Ausbreitung einer Blitzstossspannung

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).
• 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;

Abb. J55: Ausbreitung einer Stoßspannungsschwingung in einem Leiter

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 U_p geschützt, aufgrund von Reflexionen die Spannung maximal 2 x U_p erreicht (siehe Abb. J56). Diese Überspannungsschwingung ist nicht energiereich.

Abb. J56: Reflektion 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. J57: Maximale Spannung am Ende eines Kabels in Abhängigkeit von der Länge bei einem Stoßspannungsfehler = 4 kV/µs