergleichbar mit der Abschaltung einer Leerlaufleitung oder eines Kondensators: Es entsteht eine Betriebsüberspannung mit abgeschwächten Stößen.Zusätzlich zu den oben neamde Eigenskippen fan Netzbetriebsüberspannungen, dy't sich troch kapazitive Kopplung auf Niederspannungssysteme auswirken, kinne fluche Stromänderungen troch induktive Kopplung auch Überspannungen in Niederspannungssystemen erzeugen. Dizze plötzliche Stromänderung kin troch ien hohe Schaltlast of troch in Kurzschluss, ien Erdschluss of in oare Wâlden Erdschluss wurde fersacht.Auch im Niederspannungsnetz sels kin es út de folgjende Gründen zu Betriebsüberspannungen kommen:• Schalten Sie Induktivitäten aus, dy parallel zur Stromversorgung liegen, wie z. B. die Spulen oder Drosseln von Transformatoren, Schützen und Relais (in diesem Fall entsteht die Betriebsüberspannung ähnlich wie oben beim Abschalten von Leistungstransformatoren im Leerlauf).• Entfernen Sie Induktivitäten in den Serienzweigen der Stromschleife, wie z. B. die Drahtschleife, die Serieninduktivität oder die Induktivität selbst (der Strom auf der Induktivität kin sich nicht ändern, as der Stromkreis getrennt wird, en dy Amplitude der resultierenden Betriebsüberspannung hängt davon ab). auf dem aktuellen Wert zum Zeitpunkt der Trennung).• Absichtliches Unterbrechen eines Stromkreises durch inen Schalter or unbeabsichtigtes Auslösen iner Sicherung or ines Leistungsschalters or unbeabsichtigtes Durchtrennen ines Kabels vor einem natürlichen Nulldurchgang des Stroms (solche Unterbrechungen führen führen führen to einer starker unterspannung). , gewoane gedämpft en zillierend, mit einer Amplitude, die ein Vielfaches der normalen Spannung des Systems beträgt).• Phasenregelkreis, Umkehrwirkung des Bürstenkollektorsystems, plötzliche Entlastung von Motor und Transformator usw.Sawol berjochten en ferskate Niederspannungsnetzen hawwe besjoen, dat de deutlichsten Überspannungen durch the Störstrahlung des im Schalter entstehenden Lichtbogens verursacht were.Elektromagnetyske Störungen durch den Betrieb des Stromnetzes treten in der Regel häufiger auf as Blitzeinwirkungen.By breitbandigen leitungsgebundenen Störungen waarden Hochenergieimpulse en Niederenergieimpulse bzw. unterschiedliche Arten von Schaltimpulsen in den EMV-Normen unterschiedlich behandelt. Schaltstörungen können außerhalb des Gebäudes, durch Stromleitungen of innerhalb des Gebäudes erzeugt werden. Dizze beiden Arten fan Störungen kinne as in kombinaasje fan Stoßspannungsstörungen en Stoßstromstörungen, as by Blitzstörungen, of as in angelegte Stoßspannung ferriedt wurde.Breitbandige hochenergetische leitungsgebundene Störungen im Schaltvorgang können den leitungsgebundenen Blitzeinwirkungen im Gebäude gleichgestellt were (Potenzialausgleichsverbindungen für entsprechenden Blitzschutz sind vorhanden). Daher spezifiziert der VG-Standard die entsprechende Spitzenstörung nach Umgebungstyp.Die DIN VDE 0160 legt die anliegende Überspannung aufgrund des Abschaltvorgangs oder des Überstromschutzelements fest. 0,1/1,3 ms (Anstiegsgeschwindigkeit 0,1 ms, Wellenkopfzeit 0,15 ms), die Stoßspannung mit dem Spitzenwert uppeak überlagert den Spitzenwert der Wechselspannung uN/max.Breitbandige niederenergetische Betriebsspannungsstörungen (Impulsschwarm) sind in der DIN VDE 0847 Teil 4-4 festgelegt. Die Wellenform beträgt 5/50 ns (Anstiegsrate 5 ns, Wellenkopfzeit etwa 7,4 ns), die Amplitude hängt fan der Schwere des Tests ab und wird durch Kopplungskondensatoren in Form von Impulspaketen an Stromleitungen und Kommunikationsleitungen angelegt.Zusätzlich zu den leitungsgebundenen Störungen erzeugt der Betriebsvorgang selbst erhebliche Störstrahlung (z. B. Lichtbögen beim Trennen eines Schalters), dy weitere leitungsgebundene Störungen induziert.

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Post tiid: Feb-10-2023