Blitz- und Überspannungsschutz
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Elektrotechnik
Magnetische Kräfte an den von Blitzstoßströmen durchflossenen Leitern
ep3/1999, 1 Seite
Elektropraktiker, Berlin 53 (1999) 3 217 Schutzmaßnahmen 1 Richtungen und Größen der Kräfte Stromdurchflossene parallele Leiter unterliegen magnetischen Kräften, die bei gleicher Stromrichtung anziehend, bei gegensinniger Richtung abstoßend wirken. Diese Kräfte können mit Gl. (5) berechnet werden, die sich aus der Grundgleichung (1) durch das Einsetzen der magnetischen Feldkonstante µ0 nach Gl. (2), durch das Erweitern des ersten Bruchs der Gl. (3) mit den beiden Seiten der Einheitengleichung (4) und durch Kürzen dieses Bruchs ergibt. (1) µ0 = 4·10-7 Vs/Am (2) (3) (4) (5) F Kraft (Augenblickswert) µ0 magnetische Feldkonstante (auch „Induktionskonstante“ genannt) l Länge der betrachteten Parallelführung der Leiter a Abstand der parallelgeführten Leiter i1, i2 Stromstärken (Augenblickswerte) Rechenbeispiel: l = 180 mm; a = 18 mm; i1 = i2 = 25 kA F = 1250 N Alle von Zweigströmen des Blitzstoßstromes durchflossenen Geräte und Leiter sind von solchen Kraftwirkungen betroffen. Im Beispiel vom Bild sind es die Blitzstromableiter, deren Anschlußleiter, die Hauptleitung, die Hausanschlußsicherungen und die Hausanschlußleitung. Wegen gleicher Stromrichtung wirken die Kräfte anziehend. Nachstehend wird anhand des Bildes festgestellt, welche Kraft am Leiter 1 zwischen den Blitzstromableitern und der Hauptleitung auftritt. In allen vier Leitern tritt gleichzeitig der Scheitelwert des Zweig-Stoßstromes IZZ auf. Der Leiter 1 wird von den drei anderen Leitern angezogen (dicke Kraftpfeile im Bild ). Die auf den Leiter 1 wirkende Gesamtkraft F1 errechnet sich: (6) Rechenbeispiel: l = 180 mm; a12 = 18 mm; a13 = 36 mm; a14 = 54 mm; IZZ = 25 kA F1 = 2·10-7 AN-2·(10 + 5 +3,33)·252·106 A2 F1 = 2291 N Eine Umrechnung in die veraltete Krafteinheit Kilopond1) ergibt: Das Beispiel zeigt, welch immense Kraft auftreten kann. Ihm liegt allerdings der sehr große Zweig-Stoßstrom IZZ von 25 kA ([1], Abschn. 7.1, Tafel 4) zugrunde, der in der Praxis selten auftritt und kaum überschritten wird. Die von Folgeströmen erzeugten Kräfte erreichen aus folgenden Gründen nicht annähernd diese Größe: a)Folgeströme bleiben wegen der begrenzenden Wirkung der Blitzstromableiter kleiner als die prospektiven (unbeeinflußten) Kurzschlußströme. 2291 9 81 234 = = N kp 7 2 2 10 180 180 180 25 10 = + ( ) - - I ZZ 7 2 12 13 14 2 10 = + + - - F = ( ) - - 2 10 180 25 10 7 2 3 i i = - - 2 10 7 2 1 2 N A i i 4 10 1 2 V s Nm Am V A s 1 1 i i 4 10 1 2 V s i i = 1 2 Magnetische Kräfte an den von Blitzstoßströmen durchflossenen Leitern E. Hering, Dresden Die nachstehenden Darlegungen erweitern die Aussagen des Beitrags „Blitzschutz-Potentialausgleich, Trennfunkenstrecken und Blitzstromableiter“ [1] hinsichtlich der magnetischen Kräfte an Leitern, die von Zweigströmen der Blitzstoßströme durchflossen werden. Sie betreffen ferner Maßnahmen für die Minimierung dieser Kräfte und für den Schutz vor deren schädlichen Auswirkungen, insbesondere auf die Anschlußleitungen der Blitzstromableiter. Dipl.-Ing. (FH) Enno Hering ist Mitglied des AK „Starkstromanlagen bis 1000 V“ des VDE-Bezirksvereins Dresden. Autor 1) Die Krafteinheit kp (Kilopond) ist gleich der Erdanziehungskraft, die (bei einer Erdbeschleunigung von 9,81 ms-2) auf die Masse von 1 kg einwirkt (1 kp = 9,81 N). HAS HAL IZZ IZZ IZZ IZZ BAS PAS PEN äußerer Blitzschutz Erder IG - IZ BA BA BA DK a12 a23 a34 a13 a14 F21 F31 F41 F12 F32 F42 F13 F14 F23 F24 F2 F3 F43 F34 F1 = F12 + F13 + F14 IZZ IZZ IZZ IZZ 1 (L1) 2 (L2) 3 (L3) 4 (PEN) zur PAS Verzweigung des Blitzstoßstroms beim Direkteinschlag in den äußeren Blitzschutz eines Hauses mit Hauptleitung im TN-C-System BA einfache oder folgestrombegrenzende Blitzstromableiter; BAS Vorsicherung für BA; HAL Hausanschlußleitung; HAS Hausanschlußsicherung; HL Hauptleitung; IG gesamter Blitzstoßstrom; IZ über die Hausanschlußleitung zu fernen Erdern fließender Zweig-Stoßstrom; IZZ pro Ader der Hausanschlußleitung und pro Blitzstromableiter fließender Zweig-Stoßstrom Magnetische Kräfte an parallelen Leitern bei Blitzstromableitern l Länge der Parallelführung; a12, a13, a14 Abstände, F1, F12, F13, F14 usw. Kräfte; DK Durchgangsklemme
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Autor
- E. Hering
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