Blitzableiter

Blitzableiteredit

Ein Blitzableiter ist ein Gerät, das in elektrischen Stromversorgungssystemen und Telekommunikationssystemen verwendet wird, um die Isolierung und die Leiter des Systems vor den schädlichen Auswirkungen von Blitzen zu schützen. Der typische Blitzableiter verfügt über eine Hochspannungsklemme und eine Masseklemme.

In der Telegraphie und Telefonie ist ein Blitzableiter ein Gerät, bei dem Drähte in eine Struktur eindringen, um Schäden an elektronischen Instrumenten innerhalb der Strukturen zu verhindern und die Sicherheit von Personen in der Nähe der Strukturen zu gewährleisten., Kleinere Versionen von Blitzableitern, auch Überspannungsschutz genannt, sind Geräte, die zwischen jedem elektrischen Leiter in einem Strom-oder Kommunikationssystem und dem Boden verbunden sind. Sie verhindern den Fluss der normalen Strom-oder Signalströme zur Erde, bieten jedoch einen Weg, über den unter Umgehung der angeschlossenen Geräte Hochspannungsblitzstrom fließt. Ableiter werden verwendet, um den Spannungsanstieg zu begrenzen, wenn eine Kommunikations-oder Stromleitung vom Blitz getroffen wird oder sich in der Nähe eines Blitzschlags befindet.,

Schutz von Stromverteilungssystemenedit

In Oberleitungen von Stromübertragungssystemen können ein oder zwei leichtere Erdungskabel an der Spitze der Masten, Masten oder Türme montiert werden, die nicht speziell zum Senden von Strom durch das Netz verwendet werden. Diese Leiter, die oft als „statische“, „Pilot“ oder „Shield“ – Drähte bezeichnet werden, sind so ausgelegt, dass sie anstelle der Hochspannungsleitungen selbst der Punkt des Blitzabschlusses sind. Diese Leiter sollen die Primärleistungsleiter vor Blitzeinschlägen schützen.,

Diese Leiter sind entweder durch die Metallstruktur eines Pols oder Turms oder durch zusätzliche Erdelektroden, die in regelmäßigen Abständen entlang der Leitung installiert sind, mit der Erde verbunden. In der Regel haben Freileitungen mit Spannungen unter 50 kV keinen „statischen“ Leiter,aber die meisten Leitungen mit mehr als 50 kV. Das Erdungsleiterkabel kann auch Glasfaserkabel für die Datenübertragung unterstützen.

Ältere Leitungen können Überspannungsableiter verwenden, die Leitungsleitungen vor direkter Bindung mit Erde isolieren und als Niederspannungskommunikationsleitungen verwendet werden können., Wenn die Spannung einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, z. B. während eines Blitzabschlusses an den Leiter, „springt“ sie die Isolatoren und geht zur Erde über.

Der Schutz von Umspannwerken ist so vielfältig wie Blitzableiter selbst und oft proprietär für das Elektrounternehmen.

Blitzschutz von Maststrahlernedit

Funkmastheizkörper können durch einen Funkenspalt am Sockel vom Boden isoliert werden. Wenn ein Blitz auf den Mast trifft, springt er in diese Lücke., Eine geringe Induktivität in der Zuleitung zwischen Mast und Abstimmeinheit (normalerweise eine Wicklung) begrenzt die Spannungserhöhung und schützt den Sender vor gefährlich hohen Spannungen.Der Sender muss mit einem Gerät zur Überwachung der elektrischen Eigenschaften der Antenne ausgestattet sein. Dies ist sehr wichtig, da eine Ladung nach einem Blitzschlag verbleiben und den Spalt oder die Isolatoren beschädigen kann.

Das Überwachungsgerät schaltet den Sender aus, wenn die Antenne ein falsches Verhalten zeigt, z.B. infolge unerwünschter elektrischer Ladung., Wenn der Sender ausgeschaltet ist, zerstreuen sich diese Ladungen. Das Überwachungsgerät unternimmt mehrere Versuche, wieder einzuschalten. Wenn die Antenne nach mehreren Versuchen weiterhin ein unsachgemäßes Verhalten zeigt, möglicherweise infolge struktureller Schäden, bleibt der Sender ausgeschaltet.

Blitzleiter und Erdungssicherungenedit

Idealerweise sollte sich der unterirdische Teil der Baugruppe in einem Bereich mit hoher Bodenleitfähigkeit befinden. Wenn das unterirdische Kabel Korrosion gut widerstehen kann, kann es mit Salz bedeckt werden, um seine elektrische Verbindung mit dem Boden zu verbessern., Während der elektrische Widerstand des Blitzleiters zwischen dem Luftanschluss und der Erde von erheblicher Bedeutung ist, könnte die induktive Reaktanz des Leiters wichtiger sein. Aus diesem Grund wird die Downhill-Strecke kurz gehalten und alle Kurven haben einen großen Radius. Wenn diese Maßnahmen nicht ergriffen werden, kann Blitzstrom über ein resistives oder reaktives Hindernis fließen, auf das es im Leiter stößt., Zumindest beschädigt der Lichtbogenstrom den Blitzleiter und kann leicht einen anderen leitenden Pfad finden, z. B. Gebäudeverkabelung oder Rohrleitungen, und Brände oder andere Katastrophen verursachen. Erdungssysteme ohne geringen Widerstand gegen den Boden können immer noch wirksam sein, um eine Struktur vor Blitzschäden zu schützen., Wenn Erdboden eine schlechte Leitfähigkeit aufweist, sehr flach ist oder nicht vorhanden ist, kann ein Erdungssystem durch Hinzufügen von Erdungsstäben, gegenseitigem Leiter (Erdungsring), vom Gebäude abstehenden Kabelradialen oder den Bewehrungsstäben eines Betongebäudes erweitert werden kann für einen Erdungsleiter (Ufererde) verwendet werden. Diese Zusätze reduzieren zwar in einigen Fällen nicht den Widerstand des Systems, ermöglichen jedoch die des Blitzes in die Erde, ohne die Struktur zu beschädigen.,

Es müssen zusätzliche Vorkehrungen getroffen werden, um Seitenblitze zwischen leitfähigen Objekten an oder in der Struktur und dem Blitzschutzsystem zu verhindern. Der Blitzstromstoß durch einen Blitzschutzleiter erzeugt eine Spannungsdifferenz zwischen ihm und allen leitenden Objekten in der Nähe. Diese Spannungsdifferenz kann groß genug sein, um einen gefährlichen Seitenblitz (Funken) zwischen den beiden zu verursachen, der erhebliche Schäden verursachen kann, insbesondere an Strukturen, die brennbare oder explosive Materialien enthalten., Der effektivste Weg, um diesen potenziellen Schaden zu verhindern, besteht darin, den elektrischen Durchgang zwischen dem Blitzschutzsystem und allen Objekten sicherzustellen, die für einen Seitenblitz anfällig sind. Durch eine effektive Verklebung kann das Spannungspotential der beiden Objekte gleichzeitig ansteigen und abfallen, wodurch das Risiko eines Seitenblitzes ausgeschlossen wird.

Blitzschutzsystem designEdit

Beträchtliches Material wird verwendet, um Blitzschutzsysteme zu bilden, daher ist es ratsam, sorgfältig zu überlegen, wo ein Luftterminal den größten Schutz bietet., Historisches Verständnis des Blitzes, von Aussagen von Ben Franklin, angenommen, dass jeder Blitzableiter einen Kegel von 45 Grad schützte. Dies hat sich als unbefriedigend für den Schutz größerer Strukturen erwiesen, da Blitze auf die Seite eines Gebäudes treffen können.

Von Dr. Tibor Horváth wurde ein Modellierungssystem entwickelt, das auf einem besseren Verständnis des Terminierungsziels von Blitzen basiert und als Rolling Sphere-Methode bezeichnet wird. Es ist der Standard geworden, nach dem traditionelle Franklin-Stabsysteme installiert werden. Um dies zu verstehen, muss man wissen, wie sich der Blitz „bewegt“., Wenn der Stufenleiter eines Blitzes auf den Boden springt, tritt er auf die geerdeten Objekte zu, die seinem Weg am nächsten sind. Die maximale Entfernung, die jeder Schritt zurücklegen kann, wird als kritische Entfernung bezeichnet und ist proportional zum elektrischen Strom. Objekte werden wahrscheinlich getroffen, wenn sie dem Anführer näher sind als dieser kritische Abstand. Es ist gängige Praxis, den Radius der Kugel als 46 m Bodennähe anzunähern.

Es ist unwahrscheinlich, dass ein Objekt außerhalb der kritischen Entfernung vom Anführer getroffen wird, wenn sich innerhalb der kritischen Entfernung ein fest geerdetes Objekt befindet., Orte, die als blitzsicher gelten, können bestimmt werden, indem man sich die potenziellen Pfade eines Führers als eine Kugel vorstellt, die sich von der Wolke zum Boden bewegt. Für den Blitzschutz genügt es, alle möglichen Bereiche zu berücksichtigen, da sie potenzielle Treffpunkte berühren. Um Streikpunkte zu bestimmen, betrachten Sie eine Kugel, die über das Gelände rollt. An jedem Punkt wird eine potenzielle Führungsposition simuliert. Am wahrscheinlichsten trifft der Blitz dort zu, wo die Kugel den Boden berührt. Punkte, über die die Kugel nicht rollen und sich berühren kann, sind am sichersten vor Blitzen., Blitzschützer sollten dort platziert werden, wo sie verhindern, dass die Kugel eine Struktur berührt. Eine Schwachstelle in den meisten Blitzumleitungssystemen besteht jedoch darin, die erfasste Entladung vom Blitzableiter zum Boden zu transportieren. Blitzableiter werden typischerweise um den Umfang von Flachdächern oder entlang der Spitzen von geneigten Dächern in Abständen von 6,1 m oder 7,6 m installiert, abhängig von der Höhe der Stange., Wenn ein Flachdach Abmessungen von mehr als 15 m x 15 m hat, werden in Abständen von 15 m oder weniger in einem rechteckigen Gittermuster zusätzliche Luftanschlüsse in der Mitte des Daches installiert.

Abgerundete versus spitze Endenedit

Die optimale Form für die Spitze eines Blitzableiters ist seit dem 18., Während der Zeit der politischen Konfrontation zwischen Großbritannien und seinen amerikanischen Kolonien behaupteten britische Wissenschaftler, dass ein Blitzableiter einen Ball am Ende haben sollte, während amerikanische Wissenschaftler behaupteten, dass es einen Punkt geben sollte. Ab 2003 war die Kontroverse nicht vollständig resolved.It ist schwierig, die Kontroverse zu lösen, weil die richtige kontrollierte Experimente sind fast unmöglich, aber die Arbeit von Charles B. Moore durchgeführt, et al., im Jahr 2000 hat etwas Licht auf das Problem geworfen und festgestellt, dass mäßig abgerundete oder stumpfe Blitzableiter als geringfügig bessere Schlagrezeptoren wirken., Infolgedessen werden Rundstäbe auf den meisten neuen Systemen in den Vereinigten Staaten installiert, obwohl die meisten vorhandenen Systeme immer noch spitze Stäbe haben. Laut der Studie

Berechnungen der relativen Stärken der elektrischen Felder über ähnlich freiliegenden scharfen und stumpfen Stäben zeigen, dass, während die Felder an der Spitze eines scharfen Stäbchens vor Emissionen viel stärker sind, sie mit der Entfernung schneller abnehmen., Infolgedessen ist die Stärke des Feldes bei einigen Zentimetern über der Spitze einer stumpfen Stange mit 20 mm Durchmesser größer als bei einer ansonsten ähnlichen, schärferen Stange gleicher Höhe. Da die Feldstärke an der Spitze eines geschärften Stabes tendenziell durch die leichte Bildung von Ionen in der Umgebungsluft begrenzt ist, können die Feldstärken über stumpfen Stäben viel stärker sein als die in Abständen von mehr als 1 cm über schärferen Stäben.,
Die Ergebnisse dieser Studie legen nahe, dass mäßig stumpfe Metallstäbe (mit Spitzenhöhe zu Spitzenradius von Krümmungsverhältnissen von etwa 680:1) bessere Blitzschlagrezeptoren sind als schärfere oder sehr stumpfe.

Außerdem wirkt sich die Höhe des Blitzschutzes relativ zu der zu schützenden Struktur und der Erde selbst aus.,

Ladungstheoreedit

Die Ladungstheorie besagt, dass ein Blitzschlag auf eine geschützte Struktur verhindert werden kann, indem das elektrische Potential zwischen der geschützten Struktur und der Gewitterwolke verringert wird. Dies geschieht durch Übertragung elektrischer Ladung (z. B. von der nahe gelegenen Erde zum Himmel oder umgekehrt). Die Übertragung elektrischer Ladung von der Erde in den Himmel erfolgt durch die Installation von technischen Produkten, die aus vielen Punkten über der Struktur bestehen., Es wird angemerkt, dass spitze Objekte tatsächlich Ladung auf die umgebende Atmosphäre übertragen und dass ein beträchtlicher elektrischer Strom durch die Leiter gemessen werden kann, da die Ionisation an dem Punkt auftritt, an dem ein elektrisches Feld vorhanden ist, wie dies beispielsweise bei Gewittern der Fall ist.

In den USA befürwortet die National Fire Protection Association (NFPA) derzeit kein Gerät, das Blitzeinschläge verhindern oder reduzieren kann., Der NFPA Standards Council lehnte nach einem Antrag auf ein Projekt zur Behandlung von Dissipation-Array-Systemen und Ladungstransfersystemen den Antrag ab, mit der Bildung von Standards für diese Technologie zu beginnen (obwohl der Rat die zukünftige Entwicklung von Standards nicht ausschloss, nachdem zuverlässige Quellen vorgelegt wurden, die die Gültigkeit der Basistechnologie und Wissenschaft belegen).

Frühe streamer emission (ESE) theoryEdit

Die Theorie der frühen Streameremission schlägt vor, dass, wenn ein Blitzableiter einen Mechanismus hat, der Ionisation in der Nähe seiner Spitze erzeugt, sein Blitzabfangbereich stark vergrößert ist. Zunächst wurden kleine Mengen radioaktiver Isotope (Radium-226 oder Americium-241) zwischen 1930 und 1980 als Ionisationsquellen verwendet und später durch verschiedene elektrische und elektronische Geräte ersetzt., Einem frühen Patent zufolge ist der Wegabstand von der Quelle zum erhöhten Bodenpunkt kürzer, da die Bodenpotentiale der meisten Blitzschutzgeräte erhöht sind, wodurch ein stärkeres Feld (gemessen in Volt pro Entfernungseinheit) erzeugt wird und diese Struktur anfälliger für Ionisation und Zusammenbruch ist.

AFNOR, die französische nationale Normungsstelle, hat eine Norm, NF C 17-102, herausgegeben, die diese Technologie abdeckt. Die NFPA untersuchte auch das Thema und es gab einen Vorschlag, einen ähnlichen Standard in den USA zu erlassen., Zunächst erklärte ein unabhängiges NFPA-Panel von Drittanbietern, dass“ die Blitzschutztechnologie technisch einwandfrei zu sein scheint „und dass es eine“angemessene theoretische Grundlage für das Konzept und das Design des Luftterminals aus physikalischer Sicht“ gebe.) Das gleiche Gremium kam auch zu dem Schluss, dass „das empfohlene Blitzschutzsystem niemals wissenschaftlich oder technisch validiert wurde und die Franklin Rod Air Terminals in Feldversuchen unter Gewitterbedingungen nicht validiert wurden.,“

Als Reaktion darauf kam die American Geophysical Union zu dem Schluss, dass “ he Bryan Panel überprüfte im Wesentlichen keine der Studien und Literatur zur Wirksamkeit und wissenschaftlichen Grundlage traditioneller Blitzschutzsysteme und war in seiner Schlussfolgerung falsch, dass es keine Grundlage für den Standard gab.“Die AGU hat in ihrem Bericht nicht versucht, die Wirksamkeit der vorgeschlagenen Änderungen an traditionellen Systemen zu bewerten., Der NFPA zog seinen vorgeschlagenen Entwurf der Norm 781 zurück, da keine Beweise für eine erhöhte Wirksamkeit von Emissionsschutzsystemen für frühe Streamer gegenüber herkömmlichen Luftterminals vorlagen.

Mitglieder des Wissenschaftlichen Ausschusses der Internationalen Konferenz für Blitzschutz (ICLP) haben eine gemeinsame Erklärung abgegeben, in der sie sich gegen die frühe Streamer-Emissionstechnologie aussprechen. ICLP verwaltet eine Webseite mit Informationen zu ESE und verwandten Technologien., Dennoch wächst die Anzahl der Gebäude und Strukturen, die mit ESE-Blitzschutzsystemen ausgestattet sind, sowie die Anzahl der Hersteller von ESE-Luftterminals aus Europa, Amerika, dem Nahen Osten, Russland, China, Südkorea, ASEAN-Ländern und Australien.