Auswirkungen von Blitzeinschlagen

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

Inhaltsverzeichnis


Üblicherweise werden, je nach Art des Erdungssystems, die SPDs zwischen Außenleiter und PE oder Außenleiter und PEN eingesetzt (siehe Abb. J58)

Abb. J58Normale Schutzmaßnahmen

Der Erdungswiderstand vom Neutralleiter R1, der für die Erdung der Masten verwendet wird, hat einen geringeren Widerstand als der Erdungswiderstand R2 für die elektrische Anlage.

Der Blitzstoßstrom fließt auf dem einfachsten Weg direkt durch den Stromkreis ABCD zur Erde. Er durchläuft die in Serie geschalteten Varistoren V1 und V2 und führt im ungünstigsten Fall zu einer Spannungsdifferenz in zweifacher Höhe Up der SPDs (Up1 + Up2) an den Anschlusspunkten A und C.

Um die Lasten sicher zwischen Außenleiter und N zu schützen, muss die Differenzspannung (zwischen A und C) reduziert werden.

Aus diesem Grund wurde eine andere Anordnung der SPDs gewählt (s. Abb. J59).

Abb. J59Kombination von normalen und zusätzlichen Schutzmaßnahmen

Der Blitzstoßstrom fließt, aufgrund der geringeren Impedanz gegenüber Stromkreis ABCD, direkt durch den Stromkreis ABH, da die eingesetzten Betriebsmittel zwischen B und H keine Impedanz haben (Gasentladungsröhren).

In diesem Fall ist die Differenzspannung gleich der Restspannung der SPD (Up2).

Bewertung des Überspannungsrisikos für die zu schützende Anlage

Um die Art des von einer elektrischen Anlage benötigten Überspannungsschutzes zu bestimmen, empfehlen wir das folgende vereinfachte Risikobewertungsverfahren (Ausführliche Risikoanalysen siehe IEC 62305-2 (VDE 0185-305-2)).

Es berücksichtigt einerseits die standortspezifischen Kriterien und andererseits die Kenndaten der Verbraucher in der zu schützenden Anlage.

Allgemeines Prinzip

Folgende Elemente sollten bei der Bewertung von Risiken berücksichtigt werden:

  • Das Risiko, dass das Gebiet von Blitzen getroffen wird.
  • Die Art des Energieverteilungs- und Telefonnetzes.
  • Die Topographie des Gebietes.
  • Das Vorhandensein eines Blitzableiters.
  • Die Art der zu schützenden Betriebsmittel.
  • Bemessungs-Stehstoßspannung der elektrischen Betriebsmittel.

Zwei Diagnosen können mit Hilfe dieser Elemente erstellt werden: eine Diagnose der zu schützenden Betriebsmittel/Verbraucher und eine Diagnose des zu schützenden Standorts.

Diagnose der zu schützenden Betriebsmittel/Verbraucher

Diese ergibt sich aus folgender Gleichung:

R = S + C + I (siehe Abb. J60)

wobei:

R = Verbraucherrisiko
S = Festigkeit der Betriebsmittel gegen transiente Überspannungen
C = Betriebsmittelkosten
I = Nichtverfügbarkeit von Betriebsmitteln und den damit verbundenen Einschränkungen

Festigkeit der Betriebsmittel
Die Festigkeit der Betriebsmittel gegen transiente Überspannungen hängt von der Überspannungskategorie der zu schützenden Geräte (Ui) ab
S = 1 S = 2 S = 3
Geräte mit hoher Bemessungs-Stehstoßspannung (4 kV) Geräte mit normaler Bemessungs-Stehstoßspannung (2,5 kV) Geräte mit niedriger Bemessungs-Stehstoßspannung (1,5 kV)
Verteiler
Steckdosen, Motoren, Transformatoren,usw.
Alle elektrischen Haushaltsgeräte Geschirrspüler, Kühlschränke, Öfen, tragbare Werkzeuge Geräte für elektronische Schaltkreise, Fernseher, HIFI-Anlagen, Videorecorder, Alarme, Computer und Telekommunikation
Betriebsmittelkosten
C = 1 C = 2 C = 3
Niedrige Kosten Durchschnittliche Kosten Hohe Kosten
< 2.000 Euro 2.000 bis 20.000 Euro > 20.000 Euro
Nichtverfügbarkeit von Betriebsmitteln und den damit verbundenen Einschränkungen
Sie akzeptieren:
I = 1 I = 2 I = 3
Vollständige Betriebsunterbrechung (geringe finanzielle Auswirkungen) Teilweise Betriebsunterbrechung (akzeptierbare finanzielle Auswirkungen) Keine Betriebsunterbrechung (nicht akzeptierbare finanzielle Auswirkungen)

Abb. J60Berechnung des Verbraucherrisikos, R = S + C + I

Diagnose des zu schützenden Standorts

Diese ergibt sich aus folgender Gleichung:

E = Ng (1 + NS + HS + d) (siehe Abb. J61)

wobei:

Ng = Blitzschlagsdichte (Anzahl von Einschlägen/km2/Jahr).
Die Blitzschlagsdichte lässt sich einer Karte entnehmen, auf der das spezielle Wetterdienstnetz abgebildet ist. Wenn Sie nur die Zahl für die Gewitterhäufigkeit (Nk) finden (Anzahl von Tagen mit Blitzschlag pro Jahr), können Sie die Blitzschlagsdichte aus der Gleichung Ng = Nk/20 errechnen.
NS = Die Länge der blanken oder isolierten Niederspannungs-Versorgungsleitungen der Anlage in Kilometern.
HS = Parameter, der vom Hochspannungsnetz abhängt, das die HS/NS-Umspannstation versorgt.
d = Koeffizient, der den Standort der Freileitung und der Anlage berücksichtigt.
NS = Länge der blanken oder isolierten Kabel, die die Anlage versorgen, in Kilometern

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NS: Länge der blanken oder isolierten Kabel, die die Anlage versorgen, in Kilometern
NS = 0 NS = 0,2 NS = 0,4 NS = 0,6 NS = 0,8 NS = 1
Erdkabel
oder
isolierte
Kabel
L = 100-199 m L = 200-299 m L = 300-399 m L = 400-499 m L > 500 m
Länge der Niederspannungs-Freileitung Bullet-1.png
HS: Parameter in Abhängigkeit vom HS-Netz, das die HS/NS-Umspannstation versorgt
HS = 0 HS = 1
Stromversorgung durch
HS/NS-Umspannstation
über Erdkabel
Stromversorgung durch
HS/NS-Umspannstation
hauptsächlich über Freileitungen Bullet-2.png
d: Koeffizient, der den Standort der Freileitung und der Anlage berücksichtigt
d d = 0 d = 0,5 d = 0,75 d = 1
Standort von
Gebäuden,
HS-, NS- oder
Kommunikations-
leitungen
Vollständig von
hohen Objekten
umgeben
Mehrere
nahegelegene
hohe Objekte
Offenes oder
flaches Land
Auf einem Hügel,
in Wassernähe
in den Bergen,
in der Nähe
eines Blitzableiters

Abb. J61Aufbau des NS-Versorgungsnetzes, E = Ng (1 + NS + HS + d)

Bemessungs-Stehstoßspannung

Überspannungsschutzgeräte, die für den Schutz gegen Spannungsstöße durch Gewitter vorgesehen sind, schützen auch gegen Bemessungs-Stehstoßspannung von Betriebsmitteln.

Blitzableiter

Das Risiko von Spannungsstößen am Standort ist erhöht, wenn sich auf einem bis zu 50 m hohem Gebäude oder in der Umgebung ein Blitzableiter befindet.

Hinweis: Ein Objekt mit 20 Metern Höhe wie z.B. ein Fabrikschornstein, ein Baum oder ein Mast haben den gleichen Effekt wie ein Blitzableiter; Die Norm VDE 0185-100 empfiehlt die Montage eines Überspannungsableiters in der Niederspannungsanlage, wenn am zu schützenden Standort ein Blitzableiter vorhanden ist.

Auswirkungen von Blitzeinschlägen auf typische bauliche Anlagen

Art der baulichen Anlage
entsprechend ihrer
Funktion und/oder Inhalte
Auswirkungen von Blitzen
Wohnhaus Durchschlag der elektrischen Anlage, Brand sowie Materialschäden.

Schäden sind üblicherweise auf die Objekte begrenzt, in die der Blitz eingeschlagen hat oder die auf dem Weg des Blitzstromes liegen.

Ausfälle von elektrischen und elektronischen Betriebsmitteln und installierten Systemen (Fernsehgeräte, Rechner, Modems, Telefone usw.).

Bauernhof Primäres Risiko durch Brand und gefährliche Schrittspannungen sowie Materialschäden.

Sekundäres Risiko durch Ausfall der Elektroenergie, Lebensgefahr für den Viehbestand durch Ausfall der elektronischen Steuerung für Lüftung und Fütterungsanlagen usw.

Theater, Hotel, Schule, Warenhaus, Sportplatz Beschädigung der elektrischen Anlage (z.B. elektrische Beleuchtung), die Panik auslösen kann.

Ausfall der Brandmeldeanlagen, welches zu verspäteten Feuerlöschmaßnahmen führt.

Bank, Versicherung, Handelsgesellschaft usw. Wie oben, zusätzlich Probleme, die sich durch Ausfall von Kommunikationseinrichtungen und Rechnern sowie durch Datenverlust ergeben.
Krankenhaus, Pflegeheim Gefängnis Wie oben, zusätzlich Probleme, die sich aus der intensiven Pflege von Personen und den Schwierigkeiten bei der Bergung hilfloser Personen ergeben.
Industrie Zusätzliche Auswirkungen, abhängig vom Inhalt der Fabriken, die von vernachlässigbaren bis zu unzulässigen Schäden und dem Ausfall der Produktion reichen.
Museen und archäologische Stätten, Kirchen Verluste von unersetzlichem Kulturgut.
Telekommunikation, Kraftwerksanlage Unannehmbarer Verlust von Dienstleistungen für die Öffentlichkeit.
Pyrotechnikfabrik, Munitionsfabrik Folgeauswirkungen von Brand und Explosion für die Anlage und ihre Umgebung.
Chemieanlagen, Raffinerien, Kernkraftwerke, Biochemische Laboratorien und Anlagen Brand und Fehlfunktion der Anlage mit schädlichen Folgen für die örtliche und globale Umwelt.

Abb. J62Auswirkungen von Blitzeinschlägen auf typische bauliche Anlagen gemäß IEC 62305-1 (VDE 0185-305-1)

Auswirkungen von Blitzeinschlägen auf typische Versorgungsleitungen

Art der Versorgungsleitungen Auswirkungen von Blitzen
Telekommunikationsleitungen Mechanische Schäden an der Leitung,
Schmelzen von Schirmen und Leitern, Durchschlag der Isolierung von Kabeln und Betriebsmitteln führen zu einem Primärausfall mit unmittelbarem Ausfall der Versorgungsleitung.

Sekundärausfall an Lichtwellenleiter-Kabeln mit Beschädigung des Kabels, jedoch ohne Ausfall der Versorgungsleitung.

Stromversorgungsleitungen Schäden an Isolatoren von Niederspannungs-Freileitungen, Durchschlag der Isolierung von Leitungseinrichtungen und Transformatoren mit nachfolgendem Ausfall der Versorgungsleitung.
Wasserrohre Schäden an elektrischen und elektronischen Steuereinrichtungen, die wahrscheinlich zu einem Ausfall der Versorgungsleitung führen.
Gasrohre, Kraftstoffrohre Durchschlag nichtmetallener Flanschdichtungen, die möglicher weise Brand und/oder Explosion verursachen.

Schäden an elektrischen und elektronischen Steuereinrichtungen, die wahrscheinlich zu einem Ausfall der Versorgungsleitung führen.

Abb. J63Auswirkungen von Blitzeinschlägen auf typische Versorgungsleitungen gemäß IEC 62305-1 (VDE 0185-305-1)