Können Schutzschalter durch Blitzeinschläge beschädigt werden?

Als Lieferant, der sich auf Leistungsschalter spezialisiert hat, stellt sich mir häufig die Frage, ob Leistungsschalter durch Blitzschlag beschädigt werden können. In diesem Blog werde ich mich mit der Wissenschaft hinter Blitzeinschlägen, ihrer Wechselwirkung mit elektrischen Systemen und den möglichen Auswirkungen auf Leistungsschalter befassen.

Blitze und ihre elektrischen Eigenschaften verstehen

Ein Blitz ist eine plötzliche elektrostatische Entladung, die während eines Gewitters auftritt. Es handelt sich um ein unglaublich starkes Naturphänomen, das extrem hohe Spannungen und Ströme erzeugen kann. Ein typischer Blitzeinschlag kann eine Spannung von bis zu Hunderten Millionen Volt und einen Strom von mehreren Zehntausend Ampere erzeugen. Diese enorme Energiemenge wird in sehr kurzer Zeit, normalerweise innerhalb eines Sekundenbruchteils, freigesetzt.

Wenn ein Blitz einschlägt, kann er unterschiedliche Wege nehmen. Es kann direkt auf eine Stromleitung, ein Gebäude oder den Boden in der Nähe einer Elektroinstallation treffen. Bei einem direkten Einschlag in eine Stromleitung kann die überschüssige Energie des Blitzes entlang der Leitung in das daran angeschlossene elektrische System übertragen werden. Selbst ein indirekter Einschlag, bei dem ein Blitz in den nahegelegenen Boden einschlägt, kann aufgrund elektromagnetischer Induktion einen großen Stromstoß in den nahegelegenen Stromleitungen auslösen.

Wie Leistungsschalter funktionieren

Leistungsschalter sind wesentliche Komponenten in elektrischen Anlagen. Ihre Hauptaufgabe besteht darin, das elektrische System vor Schäden durch Überströme wie Kurzschlüsse oder Überlastungen zu schützen. Wenn der durch einen Stromkreis fließende Strom einen voreingestellten Wert überschreitet, löst der Leistungsschalter aus und unterbricht den Stromfluss. Dies wird durch verschiedene Mechanismen erreicht, beispielsweise thermisch, magnetisch oder eine Kombination aus beiden.

Thermoschutzschalter basieren auf dem Prinzip, dass ein Anstieg des Stroms dazu führt, dass sich ein Draht im Inneren des Schutzschalters erwärmt. Wenn sich der Draht erwärmt, dehnt er sich aus und löst schließlich einen Schaltmechanismus aus, der den Stromkreis öffnet. Magnetische Schutzschalter hingegen reagieren auf das vom Strom erzeugte Magnetfeld. Wenn der Strom einen ausreichend hohen Wert erreicht, überwindet die Magnetkraft eine mechanische Hemmung und führt zur Auslösung des Leistungsschalters.

Der Einfluss von Blitzen auf Leistungsschalter

Der hohe Energiestoß eines Blitzeinschlags kann eine erhebliche Gefahr für Leistungsschalter darstellen. Erstens kann die extrem hohe Spannung zu einem Isolationsdurchschlag im Leistungsschalter führen. Leistungsschalter sind für den Betrieb innerhalb eines bestimmten Spannungsbereichs ausgelegt, und ein durch einen Blitz verursachter Spannungsstoß kann diesen Bereich weit überschreiten. Wenn die Isolierung zusammenbricht, kann es zu Lichtbögen im Inneren des Leistungsschalters kommen, die zu Schäden an den internen Komponenten wie Kontakten, Spulen und dem Gehäuse führen können.

Zweitens kann auch der große Strom, der mit einem Blitzeinschlag einhergeht, Probleme verursachen. Wenn der Strom hoch genug ist, kann es dazu kommen, dass die Kontakte im Leistungsschalter miteinander verschweißen. Dies wird als Kontaktschweißen bezeichnet und verhindert, dass der Leistungsschalter auslösen kann, selbst wenn es später zu einem Überstrom kommt. Darüber hinaus kann der hohe Stromstoß zu mechanischer Belastung der internen Komponenten des Leistungsschalters führen. Die schnelle Stromänderung kann starke Magnetkräfte erzeugen, die Teile des Unterbrechermechanismus verformen oder zerbrechen können.

Arten von Leistungsschaltern und ihre Anfälligkeit

Verschiedene Arten von Leistungsschaltern sind unterschiedlich anfällig für Blitzeinschläge.

Niederspannungs-Leistungsschalter mit geformtem Gehäuse

Niederspannungs-Leistungsschalter mit geformtem Gehäusewerden häufig in privaten und gewerblichen Elektrosystemen verwendet. Sie sind in der Regel für relativ niedrige bis mittlere Stromstärken ausgelegt. Obwohl sie über einen eingebauten Überstromschutz verfügen, können sie der extremen Energie eines Blitzeinschlags möglicherweise nicht ohne Schaden standhalten. Die Isolierung und die internen Komponenten dieser Leistungsschalter können durch hohe Spannungen und Stromstöße leicht beschädigt werden.

Offene Leistungsschalter mit Schublade

Offene Leistungsschalter mit Schubladewerden häufig in industriellen Anwendungen eingesetzt, bei denen höhere Strom- und Spannungspegel erforderlich sind. Sie sind im Allgemeinen robuster als Niederspannungs-Kompaktleistungsschalter. Allerdings kann ein direkter oder sehr großer indirekter Blitzeinschlag dennoch eine Gefahr darstellen. Die Luftisolierung in diesen Leistungsschaltern kann durch den Hochspannungsstoß beeinträchtigt werden und die mechanischen Teile können durch die Hochstromkräfte beschädigt werden.

NS-Verteilertafel

NS-Verteilertafelsind ein wichtiger Bestandteil elektrischer Verteilungssysteme. Sie enthalten mehrere Leistungsschalter, und ein Blitzschlag in die Schalttafel oder die zugehörigen Stromleitungen kann alle darin enthaltenen Leistungsschalter beeinträchtigen. Die unmittelbare Nähe der Leistungsschalter in der Schalttafel kann während einer Überspannung zu Übersprechen zwischen den Stromkreisen führen und die Wahrscheinlichkeit eines Schadens erhöhen.

Intelligenter Leistungsschalter

Intelligenter Leistungsschaltersind mit erweiterten Überwachungs- und Schutzfunktionen ausgestattet. Während diese Funktionen die Gesamtleistung und Sicherheit des elektrischen Systems verbessern können, führen sie auch zusätzliche Komponenten ein, die empfindlich auf blitzbedingte Überspannungen reagieren können. Die elektronischen Steuerkreise in intelligenten Leistungsschaltern können durch die Hochspannungsspitzen leicht beschädigt werden, was zu Fehlfunktionen oder einem Totalausfall führen kann.

Rahmen-Leistungsschalter

Rahmen-Leistungsschaltersind große Leistungsschalter, die in Hochleistungsanwendungen eingesetzt werden. Sie sind für sehr hohe Ströme und Spannungen ausgelegt. Allerdings sind auch diese Hochleistungsschalter nicht vor Blitzschäden gefeit. Aufgrund der großen Größe und der komplexen inneren Struktur von Rahmenleistungsschaltern kann ein Blitzeinschlag weitreichende Schäden verursachen, die mehrere Komponenten betreffen und möglicherweise zu einem vollständigen Ausfall des Leistungsschalters führen können.

Schutz von Leistungsschaltern vor Blitzschäden

Um Leistungsschalter vor Blitzschäden zu schützen, können verschiedene Maßnahmen ergriffen werden. Eine der gebräuchlichsten Methoden ist der Einsatz von Überspannungsschutzgeräten. Überspannungsschutzgeräte sind Geräte, die die überschüssige Spannung eines Blitzeinschlags auf den Boden ableiten und so verhindern, dass sie die Leistungsschalter und andere elektrische Geräte erreicht. Sie werden typischerweise am Eingang des elektrischen Systems installiert, beispielsweise an der Hauptschalttafel.

Ein anderer Ansatz besteht darin, eine ordnungsgemäße Erdung zu verwenden. Ein gutes Erdungssystem bietet einen niederohmigen Weg für den Blitzstrom, der in den Boden fließt. Dies trägt dazu bei, die Spannungs- und Strompegel im elektrischen System zu reduzieren und das Risiko einer Beschädigung der Leistungsschalter zu minimieren. Darüber hinaus kann die Abschirmung der elektrischen Kabel und Geräte auch dazu beitragen, die Auswirkungen elektromagnetischer Störungen durch Blitzeinschläge zu verringern.

Abschluss

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Leistungsschalter tatsächlich durch Blitzschlag beschädigt werden können. Die mit Blitzeinschlägen verbundenen hohen Spannungen und Ströme können zu Isolationsdurchschlägen, Kontaktverschweißungen und mechanischen Schäden an den Leistungsschaltern führen. Verschiedene Arten von Leistungsschaltern, einschließlichNiederspannungs-Leistungsschalter mit geformtem Gehäuse,Offene Leistungsschalter mit Schublade,NS-Verteilertafel,Intelligenter Leistungsschalter, UndRahmen-Leistungsschalter, alle weisen unterschiedliche Grade der Verwundbarkeit auf.

Mit geeigneten Schutzmaßnahmen wie Überspannungsschutz, Erdung und Abschirmung lässt sich das Schadensrisiko jedoch deutlich reduzieren. Wenn Sie auf der Suche nach hochwertigen Leistungsschaltern sind, die verschiedenen elektrischen Herausforderungen, einschließlich Blitzeinschlägen, standhalten, sind wir hier, um Ihnen zu helfen. Unser Expertenteam bietet Ihnen die passenden Lösungen für Ihre spezifischen Anforderungen. Ganz gleich, ob Sie an Wohn-, Gewerbe- oder Industrieprojekten beteiligt sind, wir verfügen über die Produkte und das Wissen, um Sie zu unterstützen. Kontaktieren Sie uns für weitere Informationen und um ein Beschaffungsgespräch zu beginnen.

Referenzen

• „Elektrische Energiesysteme: Design und Analyse“ von Turan Gonen.
• „Lightning Protection for Structures“, herausgegeben vom Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE).
• Technische Dokumente großer Leistungsschalterhersteller.