Themenpunkt Risikoanalyse (gemäß DIN V VDE V 0185 Teil 2: 2002) mit Hilfe der im Entwicklungsstadium befindlichen Software von AixThor

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1 Themenpunkt Risikoanalyse (gemäß DIN V VDE V 0185 Teil 2: 2002) mit Hilfe der im Entwicklungsstadium befindlichen Software von AixThor In einer Sitzung des IEC TC 81 Lightning Protection wurde 1990 der Beschluss gefasst, die Problematik der Ermittlung des Schadensrisikos bei einem Blitzeinschlag in einem eigenen technischen Bericht (IEC Assessment of the risk of damage due to lightning ) zu behandeln. Die Absicht dabei war, in diesem Bericht auf die wissenschaftlichen Grundlagen der Risikoanalyse ausführlicher einzugehen. In die Normenreihe IEC wurde dagegen nur ein vereinfachtes und transparentes Verfahren zur Auswahl der Schutzklassen von Blitzschutzsystemen aufgenommen. Das vereinfachte Auswahlverfahren beschränkt sich auf die Maßnahmen des äußeren Blitzschutzes und beruht lediglich auf dem Schadensrisiko für Brand und Personenschaden als Folge direkter Einschläge in die bauliche Anlage. Die Wirkungen naher Blitzeinschläge, insbesondere in die oder in der Nähe der eingeführten Versorgungsleitungen, werden dagegen vollkommen vernachlässigt. Dies führt in einzelnen Fällen entweder zu einer falschen Auslegung des äußeren Blitzschutzsystems oder zu einem Verzicht auf jegliche Blitzschutzmaßnahmen, wo zumindest ein Schutz der eingeführten Leitungen erforderlich ist. Im 1995 erschienen technischen Bericht IEC werden dagegen auch die Wirkungen naher Blitzschläge einbezogen. Der technische Bericht enthält Verfahren und Daten zur Berechnung des Schadensrisikos bei Blitzeinschlägen in bauliche Anlagen und zur Auswahl von Blitzschutzmaßnahmen. Die Anwendung der angegebenen Verfahren und Daten in der Praxis ist jedoch aufwendig und nicht immer einfach. Dies sollte allerdings die Experten auf dem Gebiete des Blitzschutzes, und dabei besonders die Praktiker, nicht davon abhalten, sich mit dieser Materie zu befassen. Die quantitative Bewertung des Blitzschaden Risikos für eine bauliche Anlage ist eine wesentliche Verbesserung gegenüber dem bisher häufig anzutreffenden Zustand, bei dem Entscheidungen für oder gegen Blitzschutzmaßnahmen häufig allein aus subjektiven und nicht immer für alle Beteiligten nachvollziehbaren Überlegungen heraus getroffen werden. Eine solche quantitative Bewertung ist also eine wesentliche Voraussetzung für die Entscheidung, ob, in welchem Umfang und welche Blitzschutzmaßnahmen für eine bauliche Anlage vorzusehen sind. Damit wird auch erstmals den Errichtern von Photovoltaik- und Solarthermieanlagen ein Werkzeug an die Hand gegeben, das es ihnen erlaubt eine Risikoabschätzung für ihre Anlagen durchzuführen. Dadurch wird langfristig ein Beitrag zur Akzeptanz des Blitzschutzes und zur Schadensverhütung auf diesem Gebiet geleistet. Die aufwendige und nicht immer einfache Anwendung des Verfahrens kann für die Praxis durch eine PC gestützte Lösung deutlich verbessert werden. Die Verfahren und Daten aus der IEC Edition 2 werden dabei in eine anwenderfreundliche Software umgesetzt und durch weitere Bausteine, die die Anwendung weiter erleichtern und verbessern, ergänzt. Seite 1

2 Berechnungsbeispiele Unter Zuhilfenahme der noch im Entwicklungsstadium befindlichen Risikoanalysesoftware wurden die zwei begutachteten Großanlagen und eine fiktive Satteldachanalge, die einer privaten Standardphotovoltaikanlage am nächsten kommt, hinsichtlich ihres Risikos bezüglich direkten Einschlägen und Überspannungsproblemen untersucht. Die Ergebnisse des Programmes liegen als sog. Screenshots bei. Als Eingabeparameter werden bei der Ermittlung des Blitzschadenrisikos erst einmal Angaben zum Gebäude und der Umgebung gebraucht. Diese beziehen sich auf Gebäudeabmessungen, den geographisch spezifischen Bodenwiderstand, die örtliche Blitzdichte (Anzahl der Gewittertage pro Jahr) und zwei Korrekturfaktoren hinsichtlich der Lage und der Umgebung der baulichen Anlage. Als nächstes braucht man Informationen über die Oberflächenbeschaffenheit außerhalb und innerhalb der Anlage. Des weiteren Angaben über die verwendeten Baustoffe für das Gebäude und die Charakteristik der elektrischen Installation innerhalb des Gastgebäudes. Als nächstes muss abgeschätzt werden, wie hoch die Feuer- und Explosionsgefahr ist. Die nun folgenden Faktoren beleuchten die im Gastgebäude anzutreffenden Maßnahmen gegen Feuer, Blitzeinschlag und die Isolationsfestigkeit der dort vorhandenen Geräte und ob es bereits Überspannungsschutzgeräte und/oder Isoliertransformatoren gibt. Der dritte Komplex widmet sich den von außen eingeführten elektrischen Versorgungsleitungen. Hierbei sind deren Länge, deren Art (Freileitung, Erdkabel) sowie die eventuelle Ausführung als geschirmte Leitung und einem eventuellen Schutz der eingeführten Leitungen mit Überspannungsableitern und/oder Blitzstromableitern. Falls angrenzende Gebäude als Fangflächen zur Verfügung stehen, müssen dazu ähnliche Angaben gemacht werden wie im ersten Komplex zum Gastgebäude. Im nächsten Eingabekomplex folgt die Auswahl der relevanten Schadensarten (Verletzung oder Tod von Personen, Unannehmbarer Ausfall von Dienstleistungen, Verlust an unersetzlichen Kulturgütern und wirtschaftliche Verluste). Bei den hier betrachteten Anlagen sind nur die Arten eins und vier von Bedeutung, deshalb liegen über dieses Auswahlmenü auch keine Screenshots vor. Im nächsten Bereich werden nun nähere Angaben bezüglich der ersten Schadensart (Verletzung oder Tod von Personen) eingegeben. Die Fragen beziehen sich auf die Gefährdung der Personen aufgrund von Berühr- und Schrittspannungen außerhalb der Anlage, den Schadensfaktor für Feuer und Explosion, den Schadensfaktor für Überspannungen, das akzeptierbare Risiko und ob besondere Gefahrenpotentiale in oder am Gastgebäude vorliegen (Panikgefahr, Probleme bei der Evakuierung, etc.). Der letzte Teil stellt Fragen über die zweite hier relevante Schadensart (wirtschaftliche Verluste). Hier werden bis auf den Faktor für Berührungs- und Schrittspannungen wieder alle Faktoren wie bei der ersten Schadensart abgefragt. Wenn alle diese Angaben gemacht worden sind, liegen die Ergebnisse für die relevanten Schadensarten vor. Seite 2

3 Hierin wird in tabellarischer Form ersichtlich, wenn ein zusätzlicher Schutz erforderlich ist, welche Schutzmechanismen die technisch/wirtschaftlich effektivsten Verbesserungen bringen. 1. Beispiel: Phoebus Solaranlage des Forschungszentrums Jülich Seite 3

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5 Hieraus wird ersichtlich, dass hauptsächlich zusätzliche Schutzmaßnahmen gegen wirtschaftliche Verluste aufgrund von Überspannungen bei indirekten Einschlägen erforderlich sind. Aus technisch/wirtschaftlicher Sicht ist hier der Einbau von Blitzstromableitern am Eintritt der Anlage am sinnvollsten, um das erforderliche Schutzziel zu erreichen. Dabei wird vorausgesetzt, dass die Blitzschutzanlage des Gastgebäudes die Photovoltaikanlage mit einbezieht. Seite 5

6 2. Beispiel: Lehranlage des europäischen Weiterbildungszentrums für regenerative Energien in der Handwerkskammer zu Köln Seite 6

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8 Auch hier ist wieder aus technisch/wirtschaftlicher Sicht der Einbau von Blitzstromableitern am Eintritt der Anlage am sinnvollsten, um das erforderliche Schutzziel zu erreichen. Seite 8

9 2. Beispiel: Fiktive Satteldachanlage als gängiger Standardtyp einer PV - Anlage Seite 9

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11 Hier sind ebenfalls, wenn auch mit einer geringeren Notwendigkeit, zusätzliche Maßnahmen erforderlich, um die wirtschaftlichen Verluste durch Überspannungen durch einen indirekten Einschlag zu minimieren. Da gesetzlich keine Vorgaben gemacht werden, kommt es auf den jeweiligen Betreiber an, welche Maßnahmen er für erforderlich hält. Dabei sollte er Kosten und Nutzen nach rein ökonomischen Gesichtspunkten betrachten. Wenn die durch Überspannungen entstehenden Schäden die Installation von Überspannungsableitern bei weitem übertreffen, ist der Einbau solcher Geräte sinnvoll. Falls die zu erwartenden Schäden gleichgroß oder kleiner sind, sollte auf den Einbau von Überspannungsableitern verzichtet werden. Das potentielle Risiko kann durch eine entsprechende Versicherung ausreichend beherrscht werden. Sollten sich eventuelle Schäden in einem engen Rahmen bewegen, kann sogar auf eine entsprechende Versicherung verzichtet werden. Hierbei müssen auftretende Schäden eben aus eigener Tasche bezahlt werden. Für den Fall, dass Überspannungsableiter installiert werden, sieht das Ergebnis der Risikoanalysesoftware wie folgt aus: Seite 11

12 Mit Hilfe dieser Maßnahmen ist das Gebäude gegen Einwirkungen direkter und indirekter Blitzfolgen aus technisch/wirtschaftlicher Sicht ausreichend geschützt. Seite 12