Stromstoß

Power Surge ist ein populistischer Name für verschiedene Arten von Einbrüchen und Spannungsspitzen im Versorgungsnetz. Der Begriff wird in der wissenschaftlichen und professionellen Literatur nicht gefunden.

Allgemeine Informationen

Stromausfälle sind normalerweise nicht gefährlich. In der Literatur werden Aufstiege berücksichtigt. Der Begriff Sprung bedeutet eher eine schnelle Veränderung. Optisch spiegelt sich dies im Blinken der Birnen wider. LED- und Gasentladungs-Beleuchtungsgeräte werden von Treibern mit Strom versorgt und zeigen keine Leistungsänderungen nach Spannungsschwankungen. Zumindest wird dies viel schwächer ausgedrückt.

In der gegenwärtigen Ära wäre daher der Ausdruck, dass die Spannung springt, nicht entstanden. Ein starker Effekt wird in Garagengenossenschaften festgestellt, in denen einzelne Schweißmaschinen normwidrig eingesetzt werden. Sie verbrauchen beträchtlichen Strom aus dem Netzwerk. Die Kapazität des lokalen Transformators ist begrenzt, ein Spannungsausfall tritt auf. Die traurigen Konsequenzen kommen in der Regel nicht vor, so

, und der Spannungsanstieg wird durch verschiedene Faktoren verursacht. Der Potentialunterschied wächst so schnell, dass er manchmal die elektrische Isolierung durchbricht. Das Phänomen wird nicht als Anstieg bezeichnet, sondern als Überforderung. Je nach den Faktoren, die die Situation verursacht haben, werden folgende Faktoren unterschieden:

1. Interne Überspannungen, die auftreten, wenn das Gerät ein- und ausgeschaltet wird. Dies gilt insbesondere für induktive Lasten, die eine erhebliche Menge an Energie speichern können: Motoren, Transformatoren. Die Kondensatorkompensationsblöcke verursachen auch Überspannung oder Sinken. Bei der Regulierung der Reaktanz macht sich eine starke Energieabsorption oder -rückführung bemerkbar.
2. Atmosphärische Überspannungen werden in den Leitungen durch Blitze, Bogenentladungen und Millionen Volt verursacht. Richtig, in kurzer Zeit - zehn Mikrosekunden. Interne Überspannungen sind viel länger - 50-100 ms.

Interne Überspannungen überschreiten nicht mehr als das 2,5 - 3,5 - fache.

Gewitter

Noch heute gibt es keine einzige Theorie darüber, was in Gewitterwolken geschieht. Die Studie umfasste mehr Benjamin Franklin und Lomonosov. Die Intensität der Erdatmosphäre beträgt 100 V / m. Ein Merkmal der Erde ist die Zunahme der Anzahl freier Ladungsträger mit der Höhe. Dies wird durch kosmische Strahlung erklärt, die sogar von der Sonne ausgeht. In einer Höhe von 80 km ist die Luftleitfähigkeit trotz ihrer geringen Dichte 3 Milliarden Mal höher als an der Oberfläche des Planeten. Dies ist vergleichbar mit Süßwasser.

Physiker repräsentieren die Erde als großen Kugelkondensator. Eine Auskleidung wird zur Oberfläche des Bodens, die zumindest den elektrischen Strom leitet, und die zweite - die Ionosphäre. Das Dielektrikum ist eine atmosphärische Luftschicht. Das Universum belastet die Kräfte der Natur mit dieser gigantischen Kapazität und provoziert zahlreiche Prozesse, die auf verschiedenen Höhen stattfinden.

Zwischen dem Boden und der Höhe von 80 km erreicht die Spannung 200.000 V, was eine Kleinigkeit ist, verglichen mit dem, was in einer Gewitterwolke durch Elektrifizierung erreicht wird. Zwischen Himmel und Erde gibt es ständig einen Strom von 1400 A, aber die Dichte ist aufgrund der großen Fläche des Planeten gering. Multiplizieren Sie zwei Größen und finden Sie die Leistungskomponente von 300 MW.

Während der Reibung sammeln sich in Gewitterwolken kostenlose Ladungen an. Unter dem Einfluss des Erdfeldes werden sie stratifiziert. Dies geschieht in der Elektrophorie. Wenn Luft nach und nach leitet, wird reines verdampftes Wasser als Isolator mit einem Permeabilitätskoeffizienten von 81 angesehen. Eine lockere Wolke bildet sich ähnlich einem Leiter in einem elektrischen Feld. Die Ladungen auf der Oberfläche werden verteilt, um die angewendete äußere Belastung auszugleichen.

Der Wind beginnt zu blasen, die Feuchtigkeit steigt vom Boden auf und es bilden sich viele kleine Tröpfchen. Auf ihrer Oberfläche führt die starke Krümmung der Form zu einer erhöhten Spannung, wodurch die positiven Ladungen zur Oberfläche des Planeten fließen und die negativen Ladungen in Richtung der Ionosphäre steigen. Der Kondensator wird aufgeladen und seine Energie wird durch Verwendung eines Dielektrikums in Form einer Wolke multipliziert. Als Ergebnis erreicht die Spannung an der Wolkenoberfläche 30 kV / cm. Dies ist das Zehntausendefache des Normalwerts.

Die Wolke ist zu schwer, um aufzusteigen, und in Kontakt mit der Ionosphäre wird der Hauptschock von der Erde aufgenommen. Die Ionisierung beginnt an der Oberfläche der Wolke, dann bewegt sich der Bogen entlang einer beliebigen Flugbahn in Richtung weniger Widerstand. Solange die Wolke ein Dielektrikum ist, ist der Weg meistens geschlossen, der Blitz fällt zu Boden.

Die Spitzen von geerdeten Objekten haben Nullpotential und werden häufig zum Ziel. Ein nasser Baum führt eine gute Ladung aus und dient daher als der Punkt des wahrscheinlichsten Treffers. Die resultierende Lichtbogen- und Stufenspannung tötet alles, was sich in der Nähe befindet. Oft wird das Ziel zu einem Pol oder Blitzableiter. Unglaubliche elektromagnetische Felder erzeugen starke Abnehmer in der Leitung, die Überspannung verursachen. Daher ist es erforderlich, die Elektronik während eines Gewitters auszuschalten.

Atmosphärische Überspannung

Qualitative Beschreibung des Blitzstoßes

Die Form eines Gewitterstrompulses hat die Form eines Dreiecks mit einer stark ansteigenden Front und einem relativ leichten Abfall. Der gesamte Vorgang dauert Dutzende Mikrosekunden. Der Stromimpuls kann eine Amplitude von 200 kA haben, was einen proportionalen Spannungsanstieg über der Last proportional zu der Größe der Widerstände dieser Abschnitte bewirkt.

Die Leitung und der Verbraucher bilden einen Widerstandsteiler. Abhängig von dem Verhältnis ihrer Widerstände wird der Gesamteffekt berechnet. Zum Beispiel fließt bei einer negativen Spannung der Transformatorstrom in seine Richtung, weil das Himmelspotential höher ist als jede der von der Menschheit verwendeten Spannungsklassen. Die Blitzentladung besteht aus einer Reihe schneller Impulse, die aus drei Teilen bestehen:

1. Ein relativ kleiner, langer, gleichmäßig ansteigender Strom des Leiters.
2. Der Hauptimpuls, kurz, kraftvoll.
3. Afterglow-Segment. Stellt eine allmähliche Abnahme des Stroms auf Null dar, wird der vordere Teil entlang der Zeitachse reflektiert.

Impulse in einem Bündel können bis zu 20 sein, aber häufiger - zwei oder drei - nimmt die Amplitude allmählich ab. Sobald eine Wolke ein Dielektrikum ist, erscheint die Entladung eines Blitzes als Fluss von Elektronen zur Erde. Nach dem ersten Peak nimmt die Oberflächendichte stark ab, und Träger stürzen aus anderen Teilen der Wolke. Das Potenzial wächst wieder, entlang des frischen Weges ionisierter Luft strömt es wieder herunter. Dies geschieht, bis die Spannung der Wolke an die Grenze fällt, an der die Bogenentladung unmöglich ist.

Lightning tritt gleichzeitig an zwei Stellen auf. Wenn sich der Elektronenstrom nach unten bewegt, elektrisiert er die Erde mit Einfluss und die resultierende Potentialdifferenz ionisiert die Luft in Bodennähe. Zur gleichen Zeit bewegen sich zwei Anführer aufeinander zu:

• ist down - negativ;
• auf - positiv.

In der Regel ist die Funkenstrecke im Verhältnis zu einer bestimmten Höhe minimal: Holz, Mast, Berggipfel. Die Entladung fließt genau hier. Das Potenzial wird durch Dielektrika schlecht verteilt, Blitze treffen auf gut geschützte Objekte, die sich unter dem Potenzial des Bodens befinden. Dies erklärt die Tatsache, dass der Abfluss selten strategisch wichtige Objekte wie Ölseen trifft. Natürlicher Brennstoff ist als Dielektrikum in der Lage, eine Ladung zu akkumulieren, leitet sie jedoch schlecht.

Der Blitz trifft oft den Ozean. Meerwasser gilt als hervorragender Elektrolyt, Wasserkörper können nicht im Zusammenhang mit Öl betrachtet werden. Nun können sich die Leser leicht vorstellen, wozu der Ölfleck auf dem Wasser führt. Sie sagen, das Öl sei noch schlimmer: Seine Schicht ist entlang der Flugbahn des Golfstroms gesunken und befindet sich jetzt mitten im Ozean.

Die in der Abbildung gezeigten Impulse sind nicht symmetrisch. Ihre Front ist steiler als eine Rezession. Die Parameter der Impulse sind in der Tabelle dargestellt, oft beobachtet und maximale Abweichungen in beide Richtungen. Laut Statistik erreichen nur 2% der Blitzströme einen Wert von 100 kA, die Hälfte davon liegt im Bereich von bis zu 18 kA.

Folgen von Blitzeinschlägen

Es wurde festgestellt, dass die Entladung die Drähte von Kommunikationsleitungen oder kleinen Sicherungen schmelzen kann. Trotz der kurzen Dauer tragen die Impulse beträchtliche Energie. Durch Blitze hervorgerufene Überspannungen werden in zwei Kategorien unterteilt:

1. Direktschlag.
2. Induzierter Strom.

Die Stärke der Überspannung wird durch den Blitzstoßstrom und die Steilheit der Front beeinflusst. Mit einer direkten Auswirkung auf das Ohm'sche Gesetz ist es möglich, eine Spannung zu finden. Angenommen, der Leitungswiderstand beträgt 10 Ohm und die Eingangsimpedanz des Fernsehgeräts beträgt 500 Ohm. Mit einem Stromimpuls von 20 kA erhalten wir die Spannung an der Last U = 500 x 20.000 / 510 = 19,6 kV.Es ist klar, dass eine solche Bedrohung nicht vernachlässigt wird. Auf den Stromleitungen sind die Drähte durch Blitzableiter geschützt. Je nach Spannungsklasse sind die Ereignisse unterschiedlich.

Zusätzlich zum direkten Aufprall wird das mögliche Schleudern durch das Phänomen der Stufenspannung verursacht. Der Draht ist normalerweise über einen Nullleiter mit der Erde verbunden, jede Säule der Stromleitung ist geerdet. Infolgedessen werden Brücken gebildet, durch die Strom in die Metallteile der Ausrüstung fließt. Deshalb wird der Mast mit einer Reihe von Isolatoren geliefert. Vorsichtsmaßnahmen sparen jedoch nicht, und die Ströme von Arago-Foucault werden in der Leitung induziert, was zu Stromstößen führt. Der Wert wird gemäß der in der Abbildung dargestellten Formel berechnet( im Zähler den Blitzstrom und die Höhe der Leitungsaufhängung, im Nenner die Entfernung vom Auftreffpunkt bis zum Pfad der Stromleitungsverlegung).

Um den Schaden weiter zu reduzieren, wird empfohlen, die Wellenimpedanz einer Leitung von 400 Ohm zu nehmen und zu verdoppeln( Phasenteilung) - 250. Dann wirkt die Dämpfung der reaktiven Widerstände mit den beobachteten Blitzentladungskennwerten auf 50 Hzvergeht mit kleinen Verlusten. Die charakteristische Impedanz wird als Quadratwurzel des Verhältnisses des induktiven Teils der Impedanz zur Kapazität berechnet.

Bei einer Unterbrechung einer Linie strahlt eine vom Blitz erzeugte Welle in den Weltraum. Wenn am Ende ein Kabel mit einer Impedanz von 50 Ohm vorhanden ist, wird ein Teil der Energie reflektiert. Die verbleibende Welle wird auf dem Weg zum Verbraucher gebrochen. Die Reflexions- und Brechungsgesetze werden durch Impedanzen( Wellenimpedanzen der Leitungen) beschrieben. Um die Frequenz von 50 Hz( oder einem anderen Bereich) sicherzustellen, werden passende Geräte verwendet.

Überspannungsbedingte Überspannung, die gefährlichste und bedeutendste Amplitude. Die Berücksichtigung anderer Spannungsstöße in der Praxis wird nicht durchgeführt. Sofern die Leitung über eine geeignete Isolierung der Drähte zum Schutz vor Blitzeinschlägen verfügt, wurden andere obligatorische Maßnahmen ergriffen. Die Spannungsfestigkeit des Dielektrikums wird durch die maximale Feldstärke bestimmt.

Hier gibt es ein riesiges Paradoxon: Bei stromschwachen Leitungen ist die Gefahr höher. Die geringe Krümmung der Drähte erhöht das elektrische Feld stark. Isolatoren aus verschiedenen Materialien, die in Mehrschichtstrukturen verwendet werden, sind so ausgelegt, dass sie nach Möglichkeit die gleiche Kapazität haben. Andernfalls tritt eine erhebliche Verzerrung auf( siehe serielle Verbindung von Kondensatoren).Was die Gesamtspannung verringert, hält einem Mehrschichtisolator ohne Ausfall stand.