Atmosphärische Überspannung in elektrischen Netzen

Als plötzlich auftretende kurzzeitige Spannungsanstiege auf einen für die Isolierung einer elektrischen Anlage gefährlichen Wert werden bezeichnet Überspannung... Aufgrund ihres Ursprungs gibt es zwei Arten von Überspannungen: externe (atmosphärische) und interne (Schaltspannung).

Atmosphärische Überspannungen entstehen durch direkte Blitzeinschläge in eine elektrische Anlage oder durch Blitzeinschläge in deren unmittelbarer Nähe. Atmosphärische Überspannungen stellen ebenso wie direkte Einwirkungen die größte Gefahr für eine Elektroinstallation dar Blitz Sie können 1.000.000 V erreichen, bei einem Blitzstrom von bis zu 200 kA. Sie sind unabhängig vom Wert der Nennspannung der elektrischen Anlage. Sie sind besonders gefährlich für Installationen mit niedrigerer Spannung, da dort die Abstände zwischen stromführenden Teilen und der Isolationsgrad geringer sind als bei Hochspannungen.

Atmosphärische Überspannungen werden in induzierte und direkte Blitzeinschläge unterteilt. Der erste Fall tritt bei einer Blitzentladung in der Nähe einer Elektroinstallation auf, beispielsweise eines Umspannwerks oder einer Stromleitung.Der Stromstoß wird durch die induktive Wirkung einer auf ein sehr hohes Potential (mehrere Millionen Volt) aufgeladenen Gewitterwolke erzeugt.

Bei einem direkten Blitzeinschlag werden neben der elektromagnetischen Einwirkung, die eine Überspannung verursacht, auch mechanische Schäden beobachtet, beispielsweise das Absplittern von Holzmasten oder Oberleitungsschwellen.

Die induzierten Überspannungen liegen in der Größenordnung von 100 kV und sind damit deutlich geringer als die Überspannung, die durch einen direkten Blitzeinschlag verursacht wird. Sie breiten sich nach der Entladung in Form evaneszenter Wellen entlang der Freileitungsleitungen aus.

Ein Blitzeinschlag besteht in den meisten Fällen aus einer Reihe aufeinanderfolgender Einzelimpulse. Die gesamte Entladung dauert Zehntelsekunden und die einzelnen Impulse haben jeweils eine Dauer von mehreren zehn Mikrosekunden. Die Anzahl der Einzelimpulse bei einem Blitzeinschlag kann zwischen 1 und 40 liegen.

Schutz elektrischer Anlagen vor atmosphärischer Überspannung

Oben wurde darauf hingewiesen, dass atmosphärische Überspannungen mehrere Millionen Volt erreichen können. Die Isolierung elektrischer Anlagen hält solchen Spannungen nicht stand und muss daher zusätzlich vor Beschädigungen geschützt werden. Diese Mittel verhindern Schäden an Elektrogeräten und sollten in Elektroinstallationen sowohl zur Erhöhung der unterbrechungsfreien Stromversorgung der Verbraucher als auch zum Schutz von Mensch und Tier eingesetzt werden.

Besonderes Augenmerk sollte auf den Überspannungsschutz von 10- und 0,4-kV-Freileitungen sowie Verbraucherstationen in ländlichen Gebieten gelegt werden.

Brände können eine schwerwiegende Folge von Überspannungen sein, insbesondere durch direkte Blitzeinschläge. Daher wird der Organisation eines korrekten und zuverlässig funktionierenden Schutzes gegen atmosphärische Überspannung (oder Blitzschutz) größte Aufmerksamkeit geschenkt.

Das Problem des Blitzschutzes umfasst Maßnahmen zum Schutz einzelner Elemente elektrischer Anlagen vor direkten Blitzeinschlägen, zur Isolierung elektrischer Maschinen und Geräte vor Schäden und vor Impulsen, die von der Überspannungsleitung ausgehen. Diese Maßnahmen beschränken sich auf die Installation von Schutzvorrichtungen und Vorrichtungen, die einen Impuls (Welle) von einer Überspannung in den Boden umleiten, bevor die Welle ein kritisches Element der Anlage erreicht und diese lahmlegt.

Daher sind Erdungsschalter der Hauptbestandteil aller Schutzeinrichtungen. Sie müssen erfüllt werden gemäß PUE und sorgen für eine zuverlässige Ableitung der Ladung zum Boden.

Als primäre Schutzausrüstung gegen atmosphärische Überspannung werden Blitzableiter, Ableiter und Funkenfänger eingesetzt.

Die Blitzableiter richten die atmosphärische Entladung auf sich selbst aus und leiten sie von den stromführenden Teilen der Anlage weg. Zum Schutz konzentrierter Objekte (z. B. Umspannwerke oder andere Bauwerke) werden Stabblitzableiter und zum Schutz verlängerter Objekte (z. B. Freileitungsdrähte) Fahrdraht-Blitzableiter verwendet. Um die Ladung in den Boden abzuleiten, Ableiter sind installiert und Kerzen.

Für den Blitzschutz von Stationsgeneratoren und Transformatoren ist eine Reihe von Mitteln vorgesehen, die sowohl den Schutz vor direkten Blitzeinschlägen als auch vor von der Leitung fallenden Überspannungswellen gewährleisten.

Schutz vor direkten Blitzeinschlägen bieten Blitzableiter und Kontaktblitze an den Zugängen der Freileitung zum Bahnhof oder Umspannwerk. Generatoren werden durch Begrenzer vor von der Leitung fallenden Wellen geschützt, die die Amplitude der Welle auf einen Wert begrenzen, der für die Isolierung einer elektrischen Maschine ungefährlich ist.

Es wird nicht empfohlen, große Generatoren direkt an ausgehende Stromleitungen anzuschließen. Bei kleinen Stationen, die Verbraucher mit Generatorspannung mit Strom versorgen, ist ein solcher Anschluss durch den zusätzlichen Einbau spezieller Begrenzer mit verbesserten Eigenschaften am Generator möglich.

Wenn die Generatoren direkt an die Aufwärtstransformatoren angeschlossen sind, also gemäß dem Generator-Transformator-Blockschaltbild, benötigen sie keine besonderen Schutzmaßnahmen gegen Polyüberspannung.

Freileitungen mit einer Spannung von 6 bis 35 kV auf Holzmasten erfordern keinen besonderen Überspannungsschutz. Die Blitzfestigkeit ihrer Isolierung wird durch die isolierenden Eigenschaften von Holz gewährleistet. Hier ist es lediglich wichtig, die folgenden Mindestisolationsabstände zwischen Drähten (in Holz) einzuhalten: 0,75 m für Spannung 6-10, 1,5 m für Spannung 20 und 3 m für Spannung 35 kV.

Einzelne Abschnitte von Freileitungen mit geschwächter Isolierung (z. B. Verwendung von Metall- oder Stahlbetonstützen, Verbindung der Freileitung mit einem Kabel usw.) werden durch Ableiter oder Funkenstrecken (bei niedrigen Strömen) geschützt (siehe – Rohrsicherungen Und Ventildrosseln). Der Widerstand der Erdungsvorrichtungen dieser Geräte sollte nicht mehr als 10 Ohm betragen.

Begrenzer und Funkenstrecken werden an den Stützen zweier einander kreuzender Freileitungen oder am Schnittpunkt einer Freileitung mit einer Kommunikationsleitung installiert. Der Widerstand der Erdungsgeräte sollte dabei nicht höher als 15 Ohm sein. Die Erdungsschrägen der Stützen müssen über eine Schraubverbindung verfügen und ihr Querschnitt muss mindestens 25 mm2 betragen.

Um die Stromversorgung über der Freileitung nach schnellen vorübergehenden Blitzfehlern wiederherzustellen, werden automatische Wiedereinschalteinrichtungen (Wiedereinschaltautomatik) der Leitungen eingesetzt. Durch den erfolgreichen Betrieb automatischer Wiedereinschaltautomatiken als Blitzschutzgerät werden Benutzer keine Stromunterbrechung spüren, die nicht länger als 0,2 Sekunden dauert, und ihr normaler Betrieb wird nicht gestört.

Die Kabelverschraubungen sind an beiden Enden durch Anschläge geschützt.

Der Schutz von Verbrauchernetzen mit einer Spannung von 0,38 / 0,22 kV wird besonders sorgfältig durchgeführt. Bei diesen Netzen handelt es sich in der Regel um Luftnetze, und ihre Konstruktion ist am anfälligsten für atmosphärische Überspannungen, da sie sich über alle anderen Strukturen erheben und durch offene Gebiete verlaufen.

Niederspannungsnetze sind mit Blitzschutzeinrichtungen ausgestattet, die Stoßströme zur Erde ableiten. Dadurch können Sie Menschen und Tiere schützen, Brände durch Blitzschlag und deren Eindringen in interne elektrische Leitungen verhindern.

In Niederspannungsnetzen sind Anschlüsse an die Blitzschutzerdung für Haken oder Stifte von Isolatoren aller Phasenleiter und des Neutralleiters vorgesehen.

Die Erdung erfolgt auch an Stützen mit Abzweigungen zu Häusern oder direkt an Gebäudeeingängen. Der Widerstand der Schutzerdungseinrichtung darf 30 Ohm nicht überschreiten.

In 10 / 0,4 kV-Umspannwerken müssen Niederspannungswicklungen, die an Freileitungen angeschlossen sind, durch Ableiter geschützt werden. Sie werden möglichst nahe am Transformator installiert und an den gemeinsamen Erdungskreis der Umspannwerke angeschlossen. Wenn die Leistung des Transformators 630 kVA und mehr beträgt, werden entlang der von ihm ausgehenden Leitungen zwei zusätzliche Schutzerdungen vorgenommen – 50 und 100 m von der Umspannstation entfernt mit dem angegebenen Widerstandswert.