Blitzentladung und Schaltbetrieb as StörquelleIm Folgenden wird beschrieben, wie Blitzentladung und Schalter as Störquelle genutzt were können1 Atmosphärische ÜberspannungAs Störquelle wirkt sich der Blitz auf Gebäude en elektriese Geräte und Anlagen in Innenräumen aus.Elektrische Überspannungen, die ihren Ursprung in der Atmosphäre haben, sind fast immer die Folge direkter/benachbarter Blitseinschläge oder entfernter Blitseinschläge. Bei einem direkten Blitzeinschlag schlägt der Blitz direkt in ein geschütztes Gebäude ein; Bei benachbarten Blitseinschlägen handel es sich jedoch um Blitseinschläge in ausgedehnte Systeme oder Rohrleitungen (z. B. Rohre, Datenübertragungsleitungen oder Stromleitungen), die direkt mit dem geschützten System verbunden sind. Blitseinschläge in Freileitungen sind Beispiele für weit entfernte Blitzeinschläge. Blitse zwischen Wolken erzeugen „reflektierte Überspannungen“ (Wanderwellen) entlang der Übertragungsleitung, while Blitze in der Umgebung Überspannungen induzieren.1.1 Direkte Blitseinschläge 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 Blitseinschlägen induzieren Blitzeinschläge in der Umgebung Überspannungen und Überströme in der Geräteschleife. Wenn ein 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 and Ströme auf Stromleitungen and other großen Leitungssystemen.Ist eine genaue Analise nicht möglich or to aufwendig, can der Blitzteilstrom auf der Stromleitung vom getroffenen Gebäude nach IEC 61312-1 and DIN VDE 0185 Teil 103 abgeschätzt were. 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 gemeinsam genutzte Blitzstrom hangt 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.Die Spannungsabfall uE stellt für die geschützte Anlage keine Gefahr dar, sofern eine Potenzialausgleichsverbindung zum Blitzschutz wirksam hergestellt wurde. Derzeit erfordern sowohl nationale as auch internationale Blitzschutznormen die Implementierung einer integrierten Potenzialausgleichsverbindung. In 'n stelsel met sintetiese effektiewe verbindings is alle Drähte (eingehend or ausgehend) of direk of oor Funkenstrecken of Überspannungsschutz mit dem Erdungssystem verbunden. Gedurende 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 oder geschlossenen Geräteschleifen um den stromdurchflossenen Leiter des Blitzstroms.Bei der Auslegung des Blitzschutzsystems kann der Maximalwert I/T 1 der mittleren Anstiegsgeschwindigkeit des gegebenen Wellenkopfstroms verwendet werden (gültig innerhalb der Wellenkopfzeit T1).Bei der Schätzung der maximalen 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.Die Rechteckspannung kan vir 'n kwadratiese Ring abgeschätzt word, wat die langste blitzstromführenden Leitern en Gerätedrähten beste (z. B. der Schutzleiter eines elektriese Geräts, das am Äquipotentialanschluss an die Zuleitung einer Blitzschutzanlage angeschloss) is. Kroeg).Für einen quadratischen Ring, der aus Gerätedrähten besteht, die mit einem unendlich langen, blitzstromführenden Leiter isoliert sind, can die Rechteckspannung ermittelt were.Neben der Induktionswirkung im großen Metallring, die durch die Geräteanordnung verursacht wird, ist auch die Induktionswirkung auf den langen und schmalen Ring aus ungeschirmten, geschichteten Litzenkabeln aus parallelen Drähten in der Nähe der stromführenden Drähte des Blitzstroms bemerkens. Die induzierte Spannung zwischen den Leitungen wird „Querspannung“ genoem. Diese Spannung is besonders schädlich für elektronische Geräte. Die Rechteckspannung kan vir 'n enkele drahtschleife ermittelt word, die uit die Leitern der Geräteleitung parallel zu die stromführenden Leitern des unendlichen Blitzstroms besteht.Die Rechteckspannung eines langen 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 langen schmalen Ring nur etwa 100 V induzierte Spannung. Beachten Sie jedoch, dass es sich hierbei um die Querspannung auf der Leitung des Informationssystems handelt, die im Normalbetrieb nur 1–10 V beträgt und an überspannungsempfindliche Elektronik angeschlossen ist. In einer verseilten Leitung, insbesondere einer Leitung mit elektromagnetischer Abschirmung, ist die induzierte Rechteckspannung viel kleiner as der nach obiger Formel berechnete Wert und die Querspannung dieser Amplitude ist in der Regel ungefährlich.Wird der Metallring durch die induzierte Rechteckspannung U kurzgeschlossen or seine Isolation zerstört, entsteht im Ring en Induktionsstrom in, these Größe berechnet were may.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- und Informationssystemleitungen, Wasser- und Gasleitungen gebildet wird, eine Stoßspannung von bis zu 10.00 V.Zum Beispiel ein Computer, der an ein Strom- und Datensystem angeschlossen ist. Nach dem Betreten des Gebäudes wird das Datenkabel an die Potenzialausgleichsschiene angeschlossen und anschließend durch die Datenkabeldose in den Computer geführt. Das Stromkabel is oor die Ableiter auch mit der Äquipotential-Verbindungsschiene verbunden, die Computer über die Steckdose mit Strom-versorgt. Die Netzkabel en die datakabel wat nie gekoppel is aan inligtingskabels nie, kan 'n induksiering met 'n enkele induksie van ca. 100 m² beeld. Das offene Ende des Rings befindet sich im Computer and die durch magnetische Induktion im Ring erzeugte Stoßspannung wird an das offene Ende angelegt. Nicht nour bei direkten Blitseinschlägen, sondern auch bei benachbarten Blitseinschlägen kan der Ring durch die Überspannung so stark induziert were, dass es zu Geräteausfällen und manchmal sogar zu Bränden kommt.Der Computer muss „an Ort und Stelle“, also any am Gerät selbst or direkt an den Strom- und Datensteckdosen (Abschnitt 5.8.2.3) gegen diese Blitzüberspannungen geschützt were.1.2 Blitseinschläge aus der FerneBenewens die Blitseinschlägen, is dit die Wanderwelle entlang der Straße aus oder der Blitz-schlägt in die Nähe des geschützten Systems en beeinflusst dadurch das elektromagnetische Feld des geschützten Systems.Die Gefahren durch atmosphärische Überspannungen in den 1890er Jahren zeigten, dass elektronische Geräte bis zu 2 km vom Ort des Blitzeinschlags entfernt empfindlich auf induzierte oder leitungsgebundene Überspannungen und Ströme reagieren (Abschnitt 2.1). Hierdie weit verbreitete Gefahr ist auf die zunehmende Empfindlichkeit von High-Tech-Geräten zurückzuführen, die an Kabel angeschlossen sind, die außerhalb von Gebäuden verlaufen, und auf die zunehmende Nutzung sensibler Netzwerke.Mit der Weiterentwicklung der Technologie het sich die maksimum zulässige Länge der Datenleitungen, die Geräte verbind, rapide erhöht. Beispielsweise besagt die V2.4/V2.8-Schnittstelle (die zu Beginn der EDV verwendet word), dass die elektriese eienskappe van Leitungstreibern een direkte Kabelverbindung mit einer Lenge von bis zu etwa 15 m ermöglichen. Die beskikbare Leitungstreiber en Schnittstellen ermöglichen den direkten Anschluss von zweiadrigen 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 geerdeten Gehäuse. Die Querspannung uq entsteht zwischen den Leitungen und übt Druck auf den Eingangskreis des angeschlossenen Gerätes aus. Ist der Blitzstrom i2 bekend, kann aus der Koppelimpedanz R des Kabels die Längsspannung berechnet werden.1.3 Einkopplung von Stoßströmen in die SignalleitungDit is die volgende voorbeelde, soos stoßströme deur ohmsche, induktiewe of kapazitiewe Kopplung in die Signalleitungen enes erweiterten Systems word eingekoppelt. Betrachten Sie beispielsweise die Anordnung von Gerät 1 in Gebäude 1 und Gerät 2 in Gebäude 2. Die beiden Geräte sind über Signalkabel verbunden. Darüber hinaus wird davon ausgegangen, dass beide Geräte über Schutzleiter (PE) mit einer Potenzialausgleichsschiene (PAS) in ihren jeweiligen Gebäuden verbunden sind.1.3.1 WyerstandskopplungEin Blitz schlägt in Gebäude 1 ein und erzeugt eine Potenzialdifferenz von etwa 100 kV am Erdungswiderstand RA1. Die Spannung dieser Amplitude reicht aus, um den Isolationsabstand zwischen den Geräten 1 und 2 zu verkleinern, sodass der ohmsche kreuzgekoppelte Stoßstrom von PAS1 durch Gerät 1 entlang der Signalleitung zu den Geräten 2, PAS2 und RA2 fließt. Die Amplitude des Stoßstroms, der mehrere kA erreicht, hangt 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.Bepaal die beeld van beide Adernsignalkabels tussen die Geräten 1 en 2 een induksiering. Wenn ein Blitz in Gebäude 1 einschlägt, wird innerhalb des Rings eine Querspannung von mehreren tausend Volt induziert, die eenen gekoppelde Strom von bis zu mehreren tausend Ampere erzeugt. Hierdie produksie en strome word in die Eingang of Ausgang des Geräts angelegt.Ein weiteres Beispiel für emotionale Kopplung, die auftreten kann. Die Signalleitung-bilde 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 verursacht und Kopplungsströme von Tausenden von Ampere erzeugt.1.3.3 Kapazitiewe 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).Die Signalleitung zwischen den Geräten 1 und 2 ist kapazitiv an diesen Lightning-Kanal oder Empfänger gekoppelt. 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 verursacht zunächst eine Überspannung von etwa 10 kV und erzeugt einen relative kleinen numerischen Strom. Aber ein direkter Blitzeinschlag hat einen viel größeren Strom mit einer viel höheren Amplitude: 200 kA Strom (Schutzklasse I) und Spitzen von Hunderten von Kilovolt.Niederspannungsgeräte können in der Regel nour einer Durchschlagsspannung von Tausenden von Volt standhalten and sind daher anfällig for Zehntausende Volt durch entfernte Blitzeinschläge or 100-kV-Überspannungen durch direkte Blitzeinschläge and können were sogar. Einige elektroniese Geräte tolerieren möglicherweise Spanungen von nur 10 V. Daher ist der durch atmosphärische Entladung verursachte Spannungswert 100 bis 10.000 Mal höher as die tolerierbare Spannung eines Niederspannungssystems with electronicn Geräten.Daher müssen diese Überspannungen mit hoher Amplitude durch Schutzmaßnahmen oder Überspannungsableiter auf Werte reduziert were, die deutlich unter der zulässigen Stoßdurchschlagsspannung/Stoßüberschlagsspannung liegen. Für einen zuverlässigen Schutz auch bei direkten Blitseinschlägen muss der Überspannungsableiter in der Lage sein, einen hohen Blitzstrom schadlos abzugeben.2 Betreiben Sie die ÜberspannungBetriebsüberspannung kan sich auch auf Niederspannungs- und Sekundärsysteme auswirken, insbesondere wenn kapazitive Kopplung vorhanden ist. In manchen Fällen kann der Wert dieser Betriebsüberspannung 15 kV überschreiten. Die Ursachen dieser Betriebsüberspannungen is die volgende:(a) Leerlaufstromleitungen (oder Kondensatoren) abschneiden. Bei eingeschaltetem Schalter führt die Änderung des Momentanwerts der Versorgungsspannung zu einer hohen Potentialdifferenz zwischen dem System und der Trennleitung. Dieser in Millisekunden aufgebaute Potenzialunterschied kan zu einer Wiederzündung zwischen den Kontakten des Schalters führen, as ob die Kontakte wieder geschlossen würden. Die Netzspannung entspricht dann dem Momentanwert der Versorgungsspannung und der Lichtbogen zwischen den Schaltkontakten erlischt. Dieser Vorgang kann viele Man wiederholt werden. Bei diesem Vorgang, bei dem die Netzspannung dem Momentanwert einer bestimmten Versorgungsspannung entspricht, entsteht eine Betriebsüberspannung, die durch Dämpfungsschwingungen in der Größenordnung von mehreren hundert Kilohertz gekennzeichnet ist. Die anfängliche Amplitude dieser Betriebsüberspannung hangt von der Potenzialdifferenz zwischen den Schaltkontakten zum Zeitpunkt der Wiederzündung ab und kan ein Vielfaches der Nennversorgungsspannung betragen.(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 genoem Eigenschaften von Netzbetriebsüberspannungen, die sich durch kapazitive Kopplung auf Niederspannungssysteme auswirken, können schnelle Stromänderungen durch induktive Kopplung auch Überspannungen in Niederspannungsysteme erzeugen. Hierdie plötzliche Stromänderung kan durch one hohe Schaltlast or durch one Kurzschluss, eene Erdschluss or one wiederholten Erdschluss word verursacht were.Auch im Niederspannungsnetz selbst kan uit die volgende Gründen vir Betriebsüberspannungen kommen:• Schalten Sie Induktivitäten aus, die 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 kann sich nicht ändern, wenn der Stromkreis getrennt wird, und die Amplitude der resultierenden Betriebsüberspannung hängt davon ab). auf dem aktuellen Wert zum Zeitpunkt der Trennung).• Absichtliches Unterbrechen eines Stromkreises durch einen Schalter oder unbeabsichtigtes Auslösen einer Sicherung oder eines Leistungsschalters or unbeabsichtigtes Durchtrennen eines Kabels vor einem natürlichen Nulldurchgang des Stroms (solche Unterbrechungen führen führen führen bühren to einer sterknrie und spannung). , gewoonlike gedämpft undzillierend, mit einer Amplitude, die ein Vielfaches der normalen Spannung des Systems beträgt).• Phasenregelkreis, Umkehrwirkung des Bürstenkollektorsystems, plötzliche Entlastung von Motor und Transformator usw.Zahlreiche Messungen an verschiedenen Niederspannungsnetzen haben gezeigt, dass die deutlichsten Überspannungen durch die Störstrahlung des im Schalter entstehenden Lichtbogens verursacht werden.Elektromagnetische Störungen durch den Betrieb des Stromnetzes treten in der Regel häufiger auf as Blitzeinwirkungen.By breitbandigen leitungsgebundenen Störungen word Hochenergieimpulse en Niederenergieimpulse bzw. unterschiedliche Arten von Schaltimpulsen in den EMV-Normen unterschiedlich behandelt. Schaltstörungen können außerhalb des Gebäudes, durch Stromleitungen oder innerhalb des Gebäudes erzeugt were. Hierdie beide Arten von Störungen kan ook as 'n kombinasie van Stoßspannungsstörungen en Stoßstromstörungen, wie by Blitzstörungen, of as angelegte Stoßspannung betrachtet word.Breitbandige hochenergetische leitungsgebundene Störungen im Schaltvorgang können den leitungsgebundenen Blitzeinwirkungen im Gebäude gleichgestellt werden (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 hangt von 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), die weitere leitungsgebundene Störungen induziert.

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Pos tyd: Feb-10-2023