Blitzentladung und Schaltbetrieb als Störquelle

Blitzentladung und Schaltbetrieb als StörquelleIm Folgenden wird beschrieben، wie Blitzentladung und Schalter als Störquelle genutzt werden können1 Atmosphärische ÜberspannungAls Störquelle wirkt sich der Blitz auf Gebäude und elektrische Geräte und Anlagen in Innenräumen aus.Elektrische Überspannungen، die ihren Ursprung in der Atmosphäre haben، sind fast immer die Folge direkter / benachbarter Blitzeinschläge oder entfernter Blitzeinschläge. Bei einem direkten Blitzeinschlag schlägt der Blitz direkt in ein geschütztes Gebäude ein؛ Bei benachbarten Blitzeinschlägen handelt es sich jedoch um Blitzeinschläge in ausgedehnte Systeme oder Rohrleitungen (z. Blitzeinschläge in Freileitungen sind Beispiele für weit entfernte Blitzeinschläge. Blitze zwischen Wolken erzeugen „reflektierte Überspannungen“ (Wanderwellen) entlang der Übertragungsleitung ، Während Blitze in der Umgebung Überspannungen induzieren.1.1 Direkte Blitzeinschläge und benachbarte BlitzeinschlägeDie Wirkung des Blitzstroms auf die Leitungen des Blitzkanals und des Blitzschutzsystems: (أ) Erzeugen eines Spannungsabfalls am Erdungswiderstand des Erdungssystems ؛ (ب) Die Induktion von Stoßspannung und Strom in der Schleife، die durch die Drähte im Gebäudeinneren gebildet wird. Aufgrund des Spannungsabfalls am Stoßerdungswiderstand wird der Blitzstrom auch über die als Blitzschutz-Potenzialausgleichsmaßnahme angeschlossene Stromleitung abgeleitet.Insbesondere durch die magnetische Störstrahlung von Blitzeinschlägen induzieren Blitzeinschläge in der Umgebung Überspannungen und Überströme in der Geräteschleife. Wenn ein Blitz in eine Freileitung einschlägt، kommt es zu Überspannungen und Strömen auf der Zuleitung zur Stromversorgung. Intercloud-Blitze erzeugen aufgrund der Strahlung elektromagnetischer Interferenzen auch leitende Überspannungen und Ströme auf Stromleitungen und anderen großen Leitungssystemen.Ist eine genaue تحليل nicht möglich oder zu aufwendig، kann der Blitzteilstrom auf der Stromleitung vom getroffenen Gebäude nach IEC 61312-1 und DIN VDE 0185 Teil 103 abgeschätzt werden. Dabei wird davon ausgegangen، dass 50٪ des Blitzstroms hineinfließen Das Erdungssystem des Gebäudes und 50٪ sind gleichmäßig auf das entfernte Erdungsversorgungssystem (z. B. Rohre، Stromversorgung und Kommunikationsleitunge). Der Einfachheit halber wird davon ausgegangen، dass sich der Blitzstrom in jedem Versorgungssystem gleichmäßig auf die Leiter (z. B. L1، L2، L3 und PEN des Stromkabels oder die vier Adern des Datenkabels).Im Anhang C der DIN V ENV 61024-1 (VDE V 0185 Teil 100) gibt es ein Verfahren zur Abschätzung des durch die Zuleitung abgeleiteten Blitzteilstroms (bei Blitzschutzanlagen). Dementsprechend فقير sich der Blitzstrom auf das Erdsystem، den Außenleiter und die Zuleitung (direkt angeschlossen oder über den Ableiter angeschlossen) مع التالي:Der von jedem Außenleiter und Leiter gemeinsam genutzte Blitzstrom hängt von der Anzahl der Außenleiter und Leiter، ihrem äquivalenten Erdungswiderstand und dem äquivalenten Erdungswiderstand des Erdungssystems ab.Wenn die in einem Elektro- oder informationsystem verwendeten Leiter nicht abgeschirmt oder in Metallrohren verlegt sind، beträgt der von den Leitern geteilte Strom It / n '، wobei n' die Gesamtzahl der Leiter im Elektro- oder informationsystem ist.1.1.1. Spannungsabfall am Stoßerdung المنصةDer maximale Spannungsabfall uE am Stoßerdwiderstand Rst des getroffenen Gebäudes wird als Maximum i des Blitzstroms berechnet.Dieser Spannungsabfall uE stellt für die geschützte Anlage keine Gefahr dar، Sofern eine Potenzialausgleichsverbindung zum Blitzschutz wirksam hergestellt wurde. Derzeit erfordern sowohl nationale als auch internationale Blitzschutznormen die Implementierung einer Integrierten Potenzialausgleichsverbindung. في نظام einem ، يتم ربط جميع أنواع البيانات في نظام einem. Während eines Blitzeinschlags erhöht sich das Potenzial des uE des uE des gesamten Systems، innerhalb des Systems entsteht jedoch kein gefährlicher Potenzialunterschied.1.1.2 Induzierte Spannung im MetallringDie maximale Anstiegsgeschwindigkeit des Blitzstroms (Δi / Δt، wirksam innerhalb der Δt-Zeit) bestimmt den Spitzenwert der elektromagnetischen Induktionsspannung in allen offenen oder geschlossenen Geräteschleifen um denlossenflosstomschleifen.Bei der Auslegung des Blitzschutzsystems kann der Maximalwert I / T 1 der mittleren Anstiegsgeschwindigkeit des gegebenen Wellenkopfstroms verwendet werden (gültig innerhalb der Wellenkopfzeit T1).Bei der Schätzung der maximalen induzierten Rechteckspannung U an einer Geräteschleife (z. B. in einem Gebäude) wird davon ausgegangen ، dass sich die Schleife in der Nähe der Ableitung eines unendlich langen Blitzstroms befindet.Die Rechteckspannung kann für einen quadratischen Ring abgeschätzt werden، der aus unendlich langen blitzstromführenden Leitern und Gerätedrähten besteht (z. ar IST). حاجِز).Für einen quadratischen Ring، der aus Gerätedrähten besteht، die mit einem unendlich langen، blitzstromführenden Leiter isoliert sind، kann die Rechteckspannung ermittelt werden.Neben der Induktionswirkung im großen Metallring، die durch die Geräteanordnung verursacht wird، ist auch die Induktionswirkung auf den langen und schmalen Ring aus ungeschirmten، geschichteten Litzenkabeln ausallelen Drähten in der Närte. Die induzierte Spannung zwischen den Leitungen wird „Querspannung“ genannt. Diese Spannung ist besonders schädlich für elektronische Geräte. Die Rechteckspannung kann für eine schmale Drahtschleife ermittelt werden، die aus den Leitern der Geräteleitung المتوازي zu den stromführenden Leitern des unendlichen Blitzstroms besteht.Die Rechteckspannung eines langen Drahtrahmens، der aus Gerätedrähten besteht، senkrecht zum unendlich langen، blitzstromführenden Draht in einem bestimmten AbstandIm Gegensatz zu den hohen Spannungswerten im großen Ring gibt es im langen schmalen Ring etwa 100 V induzierte Spannung. Beachten Sie jedoch، dass es sich hierbei um die Querspannung auf der Leitung des Informationsystems handelt، die im Normalbetrieb nur 1–10 V beträgt und an überspannungsempfindliche Elektronik angeschlossen ist. في einer verseilten Leitung ، insbesondere einer Leitung mit elektromagnetischer Abschirmung ، ist die induzierte Rechteckspannung viel kleiner als der nach obiger Formel berechnete Wert und die Querspannung dieser Amplitude ist in der Regel ungefährlich.Wird der Metallring durch die induzierte Rechteckspannung U kurzgeschlossen oder seine Isolation zerstört، entsteht im Ring ein Induktionsstrom i، dessen Größe berechnet werden kann.Da der Blitzstrom sehr schnell ansteigt، entsteht in der Nähe des Blitzkanals bzw. des stromdurchflossenen Leiters ein sich schnell änderndes Magnetfeld. Das Magnetfeld im Gebäude erzeugt in einer breiten „Induktionsschleife“، die von Versorgungsleitungen wie Strom- und informationsystemleitungen، Wasser- und Gasleitungen gebildet wird، eine Stoßspannung von bis zu 10.00 V.Zum Beispiel ein Computer، der an Strom- und Datensystem angeschlossen ist. Nach dem Betreten des Gebäudes wird das Datenkabel an die Potenzialausgleichsschiene angeschlossen und anschließen durch die Datenkabeldose in den Computer geführt. Das Stromkabel ist über den Ableiter auch mit der Äquipotential-Verbindungsschiene verbunden، die den Computer über die Steckdose mit Strom versorgt. Da Netzkabel und Datenkabel unabhängig voneinander verlegt werden، können sie einen Induktionsring mit einer Fläche von ca. 100 م² بيلدين. Das offene Ende des Rings قبل أن تستخدم الكمبيوتر والمغناطيس في حلقة البحث التي تم العثور عليها. Nicht nur bei direkten Blitzeinschlägen، sondern auch bei benachbarten Blitzeinschlägen kann der Ring durch die Überspannung so stark induziert werden، dass es zu Geräteausfällen und manchmal sogar zu Bränden kommt.Der Computer muss „an Ort und Stelle“ ، الذي يتعامل أيضًا مع am Gerät selbst oder direkt an den Strom- und Datensteckdosen (Abschnitt 5.8.2.3) gegen diese Blitzüberspannungen geschützt werden.1.2 Blitzeinschläge aus der FerneBei weit entfernten Blitzeinschlägen breitet sich die Wanderwelle entlang der Straße aus oder der Blitz schlägt in der Nähe des geschützten Systems ein und beeinflusst das elektromagnetische Feld des geschützten Systems.Die Gefahren durch atmosphärische Überspannungen in den 1890er Jahren zeigten، dass elektronische Geräte bis zu 2 km vom Ort des Blitzeinschlags entfernt empfindlich auf induzierte oder leitungsgebundene Überspannungenier. Diese weit verbreitete Gefahr ist auf die zunehmende Empfindlichkeit von High-Tech-Geräten zurückzuführen، die an Kabel angeschlossen sind، die außerhalb von Gebäuden verlaufen، und auf die zunehmendler Nutzke.Mit der Weiterentwicklung der Technologie hat sich die maximal zulässige Länge der Datenleitungen، die Geräte verbinden، rapide erhöht. Beispielsweise besagt die V2.4 / V2.8-Schnittstelle (die zu Beginn der EDV verwendet wurde) ، dass die elektrischen Eigenschaften von Leitungstreibern eine direkte Kabelverbindung mit einer Länge von bis zu etwa 15 m. Die verfügbaren Leitungstreiber und Schnittstellen ermöglichen den direkten Anschluss von zweiadrigen Litzenkabeln bis zu einer Länge von ca. 1000 م.Wenn der Blitzstrom im Kabel fließt، entstehen Längs- und Querspannungen. Die zwischen dem Kerndraht und dem Metallschirm des Kabels erzeugte Längsspannung u1 wirkt auf die Isolierung zwischen der Eingangsseite des angeschlossenen Geräts und dem geerdeten Gehäuse. Die Querspannung uq entsteht zwischen den Leitungen und übt Druck auf den Eingangskreis des angeschlossenen Gerätes aus. Ist der Blitzstrom i2 bekannt، kann aus der Koppelimpedanz R des Kabels die Längsspannung berechnet werden.1.3 Einkopplung von Stoßströmen in die SignalleitungDas folgende Beispiel zeigt، wie Stoßströme durch Ohmsche، induktive kapazitive Kopplung in die Signalleitungen eines erweiterten Systems eingekoppelt werden. Betrachten Sie beispielsweise die Anordnung von Gerät 1 in Gebäude 1 und Gerät 2 in Gebäude 2. Die beiden Geräte sind über Signalkabel verbunden. Darüber hinaus wird davon ausgegangen، dass beide Geräte über Schutzleiter (PE) mit einer Potenzialausgleichsschiene (PAS) in ihren jeweiligen Gebäuden verbunden sind.1.3.1 WiderstandskopplungEin Blitz schlägt in Gebäude 1 ein und erzeugt eine Potenzialdifferenz von etwa 100 kV am Erdungswiderstand RA1. Die Spannung dieser Amplitude reicht aus، um den Isolationsabstand zwischen den Geräten 1 und 2 zu verkleinern، sodass der ohmsche kreuzgekoppelte Stoßstrom von PAS1 durch Gerät 1 entlang der Signalleitung zu den Geräten 2، PAS2 und. Die Amplitude des Stoßstroms، der mehrere kA erreicht، hängt von den relativen Werten der Ohm-Widerstände RA1 und RA2 ab.1.3.2 WahrnehmungskopplungWie bereits erwähnt، wird die Spannung im Metallring durch das induktive Feld des Blitzkanals bzw. des blitzstromführenden Leiters induziert.Beispielsweise bilden die beiden Adernsignalkabel zwischen den Geräten 1 und 2 einen Induktionsring. Wenn ein Blitz in Gebäude 1 einschlägt، wird innerhalb des Rings eine Querspannung von mehreren tausend Volt induziert ، die einen gekoppelten Strom von bis zu mehreren tausend Ampere erzeugt. Diese induzierten Spannungen und Ströme werden an den Eingang oder Ausgang des Geräts angelegt.Ein weiteres Beispiel für emotionale Kopplung، die auftreten kann. Die Signalleitung bildet mit der Erde einen Induktionsring. Wenn ein Blitz in Gebäude 1 einschlägt، wird am Ring eine sehr hohe Spannung (حوالي 10 كيلو فولت) induziert، die einen Isolationsüberschlag von Gerät 1 und Gerät 2 verursacht und Kopplungsströme von Tausenden von Ampere erzeugt.1.3.3 Kapazitive KopplungWenn ein Blitz in den Boden oder den Blitzanschluss einschlägt، steigt der Blitzkanal oder der Blitzanschluss aufgrund der Potenzialdifferenz am Erdungswiderstand RA auf eine sehr hohe Spannung (حوالي 100 كيلوفولت إيم فيرغليتش زورج أمبونغ).Die Signalleitung zwischen den Geräten 1 und 2 ist kapazitiv an diesen Lightning-Kanal أو Empfänger gekoppelt. Der Koppelkondensator wird aufgeladen ، wodurch ein „Injektionsstrom“ (حوالي 10 أ) durch den isolierten Stromfluss der Geräte 1 und 2 fließt.1.4 Amplitude der atmosphärischen ÜberspannungEin Blitzeinschlag in der Ferne verursacht zunächst eine Überspannung von etwa 10 kV und erzeugt einen relativ kleinen numerischen Strom. Aber ein direkter Blitzeinschlag hat einen viel größeren Strom mit einer viel höheren السعة: 200 kA Strom (Schutzklasse I) und Spitzen von Hunderten von Kilovolt.Niederspannungsgeräte können in der Regel nur einer Durchschlagsspannung von Tausenden von Volt standhalten und sind daher anfällig für Zehntausende Volt durch entfernte Blitzeinschläge Oder 100-k فيردن. Einige elektronische Geräte Tolieren möglicherweise Spannungen von nur 10 V.Daher müssen diese Überspannungen mit hoher Amplitude durch Schutzmaßnahmen oder Überspannungsableiter auf Werte reduziert werden، die deutlich unter der zulässigen Stoßdurchschlagsspannung / Stoßüberschlagsspannung liegenung. Für einen zuverlässigen Schutz auch bei direkten Blitzeinschlägen muss der Überspannungsableiter in der Lage sein، einen hohen Blitzstrom schadlos abzugeben.2 Betreiben Sie die ÜberspannungBetriebsüberspannung kann sich auch auf Niederspannungs- und Sekundärsysteme auswirken، insbesondere wenn kopplung vorhanden ist. في مانشين Fällen kann der Wert dieser Betriebsüberspannung 15 kV überschreiten. يموت Ursachen dieser Betriebsüberspannungen sind folgende:(أ) Leerlaufstromleitungen (أودر Kondensatoren) abschneiden. Bei eingeschaltetem Schalter führt die Änderung des Momentanwerts der Versorgungsspannung zu einer hohen Potentialdifferenz zwischen dem System und der Trennleitung. Dieser in Millisekunden aufgebaute Potenzialunterschied kann zu einer Wiederzündung zwischen den Kontakten des Schalters führen ، وكذلك ob die Kontakte wieder geschlossen würden. Die Netzspannung entspricht dann dem Momentanwert der Versorgungsspannung und der Lichtbogen zwischen den Schaltkontakten erlischt. Dieser Vorgang kann viele ذكر wiederholt werden. Bei diesem Vorgang، bei dem die Netzspannung dem Momentanwert einer bestimmten Versorgungsspannung entspricht، entsteht eine Betriebsüberspannung، die durch Dämpfungsschwingungen in der Größenordnung von mehreren geundert Kilohertz. Die anfängliche Amplitude dieser Betriebsüberspannung hängt von der Potenzialdifferenz zwischen den Schaltkontakten zum Zeitpunkt der Wiederzündung ab und kann ein Vielfaches der Nennversorgungsspannung betragen.(ب) Schneiden Sie den Leerlauftransformator aus. Wird ein Leerlauftransformator vom Netz genommen، wird die Energie des Magnetfeldes auf seine eigene Kapazität geladen. Der Induktivitäts-Kapazitäts-Schaltkreis schwingt dann، bis die gesamte Energie über den Widerstand im Schaltkreis in Wärme umgewandelt wird، was zu einer Betriebsüberspannungsamplitude führt، dies unhervachers.(ج) Erdschluss im ungeerdeten Netz. Wenn der Erdschluss in der Außenleitung des ungeerdeten Netzes auftritt، ändert sich das Erdpotential des gesamten Systems aufgrund der Spannungsänderung der Erdungsphase. Beim Erlöschen des Erdschlusslichtbogens ist die Wirkung vergleichbar mit der Abschaltung einer Leerlaufleitung oder eines Kondensators: Es entsteht eine Betriebsüberspannung mit abgeschwächten Stößen.Zusätzlich zu den oben genannten Eigenschaften von Netzbetriebsüberspannungen ، تم إعداده باستخدام Kapazitive Kopplung auf Niederspannungssysteme auswirken ، können schnelle Stromänderungen durchannive Kopplung auchen Übersze system. Diese plötzliche Stromänderung kann durch eine hohe Schaltlast أو durch einen Kurzschluss، einen Erdschluss، oder einen wiederholten Erdschluss verursacht werden.Auch im Niederspannungsnetz selbst kann es aus folgenden Gründen zu Betriebsüberspannungen kommen:• Schalten Sie Induktivitäten aus، dieallel zur Stromversorgung liegen، wie z. B. die Spulen أو Drosseln von Transformatoren، Schützen und Relais (in diesem Fall entsteht die Betriebsüberspannung ähnlich wie oben beim Abschalten von Leistungstransformatoren im Leerlauf).• Entfernen Sie Induktivitäten in den Serienzweigen der Stromschleife، wie z. B. die Drahtschleife، die Serieninduktivität oder die Induktivität selbst (der Strom auf der Induktivität kann sich nicht ändern، wenn der Stromkreis getrennt wird، und die Amplitude der resultierenden Betriebsüberspannon häng. auf dem aktuellen Wert zum Zeitpunkt der Trennung).• Absichtliches Unterbrechen eines Stromkreises durch einen Schalter oder unbeabsichtigtes Auslösen einer Sicherung oder eines Leistungsschalters oder unseabsichtigtes ung und damit zu einer Betriebsüberspannung). ، normalerweise gedämpft und oszillierend، mit einer Amplitude، die ein Vielfaches der normalen Spannung des Systems beträgt).• Phasenregelkreis، Umkehrwirkung des Bürstenkollektorsystems، plötzliche Entlastung von Motor und Transformator usw.Zahlreiche Messungen an verschiedenen Niederspannungsnetzen haben gezeigt، dass die deutlichsten Überspannungen durch die Störstrahlung des Schalter entstehenden Lichtbogens verursacht werden.Elektromagnetische Störungen durch den Betrieb des Stromnetzes treten in der Regel häufiger auf als Blitzeinwirkungen.Bei breitbandigen leitungsgebundenen Störungen werden Hochenergieimpulse und Niederenergieimpulse bzw. unterschiedliche Arten von Schaltimpulsen in den EMV-Normen unterschiedlich behandelt. Schaltstörungen können außerhalb des Gebäudes، durch Stromleitungen أودر innerhalb des Gebäudes erzeugt werden. Diese beiden Arten von Störungen können entweder als eine Kombination aus Stoßspannungsstörungen und Stoßstromstörungen، wie bei Blitzstörungen، oder als angelegte Stoßspannung betrachtet werden.Breitbandige hochenergetische leitungsgebundene Störungen im Schaltvorgang können den leitungsgebundenen Blitzeinwirkungen im Gebäude gleichgestellt werden (Potenzialausgleichsverbindungen für entsprechenden Blindschuten). Daher spezifiziert der VG-Standard die entsprechende Spitzenstörung nach Umgebungstyp.Die DIN VDE 0160 legt die anliegende Überspannung aufgrund des Abschaltvorgangs oder des Überstromschutzelements fest. 0،1 / 1،3 مللي ثانية (Anstiegsgeschwindigkeit 0،1 مللي ثانية ، Wellenkopfzeit 0،15 مللي ثانية) ، يموت Stoßspannung mit dem Spitzenwert uppeak überlagert den Spitzenwert der Wechselspannung uN / max.Breitbandige niederenergetische Betriebsspannungsstörungen (Impulsschwarm) sind in der DIN VDE 0847 Teil 4-4 festgelegt. Die Wellenform beträgt 5/50 ns (Anstiegsrate 5 ns، Wellenkopfzeit etwa 7،4 ns)، die Amplitude hängt von der Schwere des Tests ab und wird Durch Kopplungskondensatoren in Form von Impulspaketen an Stromleitungen und Kommeniktung.Zusätzlich zu den leitungsgebundenen Störungen erzeugt der Betriebsvorgang selbst erhebliche Störstrahlung (z. B. Lichtbögen beim Trennen eines Schalters) ، die weitere leitungsgebundene Störungen induziert.
الوقت بعد: Feb-10-2023

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