Blitzeinschlag Transient über Trafos

Hallo Henry.

Ja, Richtig. Ich habe so Teile (2 in Reihe) eine Zeitlang dienstlich als Schaltfunkenstrecke bei einer Zündspannungserzeugung missbraucht. War aber die 5kV Ausführung. "Echte Schaltfunkenstrecken" waren für kleines Geld und ohne gute Kontakte ins Verteidigungsministerium nicht mehr zu kriegen. In der Anordnung machten Sie elektromagnetische Unverträglichkeit wie ein Poltergeist und zickten auch sonst rum. Das Ganze wird nun zum Glück anders gemacht.

Aber der offene Raum bei Anschlussklemmen ist auch ein Gasüberspannungsableiter. Nur nicht so gut definiert...... Die Klemmendose begrennzt damit eben auch Deine Spannung......wenn der Strom dabei nicht zu hoch wird.

Richtig. Aber ich traue diesen Schirmwicklungen nicht so. Besser ist ein rechteckiger Kern, auf der einen Schmalseite die Primärwicklung, und auf der gegenüberliegenden die Sekundärwicklung. Schirmwicklungen haben wieder Induktivität und können nur relativ wenig Strom wegbringen, im vergleich zum Eisenkern. Folien sind schon besser.

Weil vieles davon nicht in den Vorlesungen über allgemeine E-technik oder Grundlagen erzählt wird, sondern z.B. speziell in der Energietechnik und vor allem im Hauptstudium. Im übrigen gilt für Trafos in SNTs das gleiche wie für 50Hz. Sie Physik ist die gleiche. Nur die Parameter sind anders. Drehstrom ist nochmal ne eigene Geschichte.

Naja. Sowas erzählen eigentlich nur alte Profs. Die jungen sind zu ehrgeizig und dynamisch, um sich mit den ganzen kleinen schmutzigen Detais abzugeben, die ganze Projekte zum Kippen bringen können. :-) Und die Studenten wollen und sollen ja fertigwerden, um sich nicht mehr mit Technik rumzuschlagen, sondern als Führungskräfte Entscheidungen zu treffen und viel Geld verdienen. Interesse am Detail? Eher eine Behinderung im Studium (und auch sonst im Leben).

Ist zu einem guten Teil auch berechtigt. Das menschliche Gehirn hat beschränkte Speicherkapazität und Rechenleistung. Irgendwann wird es zuviel. :-(

Ja. In der tat. Wobei hier "Luft" einen guten, nicht ferromagnetischen Isolierstoff meint. Sonst schlägt es über. Aber lasse Mawins Überlegungen bezüglich Gleichtaktstörung nicht ausser acht......d.h. beide Leitungen in die Drossel mit einbeziehen.

Die werden sehr massiv gebaut und haben Überspannungsableiter. Das können klassische Hörnerblitzableiter sein, aber auch Gasableiter oder Varistoren bzw. Kombinationen davon. Einen Überspannungsableiter in einer Höchspannungsschaltanlage erkennst Du von weitem nicht als solchen, weil er im inneren eines großen Isolators untergebracht ist. Innen ist er hohl, und darin sind Scheiben aus dem gleichen Material wie Varistoren gestapelt. Diese wechseln ab mit Zonen, in denen abwechselnd Metallscheiben bzw. Ringe und Ringenaus einem Isoliermaterial gestapelt sind. Das ganze ist dann eine Reihenschaltung von Varistor und mehreren Gasfunkenstrecken. Der Varistor löscht nach Abklingen der Überspannung den Bogenstrom. Die Funkenstrecke ist so aufgeteilt, um die imense Hitze zu verteilen. Der Ableiter hat nur eine begrenze Energiekapazität......mehrere Blitzeinschläge in kurzer Zeit können ihn überlasten. Dann wird er zu heiss und geht kaputt.

Hochspannungsfreileitungen sind recht robust. Bei einem Blitzschlag in ein Leiterseil geht viel über die Isolatoren der nächstgelegenen Masten ab. Die haben dafür geeignete Vorrichtungen in Form von Funkenstrecken und Steuerelektroden. Übergänge von einer Freileitung auf ein Kabel reflektieren wegen des abrupten Überganges des Wellenwiderstandes (ca. 600 Ohm Freileitung / 50 Ohm Erdkabel) eine Blitzüberspannung zu einem großen Teil auf die Freileitung zurück.

Auf die Tour bist Du bis auf die Härtefälle schon viel los.

Bei Transformatoren lässt man sich bezüglich der Wicklungskapazität was einfallen. Die werden durch geschicktes Anordnen der Wicklungen so gebaut, das die Windungs- bzw. Lagenkapazität sich möglichst gleichmäßig verteilt. Bei der Stoßbeanspruchung durch den Blitz wirken diese als kapazitiver Spannungsteiler, und die kleinste Kapazität bekäme die höchste Spannung ab. Desweiteren sieht man zu, das eine Kapazität direkt vom Eingang zur Erde führt.

Es wird in diesem Bereich versucht, die Überspannungen abzuleiten. Darum treten örtlich sehr hohe Leistungen auf. Thermisch und mechanisch wird darum sehr robust gebaut. Die entstehenden Lichtbögen versucht man dann zu löschen (siehe den oben erwähnten Ableiter). Funkenstrecken versucht man so zu bauen, das die magnetischen Kräfte und die Thermik den Bogen auseinanderziehen und zum verlöschen bringen. Im Zweifel muss auch ein Leistungsschalter die Leitung oder den Trafo abschalten. Bei dem wird der Lichtbogen dann durch einen Flüssigkeits oder Gasstrom ausgeblasen. Ein weiteres Stück aus der Trickkiste ist die Petersen Spule. Unter dem Stichwort Erdschlusskompensation ist in Wikipedia ein guter Artikel.

Gegen Transienten aus Blitzen kann man erstmal nicht viel machen. Das Hochspannungsnetz kann aber schon was ab. Passiver Schutz durch Erdseile kommt hinzu. Natürlich wirken auch die Trafos und Leitungssysteme als Tiefpässe. Auf der Niederspannungsseite im Verteilnetzt arbeitet man aber genauso mit etwas feineren Überspannungsableitern wie auf der Hochspannungsseite. Das Netz ist aber auch sehr niederohmig. Eine Spitze läuft schnell in alle Richtungen auseinander, und wird dabei flacher und flacher. Problematischer sind Überspannungen aus Schalthandlungen, z.B. das ein und Ausschalten eines Trafos. Die sind zwar nicht so hoch, dauern aber viel länger an, was die Isolation erheblich beansprucht (Und Gasableiter empfindlicher macht). Dem begegnet man, in dem man schon Ihre Entstehung etwas unterdrückt. Leistungsschalter enthalten nicht nur Vorrichtungen zum Löchen des Lichtbogens, sondern auch Dämpfungswiderstände.

In Drehstromsystemen ohne geerdeten Sternpunkt steigt beim Erdschluss eines Leiters die Erdspannung der nicht betroffenen Leiter um den Faktor Wurzel 3 an, aber Niederspannungsverteilungen sollte das nicht berühren, weil sie in der Regel auf der Niederspannungsseite im Stern geschaltet sind, und dieser Sternpunkt ist dann geerdet (N).

Mit freundlichem Gruß: Bernd Wiebus alias dl1eic

Bernd Wiebus schrieb:

Naja, so habe ich Klemmen noch nicht angesehen.

Nun ja. Lassen wir es so stehen.

Sehr interessant, weiter so...

Darüber hatte ich schonmal gelesen. Klingt alles sehr robust.

Interessant wäre es ja mal eine Pulsserie von heftigen extrem kurzzeitigen praktisch Kurzschlüssen am Netz zu machen. Natürlich rein theoretisch :-)

- Henry