Bodensensoren vor Blitzspannung schützen

Diskutiere Bodensensoren vor Blitzspannung schützen im Blitzschutz, EMV, Erdung & Potentialausgleich Forum im Bereich ELEKTRO-INSTALLATION & HAUSELEKTRIK; Hallo zusammen, ich weiß zwar nicht ob ich hier in dem Forum richtig bin mit meiner Frage aber schaut einmal: Ich habe ein Problem mit...

  1. RMike

    RMike

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    Hallo zusammen,
    ich weiß zwar nicht ob ich hier in dem Forum richtig bin mit meiner Frage aber schaut einmal:

    Ich habe ein Problem mit Bodensensoren (mit eingebauten Mikrocontroller) die gelegendlich bei Gewitter und Blitzen beschädigt werden.

    Die Sensoren sind immer paarweise in 30cm und 60cm Tiefe vergraben und liegen auf einem Bergrücken in ca. 1150m Höhe. Ein Sensorpaar liegt im Wald ca. 15m vom Waldrand entfernt und ist der höchst liegende Messbereich. Ein weiteres Sensorpaar liegt ca. 50m den Hang abwärts neben einzelne freistehende Bäume.

    Ist es möglich die Sensoren vor Spannungsschäden zuschützen?

    Mein Gedanke ist Ringförmig (Radius ca. 2 bis 3m) um den Messbereich acht Erdanker mit 1 m länge in den Boden zu schlagen und diese untereinander zu verbinden. Diesen Erdungsring wollte ich dann an zwei Punkten Hang abwärts ca. 10 m Entfernt mit weiteren Erdanker und Erdungskabel erden.

    Wer kann mir helfen ob meine Vorhaben eine Möglichkeit ist oder ob es andere Lösungen gibt.

    Gruß
    Mike
     
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  3. #2 werner_1, 17.10.2016
    werner_1

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    Wie sind denn die Sensoren "verkabelt"? Es nützt nichts, wenn die Sensoren zwar durch Ableiter geschützt sind, aber auf der Leitung noch Teilblitzströme eingekoppelt werden.
    Dazu bedarf es dann noch richtig ausgelegter Überspannungsableiter.
     
  4. #3 Octavian1977, 17.10.2016
    Octavian1977

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    Ein äußerer Blitzschutz um den Sensor herum bringt Dir nicht viel, da der Boden bei Einschlag Überspannungsptoential hat.

    Du wirst da zusätzlich Ableiter der Typen 1, 2 und 3 benötigen, die auch an der richtigen stelle sitzen müssen.
     
  5. #4 werner_1, 17.10.2016
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    Um die Überspannungsableiter auslegen zu können, muss man erst die Sensoren und deren Signale und Versorgungsspannung kennen. Da kann man nicht pauschal Typ 1,2,3 ranklatschen.
     
  6. #5 Octavian1977, 17.10.2016
    Octavian1977

    Octavian1977 Moderator

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    Typ 1,2,3 brauchst Du schon, nur eben welche ist die Frage.
    Die für Niederspannungsnetzte kann man da natürlich kaum verwenden, dazu gibt es unzählige typen für die verschiedensten Spannungen und Signale.
     
  7. RMike

    RMike

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    Hallo,
    danke schon einmal für die ersten Antworten.

    Die Sensoren haben ein Edelstahlgehäuse welches mit Epoxidharz gegenüber der Platine mit dem Mikrocontroller isoliert ist. Als Messsensor dient ein PT100 Element das über einen porösen Kopf die Temperatur und Feuchtigkeit im Boden misst. Das Kabel ist mit einer PUR Ummantelung ca. 40 m bis zur Messstation fest mit dem Sensor verbunden und ca. 20cm im Boden vergraben. Vor der Messtation sind Überspannungsableiter vorgeschaltet und der Daten-Logger nimmt keinen Schaden. Die Sensoren werden auch nur alle 15 Minuten während einer Messung für ca. 10 Sekunden mit Spannungversorgt. Betriebspannung sind 5 Volt.

    Die Überspannung kann nur über das PT Element in die Elektronik einschlagen.

    Ich suche also eine Möglichkeit die Spannung im Bereich des Messsensors abzuleiten, daher mein oben auf geführete Idee.

    Gruß
    Mike
     
  8. #7 Octavian1977, 17.10.2016
    Octavian1977

    Octavian1977 Moderator

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    Du mußt die Messleitungen mit ein beziehen.
    Ein Überspannugnsableiter leitet zwar auch die Überspannung zur Erde ab, aber viel wichtiger ist noch, daß er solange die Überspannung besteht alle Leiter miteinander und mit Erde verbindet. Somit ergibt sich kein Potentialunterschied und kein Stromfuß.

    Zur Zeit erzeugt bei Auftreten einer Überspannung leider dein Fühler die Verbindung zwischen Erde und den Signalleitungen.
     
  9. bigdie

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    Theoretisch brauchst du direkt am Sensor ebenfalls einen Ableiter.
     
  10. #9 Octavian1977, 17.10.2016
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    und einen gescheiten örtlichen Erder damit der Ableiter auch funktioniert.
     
  11. RMike

    RMike

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    Hallo Octavian und Bigdie,
    das ist mir klar, nur leider kann ich keinen Überspannungsableiter an dem PT Elemet anbringen.

    Wenn ich ein Potenzialausgleich zwischen der Messstation und dem beiden Bereichen der Sensoren herstelle, z.B. mit einem Erdungskabel zwischen der Erdung der Messstation, sowie an dem Metallgehäusen der Sensoren. Dann wäre doch das Potenzial an allen drei Orten gleich?!

    Gruß
    Mike
     
  12. bigdie

    bigdie

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    Der braucht auch keinen, der muss nur die Leitung zur internen Masse kurzschließen.
     
  13. #12 Octavian1977, 17.10.2016
    Octavian1977

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    Wird er schon benötigen, da der Sensor direkten Kontakt zum Boden hat.
    Schlägt ein Blitz irgendwo ein ergibt sich eine Erhöhung des Erd- Potentiales auf dem Der Sensor sitzt, und einen Überschlag zu dessen Messleitungen und dessen geerdeten Kabelschirm.
     
  14. bigdie

    bigdie

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    Und wenn der Überspannungsableiter zwischen Masse und Messleitungen sitzt, kann dort keine zu große Spannung sein, auch ohne Erde.
     
  15. RMike

    RMike

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    Kurze Ergänzung, der Sensor ist ein Mikrocontroler gesteuerter aktiver Sensor. Der Messwert wird im Sensor ermittelt und dann als Datenpaket per Datenleitung (SDI-12 Signal) zum Logger übertragen.
    Der vorhandene Überspannungsableiter arbeitet zwischen dem Sensor und dem Datenlogger. Das Problem ist auf der PT Elemte Seite des Sensors, dieser ist ungeschützt und dort kann ich kein Überspannungsableiter verbauen.
     
  16. bigdie

    bigdie

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    Vom Erder am Datenlogger ein Bandstahl neben der Sensorleitung bis zum Sensor könnte helfen.
     
  17. karo28

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    ... da gefällt mir die Idee des TE, eine Art Potentialsteuerung über das Messfeld zu errichten aber deutlich besser.
    Dann sollten sich Gehäuse Messeinheit und Fühler sowie das umgebende Erdreich auf nahezu gleichen Potential befinden.
     
  18. bigdie

    bigdie

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    Das nützt dir abert nichts, wenn du durch einen Einschlag einen Spannungsunterschied zwischen Logger und Sensor hast. Die Leitungen sind am Logger durch den Überspannungsableiter auf Erdpotential und am Sensor ist das Potential anders. Ergo bekommst du eine Spannungsdifferenz von der Messleitung zur Erde.
     
  19. #18 Octavian1977, 17.10.2016
    Octavian1977

    Octavian1977 Moderator

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    Der Sensor sitzt doch ohne Abstand auf der Erde er wird also bei einem Blitzeinschlag in der Nähe dessen Spannungstrichter zu spüren bekommen.

    Wenn an der anderen Seite der Messleitung ein Ableiter sitzt wird das nicht helfen, da der Widerstand der Leitung einen schädlichen Spannungsabfall erzeugt.
    Zudem sieht man ja auch, daß das so nicht geht da ja wohl schon ein Ableiter auf der anderen Seite vorhanden ist.

    Und den Sensor zur Erde mit Trennungsabstand zu versehen wird wohl nicht gehen da er ja wohl den Boden messen soll.

    Also müssen alle Leitungen, Masse und das Erdpotential das gleiche Potential bekommen um den Sensor zu schützen und das geht eben nur mit örtlichem Erder und einem Schutz der Erder, Masse, Signalleitungen verbindet.
     
  20. bigdie

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    Nein. Der örtliche Erder nützt nichts, wenn er sich im Spannungstrichter befindet. Du brauchst eine Potentialsteuerung mit möglichst hohem Querschnitt zwischen allen Komponenten
     
  21. RMike

    RMike

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    Ich habe mir einen defekten Sensor herausgesuchte und mal ein Photo gemacht.

    Nachdem ich jetzt Eure Antworten gelesen habe, würde ich mich für folgende Variante entscheiden.

    #1 Den Kopf mit einem Edelstahldrahtgeflecht abschirmen (Faradayscher Käfig).
    #2 An jeden Sensor ein 25 mm² Erdungskabel mit einer 2-Ohr-Schelle befestigen (Kabelenden gegen Wassereindrang schützen) und mit einen Ringkabelschuh abschliessen.
    #3 Die Ringkabelschuhe mit ein 50 mm² Kabel verbinden und dieses zum zentralen Erder (Zentrales Potential)am Datenlogger befestigen.

    Das müsste doch auf jedenfall Sicherer sein wie bisher. Ich bin mir auch im klaren, das es in meinem Fall keinen 100%igen Schutz geben wird.

    Wie ist Eure Meinung zu dieser Variante.

    https://www.dropbox.com/s/2xpdu55r7rinbqz/Fara.jpg?dl=0
     
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