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Aufgabe

Hörnerblitzableiter

Schwierigkeitsgrad: mittelschwere Aufgabe

a)Erläutere den im Unterricht gezeigten Versuch mit dem Hörnerblitzableiter (Skizze und Beschreibung des gezeigten Blitzes).

b)Berechne, welche Sekundärwicklungszahl dabei notwendig ist, wenn primär \(300\) Windungen waren und die normale Netzspannung von \(230{\rm{V}}\) auf eine Spannung von \(10000{\rm{V}}\) transformiert werden soll.

 

c)Bei der Bundesbahn werden an überspannungsgefährdeten Stellen der Fahrleitung zum Grobschutz Hörnerableiter verwendet.

Gib an, bei welcher Gelegenheit es zu Überspannungen im Leitungsnetz kommen kann und erläutere die Wirkungsweise eines Hörnerableiters.

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a)An die Primärspule (geringe Windungszahl) wird die Netzspannung angelegt, an die Sekundärspule (hohe Windungszahl) werden die zwei sich gegenüberstehenden gebogenen Drähten des Hörnerblitzableiter angeschlossen. Beim Einschalten der Spannung spring an der engsten Stelle ein Funken über, der dann nach oben gebogen aufsteigt. Dies kommt daher, weil der Funke, die Luft beim Überspringen ionisiert und leitend macht. Dieser Blitzkanal erwärmt sich und steigt auf Grund des Auftriebs in der umgebenden kälteren Luft auf, bis er sich unterbricht. Dann beginnt unten einer neuer Funkenüberschlag.

b)\[\frac{{{U_{\rm{S}}}}}{{{U_{\rm{P}}}}} = \frac{{{N_{\rm{S}}}}}{{{N_{\rm{P}}}}} =  \Leftrightarrow {N_{\rm{S}}} = {N_{\rm{P}}} \cdot \frac{{{U_{\rm{S}}}}}{{{U_{\rm{P}}}}} \Rightarrow {N_{\rm{S}}} = 300 \cdot \frac{{10000{\rm{V}}}}{{230{\rm{V}}}} = 13000\]Die Sekundärspule sollte \(13000\) Windungen haben.

c)Wenn der Blitz in das Leitungsnetz der Bundesbahn einschlägt, kann es zu Überspannungen kommen. Bei Überspannungen wird die Luft zwischen den Hörnern leitend und die Überspannung bricht zusammen.