Überspannungen

Ladungstrennung in der Wolke → elektrische Spannung entsteht

▪ Überschreiten der Durchbruchsfeldstärke → Leader-Entladung in der Wolke

▪ Ionisierende Kanal kann wegen Ladungsmangel nicht stetig weiterwachsen

▪ Ladungsträger fließen nach (10 − 100𝜇𝑠) → stufenartiges Vorwachsen (𝑣 = 300 𝑘𝑚

𝑠 )

▪ Stufenentladung → starke Feldüberhöhungen in Nähe der Erdoberfläche

▪ Befindet sich Leader einige 10 m vor der Erdoberfläche → Durchschlag

▪ Mehrere Nachfolgeblitze mit geringerer Stromamplitude möglich (in kA)

1) Direkter Schlag – Leitung

Der Blitzeinschlag entspricht einer hochohmigen

Stromquelle. Die Last hingegen ist stromunabhängig und

es entsteht eine Spannung zwischen Leitung und Erde.

𝑢(𝑡) = 𝑖(𝑡) ∙ 𝑍𝐶 ∙ 1/2

(2) Direkter Schlag – Mast

Der Blitzeinschlag entspricht einem eingeprägten Strom (= Stromquellenverhalten). Dieser Strom

ruft gemäß 𝑈 = 𝑅 ∙ 𝐼 über dem Erdungswiderstand 𝑅𝐸 eine Potentialanhebung des Mastes

hervor. Die Potentialanhebung (resultierende Spannung am Mast) hängt somit näherungsweise

proportional vom Erdungswiderstand ab.

Vor allem bei Phasenopposition zwischen Phasenleitern und erzeugtem

Mastpotential kann die resultierende Spannungsbeanspruchung für den

Isolator zu groß sein und damit die Blitzstoßfestigkeit des Isolators

überschritten werden. Ein Überschlag vom Mast in das Phasenseil tritt ein

(„rückwärtiger Überschlag“).

𝑈𝑝𝑜𝑡 ,𝑀𝑎𝑠𝑡 = 𝑅𝐸 ∙ 𝐼̂ 𝑈𝑝𝑜𝑡,𝑀𝑎𝑠𝑡 = 𝑈𝐿𝐼𝑊𝑉 − 𝑈𝑙𝑒𝑖𝑡𝑢𝑛𝑔 ∙ √2/√3

(3) Induzierte Spannung – Selbstinduktion

Trifft der Blitz auf einen Blitzableiter (z.B. bei einem Haus), wird dieser gen Erde abgeleitet.

Wichtig hierbei ist, kleine Biegeradien zu vermeiden, da sonst die induzierte Spannung ansteigt:

𝑢̂ = 𝐿 ∙ (𝑑𝑖

𝑑𝑡)𝑚𝑎𝑥

𝑢𝑚𝑎𝑥 = 𝑀 (𝑑𝑖

𝑑𝑡)𝑚𝑎𝑥

Lediglich von der Stromstärke des Blitzes

Wenn die Isolationsspannung des Isolators kleiner ist als die Impulsspannung des Blitzes

Die Wiedereinschaltspannung ist die Spannung, die nach einer Stromunterbrechung an den Klemmen auftritt. Sie ist ein kritischer Parameter für die Fehlunterbrechung durch einen Hochspannungsleistungsschalter. Ihre Eigenschaften (Amplitude, Anstiegsgeschwindigkeit) können entweder zu einer erfolgreichen Stromunterbrechung oder zu einem Ausfall (Wiederzündung) führen.

Die TRV hängt von den Eigenschaften des an den beiden Klemmen des Leistungsschalters

angeschlossenen Netzes und von der Art des Fehlers ab, den der Leistungsschalter ausschalten muss.

Wenn eine Hochspannungsleitung nicht oder nur wenig mit Strom belastet wird und ihre Kapazität

nicht durch geeignete Maßnahmen kompensiert wird, kann die elektrische Spannung am Ende der

Leitung unter Umständen wesentlich höher werden als die am anderen Ende angelegte Spannung.

Das Auftreten von Überspannungen lässt sich nicht verhindern, aber man kann sich vor den

schwerwiegenden Folgen schützen durch geeignete Überspannungsschutzmaßnahmen.

▪ Einbau von Hochspannungs-Drosseln (Reduzierung Ferranti)

▪ Entladen durch induktive Spannungswandler oder (vorübergehende / temporäre) Einfügen

von Widerständen, Abschalten / Widereinschalten von Leitungen

▪ Dämpfung durch (Last-) Widerstände

▪ Synchrones Schalten & Synchronisiertes Laden an beiden Enden der Linie

▪ Begrenzung der Überspannung durch Überspannungsableiter