Ausbreitung einer Blitzstossspannung

Aus Planungskompendium Energieverteilung

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Allgemeine Planungsgrundlagen – Bestimmungen – Installierte Leistung
Anschluss an das Hochspannungs-Versorgungsnetz des Netzbetreibers
Anschluss an das NS-Verteilnetz des Netzbetreibers
Auswahlhilfe HS- und NS-Verteilnetzarchitektur
Verteilsysteme in NS-Verteilnetzen
Schutz gegen elektrischen Schlag
Schutz von Stromkreisen
Schaltgeräte
Schutz bei Überspannungen und Stoßüberspannungen
Energieeffizienz in elektrischen Verteilnetzen
Blindleistungskompensation und Filterung von Oberschwingungen
Oberschwingungserfassung und - filterung
Stromversorgungen und Verbraucher besonderer Art
Solaranlagen
Wohngebäude und ähnliche Einsatzbereiche sowie besondere Orte und Bereiche
EMV-Richtlinien
Messung

Elektrische Anlagen und Netzwerke sind niederfrequent, und zu jedem Zeitpunkt hat die Spannung auf dem Kabelverlauf den gleichen Wert.

Die Blitzstoßspannung ist hochfrequent (mehrere Hundert kHz bis zu mehreren MHz)

  • Die Blitzstoßspannung breitet sich entlang des Leiters mit einer eigenen Geschwindigkeit und Frequenz entsprechend des Ereignisses aus. Aus diesem Grund hat die Spannung nicht zu jedem Zeitpunkt den gleichen Wert auf Medium (siehe Abb. J55).

Abb. J55Ausbreitung einer Stoßspannungsschwingung in einem Leiter

  • Ein Wechsel des Mediums führt zu einer Weiterführung und/ oder Reflexion der Schwingung, abhängig von:
    • Impedanzunterschied zwischen den beiden Medien;
    • Frequenz der Blitzstoßspannung;
    • Länge des Mediums;

Im Falle einer totalen Reflexion kann sich die Spannung verdoppeln.

Beispiel: Schutz mit einer SPD

Die Nachbildung einer Blitzstoßspannung im Prüffeld zeigt, dass eine Last mit einer Einspeisekabellänge von 30 m, an der Einspeisung durch eine SPD mit Up geschützt, aufgrund von Reflexionen die Spannung maximal 2 x Up erreicht (siehe Abb. J56). Diese Überspannungsschwingung ist nicht energiereich.

Abb. J56Reflektion einer Stoßspannungsschwingung am Ende eines Kabels

Korrekturmaßnahmen

Von den drei Faktoren (Differenz der Impedanz, Frequenz, Länge) kann nur die Kabellänge zwischen SPD und der zu schützenden Last überwacht werden. Der Grad der Reflexion steigt mit Zunahme dieser Kabellänge an.

Generell treten ernstzunehmende Reflexionserscheinungen in Gebäuden ab einer Kabellänge von 10 m auf und die Spannung verdoppelt sich bei einer Kabellänge von 30 m (siehe Abb. J57).

Dies macht einen Einsatz einer zweiten SPD als Feinschutz notwendig, wenn die Kabellänge zwischen der SPD an der Einspeisung und der zu schützenden Last mehr als 10 m beträgt.

Abb. J57Maximale Spannung am Ende eines Kabels in Abhängigkeit von der Länge bei einem Stoßspannungsfehler = 4 kV/µs