Auswirkungen von Blitzeinschlagen

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

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 U_p der SPDs (U_p1 + U_p2) 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). 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 (U_p2).

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 (U_i) ab:

S = 1	S = 2	S = 3
Geräte mit hoher Bemes- sungs-Stehstoßspannung (4 kV)	Geräte mit normaler Bemes- sungs-Stehstoßspannung (2,5 kV)	Geräte mit niedriger Bemessungs-Stehstoßspannung (1,5 kV)
Verteiler Steckdosen, Motoren, Transformatoren,usw.	Alle elektrischen Haushalts-geräte Geschirrspüler, Kühl-schränke, Öfen, tragbare Werkzeuge	Geräte für elektronische Schaltkreise, Fernseher, HIFI-Anlagen, Videorecorder, Alarme, Computer und Tele- kommunikation

• 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 Betriebs-unterbrechung (geringe finanzielle Auswirkungen)	Teilweise Betriebsunter- brechung (akzeptierbare finanzielle Auswirkungen)	Keine Betriebsunterbrechung (nicht akzeptierbare finanzielle Auswirkungen)

Abb. J60: Berechnung 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

NS = 0	NS = 0,2	NS = 0,4	NS = 0,6	NS = 0,6	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

HS: Parameter in Abhängigkeit vom HS-Netz, das die HS/NS-Umspannstation versorgt

HS = 0	HS = 1
Stromversorgung durch HS/NS-Umspann- station über Erdkabel	Stromversorgung durch HS/NS-Umspannstation  hauptsächlich über Freileitungen

d: Koeffizient, der den Standort der Freileitung und der Anlage berücksichtigt

d	d = 0	d = 0,5	d = 0,75	d = 1
Standort von Gebäu- den, HS-, NS- oder Kommunikations- leitungen	Vollständig von hohen Objekten umgeben	Mehrere nahe- gelegene hohe Objekte	Offenes oder flaches Land	Auf einem Hügel, in Wassernähe in den Bergen, in der Nähe eines Blitzableiters

Abb. J61: Aufbau 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.