TRANSIENTE ÜBERSPANNUNGEN
DIREKTE UND INDIREKTE ELEKTRISCHE AUSWIRKUNGEN
INDUSTRIELL VERURSACHTE STOSSSPANNUNGEN
Man unterscheidet drei Arten von indirekten elektrischen Auswirkungen:
Unter diesem Begriff werden Phänomene zusammengefasst, die durch das Ein- oder Ausschalten von elektrischen Energiequellen hervorge- rufen werden. Industriell verursachte Stoßspannungen entstehen • beim Starten von Motoren oder beim Einschalten von Transformatoren • durch die Starter von Leuchtstofflampen wie Neon- oder Natrium- dampflampen • durch Schaltnetzteile • beim Schalten von Stromkreisen mit induktiven Lasten • beim Auslösen von Sicherungen und Leitungsschutzschaltern • beim Herabfallen von Stromleitungen Diese Phänomene rufen Transienten von mehreren kV mit Anstiegszeiten in der Größenordnung von einigen Mikrosekunden hervor und stören den Betrieb von Geräten in Netzen, mit denen die Störquelle verbunden ist. Überspannungen durch elektrostatische Entladungen (ElectroStatic Discharge, ESD) Elektrisch betrachtet, besitzt der menschliche Körper eine Kapazität im Bereich von 100 bis 300 Picofarad. Diese Kapazität kann sich beim Gehen auf einem Teppich auf Spannungen von bis zu 15 kV aufladen. Berührt man anschließend einen leitfähigen Gegenstand, fließt diese Ladung in wenigen Nanosekunden ab, wobei ein Strom von rund zehn Ampere fließt. Alle integrierten Schaltungen, vor allem aber solche in CMOS- Technologie, sind ziemlich anfällig für diese Art von Störgrößen, die man im Allgemeinen durch Abschirm- und Erdungsmaßnahmen eliminieren kann.
Einschlag in Freileitungen Solche Leitungen können wegen ihrer sehr exponierten Lage unmittelbar vom Blitz getroffen werden. Dabei werden zuerst die Leiter teilweise oder ganz zerstört, und anschließend bauen sich hohe Stoßspannungen auf, die sich über die Leitungen fortpflanzen und schließlich die mit der Freileitung verbundenen Elektroanlagen erreichen. Das Ausmaß des Schadens richtet sich nach der Entfernung zwischen der Einschlagstelle und den Anlagen. Anstieg des Erdpotentials Der Eintritt des Blitzes in das Erdreich verursacht einen Anstieg des Erdpotentials, der je nach der Stromstärke und der örtlichen Erdimpedanz unterschiedlich ausfällt. In einer Anlage, die vielleicht mit mehreren Erdungspunkten verbunden ist (z.B. einer Verbindung zwischen Gebäuden), bewirkt ein Blitzschlag eine sehr große Potentialdifferenz, die dazu führt, dass Geräte, die an die betroffenen Netze angeschlossen sind, zerstört oder in ihrem Betrieb massiv beeinträchtigt werden. Elektromagnetische Strahlung Der Blitz kann als mehrere Kilometer hoch reichende Antenne angesehen werden, die einen Impulsstrom von mehreren zehn Kiloampere führt und entsprechend starke elektromagnetische Felder (mit Feldstärken von mehreren kV/m in mehr als einem Kilometer Entfernung) abstrahlt. Diese Felder induzieren hohe Spannungen und Ströme in Leitungen, die in Elektroanlagen oder deren Nähe verlegt sind. Die in der Praxis auftre- tenden Werte hängen von der Entfernung des Blitzeinschlags und von den physikalischen Eigenschaften der Verbindung ab.
Das Phänomen NEMP (Nuclear ElectroMagnetic Pulse)
Ein nuklearer elektromagnetischer Impuls in großer Höhe oberhalb der Atmosphäre ruft ein starkes elektromagnetisches Feld (bis zu 50 kV/m in 10 ns) hervor, das auf der Erdoberfläche ein Gebiet mit einem Radius von 1200 Kilometern abdeckt. Am Erdboden induziert das Feld sehr hohe transiente Überspannungen in Stromversorgungs- und Datenübertragungsleitungen, Antennen und andere elektrische Einrichtungen, wobei die angeschlossenen Endgeräte (Stromkreise, Computerterminals, Telefone usw.) zerstört werden. Der Anstieg der Feldstärke kann mehrere kV/ns betragen. Es ist zwar schwierig, alle Überspannungen zu beseitigen, die durch einen elektro- magnetischen Impuls induziert werden, aber es gibt Möglichkeiten, sie zu dämpfen und zugleich die zu schützenden Systeme widerstandsfähiger zu machen. Trotz der enormen Amplitude dieses Phänomens lässt sich durch Abschirm-, Filter- und Überspannungsschutzmaßnahmen, die für NEMP-Einwirkungen ausgelegt sind, ein wirksamer Schutz erreichen.
Direkteinwirkung
Anstieg des Erdpotentials
Einschlag in Freileitung
Einkopplung durch Strahlung
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