Was ist eine Spannungsüberhöhung

Was ist eine Spannungsspitze?

Definition

Eine Spannungsspitze wird definiert als ein plötzlicher und übermäßiger Anstieg der Spannung, der die elektrischen Geräte in einer Installation beschädigen kann. Überspannungen in Stromleitungen treten aufgrund eines Anstiegs der Spannung zwischen den Phasen oder zwischen einer Phase und Erde auf. Spannungsspitzen werden hauptsächlich in zwei breite Kategorien unterteilt: interne und externe Spannungen.

Arten von Spannungsspitzen

Überspannungen in einem Kraftwerk können durch interne Störungen oder atmosphärische Phänomene ausgelöst werden. Basierend auf dem Ursprung dieser Überspannungen werden Spannungsspitzen in zwei Hauptkategorien eingeteilt:

• Interne Überspannung

• Externe Überspannung

Interne Überspannung

Wenn die Spannung innerhalb eines Stromnetzes unabhängig von ihrem Nennwert ansteigt, spricht man von interner Überspannung. Interne Überspannungen können transitorisch, dynamisch oder stationär sein. Wenn die Überspannungswelle transitorisch ist, hat ihre Frequenz keinen Bezug zur normalen Systemfrequenz und sie dauert in der Regel nur wenige Zyklen an.

Transitorische Überspannungen können durch das Schalten von Schaltgeräten beim Umschalten induktiver oder kapazitiver Lasten verursacht werden. Sie können auch erzeugt werden, wenn sehr kleine Ströme unterbrochen werden oder wenn eine Phase eines Systems mit isoliertem Neutralleiter plötzlich geerdet wird.

Dynamische Überspannungen treten bei der normalen Systemfrequenz auf und dauern nur einige Sekunden an. Diese können entstehen, wenn ein Generator getrennt wird oder wenn plötzlich ein großer Teil der Last abgeworfen wird.

Stationäre Überspannungen treten bei der Systemfrequenz auf und können für einen längeren Zeitraum, manchmal bis zu einer Stunde, anhalten. Solche Überspannungen entstehen, wenn ein Erdfehler an einer Leitung über einen längeren Zeitraum anhält. Sie können auch durch die Erdung des Neutralleiters über einen Bögenunterdrückungsspule verursacht werden, was zu einer Überspannung an den gesunden Phasen führt.

Diese internen Überspannungen können drei bis fünf Mal die normale Phasen-Stern-Spitzenspannung des Systems überschreiten. Für Geräte mit geeigneter Isolierung sind sie jedoch relativ weniger schädlich.

Interne Überspannungen werden hauptsächlich durch die folgenden Faktoren verursacht:

• Schaltvorgang an Leerleitungen: Während Schaltvorgängen, wenn eine Leitung an eine Spannungsquelle angeschlossen wird, werden Laufwellen initiiert. Diese Wellen laden die Leitung schnell auf. Im Moment der Trennung kann die Spannung dieser Wellen instantan eine Größe erreichen, die nicht mehr als das Doppelte der Versorgungsspannung beträgt.

• Plötzliche Öffnung der Belastungsleitung: Wenn die Last auf einer Leitung plötzlich entfernt wird, wird eine transiente Spannung mit dem Wert e = iz0 erzeugt. Hierbei repräsentiert i den momentanen Wert des Stromes zum Zeitpunkt des Leitungsschnitts, und (z0) ist der natürliche oder Stoßwiderstand der Leitung. Die transiente Überspannung auf der Leitung ist unabhängig von der Leitungsspannung. Daher ist ein Niederspannungsübertragungssystem genauso wahrscheinlich, Überspannungen derselben Größenordnung wie ein Hochspannungssystem zu erleben.

• Isolierungsversagen: Ein häufiges Vorkommen ist der Isolierungsbruch zwischen der Leitung und der Erde. Wenn die Isolation versagt, fällt das Potential am Fehlerpunkt plötzlich von seinem maximalen Wert auf Null. Dies führt zur Erzeugung einer negativen Spannungswelle mit einer sehr steilen Front in Form von Spitzen, die sich in beide Richtungen ausbreiten.

Externe Überspannungen

Überspannungen, die durch atmosphärische Entladungen wie statische Entladungen oder Blitzschläge verursacht werden, werden als externe Überspannungen bezeichnet. Externe Überspannungen können erheblichen Stress auf die Isolierung elektrischer Geräte ausüben. Die Intensität dieser Spannungen variiert je nach Art des Blitzereignisses.

Die Intensität des Blitzes hängt davon ab, wie direkt die Stromleitung getroffen wird. Dies kann direkt durch den Hauptentladungsstrahl, direkt durch einen Zweig oder Streifen oder aufgrund der Induktion durch einen Blitz, der in der Nähe, aber ohne Kontakt zur Leitung vorbeizieht, erfolgen.

Anlagen in einem Kraftwerk können hauptsächlich in zwei Arten klassifiziert werden. Eine Art ist elektrisch exponiert, d.h. die Apparate sind direkt den Überspannungen atmosphärischer Herkunft ausgesetzt. Die andere Art ist elektrisch nicht exponiert und daher nicht von dieser Art von Überspannung betroffen.