TRANSIENTE ÜBERSPANNUNGEN
Jedes elektrische Netz arbeitet mit einer bestimmten Nenn- spannung. Das Netz kann störungsbedingt auf eine Spannung gebracht werden, die höher ist als seine Nennspannung: Dies wird als Überspannung oder Stoßspannung bezeichnet, wenn der Impuls sehr kurz ist. Eine der möglichen Ursachen für den Ausfall elektrischer oder elektronischer Geräte sind die Überspannungen.
Die Anwender von elektronischen Geräten sowie von Telefon- und Datenverarbeitungssystemen müssen ihre Anlagen in Betrieb halten, auch wenn Blitzschläge kurzzeitige Spannungsspitzen auf den Stromversorgungs- und Datenleitungen verursachen könnten. Dafür gibt es mehrere Gründe: • Die verwendeten elektronischen Bauelemente sind schaltungs- technisch bedingt störanfällig. • Betriebsunterbrechungen sind nicht akzeptabel. • Datenübertragungsnetze erstrecken sich über große Gebiete und sind anwendungsbedingt Störungen ausgesetzt.
BLITZSCHLAG
Blitzschläge, die seit den ersten Untersuchungen von Benjamin Franklin im Jahr 1749 Gegenstand der Forschung sind, haben sich zu einer wach- senden Bedrohung für unsere von elektronischen Geräten abhängige Gesellschaft entwickelt. Entstehung von Blitzen Ein Blitz entsteht zwischen zwei entgegengesetzt geladenen Zonen in der Atmosphäre, typisch zwischen zwei Gewitterwolken oder zwischen einer Wolke und dem Erdboden. Er kann über mehrere Kilometer hinweg in aufeinanderfolgenden Sprüngen bis zum Erdboden vordringen, wobei zunächst ein Leitblitz einen hochgradig ionisierten Blitzkanal hervorruft. Erst wenn dieser den Boden erreicht, kommt es zum eigentlichen Blitz oder Hauptblitz. Dann fließt ein Strom von mehreren zehntausend Ampere durch den ionisierten Kanal vom Erdboden zur Wolke oder umgekehrt. Direkte Auswirkungen Zum Zeitpunkt der Entladung fließt ein Impulsstrom mit einem Spitzenwert zwischen 1.000 und 200.000 Ampere und einer Anstiegszeit von einigen Mikrosekunden. Diese direkte Auswirkung kann als großer Faktor bei der Beschädigung von elektrischen und elektronischen Systemen betrachtet werden. Den besten Schutz bieten noch immer die klassischen Blitzableiter oder Blitzschutzsysteme, die so aufgebaut sind, dass sie den Ableitstrom „einfangen“ und einem bestimmten Punkt zuführen.
ENTSTEHUNG VON ÜBERSPANNUNGEN
Transiente Überspannungen haben vier Hauptursachen: • Blitzschlag (LEMP) • Spannungsspitzen aufgrund von Schaltvorgängen (SEMP), z.B. in Industrieanlagen • Elektrostatische Entladungen (ElectroStatic Discharge, ESD) • Nukleare elektromagnetische Impulse (NEMP) Überspannungen unterscheiden sich in ihrer Amplitude, Dauer und Frequenz. Überspannungen durch Blitzschlag und von Industrieanlagen begleiten uns schon seit langem. ESD- und NEMP-Störungen sind dagegen weitaus speziellere Einflüsse und haben sich aus neueren technologischen Entwicklungen ergeben. So hat der massive Einsatz von Halbleitern zur Anfälligkeit für ESD-Störungen geführt, während NEMP-Störungen von Kernwaffen verursacht werden.
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