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Blitzschutz

Funktion

Fangeinrichtung in Form metallischer Stange über der Statue, und Blitzableitung entlang der Statue

Eine Blitzschutzanlage verringert die Schäden, die ein einschlagender Blitz im zu schützenden Objekt verursacht. Im Falle eines Einschlages bietet die Blitzschutzanlage dem Blitzstrom über den Blitzableiter einen definierten, niederohmigen Strompfad. Die primäre Schutzfunktion besteht darin, den Blitzstrompfad am zu schützenden Objekt vorbeizuführen und abzuleiten.

Die Schutzwirkung der Fangeinrichtung beruht darauf, dass sich durch die hohe Randfeldstärke unmittelbar über der geerdeten Fangeinrichtung Teilentladungen wie die Koronaentladungen ausbilden. Diese schwachen Gasentladungen führen bevorzugt an elektrisch leitfähigen Spitzen und Kanten zufolge der Spitzenentladung an der Fangeinrichtung zu einer teilweisen Ionisierung der umgebenden Luft, wodurch ein eventuell in Folge einsetzender Blitz mit höherer Wahrscheinlichkeit in die Fangeinrichtung einschlägt. Blitzschutzanlagen werden zur Erhöhung der Randfeldstärke über den Blitzableiter mit einem möglichst spitzen Ende nach oben ausgeführt.

Mittels der Konzentration der Ladungsträger, die der elektrischen Ladung einer Wolke entgegengesetzt geladen sind, wird der Blitzschlag bevorzugt in die Fangeinrichtung geleitet.

Schlägt ein Blitz in das Blitzschutzsystem ein, so fließen kurzzeitig sehr hohe Ströme im Blitzableiter, Spitzenwerte über 100 kA sind zu messen. Diese hohen Impulsströme induzieren innerhalb benachbarter elektrischer Leitungen wie Stromversorgungsnetz, Telefonleitungen oder Antennenleitung des geschützten Objektes Sekundärspannungen und Sekundärströme, welche elektrische Geräte, die an diesen elektrischen Leitungen angeschlossen sind, stören und im Grenzfall auch zerstören können. Dieser Effekt tritt besonders dann auf, wenn sich die elektrischen Leitungen in der Nähe und parallel zu den Blitzableitern befinden.

Blitzschutzsystem

Ein vollständiges Blitzschutzsystem (englisch Lightning Protection System, LPS) besteht aus einem äußeren Blitzschutz, wie der Blitzableitung oder Blitzableiter, und dazu ergänzend einem inneren Blitzschutz, welcher primär aus einem Überspannungsschutz besteht.

Äußerer Blitzschutz

Der äußere Blitzschutz bietet Schutz bei Blitzeinschlägen, die direkt in die zu schützende Anlage erfolgen würden. Er besteht aus Fangeinrichtungen, Ableitungsanlage (beides zusammen umgangssprachlich als Blitzableiter bezeichnet) und Erdungsanlage. Bei einem idealisiert angenommenen Gebäude, dessen Dach und Außenwände aus Metall oder Stahlbeton bestehen, könnte der äußere Blitzschutz als Faradayscher Käfig ausgeführt werden.

Innerer Blitzschutz

Der Überspannungsschutz, welcher den inneren Blitzschutz darstellt, ist die Gesamtheit der Maßnahmen gegen Überspannungen unterschiedlichster Art. Auch Auswirkungen eines Blitzeinschlages bis in rund 1,5 km Entfernung werden auf Installationen sowie elektrische und elektronische Anlagen der baulichen Anlage übertragen.

Diese Überspannungen können auf mehrere Arten entstehen:

  1. Durch direkte Einwirkung des Blitzstromes aufgrund eines Einschlages in das Gebäude oder Versorgungsleitungen.
  2. Durch direkte Einwirkung des Blitzstromes aufgrund eines Einschlages in Energie-/Telekommunikationszuleitungen.
  3. Durch indirekte Einwirkung hoher Spannungen aufgrund eines entfernten Einschlages.

Für den Überspannungsschutz von elektrischen Anlagen und Endgeräten werden Überspannungsschutzgeräte (Surge Protective Devices) eingesetzt, die nach der Norm EN 61643-11 in drei Kategorien eingeteilt sind:

  • SPD Typ 1 (Grobschutz) müssen an allen Einführungen von elektrischen Leitungen in den Schutzbereich des äußeren Blitzschutzes eingesetzt werden. Sie leiten den vollen Blitzstrom ab, belassen es aber bei einer für elektronische Geräte gefährlichen Überspannung. SPD Typ 1 bestehen aus in Gehäuse eingebaute Funkenstrecken (Trennfunkenstrecken). Der Einsatz von Kombiableitern (kombiniert Typ 1+2+3) kann wirtschaftlicher sein. Die Vorteile liegen in einer Platz- und Kostenersparnis, gegenüber einem vergleichbaren SPD Typ 1.
  • SPD Typ 2 (Mittelschutz) reduzieren das Spannungsniveau weiter. Sie werden in der Regel in Unterverteilungen in Bauformen für eine Hutschienenmontage eingesetzt. Für SPD Typ 2 werden häufig leistungsstarke Varistoren eingesetzt.
  • SPD Typ 3 (Fein- oder Geräteschutz) reduzieren das Spannungsniveau auf ein für elektronische Geräte ungefährliches Maß (Schutzpegel Up (bei In)). Sie werden möglichst nahe, maximal 10 Meter, bei den zu schützenden Endgeräten eingesetzt. SPD Typ 3 sind zum Beispiel Überspannungsschutz-Steckdosen und Überspannungsschutz-Steckdosenadapter. Der Überspannungsschutz wird bei dieser Kategorie durch eine Kombination vom ungeschützten Eingang ausgehend mit Gasableitern, Varistoren und/oder Suppressordioden erreicht.