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Äußerer Blitzschutz

Die Fangeinrichtung eines Blitzschutzsystems hat die Aufgabe, das zu schützende Volumen vor direkten Blitzeinschlägen zu bewahren. Sie sind so auszulegen, dass unkontrollierte Einschläge in das zu schützende Gebäude / bauliche Anlage vermieden werden. Fangeinrichtungen können aus folgenden Bestandteilen zusammengefügt und beliebig untereinander kombiniert werden:

  • Stangen
    Verfahren für die Auslegung von Fangeinrichtungen
    Verfahren für die Auslegung von Fangeinrichtungen
    Quelle: Dehn + Söhne
  • gespannte Drähte und Seile
  • vermaschte Leiter

Bei der Bestimmung der Lage der Fangeinrichtungen des Äußeren Blitzschutzes muss besondere Sorgfalt auf den Schutz von Ecken und Kanten der zu schützenden baulichen Anlage verwendet werden. Dies gilt besonders bei Fangeinrichtungen auf Dachflächen und den oberen Teilen von Fassaden. Bei der Festlegung der Anordnung und der Lage von Fangeinrichtungen können drei Verfahren genutzt werden:

  • "Blitzkugel"-Verfahren
  • Maschenverfahren
  • Schutzwinkelverfahren

Dabei ist das „Blitzkugel“-Verfahren die universelle Planungsmethode, die insbesondere für geometrisch komplizierte Anwendungsfälle empfohlen wird.

Die Ableitung ist die elektrisch leitende Verbindung zwischen der Fangeinrichtung und der Erdungsanlage. Ableitungen sollen den eingefangenen Blitzstrom zur Erdungsanlage leiten, ohne dass am Gebäude, z.B. durch unzulässig hohe Erwärmungen, ein Schaden entsteht. Um das Auftreten von Schäden bei der Ableitung des Blitzstromes zur Erdungsanlage zu verringern, sind die Ableitungen so anzubringen, dass vom Einschlagpunkt zur Erde

  • mehrere parallele Strompfade bestehen,
  • die Länge der Stromwege so kurz wie möglich gehalten,
  • die Verbindung zu leitenden Teilen der baulichen Anlage überall hergestellt werden, wo es notwendig ist (Abstand < s; s = Trennungsabstand).
Fangeinrichtung auf einem Flachdach
Fangeinrichtung auf einem Flachdach
Quelle: Dehn + Söhne

Die Anzahl der Ableitungen orientiert sich am Umfang der Dachaußenkanten. Die Anordnung der Ableitungen ist so zu gestalten, dass sie ausgehend von den Ecken der baulichen Anlage möglichst gleichmäßig auf den Umfang verteilt sind.

In der Blitzschutznorm VDE 0185-305-3 werden typische Abstände zwischen Ableitungen und Ringleitern in Abhängigkeit der Schutzklasse angegeben. Die genaue Anzahl der Ableitungen kann nur durch die Berechnung des Trennungsabstandes s ermittelt werden. Kann der errechnete Trennungsabstand bei der geplanten Anzahl der Ableitungen einer baulichen Anlage nicht eingehalten werden, ist eine Möglichkeit diese Forderung zu erfüllen, die Anzahl der Ableitungen zu erhöhen. Durch die parallelen Strompfade wird die Stromaufteilung verbessert und damit die Induktionswirkung verringert.

Insbesondere bei neu zu errichtenden baulichen Anlagen sollten die natürlichen Bestandteile (z.B. Stahl-Beton-Stützen, Stahlskelette) als zusätzliche Ableitungen verwendet werden, wenn eine durchgehende elektrische Leitfähigkeit gegeben ist.

Metallene Unterkonstruktion elektrisch leitend überbrückt
Metallene Unterkonstruktion elektrisch leitend überbrückt
Quelle: Dehn + Söhne

Ableitungen dürfen nicht in Regenrinnen und Regenfallrohren verlegt werden, auch dann nicht, wenn sie mit isolierendem Werkstoff überzogen sind. Die Feuchtigkeit in den Regenrinnen würde zu starker Korrosion der Ableitungen führen. Wird als Ableitung Aluminium verwendet, darf diese nicht unmittelbar (ohne Abstand) auf, im oder unter Putz, Mörtel, Beton sowie nicht im Erdreich verlegt werden. Ist die Ableitung mit einem PVC-Mantel umhüllt, ist die Verlegung von Aluminium im Mörtel, Putz oder Beton möglich, wenn gewährleistet ist, dass der Mantel nicht mechanisch beschädigt wird und auch kein Bruch der Isolierung bei Kälte auftritt.

Empfohlen wird, dass Ableitungen zu Türen und Fenstern den notwendigen Trennungsabstand s einhalten.

Metallene Regenrinnen müssen an den Kreuzungsstellen mit den Ableitungen verbunden werden. Darüber hinaus müssen metallene Regenfallrohre, auch wenn sie nicht als Ableitungen verwendet werden, am Fußpunkt mit dem Potentialausgleich oder der Erdungsanlage verbunden werden. Durch die Verbindung mit der blitzstromdurchflossenen Dachrinne führt das Regenfallrohr auch einen Teil des Blitzstromes, der in die Erdungsanlage geleitet werden muss.

Hochspannungsfeste, isolierte Ableitung

Der Trennungsabstand muss entsprechend der normativen Vorgabe eingehalten werden. Jedoch ist die Einhaltung dieses Abstandes bei Neuanlagen und bestehenden Anlagen vielfach ein Problem. So erlaubt es die moderne Architektur aus stilistischen Gründen oftmals nicht, die Ableitungen isoliert, d.h. getrennt mit Stützisolatoren am Gebäude, herabzuführen. Aber gerade bei modernen Industrieanlagen ist vielfach das Dach die letzte Installationsebene mit z.B. Einrichtungen der Lüftungs- und Klimatechnik, unterschiedlichen Rohrsystemen und Kabelpritschen. Durch geschickte Positionierung von Fangeinrichtungen, nach dem „Blitzkugel“-Verfahren dimensioniert, lassen sich direkte Blitzeinschläge in diese dachüberragenden Einrichtungen verhindern. Eine besondere Problemstellung bei den hier beschriebenen Anlagen war:

Wie kann der Blitzstrom technisch korrekt unter Beachtung des ausreichenden Trennungsabstandes s zur Erde abgeleitet werden? Architektonische Gesichtspunkte sind ebenfalls zu berücksichtigen. Eine neuartige Lösung dafür ist eine hochspannungsfeste isolierte Ableitung.

Die Grundkonzeption der isolierten Ableitung besteht darin, den blitzstromführenden Leiter so mit Isolierstoff zu umhüllen, dass der notwendige Trennungsabstand s zu anderen leitenden Teilen der Gebäudekonstruktion, zu elektrischen Leitungen und Rohrleitungen eingehalten wird. Unzulässige Näherungen müssen vermieden werden. Prinzipiell müssen folgende Anforderungen an die isolierte Ableitung erfüllt werden, wenn Isolierstoffe zur Vermeidung von unzulässigen Näherungen eingesetzt werden:

  • Möglichkeit zum blitzstromfesten Anschluss der Ableitung an die Fangeinrichtung,
  • Einhaltung des notwendigen Trennungsabstandes s durch ausreichende elektrische Festigkeit der Ableitung sowohl im Bereich des Einspeisepunktes, als auch im Verlauf der Ableitung,
  • ausreichende Stromtragfähigkeit durch entsprechenden Leiterquerschnitt der Ableitung,
  • Möglichkeit zum Anschluss an die Erdungsanlage oder des Potentialausgleichs.
Metallene Unterkonstruktion elektisch leitend überbrückt
Industrieanlage - Getrennte Fangeinrichtung und isolierte Ableitung
Quelle: Dehn + Söhne, Foto: Wettingfeld

Die Erdungsanlage ist die Fortsetzung der Fangeinrichtungen und Ableitungen zum Einleiten des Blitzstromes in die Erde. Weitere Aufgaben der Erdungsanlage sind, Potentialausgleich zwischen den Ableitungen und eine Potentialsteuerung in der Nähe der Wände der baulichen Anlage herzustellen. Eine zwingende Forderung ist, dass für die verschiedenen elektrischen Systeme (Blitzschutz, Niederspannungsanlagen, Hochspannungsanlage, IT-Anlage) eine gemeinsame Erdungsanlage zu errichten ist. Diese Erdungsanlage muss mit dem Hauptpotentialausgleich verbunden werden.

Da in der Blitzschutznorm VDE 0185-305-3 von dem konsequenten Blitzschutz-Potentialausgleich ausgegangen wird, gibt es für den Erdausbreitungswiderstand keine besondere Anforderung. Im Allgemeinen wird jedoch ein niedriger Erdausbreitungswiderstand (< als 10 W) empfohlen.

Die Blitzschutznorm unterscheidet Erderanordnungen nach Typ A und Typ B. Für beide Varianten sind die in der Blitzschutznorm vorgegebenen Mindesterderlängen zu beachten.

Die Erderanordnung Typ A beschreibt einzeln angeordnete horizontale Strahlenerder (Oberflächenerder) oder Vertikalerder (Tiefenerder), die jeweils mit einer Ableitung zu verbinden sind. Die Mindestanzahl der Erder des Typs A sind zwei.

Erder der Anordnung Typ B sind Ringerder um das zu schützende Objekt oder Fundamenterder. Die Anforderungen an Fundamenterder sind zusätzlich in DIN 18014 beschrieben.

Ebenfalls ist nach DIN 18014 eine Dokumentation über die Erdungsanlage anzufertigen. In dieser Dokumentation ist das Ergebnis der abschließenden Durchgangsmessung, sowie alle Ausführungspläne und eventuell Fotografien der gesamten Erdungsanlage einzutragen.

Ist ein geschlossener Ring außen um die bauliche Anlage nicht möglich, so ist durch Leitungen im Inneren eine Vervollständigung des Ringes herzustellen.

Der Fundamenterder ist ein bevorzugter Erder, denn bei fachgerechter Installation ist er allseitig mit Beton umschlossen und damit dauerhaft korrosionsbeständig. Durch die hygroskopischen Eigenschaften des Betons ergibt sich in der Regel ein ausreichend geringer Erdausbreitungswiderstand. Der Fundamenterder muss als geschlossener Ring im Streifenfundament oder der Betonplatte verlegt werden. Damit erfüllt er auch die Funktion des Potentialausgleiches.

Fundamenterder nach DIN 18014
Fundamenterder nach DIN 18014
Quelle: Dehn + Söhne

Die Aufteilung der Maschen < = 20 x 20 m und notwendige Anschlussfahnen nach außen für den Anschluss von Ableitungen des Äußeren Blitzschutzes und nach innen für den Potentialausgleich ist zu beachten. Die Anschlussfahnen nach außen sind mit einem zusätzlichen Korrosionsschutz, z.B. einer PVC-Umhüllung versehen, oder aus einem besonders korrosionsfesten Material, z.B. hochlegierter Edelstahl.

Unter Beachtung von DIN 18014 ist die Errichtung des Fundamenterders eine elektrotechnische Maßnahme und muss von einer anerkannten Elektrofachkraft oder einer Blitzschutzfachkraft ausgeführt oder überwacht werden.

In der heutigen Bautechnik werden die verschiedenartigsten Fundamente aufgrund der Wärmeschutz-Verordnung mit einer Wärmedämmung umgeben. Ist die Wärmedämmung vollflächig ausgeführt, wirkt diese isolierend und der Ringleiter in der Fundamenterderplatte besitzt keine Erderwirkung mehr. Bei Ausführungsformen mit einer Perimeterdämmung (Hartschaumdämmung) oder einer wasserdichten Umhüllung mit Bitumenbahnen ist die zusätzliche Installation eines Ring- oder Maschenerders unterhalb der Dämmung / Abdichtung notwendig.

Prinzipdarstellung - Trennungsabstand
Prinzipdarstellung - Trennungsabstand
Quelle: Dehn + Söhne

Trennungsabstand

Eine Gefahr des unkontrollierten Überschlages zwischen Teilen des Äußeren Blitzschutzes und metallenen und elektrischen Systemen im Inneren des Gebäudes besteht dann, wenn der Abstand zwischen der Fangeinrichtung oder Ableitung einerseits und den innenliegenden Systemen der zu schützenden baulichen Anlage nicht ausreichend ist.

Durch metallene Installationen, z.B. Wasser-, Klima- und Elektroleitungen, ergeben sich Induktionsschleifen im Gebäude. In diese Induktionsschleifen werden durch das rasch veränderliche magnetische Blitzfeld Stoßspannungen induziert. Es muss verhindert werden, dass es durch diese Stoßspannungen zu einem unkontrollierten Überschlag kommt, der ggf. auch einen Brand verursachen kann.

Durch einen Überschlag, z.B. auf Elektroleitungen, können enorme Schäden an der Installation und an den angeschlossenen elektrischen Betriebsmittel entstehen.


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