Im Allgemeinen ist eine Überspannung eine vorübergehende Welle von Strom, Spannung oder Leistung in einem Stromkreis. Insbesondere in Stromversorgungssystemen – und dies ist wahrscheinlich der häufigste Kontext, auf den wir Überspannungen beziehen – ist eine Überspannung oder ein Übergang eine Subzyklus-Überspannung mit einer Dauer von weniger als einem halben Zyklus der normalen Spannungswellenform. Ein Stoß kann entweder eine positive oder negative Polarität haben, kann additiv oder subtraktiv von der normalen Spannungswellenform sein und ist häufig oszillierend und nimmt mit der Zeit ab.
Überspannungen oder Transienten sind kurze Überspannungsspitzen oder -störungen an a Stromwellenform, die elektronische Geräte in Haushalten, Gewerbegebäuden, Industrie- oder Produktionsstätten beschädigen, verschlechtern oder zerstören kann. Transienten können Amplituden von Zehntausenden von Volt erreichen. Überspannungen werden im Allgemeinen in Mikrosekunden gemessen.
Jedes elektrische Gerät ist für den Betrieb bei einer bestimmten Nennspannung ausgelegt, z. B. 120 VAC, 240 VAC, 480 VAC usw. Die meisten Geräte sind für geringfügige Schwankungen ihrer Standard-Nennbetriebsspannung ausgelegt. Überspannungen können jedoch für fast alle Geräte sehr schädlich sein.
Eine häufige Quelle für in einem Gebäude erzeugte Überspannungen sind Geräte, die die Stromversorgung ein- und ausschalten. Dies kann alles sein, von einem einfachen Thermostatschalter, der ein Heizelement betätigt, bis zu einem Schaltnetzteil, das bei vielen Geräten vorhanden ist. Überspannungen, die von außerhalb der Einrichtung ausgehen, sind Überspannungen aufgrund von Blitzschlag und Netzumschaltung.
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- Auf dieser einen Seite wird beschrieben, warum Sie dies tun sollten kümmern sich um Überspannungsschutzgeräte, was sie sind, wer sie herstellt, ihre Vorteile und wo sie in Gebäuden installiert sind.
60-80% der Überspannungen werden innerhalb einer Einrichtung erzeugt.
Interne Quellen:
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Schalten elektrischer Lasten
Das Ein- und Ausschalten und der Betrieb bestimmter elektrischer Lasten – ob aufgrund absichtlicher oder unbeabsichtigter Vorgänge – können zu Spannungsspitzen im elektrischen System führen. Schaltstöße werden nicht immer sofort als größere extern erzeugte Stöße erkannt oder gestört, treten jedoch weitaus häufiger auf. Diese Schaltstöße können im Laufe der Zeit störend sein und die Geräte beschädigen. Sie treten im täglichen Betrieb auf.
Zu den Quellen für Schalt- und Schwingungsstöße gehören:
- Schütz-, Relais- und Leistungsschalterbetrieb
- Schalten von Kondensatorbänken und Lasten (z. B. Leistungsfaktorkorrektur)
- Entladung induktiver Geräte (Motoren, Transformatoren usw.)
- Starten und Stoppen von Lasten
- Fehler- oder Lichtbogenauslösung
- Lichtbogenfehler (Erdschlussfehler)
- Fehlerbehebung oder -unterbrechung
- Wiederherstellung des Stromversorgungssystems (nach Ausfall)
- Lose Verbindungen
Magnetische und induktive Kopplung
Immer wenn elektrischer Strom fließt, wird ein Magnetfeld erzeugt. Wenn sich dieses Magnetfeld auf einen zweiten Draht erstreckt, induziert es eine Spannung in diesem Draht. Dies ist das Grundprinzip, nach dem Transformatoren arbeiten. Ein Magnetfeld in der Primärwicklung induziert eine Spannung in der Sekundärseite. Bei benachbarten oder nahe gelegenen Gebäudeverkabelungen ist diese Spannung unerwünscht und kann vorübergehender Natur sein.
Beispiele für Geräte, die eine induktive Kopplung verursachen können, sind: Aufzüge, Heizungslüftungs- und Klimaanlagen (HVAC mit variabler Temperatur) Frequenzumrichter) und Vorschaltgeräte für Leuchtstofflampen, Kopiergeräte und Computer.
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Statische Elektrizität
Elektrostatische Entladung (ESD) Phänomene oder statische Phänomene können elektromagnetische Felder über einen weiten Frequenzbereich bis zu einem niedrigen Gigahertzbereich erzeugen. Der Begriff ESD-Ereignis umfasst nicht nur den Entladestrom, sondern auch die elektromagnetischen Felder und Koronaeffekte vor und während einer Entladung. ESD führt zu einer plötzlichen Ladungsübertragung zwischen Körpern mit unterschiedlichen elektrostatischen Potentialen. Die auf die elektrische Verteilung induzierte ESD enthält viel hochfrequentes Rauschen.
Ein elektrostatisches Entladungsereignis kann zu Fehlfunktionen der Geräte sowie zu physischen Schäden führen. Eine Fehlfunktion des Geräts kann eine Beschädigung von Daten und Gerätesperrungen umfassen. Physische Schäden können Geräteschäden und sogar den Verlust von Menschenleben umfassen. Um eine sinnvolle ESD-Immunität zu erreichen, muss der Entwurf eines gesamten Systems sowohl für die direkte Entladung als auch für Felder berücksichtigt werden.
Die minimale Spannung, die erforderlich ist, damit eine Person sich ihrer bewusst ist Die Beteiligung an einer elektrostatischen Entladung beträgt ungefähr 3000 V.Nichtsdestotrotz können elektrostatische Entladungen, die unterhalb dieser Schwelle der menschlichen Wahrnehmung auftreten, ausreichend Energie enthalten, um elektronische Geräte zu stören oder zu beschädigen. Tatsächlich können die schnelleren anfänglichen Steigungen von Stromwellenformen, die sich aus ESD-Ereignissen bei diesen niedrigen Spannungspegeln ergeben, solche Entladungen noch störender machen als ESD-Ereignisse, die von höheren Spannungen ausgehen.
Die Spannung an einem menschlichen Körper oder an Ein mobiles Objekt kann von Umgebung zu Umgebung sehr unterschiedlich sein. In Situationen mit kontrollierter Luftfeuchtigkeit, in denen nur antistatische oder statische dissipative Materialien verwendet werden, kann sie deutlich unter 5 kV bleiben. Sie kann in Umgebungen mit niedriger Luftfeuchtigkeit und synthetischen Materialien zwischen 5 kV und 15 kV liegen. Das Opfer der Ausrüstung befindet sich in unmittelbarer Nähe des ESD-Ereignisses und kann durch die elektromagnetischen Felder, die durch die Entladung zwischen dem Eindringling und dem Rezeptor erzeugt werden, gestört oder beschädigt werden.
Externe Quellen:
Die bekannteste Quelle für Überspannungen außerhalb der Anlage ist der Blitz. Obwohl Blitze in bestimmten Regionen etwas selten auftreten können, kann der Schaden, den sie an einer Einrichtung verursachen können, katastrophal sein. Andere Bereiche sind viel häufiger Gewittern und Blitzen ausgesetzt.
Die durch Blitze verursachten Überspannungen können entweder durch direkten Kontakt des Blitzes mit einem elektrischen System einer Anlage oder häufiger durch indirekte oder nahegelegene Blitze verursacht werden Dies führt zu Stromstößen in den Stromversorgungs- oder Kommunikationssystemen. Jedes Szenario kann das elektrische System und / oder die angeschlossenen Lasten sofort beschädigen.
Andere externe Spannungsquellen sind das vom Stromnetz initiierte Umschalten des Netzes und der Kondensatorbank. Während des Betriebs des Stromnetzes muss das Versorgungsunternehmen möglicherweise die Stromversorgung auf eine andere Quelle umschalten oder den Stromfluss zu seinen Kunden vorübergehend unterbrechen, um die Behebung eines Fehlers aus dem System zu unterstützen. Dies ist häufig der Fall, wenn umgestürzte Äste oder kleine Tiere einen Fehler in der Leitung verursachen. Diese Unterbrechungen der Stromversorgung verursachen Spannungsspitzen, wenn die Stromversorgung unterbrochen und dann wieder an die Kundenlasten angeschlossen wird.
Während des normalen Betriebs des Stromversorgungssystems können Störungen der Stromqualität auftreten. Elektrizitätsversorger erzeugen Strom aus einer Reihe von Stromerzeugungsanlagen und verteilen den Strom auf bestimmte Netze von Nutzern. Da die zur Stromerzeugung verwendeten Geräte mit einer konstanten Geschwindigkeit am effizientesten laufen, passen die Versorgungsunternehmen die Stromverteilung an, anstatt die Stromerzeugungsanlagen des Kraftwerks ständig anzupassen. Wenn Versorgungsunternehmen die Stromversorgung von einem Netz in ein anderes umschalten, treten Stromstörungen auf, einschließlich Transienten oder Spitzen sowie Unter- und Überspannungsbedingungen. Diese Aktivitäten führen dazu, dass Transienten in ein System eingeführt werden und sich in Endbenutzergeräte ausbreiten und Schäden oder Betriebsstörungen verursachen können.
Weitere Informationen zu diesen und anderen Themen, die für den Überspannungsschutz wichtig sind Geräte, siehe IEEE Std. C62.41.1-2002 und IEEE Std. C62.72-2007, die auf der Seite „Vorschriften und Standards“ dieser Website aufgeführt sind.