Gewitteraktivität - Fachgebiet Hochspannungstechnik
Gewitteraktivität - Fachgebiet Hochspannungstechnik
Gewitteraktivität - Fachgebiet Hochspannungstechnik
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Gewitteraktivität<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 1 -
Gewitteraktivität<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 2 -
Gewitteraktivität<br />
•• Zu Zu jedem jedem beliebigen Zeitpunkt weltweit ca. ca. 2000 2000Gewitter im im Gange Gange<br />
•• Geschätzt: 100 100Blitzeinschläge jede jede Sekunde<br />
•• Starke Starke lokale lokale Unterschiede in in den den Gewitterhäufigkeiten<br />
•• Im Im Mittel Mittel jedoch jedoch für für jede jede Region Region konstante Gewitterhäufigkeit<br />
Erstellung von von „Gewitterkarten“ möglich<br />
Keraunischer Pegel T D = Anzahl Gewittertage pro Jahr<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 3 -
Gewitteraktivität<br />
Keraunische Pegel Pegel weltweit<br />
Mitteleuropa: T D<br />
=<br />
D 10 10 ... ... 25 25<br />
In In Äquatorregionen: T D<br />
=<br />
D 100 100 ... ... 180 180<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 4 -
Gewitteraktivität<br />
Keraunische Pegel Pegel weltweit<br />
Mitteleuropa: T D<br />
=<br />
D 10 10 ... ... 25 25<br />
In In Äquatorregionen: T D<br />
=<br />
D 100 100 ... ... 180 180<br />
T D<br />
= 20 ... 80<br />
T D<br />
= 80 ... 180<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 5 -
Gewitteraktivität<br />
Keraunische Pegel Pegel Deutschland<br />
Blitzeinschlagdichte N g<br />
= Zahl der Blitzeinschläge je km 2 und Jahr<br />
1,25<br />
Empirischer Zusammenhang: Ng = 0,04 ⋅T d N g<br />
in (km2·a)-1<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 6 -
Gewitteraktivität<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 7 -
Gewitteraktivität<br />
Blitzortungssysteme<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 8 -
Gewitteraktivität<br />
Gewitter über über Deutschland 29.6.2005 mit mit BLIDS BLIDS Spion Spion<br />
http://www.blids.de<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 9 -
Gewitteraktivität<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 10 -
Gewitteraktivität<br />
http://www.aldis.at/<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 11 -
Gewitteraktivität<br />
http://www.meteorage.fr/meteorage.fr/index.php<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 12 -
Gewitterentstehung<br />
Vorbedingung: starke Aufwinde und hohe Luftfeuchtigkeit<br />
Wärmegewitter<br />
Bodentemperaturen > 30 °C; warme Luft steigt auf, kalte Luft steigt ab<br />
und strömt seitlich nach<br />
Frontgewitter<br />
Kalte Luftmassen schieben sich unter feuchtwarme Luftmassen<br />
Warme Warme feuchte feuchte Luft Luft steigt steigt auf, auf, enthaltene Feuchtigkeit kondensiert aus: aus:<br />
Gewitterwolken enthalten Regen, Regen, Schnee und und Eiskristalle<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 13 -
Gewitterentstehung<br />
Tropopause<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 14 -
Gewitterentstehung<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 15 -
Gewitterentstehung<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 16 -
Gewitterentstehung<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 17 -
Gewitterentstehung<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 18 -
Gewitterentstehung<br />
Entstehung der Gewitterelektrizität noch<br />
nicht völlig geklärt<br />
• Zerstäuben von Wassertröpfchen<br />
• Zerplatzen von Eiskristallen<br />
• Gefrieren von polarisierten Wassertropfen<br />
Typische Ladungsverteilung:<br />
• oben positiv<br />
• unten negativ<br />
• unten ein kleiner positiver Bereich<br />
Gewitterwolke = Dipol Dipol mit mit Ladung<br />
25 25 As As (im (im Mittel) Mittel)<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 19 -
Gewitterentstehung<br />
Lebenszyklus einer Gewitterwolke: Startphase, Entwicklungsphase, Reifestadium, Abbauphase<br />
Lebensdauer: im Mittel ca. 1 h<br />
größte größte interne interne Aktivität<br />
größte größte externe externe Aktivität<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 20 -
Blitzentladung<br />
Entwicklung der der Leitentladung<br />
Wenn am Wolkenrand die Durchbruchfeldstärke<br />
überschritten wird:<br />
Beginn innerhalb der Wolke als Kanalentladung<br />
Vorwachsen eines 10 m bis 200 m langen Leaders<br />
Ladungsschlauch: Ø einige einige 10 10 m<br />
Plasmakern: Ø ca. ca. 2 mm mm<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 21 -
Blitzentladung<br />
Entwicklung der der Leitentladung<br />
Nach einer Zeitdauer von 10 µs ... 100 µs<br />
(in dieser Zeit fließt Ladung nach):<br />
Fortsetzung mit erneutem Leader<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 22 -
Blitzentladung<br />
Entwicklung der der Leitentladung<br />
usw. usw.<br />
Vorwachsen der Leitentladung<br />
in Ruckstufen (stepped leader)<br />
v ≈ 300 km/s (1/1000 c 0<br />
)<br />
Die Richtung der einzelnen<br />
Leader ist unregelmäßig;<br />
abhängig von Feldverteilung<br />
und Ionisierungsbedingungen<br />
Näherung an die Erde bis auf<br />
einige zehn Meter<br />
Erdfeld wächst!<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 23 -
Blitzentladung<br />
Entwicklung der der Leitentladung<br />
Fangentladung (die sich<br />
aus Streamer-Entladungen<br />
entwickelt) wächst der<br />
Leitentladung entgegen.<br />
Nach der Vereinigung:<br />
Hauptblitz (return (returnstroke)<br />
• wächst nach oben<br />
• Lichtblitz<br />
• „Donnergrollen“<br />
• v ≈ 30.000 km/s (1/10 c 0<br />
)<br />
• î bis 200 kA<br />
• Dauer wenige 10 µs<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 24 -
Blitzentladung<br />
Der Hauptblitz „grast<br />
den Ladungsschlauch<br />
ab“.<br />
Stromfluss des des<br />
Hauptblitzes durch durch<br />
Entladung des des<br />
Ladungsschlauches,<br />
nicht nicht der der Wolke! Wolke!<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 25 -
Blitzentladung<br />
Weitere Entladung der Wolke durch Folgeblitze (multiple strokes) in Abständen<br />
von 10 ms bis 100 ms über den vorionisierten Kanal<br />
Durchgehender Leader (dart(<br />
leader) mit v ≈ 3000 km/s (1/100 c 0<br />
)<br />
• größere Stromsteilheit<br />
• kleinere Amplitude<br />
• bis zu 54 Folgeblitze beobachtet --> „Zucken“ eines Blitzes<br />
• häufig Stromschwanz<br />
(in ca. 50% aller Fälle)<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 26 -
Blitzentladung<br />
Mehrfachentladung eines negativen Wolke-Erde-<br />
Blitzes mit vom Gewitterwind getrennten Funkenbahnen.<br />
Die abwärts gerichteten Verästelungen des<br />
ersten Teilblitzes deuten auf einen Wolke-Erde-Blitz,<br />
die Mehrfachentladungen auf einen negativen Blitz<br />
hin. Die Folgeentladungen haben keine Verästelungen.<br />
Offenbar war die Pausenzeit zwischen der ersten<br />
und der zweiten Entladung so lang, dass sich die<br />
zweite Entladung im unteren, erdnahen Teil einen<br />
neuen Weg suchte. Die Spur des letzten Teilblitzes<br />
rechts im Bild zeigt einen Lichtschleier, der auf einen<br />
sich anschließenden Stromschwanz hinweist.<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 27 -
Blitzarten<br />
> 90% 90%<br />
Keine Folgeblitze,<br />
größte<br />
beobachtete<br />
Stromhöhen<br />
und Ladungsinhalte<br />
Abwärtsblitz<br />
Wolke-Wolke-Blitz<br />
Selten!<br />
Von Erhebungen<br />
(Sendemasten,<br />
Fernsehtürme)<br />
Aufwärtsblitz<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 28 -
Gewitteraktivität<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 29 -
Blitzstromparameter<br />
Blitzströme sind eingeprägte Ströme!<br />
Wellenwiderstand des Entladungskanals:<br />
• 900 Ohm (@ 50 kA)<br />
• 2000 Ohm (@ 10 kA)<br />
Wellenwiderstand Freileitung: ≈ 300 Ohm<br />
Erdungswiderstände: < 10 bis einige 10 Ohm<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 30 -
Blitzstromparameter<br />
Vier Vier wichtige Blitzstromparameter:<br />
Scheitelwert îî<br />
Maximale Stromsteilheit S max<br />
(auch:<br />
max<br />
(auch: di/dt di/dt max<br />
)<br />
max<br />
)<br />
Ladung Ladung ∫idt ∫idt (Strom-Zeitintegral)<br />
Stromquadrat-Zeitintegral ∫i ∫i 2 2 dt dt<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 31 -
Blitzstromparameter<br />
Scheitelwert îî<br />
î = 5 kA ... 100 kA (250 kA Extremfall)<br />
Resistive Spannungsfälle an an Erdungsanlagen<br />
(Überspannungen, Überschläge)<br />
Höhe Höhe der der als als Wanderwellen über über eine eine Leitung Leitung laufenden<br />
Überspannungen (û (û = Z·î) Z·î)<br />
Erdungswiderstände sollten sollten < 10 10 Ohm Ohm sein! sein!<br />
Bodenart<br />
ρ E in Ωm<br />
Feuchter Humus 30<br />
Feuchter Sand 200<br />
Trockener Kies 1000<br />
Steiniger/felsiger Boden 3000<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 32 -
Blitzstromparameter<br />
Scheitelwert îî<br />
î î = 5 kA kA ... ... 100 100 kA kA (250 (250 kA kA Extremfall)<br />
50%-Wert ≈ 30 30 kA kA<br />
Häufigkeit der Blitzstromscheitelwerte (1: erste negative Teilblitze; 2: negative Folgeblitze; 3: positive Blitze)<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 33 -
Blitzstromparameter<br />
Maximale Stromsteilheit S max<br />
(auch:<br />
max<br />
(auch: di/dt di/dt max<br />
)<br />
max<br />
)<br />
Elektromagnetisch induzierte Spannungen in in Leiterschleifen<br />
S max<br />
Am Am wichtigsten für für Störbeeinflussung<br />
von von Leitungen, Elektronik, .... ....<br />
In Schleifen induzierte Spannungen innerhalb eines durch einen Blitzableiter geschützten Gebäudes<br />
1: Eigenschleife des Blitzableiters mit möglicher Überschlagstrecke s 1<br />
2: Schleife aus Blitzableiter und Installationsleitung mit möglicher Überschlagstrecke s 2<br />
3: Vom Blitzableiter isolierte Installationsschleife mit möglicher Überschlagstrecke s 3<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 34 -
Blitzstromparameter<br />
Maximale Stromsteilheit S max<br />
(auch:<br />
max<br />
(auch: di/dt di/dt max<br />
)<br />
max<br />
)<br />
S max<br />
=<br />
max 1 kA/µs kA/µs ... ... 100 100 kA/µs kA/µs<br />
50%-Wert ≈ 20 20 kA/µs kA/µs<br />
Häufigkeit der maximalen Stromsteilheiten (beide Polaritäten)<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 35 -
Blitzstromparameter<br />
Ladung Ladung ∫idt ∫idt (Strom-Zeitintegral)<br />
Energieumsatz in in Lichtbogenfußpunkten (wegen (wegen u ≈ const.) const.)<br />
⇒ Abschmelzungen an an<br />
•• Einschlagstelle<br />
•• Überschlagstellen<br />
Energieaufnahmevermögen von von Mittelspannungsableitern<br />
und und Leitungsableitern<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 36 -
Blitzstromparameter<br />
Ladung Ladung ∫idt ∫idt (Strom-Zeitintegral)<br />
∫idt ∫idt = 1 As As ... ... 100 100 As As (350 (350 As As Extremfall)<br />
50%-Wert ≈ 10 10 As As<br />
Häufigkeit der Ladungen (1: alle Blitze aus 119 Messungen; 2: negative Blitze; 3: positive Blitze;<br />
4: erste negative Teilblitze; 5: Stoßkomponenten der ersten negativen Teilblitze)<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 37 -
Blitzstromparameter<br />
Stromquadrat-Zeitintegral ∫i ∫i 2 2 dt dt<br />
("action integral")<br />
Stromwärmeenergie R· R· ∫i ∫i 2 2 dt dtin in Leitern Leitern<br />
Mechanischer Kraftimpuls ∫Fdt ∫Fdt<br />
⇒ elektrothermische<br />
⇒ elektrodynamische<br />
Auswirkungen<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 38 -
Blitzstromparameter<br />
Stromquadrat-Zeitintegral ∫i ∫i 2 2 dt dt<br />
∫i ∫i 2 2 dt dt = 10 10 3 3 A 2 2 s ... ... 10 10 7 7 A 2 2 s<br />
50%-Wert ≈ 2·10 2·10 4 4 A 2 2 s<br />
Häufigkeit der Stromquadrat-Zeitintegrale (1: alle Blitze aus 206 Messungen; 2: negative<br />
Teilblitze; 3: positive Teilblitze)<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 39 -
Blitzstromparameter<br />
Grundsätzlicher Unterschied negative // positive Blitzentladung bzgl. bzgl.<br />
•• des des zeitlichen Verlaufs<br />
•• des des Auftretens von von Teilblitzen<br />
•• der der Amplitude<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 40 -
Blitzschutzmaßnahmen<br />
Festlegen von von definierten Blitzeinschlagsorten durch durch Fangeinrichtungen<br />
Fangleitungen (Erdseil) an an Freileitungen<br />
Fangstangen, Fangmaschen, Fangleitungen an an Gebäuden<br />
nur nur „äußerer“ Blitzschutz<br />
Blitzschutzzonenkonzept<br />
ENV 61024-1<br />
DIN V VDE 0185 Teil 100<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 41 -
Blitzschutzmaßnahmen<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 42 -
Blitzschutzmaßnahmen<br />
Schutzraumtheorie des des geometrisch-elektrischen Modells (früheres CIGRÉ SC 33)<br />
Hypothesen:<br />
Wenn Wenn sich sich der der Kopf Kopf der der Leitentladung den den Objekten auf auf der der Erde Erde bis bis auf auf eine eine<br />
bestimmte Enddurchschlagstrecke genähert hat, hat, überbrückt die die Fangentladung<br />
die die Enddurchschlagstrecke auf auf dem dem kürzest kürzest möglichen Weg. Weg.<br />
Die Enddurchschlagstrecke h B<br />
besitzt folgende Abhängigkeit vom<br />
Stromscheitelwert des ersten Teilblitzes<br />
h<br />
B<br />
−<br />
î<br />
6,8<br />
= 2⋅î<br />
+ 30 ⋅(1−<br />
e ) h B<br />
in m; î in kA<br />
Je höher die Blitzstromstärke des ersten Teilblitzes, desto größer ist h B<br />
.<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 43 -
Blitzentladung<br />
Entwicklung der der Leitentladung<br />
Je mehr Ladung im Ladungsschlauch<br />
transportiert wird,<br />
desto höher die Bodenfeldstärke.<br />
Je höher die Bodenfeldstärke,<br />
desto größer die von der<br />
Fangentladung überbrückbare<br />
Distanz.<br />
Je mehr Ladung im Ladungsschlauch<br />
transportiert wird,<br />
desto höher aber auch der<br />
Blitzstrom des Hauptblitzes.<br />
Erdfeld wächst!<br />
Je höher der Blitzstrom, desto<br />
größer die Enddurchschlagstrecke!<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 44 -
Blitzschutzmaßnahmen<br />
Schutzraum eines eines Fangstabes<br />
Schutzraum eines Fangstabes der Höhe h < h B<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 45 -
Blitzschutzmaßnahmen<br />
Schutzraum eines eines Fangstabes<br />
Schutzraum wird wird nie nie<br />
größer größer als als der der einer einer<br />
Fangstange der der Höhe Höhe<br />
h = h B<br />
!<br />
B<br />
!<br />
Schutzraum eines Fangstabes mit h > h B<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 46 -
Blitzschutzmaßnahmen<br />
Schutzraum einer einer Fangleitung<br />
Schutzraum einer Fangleitung mit der Aufhängungshöhe h < h B<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 47 -
Blitzschutzmaßnahmen<br />
Schutzraum einer einer Fangleitung<br />
Schutzraum einer Fangleitung mit der Aufhängungshöhe h > h B<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 48 -
Blitzschutzmaßnahmen<br />
Schutzraum einer einer Fangleitung<br />
h B<br />
h = h B<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 49 -
Blitzschutzmaßnahmen<br />
Schutzraum einer einer Fangleitung<br />
h B<br />
h > h B<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 50 -
Blitzschutzmaßnahmen<br />
Schutzraum einer einer Fangleitung<br />
h B<br />
h = h B<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 51 -
Blitzschutzmaßnahmen<br />
Schutzraum einer einer Fangleitung<br />
Optimum for h = h B<br />
h B<br />
h < h B<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 52 -
Blitzschutzmaßnahmen<br />
Blitzkugelmethode<br />
Alle schraffierten Flächen müssen durch<br />
Fangeinrichtungen geschützt werden.<br />
Anwendung der Blitzkugel-Methode bei der Blitzschutzplanung von Gebäuden<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 53 -
Blitzschutzmaßnahmen<br />
Blitzkugelmethode<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 54 -
Blitzschutzmaßnahmen<br />
Blitzkugelmethode<br />
Anwendung der Blitzkugelmethode: solange die<br />
Blitzkugel nur die Fangstangen, nicht jedoch das<br />
Gebäude berührt, ist die Schutzwirkung ausreichend.<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 55 -
Blitzschutzmaßnahmen<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 56 -
Blitzschutz von Freileitungen<br />
Anwendung der der Blitzkugelmethode<br />
h B<br />
i = i grenz<br />
Leiterseile geschützt!<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 57 -
Blitzschutz von Freileitungen<br />
Anwendung der der Blitzkugelmethode<br />
h B<br />
i > i grenz<br />
Leiterseile geschützt!<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 58 -
Blitzschutz von Freileitungen<br />
Anwendung der der Blitzkugelmethode<br />
h B<br />
i < i grenz<br />
Leiterseile nicht nicht geschützt!<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 59 -
Blitzschutz von Freileitungen<br />
Anwendung der der Blitzkugelmethode<br />
Höheres Erdseil<br />
h B<br />
i < i grenz<br />
Leiterseile nicht nicht geschützt!<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 60 -
Blitzschutz von Freileitungen<br />
Anwendung der der Blitzkugelmethode<br />
Doppeltes Erdseil<br />
h B<br />
i < i grenz<br />
Leiterseile geschützt!<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 61 -
Blitzschutz von Freileitungen<br />
Ermittlung maximaler Blitzstromamplituden bei bei Leiterseileinschlägen<br />
(Eine der möglichen Vorgehensweisen)<br />
b<br />
Anmerkung: Cigré empfiehlt eine<br />
etwas abweichende Methode siehe<br />
Vorlesung "Isolationskoordination"; dort<br />
auch weitere Details zum Blitzschutz<br />
von Freileitungen<br />
E<br />
L<br />
h B<br />
a<br />
h B<br />
ist<br />
B<br />
ist die die maximale Enddurchschlagstrecke<br />
für für einen einen direkten<br />
Leiterseileinschlag.<br />
θ S<br />
"Schirmwinkel"<br />
a = Ort aller Punkte<br />
gleicher Abstände<br />
zum betrachteten<br />
Leiterseil und zur<br />
Erde<br />
Dementsprechend ist ist der der zu zu h B<br />
gehörighörige<br />
Strom Strom der der maximale Strom, Strom,<br />
B<br />
ge-<br />
der der bei bei einem einem direkten Leiterseileinschlag<br />
auftreten kann. kann.<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 62 -
Blitzschutz von Freileitungen<br />
Ermittlung der der Einschlaghäufigkeit in in Freileitungen<br />
1<br />
i<br />
i grenz<br />
Multiplikation der Auffangbreite<br />
mit der Freileitungslänge:<br />
⇒ Auffangfläche der Freileitung<br />
Multiplikation der Auffangfläche<br />
mit der Einschlagdichte Ng:<br />
⇒ Einschlaghäufigkeit in die<br />
Freileitung für Strom i 1<br />
h B,E,1<br />
h B,L,1<br />
2<br />
3<br />
i 1<br />
Ermittlung für jede Stromhöhe:<br />
⇒ Einschlaghäufigkeit in die<br />
Freileitung allgemein<br />
Auffangbreite des Leiterseils<br />
b E,1<br />
b L,1<br />
Auffangbreite des Erdseils<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 63 -
Blitzschutz von Freileitungen<br />
Ermittlung der der Einschlaghäufigkeit in in Freileitungen<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 64 -
Blitzschutz von Freileitungen<br />
Ermittlung der der Einschlaghäufigkeit in in Freileitungen<br />
Gut!<br />
Schlecht!<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 65 -
Blitzschutz von Freileitungen<br />
Rückwärtiger Überschlag<br />
i B<br />
= 2·i E<br />
+ i M<br />
u M<br />
= i M·R M<br />
R M<br />
...<br />
M<br />
... Maststoßerdungswiderstand<br />
u Isol.<br />
= u M<br />
- u L<br />
Bei ungünstiger Phasenlage:<br />
u Isol.<br />
= u M<br />
+ |u L<br />
|<br />
Falls<br />
u Isol.<br />
> u ü, Stoß<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 66 -
Blitzschutz von Freileitungen<br />
Rückwärtiger Überschlag<br />
Abhilfe: Abhilfe: R M<br />
kleiner<br />
M<br />
kleiner 10 10 Ohm Ohm<br />
sonst: sonst: Leitungsableiter<br />
Ohne Funkenstrecke<br />
Mit Funkenstrecke<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 67 -
Blitzschutz von Freileitungen<br />
Leitungsableiter<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 68 -
Blitzschutz von Freileitungen<br />
Rückwärtiger Überschlag<br />
Stromaufteilung auf benachbarte Masten nach einem Masteinschlag bzw. einem Einschlag in das Erdseil<br />
in Spannfeldmitte; gleiche Maststoßerdungswiderstände angenommen<br />
<strong>Fachgebiet</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong><br />
<strong>Hochspannungstechnik</strong> / Kapitel11 - 69 -