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. J58).

Abb. J58 – Ausbreitung 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 durch ein Überspannungsschutzgerät

Die Nachbildung einer Blitzstoßspannung im Prüffeld zeigt, dass eine Last mit einer Einspeisekabellänge von 30 m, an der Einspeisung durch ein Überspannungsschutzgerät mit U_p geschützt, aufgrund von Reflexionen die Spannung maximal 2 x U_p erreicht (siehe Abb. J59). Diese Überspannungsschwingung ist nicht energiereich.

Abb. J59 – Reflexion einer Stoßspannungsschwingung am Ende eines Kabels

Korrekturmaßnahmen

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

Von den drei Faktoren (Differenz der Impedanz, Frequenz, Länge) kann nur die Kabellänge zwischen Überspannungsschutzgerät und der zu schützenden Last überwacht werden. Der Grad der Reflexion steigt mit Zunahme dieser Kabellänge an. (siehe Abb. J60).

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

Abb. J60 – Maximale Spannung am Ende eines Kabels in Abhängigkeit von der Länge bei einem Stoßspannungsfehler = 4 kV/µs