Blitzentladung agus Schaltbetrieb als Störquelle

Blitzentladung agus Schaltbetrieb als StörquelleIm Folgenden wird beschrieben, wie Blitzentladung und Schalter als Störquelle genutzt werden können1 Atmosphärische ÜberspannungAls Störquelle wirkt sich der Blitz auf Gebäude und elektrische Geräte und Anlagen in Innenräumen aus.Elektrische Überspannungen, die ihren Ursprung in der Atmosphäre haben, sind fast immer die Folge direkter/benachbarter Blitzeinschläge nó entfernter Blitzeinschläge. Bei einem direkten Blitzeinschlag schlägt der Blitz direkt in ein geschütztes Gebäude ein; Bei benachbarten Blitzeinschlägen handelt es sich jedoch um Blitzeinschläge in ausgedehnte Systeme nó Rohrleitungen (z. B. Rohre, Datenübertragungsleitungen nó Stromleitungen), bás díreach mit dem geschützden Córas focal. Blitzeinschläge i Freileitungen sind Beispiele für weit entfernte Blitzeinschläge. Blitze zwischen Wolken erzeugen „reflektierte Überspannungen“ (Wanderwellen) entlang der Übertragungsleitung, während Blitze in der Umgebung Überspannungen induzieren.1.1 Direkte Blitzeinschläge and benachbarte BlitzeinschlägeDie 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 als Blitzschutz-Potenzialausgleichsmaßnahme angeschlossene Stromleitung abgelitet.Insbesondere durch die magnetische Störstrahlung von Blitzeinschlägen 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 und Ströme auf Stromleitungen und anderen großen Leitungssystemen.Ist eine genaue Analyze nicht möglich oder zu aufwendig, kann der Blitzteilstrom auf der Stromleitung vom getroffenen Gebäude nach IEC 61312-1 und DIN VDE 0185 Teil 103 abgeschätzt werden. Dabei wird davon ausgegangen, dass 50 % des Blitzstroms hineinfließen Das Erdungssystem des Gebäudes und 50 % sind gleichmäßig auf das entfernte Erdungsversorgungssystem (z. B. Rohre, Stromikvertundunitgen) Der Einfachheit halber wird davon ausgegangen, dass sich der Blitzstrom in jedem Versorgungssystem gleichmäßig auf die Leiter (z. B. L1, L2, L3 agus PEN des Stromkabels nó 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 (díreach angeschlossen nó über den Ableiter angeschlossen) mar a leanas:Der von jedem Außenleiter und Leiter gemeinsam genutzte Blitzstrom hängt von der Anzahl der Außenleiter und Leiter, ihrem äquivalenten Erdungswiderstand und dem äquivalenten Erdungswiderstand system des Erb.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- ist Informations.1.1.1. Spanungsabfall am StoßerdungswiderstandDer maximale Spanungsabfall uE am Stoßerdwiderstand Rst des getroffenen Gebäudes wird als Uasmhéid agus Blitzstroms berechnet.Dieser Spannungsabfall uE stellt für die geschützte Anlage keine Gefahr dar, sofern eine Potenzialausgleichsverbindung zum Blitzschutz wirksam hergestellt wurde. Derzeit erfordern sowohl nationale als auch internationale Blitzschutznormen die Implementierung einer integrierten Potenzialausgleichsverbindung. In einem System mit synthetischer Äquipotentialverbindung sind alle Drähte (eingehend oder ausgehend) entweder direkt oder über Funkenstrecken oder Überspannungsschutz mit dem Erdungssystem verbunden. Während eines Blitzeinschlags erhöht sich das Potenzial des uE des gesamten Systems, innerhalb des Systems entteht jedoch kein gefährlicher Potenzialunterschied.1.1.2 Induzierte Spannung im MetallringAn chuid is mó Anstiegsgeschwindigkeit des Blitzstroms (Δi/Δt, wirksam innerhalb der Δt-Zeit) is fearr den Spitzenwert der elektromagnetischen Induktionsspannung in allen offenen or geschlosstroms Geräteschleifenrs ders Blitz.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 kann für einen quadratischen Ring abgeschätzt werden, der aus unendlich langen blitzstromführenden Leitern und Gerätedrähten besteht (z. B. der Schutzleiter eines elektrischen Geräts, der aus unendlich langen blitzstromführenden Leitern und Gerätedrähten besteht (z. B. der Schutzleiter eines elektrischen Geräts, das am Äquipotz eintitis agus an t-eolas breise a bhaineann leis lossen ist). Barra).Für einen quadratischen Ring, der aus Gerätedrähten besteht, die mit einem unendlich langen, blitzstromführenden Leiter isoliert sind, kann die Rechteckspannung ermittelt werden.Neben der induktionswirkung im großen metallring, durch bás geräteanordnung verursacht wird, ist auch die induktionswirkung auf den langen und schmalen fáinne aus Ungeschenten, geschichteten litzenkabeln aus parallelen dhornhten bitkeshten biottensten biotáille biotáille biotáille biotáille ert. Die induzierte Spannung zwischen den Leitungen wird „Querspannung“ genannt. Diese Spannung ist besonders schädlich für elektronische Geräte. Die Rechteckspannung kann für eine schmale Drahtschleife ermittelt werden, die aus den Leitern der Geräteleitung comhthreomhar zu den 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, bás in 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 als der nach obiger Formel berechnete Wert und die Querspannung dieser Aimplitiúid ist in der Regelch.Wird der Metallring durch die induzierte Rechteckspannung U kurzgeschlossen oder seine Leithlisiú zerstört, entsteht im Ring ein Induktionsstrom i, dessen Größe berechnet werden kann.Da der Blitzstrom sehr schnell ansteigt, entsteht in der Nähe des Blitzkanals bzw. des stromdurchflossenen Leiters ein sich schnell änderndes Magnetfeld. Das Magnetfeld agus Gebäude erzeugt in ár breiten „Induktionsschleife“, bás von Versorgungsleitungen wie Strom- und Informationssystemleitungen, Wasser- und Gasleitungen gebildet wird, eine Stoßspannung von bis00 V 10.Zum Beispiel ár Ríomhaire, de réir ár 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 ist über den Ableiter auch mit der Äquipotential-Verbindungsschiene verbunden, de réir an Ríomhaireachta agus an Steckdose mit Strom versorgt. Da Netzkabel und Datenkabel unabhängig voneinander verlegt werden, können sie einen Induktionsring mit einer Fläche von ca. 100 m² pictiúr. Das offene Ende des Rings befindet sich im Computer und die durch magnetische Induktion im Ring erzeugte Stoßspannung wird agus das offene Ende angelegt. Nicht nur bei direkten Blitzeinschlägen, sondern auch bei benachbarten Blitzeinschlägen kann der Ring durch die Überspannung so stark induziert werden, dass es zu Geräteausfällen und manchmal sogar zu Bränden kommt.Der Computer muss „an Ort und Stelle“, a chuir isteach freisin Gerät selbst oder direkt an den Strom und Datensteckdosen (Abschnitt 5.8.2.3) gegen diese Blitzüberspannungen geschützt werden.1.2 Blitzeinschläge aus der FerneIs féidir le Blitzeinschlägen breitet sich die Wanderwelle entlang der Straße aus oder der Blitz schlägt in der Nähe des geschützten Systems ein und beeinflusst dadurch das elektromagnetische Feld des geschütz Systems.Die gefahren durch atmoshärische übersspannunungen i nead 1890er Jahren Zeigten, dass elektronische geräte bis zu 2 km vom ort des Blitzeinschlags endfernt empfindlich auf induzierte oder leitungsgene überspanungen un und egernten oderten oderten (überspungengen un underten oderten reachtanna. Diese weit verbreitete Gefahr ist auf die zunehmende Empfindlichkeit von High-Tech-Geräten zurückzuführen, bás agus Kabel angeschlossen sind, bás außerhalb von Gebäuden verlaufen, und auf die zunehmende Nutzzung sensible.Mit der Weiterentwicklung der Technologie hat sich die maximal zulässige Länge der Datenleitungen, bás Geräte verbinden, rapide erhöht. Beispielsweise besagt die V2.4/V2.8-Schnittstelle (bás zu Beginn der EDV verwendet wurde), dass die elektrischen Eigenschaften von Leitungstreibern eine direkte Kabelverbindung mit einer Länge von biswachen zu m. Die verfügbaren Leitungstreiber und Schnittstellen ermöglichen den direkten Anschluss von zweiadrigen Litzenkabeln bis zu einer Länge von ca. 1000 m.Wenn der Blitzstrom agus Kabel fließt, entstehen Langs- 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 bekannt, kann aus der Koppelimpedanz R des Kabels die Längsspannung berechnet werden.1.3 Einkopplung von Stoßströmen in die SignalleitungDas folgende Beispiel zeigt, wie Stoßströme durch ohmsche, induktive oder kapazitive Kopplung in die Signalleitungen eines erweiterten Systems eingekoppelt werden. Bettrachten 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 Seasamh níos leithneÁr Blitz schlägt in Gebäude 1 eind erzeugt eine Potenzialdifferenz von etwa 100 kV am Erdungswiderstand RA1. Die Spannung dieser Amplitude reicht aus, um den Leithlisiú a sheasamh zwischen den Geräten 1 und 2 zu verkleinern, sodass der ohmsche kreuzgekoppelte Stoßstrom von PAS1 durch Gerät 1 entlang der Signalleitung zu den Geräß2 un. 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.Beispielsweise bilden die beiden Adernsignalkabel zwischen den Geräten 1 und 2 einen Induktionsring. Wenn ein Blitz in Gebäude 1 einschlägt, wird innerhalb des Rings eine Querspannung von mehreren tausend Volt induziert, die einen gekoppelten Strom von bis zu mehreren tausend Ampere erzeugt. Diese induzierten Spannungen und Ströme a bhí ina den Eingang nó Ausgang des Geräts angelegt.Ein weiteres Beispiel für emotionale Kopplung, die auftreten kann. Die Signalleitung bildet 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 A.1.3.3 Kapazitive KopplungWenn ein Blitz in den Boden nó den Blitzanschluss ár n-inschlägt, steigt der Blitzkanal nó der Blitzanschluss aufgrund der Potenzialdifferenz am Erdungswiderstand RA auf eine sehr hohe Spannung (ca. 100 kV im U Vergleebung ).Die Signalleitung zwischen den Geräten 1 und 2 is kapazitiv agus diesen Lightning-Kanal nó Empfänger gekoppelt. Der Koppelkondensator wird aufgeladen, wodurch ein „Injektionsstrom“ (ca. 10 A) durch den isolierten Stromfluss der Geräte 1 agus 2 fließt.1.4 Aimplitiúid der atmosphärischen ÜberspannungEin Blitzeinschlag in der Ferne verursacht zunächst eine Überspannung von etwa 10 kV und erzeugt einen relativ kleinen numerischen Strom. Aber ein direkter Blitzeinschlag hat einen viel größeren Strom mit einer viel höheren Aimplitiúid: 200 kA Strom (Schutzklasse I) agus Spitzen von Hunderten von Kilovolt.Niederspannungsgeräte können in der Regel nur einer Durchschlagsspannung von Tausenden von Volt standhalten und sind daher anfällig für Zehntausende Volt durch entfernte Blitzeinschläge oder 100-kV-Überspannte und 100-kV-Überspannte und 100-kV-Überspannte und 100-kV-Überspannte und 100-kV-Überspannte kV-Überspanteen chädigt werden. Éagsúla elektronische Geräte tolerieren möglicherweise Spannungen von nur 10 V. Daher ist der durch atmosphärische Entladung verursachte Spannungswert 100 bis 10.000 Is é an costas a bhaineann leis an gcóras Gearán Nieder span.Daher müssen diese Überspannungen mit hoher Aimplitiúid durch Schutzmaßnahmen oder Überspannungsableiter auf Werte reduziert werden, die deutlich unter der zulässigen Stoßdurchschlagsspannung/Stospannüberschlags. Für einen zuverlässigen Schutz auch bei direkten Blitzeinschlägen muss der Überspannungsableiter in der Lage sein, einen hohen Blitzstrom schadlos abzugeben.2 Betreiben Sie bás ÜberspannungBetriebsüberspannung kann 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 sind folgende:(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 kann zu einer Wiederzündung zwischen den Kontakten des Schalters führen, als 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 Fireann 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 Kilo. Die anfängliche Amplitude dieser Betriebsüberspannung hängt von der Potenzialdifferenz zwischen den Schaltkontakten zum Zeitpunkt der Wiederzündung ab und kann 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 geladeden. Der Induktivitäts-Kapazitäts-Schaltkreis schwingt dann, bis die gesamte Energie über den Widerstand im Schaltkreis in Wärme umgewandelt wird, bhí zu einer Betriebsüberspannungsamplitude führt, die um ein Vielfistaches , die um en Vielfistaches h.(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 Comhtháthaitheoirí: Es entteht eine Betriebsüberspannung mit abgeschwächten Stößen.Zusätzlich zu den oben genannten Eigenschaften von Netzbetriebsüberspannungen, bás sich durch kapazitive Kopplung auf Niederspannungssysteme auswirken, können schnelle Stromänderungen durch induktive Kopplung auch induktach Niederspannennen. Diese plötzliche Stromänderung kann durch eine hohe Schaltlast oder durch einen Kurzschluss, einen Erdschluss oder einen wiederholten Erdschluss verursacht werden.Auch im Niederspannungsnetz selbst kann es aus folgenden Gründen zu Betriebsüberspannungen kommen:• Schalten Sie Induktivitäten aus, bás comhthreomhar zur Stromversorgung liegen, wie z. B. die Spulen oder Drosseln von Transformoren, Schützen und Relais (i 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. bás Drahtschleife, bás Serieninduktivität oder die Induktivität selbst (der Strom auf der Induktivität kann sich nicht ändern, wenn der Stromkreis getrennt wird, und die Amplitude der resultierenden Betriebsübertvon). auf dem aktuellen Wert zum Zeitpunkt der Trennung).• Absichtliches Unterbrechen eines Stromkreises durch einen Schalter oder unbeabsichtigtes Auslösen einer Sicherung oder eines Leistungsschalters oder unbeabsichtigtes Durchtrennen eines Kabels vor einem natürlichen Nulldurchgang einer Sicherung oder eines Leistungsschalters oder unbeabsichtigtes Durchtrennen eines Kabels vor einem natürlichen Nulldurchgang einer Sicherung oder eines Leistungsschalters oder unbeabsichtigtes Durchtrennen eines Kabels vor einem natürlichen Nulldurchgang einer Stroms Una Stroms mit zu einer Betriebsüberspannung). , normalerweise gedämpft und oszillierend, mit einer Amplitude, die ein Vielfaches der normalen Spannung des Systems beträgt).• Céimnregelkreis, Umkehrwirkung des Bürstenkollektorsystems, plötzliche Entlastung von Motor und Transformor 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 als Blitzeinwirkungen.Bei breitbandigen leitungsgebundenen Störungen werden Hochenergieimpulse und Niederenergieimpulse bzw. unterschiedliche Arten von Schaltimpulsen in den EMV-Normen unterschiedlich behandelt. Schaltstörungen können außerhalb des Gebäudes, durch Stromleitungen nó innerhalb des Gebäudes erzeugt werden. Diese beiden Arten von Störungen können entweder als eine Kombination aus Stoßspannungsstörungen und Stoßstromstörungen, wie bei Blitzstörungen, nó angelegte Stoßspannung betrachtet werden.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), bás Stoßspannung mit dem Spitzenwert uppeak überlagert den Spitzenwer der Wechselspannung uN/max.Breitbandige niederenergetische Betriebsspannungsstörungen (Impulsschwarm) sind in der DIN VDE 0847 Teil 4-4 festgelegt. Die Wellenform beträgt 5/50 ns (Ráta Coimhthíocha 5 ns, Wellenkopfzeit etwa 7,4 ns), bás Aimplitiúid von der Schwere des Tests ab und durch Copplungskondensatoren in Form von Impulspaketen and Stromle Kommun.Zusätzlich zu den leitungsgebundenen Störungen erzeugt der Betriebsvorgang selbst erhebliche Störstrahlung (z. B. Lichtbögen beim Trennen eines Schalters), die weitere leitungsgebundene Störungen induziert.
Am postála: Feb-10-2023

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