Schutz von elektrischen und elektronischen Systemen gegen LEMP

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1 7 Schutz von elektrischen und elektronischen Systemen gegen LEMP

2 7.1 Blitzschutzzonen-Konzept Elektrische und elektronische Systeme, die empfindlich auf kurzzeitige, energiereiche Überspannungen infolge der Blitzentladung reagieren, halten in Form von Gebäudemanagement-, Telekommunikations-, Steuerungs- und Sicherheitssystemen mit sehr hohen Wachstumsraten Einzug in nahezu alle Bereiche der Wohn- und Zweckbauten. Die Anforderungen, die durch den Eigentümer / Betreiber an die permanente Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit derartiger Systeme gestellt werden, sind sehr hoch. Der Schutz von elektrischen und elektronischen Systemen in baulichen Anlagen gegen Überspannungen, die durch den elektromagnetischen Blitzimpuls (LEMP) verursacht werden, beruht auf dem Prinzip der Blitzschutzzonen (LPZ Lightning Protection Zone). Nach diesem Prinzip ist die zu schützende bauliche Anlage in innere Blitzschutzzonen unterschiedlicher LEMP-Bedrohungswerte zu unterteilen (Bild 7.1.1). Damit können Bereiche unterschiedlicher LEMP-Bedrohungswerte der Festigkeit des elektronischen Systems angepasst werden. Nach diesem flexiblen Konzept sind abhängig von Zahl, Art und Empfindlichkeit der elektronischen Geräte / Systeme geeignete LPZ definierbar, und zwar von kleinen lokalen Zonen bis zu großen integralen Zonen, die das gesamte Gebäudevolumen umfassen können. Abhängig von der Art der Blitzbedrohung sind innere und äußere Blitzschutzzonen entsprechend DIN EN definiert. Äußere Zonen: LPZ 0 Zone, die durch das ungedämpfte elektromagnetische Feld des Blitzes gefährdet ist und in der die inneren Systeme dem vollen oder anteiligen Blitzstrom ausgesetzt sein können. LPZ 0 wird unterteilt in: LPZ 0 A Zone, die durch direkte Blitzeinschläge und das volle elektromagnetische Feld des Blitzes gefährdet ist. Die inneren Systeme können dem vollen Blitzstrom ausgesetzt sein. LPZ 0 B Zone, die gegen direkte Blitzeinschläge geschützt, aber durch das volle elektromagnetische Feld des Blitzes gefährdet ist. Die inneren Systeme können anteiligen Blitzströmen ausgesetzt sein. LPZ 0 A LPZ 0 B LPZ 2 LPZ 2 LPZ 1 LPZ 3 LPZ 0 B LPZ 1 LPZ 2 LPZ 1 HES LPZ 2 Blitzschutz-Potentialausgleich Blitzstrom-Ableiter (Typ 1) örtlicher Potentialausgleich Überspannungs-Ableiter (Typ 2 / 3) HES Blitzschutzzone Haupterdungsschiene Niederspannungsversorgungssystem Informationstechnisches System Potentialausgleich Fangeinrichtung Versorgungsleitung Metall Schirmung Bild Blitzschutzzonen-Konzept Gesamtdarstellung nach DIN EN (VDE ) BLITZPLANER 191

3 Innere Zonen (geschützt gegen direkte Blitzeinschläge): LPZ 1 Zone, in der Stoßströme durch Stromaufteilung und durch isolierende Schnittstellen und/oder durch SPDs an den Zonengrenzen begrenzt werden. Das elektromagnetische Feld des Blitzes kann durch räumliche Schirmung gedämpft sein. LPZ 2...n Zone, in der Stoßströme durch Stromaufteilung und durch isolierende Schnittstellen und/oder durch zusätzliche SPDs an den Zonengrenzen weiter begrenzt werden können. Das elektromagnetische Feld des Blitzes kann zudem durch eine zusätzliche räumliche Schirmung weiter gedämpft sein. LPZ 0 A LPZ 0 B LPZ 0 B LPZ 0 A LPZ 0 B LPZ 1 LPZ 0 B LPZ 1 LPZ 1 HES Blitzschutz-Potentialausgleich Blitzstrom-Ableiter örtlicher Potentialausgleich Überspannungs-Ableiter HES Blitzschutzzone Haupterdungsschiene Niederspannungsversorgungssystem Informationstechnisches System Potentialausgleich Fangeinrichtung Versorgungsleitung Metall Schirmung Bild 7.1.2a Blitzschutzzonen-Konzept nach DIN EN (VDE ) 192 BLITZPLANER

4 Die Anforderungen für die inneren Zonen müssen entsprechend der Spannungsfestigkeit der zu schützenden elektrischen und elektronischen Systeme definiert werden. An der Grenze jeder inneren Zone muss der Potentialausgleich für alle eintretenden metallenen Teile und Versorgungsleitungen durchgeführt werden. Dieser erfolgt direkt oder durch geeignete SPDs. Die Zonengrenze wird durch die Schirmungsmaßnahmen gebildet. Die Umsetzung des Blitzschutzzonen- Konzeptes ist eine wichtige Voraussetzung für den späteren sicheren und störungsfreien Betrieb. Für ein umfassendes Gesamtschutzsystem müssen viele Informationen (z. B. über Gebäudenutzung, Erdungsanlage, Elekt- 0 A LPZ 0 A LPZ 0 B LPZ 2 LPZ 0 B LPZ 2 LPZ 2 LPZ 1 LPZ 2 LPZ 1 LPZ 0 B LPZ 3 LPZ 2 LPZ 1 LPZ 2 LPZ 1 LPZ 1 HES LPZ 2 HES LPZ 2 Bild 7.1.2b Blitzschutzzonen-Konzept nach DIN EN (VDE ) BLITZPLANER 193

5 roanlage, EDV-System) gesammelt und zentral bewertet werden, um die gewünschte Anlagenverfügbarkeit sicherstellen zu können. Die Bilder und zeigen Umsetzungsbeispiele der beschriebenen Maßnahmen für das Blitzschutzzonen- Konzept. 7.2 Management der SPM (Surge Protection Measures) Für neue bauliche Anlagen kann der optimale Schutz von elektronischen Systemen mit einem Minimum an Kosten nur erreicht werden, wenn die elektronischen Systeme gemeinsam mit dem Gebäude und vor dessen Errichtung geplant werden. Auf diese Weise können Komponenten des Gebäudes, wie z. B. die Bewehrung, Metallträger und metallene Stützpfeiler, in das LEMP-Schutz-Management einbezogen werden. Für bestehende bauliche Anlagen sind die Kosten für den LEMP-Schutz meist höher als bei neuen baulichen Anlagen. Werden jedoch die LPZ geeignet gewählt und bestehende Installationen genutzt oder aufgerüstet, so können Kosten reduziert werden. Wird durch die Risikoanalyse nach DIN EN (VDE ) der LEMP-Schutz gefordert, so kann dieser nur erreicht werden, wenn: die Maßnahmen von einer Blitzschutz-Fachkraft mit fundierter Kenntnis der EMV geplant werden, Schritt Erste Risikoanalyse a Abschließende Risikoanalyse a Planung des LEMP- Schutzsystems (LPMS) Auslegung des LPMS Installation und Überprüfung des LPMS Abnahme des LPMS Ziel Prüfung der Notwendigkeit eines LEMP-Schutzes. Falls erforderlich, ist ein geeignetes LEMP-Schutzsystems (LPMS) anhand einer Risikobewertung auszuwählen. Das Kosten-Nutzen-Verhältnis für die ausgewählten Schutzmaßnahmen sollte noch einmal durch eine Risikobewertung optimiert werden. Als Ergebnis werden bestimmt: Gefährdungspegel (LPL) und die Blitzparameter LPZs und deren Grenzen Definition des LPMS: Maßnahmen für räumliche Schirmung Potentialausgleichsnetzwerke Erdungsanlagen Leitungsführung und -schirmung Schirmung eingeführter Versorgungslei tungen Überspannungsschutzgeräte-System Allgemeine Zeichnungen und Beschreibungen Vorbereitung der Ausschreibungsunterlagen Detailzeichnungen und Zeitpläne für die Installation Qualität der Installation Dokumentation Mögliche Revision von Detailzeichnungen Prüfung und Dokumentation des System-Zustands Wiederkehrende Sicherstellung eines angemessenen LPMS Prüfungen a Siehe DIN EN (VDE ) b Mit fundierten Kenntnissen der EMV und der Installationspraxis Maßnahme ist durchzuführen von (soweit betroffen) Blitzschutz-Fachkraft b Eigentümer Blitzschutz-Fachkraft b Eigentümer Blitzschutz-Fachkraft b Eigentümer Architekt Planer der inneren Systeme Planer maßgeblicher Installationen Ingenieurbüro oder gleichwertig Blitzschutz-Fachkraft b Errichter des LPMS Ingenieurbüro Prüfungsbeauftragter Unabhängige Blitzschutz-Fachkraft b Prüfungsbeauftragter Blitzschutz-Fachkraft b Prüfungsbeauftragter Tabelle SPM Managementplan für neue Gebäude und für umfassende Änderungen der Konstruktion oder der Nutzung von Gebäuden nach DIN EN (VDE ) 194 BLITZPLANER

6 zwischen den Experten für den Bau und für den LEMP- Schutz (z. B. Bau- und Elektroingenieuren) eine enge, gewerkeübergreifende Koordination erfolgt und dem Managementplan nach Tabelle (DIN EN (VDE ) Abschnitt 8.1) gefolgt wird. Eine abschließende Risikoanalyse muss nachweisen, dass das verbleibende Risiko kleiner als das akzeptierbare Risiko ist. 7.3 Berechnung der magnetischen Schirmdämpfung von Gebäude-/ Raumschirmen Die vorrangigen Störquellen für zu schützende Geräte und Anlagen in einem Objekt sind der Blitzstrom und das damit verbundene elektromagnetische Feld. Im Bild ist die prinzipielle Wirkungsweise von Gitterstrukturen dargestellt. Die Berechnungsgrundlagen sind in der Norm DIN EN (VDE ) beschrieben. hohe Feldstärke, große magnetische Felder / Induktionsspannungen in der Nähe der Ableitung Berechnungsgrundlagen fußen auf Annahmen und Abschätzungen. Mit einer ersten Näherung soll die komplexe Verteilung des magnetischen Feldes innerhalb von gitterförmigen Schirmen bestimmt werden. Die Formeln für die Bestimmung des magnetischen Feldes basieren auf numerischen Berechnungen des magnetischen Feldes. Bei der Berechnung wurde die magnetische Feldkopplung jedes Stabes des gitterförmigen Schirmes mit allen anderen Stäben, einschließlich des simulierten Blitzkanals, berücksichtigt. Für die Aussage, ob die Wirkung des elektromagnetischen Feldes des ersten Teilblitzes oder die des Folgeblitzes für die zu schützende elektrische Einrichtung die kritischere Störgröße ist, müssen Berechnungen mit dem Maximalwert des Stromes des ersten positiven Teilblitzes (i f/max ) sowie des ersten negativen Teilblitzes (i fn/max ) und mit dem Maximalwert des Stromes der Folgeblitze (i s/max ) entsprechend des Gefährdungspegels nach Tabelle 3 aus DIN EN (VDE ) durchgeführt werden. Die Schirmwirkung von gitterförmigen Schirmen bei direkten Blitzeinschlägen kann durch die in den Bildern 7.3.2a und b kleinere Teilströme, kleinere magnetische Felder / Induktionsspannungen im Gebäude Bild Reduzierung des Magnetfeldes durch Gitterschirme i o i w w d r d r d w H 2 d w H 1 k h i O W m d W d r [A/m] i o = Blitzstrom in LPZ 0 A Bild 7.3.2a Magnetfeld bei direktem Blitzeinschlag innerhalb der LPZ 1 (LEMP) DIN EN (VDE ) Bild 7.3.2b Magnetische Feldstärke bei direktem Blitzeinschlag innerhalb der LPZ 2 BLITZPLANER 195

7 dargestellte Formel berechnet werden. Dieser Betrachtung liegt zugrunde, dass die Blitzstromeinkopplung an einer beliebigen Stelle des Daches erfolgt. Die nachfolgend aufgeführten Berechnungen beschreiben den Stand in der aktuellen EN von Oktober Bei der Berechnung der Sicherheitsabstände ist in Ergänzung zu den Aussagen, die in der aktuellen EN getroffen werden, noch Folgendes zu beachten: Innere elektronische Systeme dürfen nur innerhalb eines Sicherheitsvolumens installiert werden, das einen Sicherheitsabstand vom Schirm der LPZ enthält. Die bisherigen Definitionen dieser Sicherheitsabstände d s/1 und d s/2 wurden oft fälschlicherweise LPZ 1 und LPZ 2 zugeordnet. d s/1 Sicherheitsabstand im Falle eines räumlichen Schirmes von LPZ 1, wenn ein Blitzstrom in diesem räumlichen Schirm fließt. (Der räumliche Schirm von LPZ 1 erzeugt ein magnetisches Feld. Es kann dann kein Schirmfaktor zugeordnet werden: gültig nur im Falle eines direkten Blitzeinschlags (S1) in den Schirm von LPZ 1.) d s/2 Sicherheitsabstand im Falle von räumlichen Schirmen, wenn kein Blitzstrom in diesen räumlichen Schirmen fließt (der Schirmfaktor definiert die Dämpfung von H n auf H n+1 ): gültig für alle räumlichen Schirme von LPZ 1 oder höher bei nahen Einschlägen (S2) oder gültig für alle inneren räumlichen Schirme von LPZ 2 oder höher bei einem direkten Blitzeinschlag (S1) oder bei nahen Einschlägen. Von Deutschland wurden deshalb für die zukünftige Überarbeitung der Blitzschutznorm EN entsprechende Klarstellungen vorgeschlagen, die vor allem redaktioneller Art sind. Es sollen zukünftig folgende neue Bezeichnungen verwendet werden: d s/1 wird d DF bei direkten Blitzeinschlägen in den Schirm von LPZ 1; d s/2 wird d SF bei Anwendung des Schirmungsfaktors SF. Die Berechnungsformeln der Sicherheitsabstände sind demnach entsprechend anzupassen. Berechnung der magnetischen Feldstärke bei Direkteinschlag Für die magnetische Feldstärke H 1 in einem bestimmten Punkt innerhalb von LPZ 1 gilt die folgende Gleichung: H 1 = k h I 0 w m ( d w d r ) in A/m d r der kürzeste Abstand zwischen dem betrachteten Punkt und dem Dach der geschirmten LPZ 1 in m; d w der kürzeste Abstand zwischen dem betrachteten Punkt und der Wand der geschirmten LPZ 1 in m; I 0 der Blitzstrom in LPZ 0 A in A; k h der Geometriefaktor, typischer Wert k h = 0,01 in 1/ m; w m die Maschenweite des gitterförmigen Schirms von LPZ 1 in m. Daraus folgt für den Höchstwert des magnetischen Feldes in LPZ 1 (Anmerkungen 1 und 2 beachten): bedingt durch den positiven ersten Teilblitz: H 1/f /max = k h I f /max w m ( d w d r ) bedingt durch den negativen ersten Teilblitz: H 1/fn/max = k h I fn/max w m bedingt durch die Folgeblitze: ( d w d r ) H 1/s/max = k h I s/max w m ( d w d r ) in A/m in A/m in A/m Dabei ist I f/max der Höchstwert des positiven ersten Teilblitzstroms entsprechend dem Gefährdungspegel in A; I fn/max der Höchstwert des negativen ersten Teilblitzstroms entsprechend dem Gefährdungspegel in A; I s/max der Höchstwert der Folgeblitzströme entsprechend dem Gefährdungspegel in A. Anmerkung: Das magnetische Feld vermindert sich um den Faktor 2, wenn ein vermaschtes Potentialausgleichsnetzwerk nach DIN EN 62305, Teil installiert ist. 196 BLITZPLANER

8 w Volumen V s für elektronische Geräte d s/1 Diese Werte des magnetischen Feldes gelten nur im Sicherheitsvolumen V s innerhalb des gitterförmigen Schirms mit dem Sicherheitsabstand d s/1 zum Schirm (Bild 7.3.3): d s/1 = w SF m 10 d s/1 = w m für SF 10 in m für SF < 10 in m Schirm von LPZ 0 A 1 Sicherheitsabstand Direkteinschlag: d s/1 = w Bild Volumen für elektronische Geräte innerhalb LPZ 1 Dabei ist SF der aus den Gleichungen der Tabelle bestimmte Schirmfaktor in db; wm die Maschenweite des gitterförmigen Schirms in m. Anmerkung: Experimentelle Ergebnisse für das magnetische Feld innerhalb eines gitterförmigen Schirms um die LPZ 1 zeigen, dass die magnetische Feldstärke nahe dem Schirm kleiner ist als die nach obigen Gleichungen berechnete Feldstärke. Bestimmung des magnetischen Feldes bei nahem Blitzeinschlag Das einfallende Magnetfeld H 0 ist zu berechnen mit: H 0 = I 0 ( ) 2 s a in A/m Dabei ist I 0 der Blitzstrom in LPZ 0 A in A; s a der Abstand zwischen dem Einschlagpunkt und dem Mittelpunkt des geschirmten Volumens in m. Daraus ergibt sich für den Höchstwert des magnetischen Feldes in LPZ 0: bedingt durch den positiven ersten Teilblitz: H 0/f /max = I f /max ( ) 2 s a in A/m bedingt durch den negativen ersten Teilblitz: Material Schirmfaktor SF (db) 25 khz erster Teilblitz 1 Mhz Folgeblitze H 0/fn/max = I fn/max ( ) 2 s a in A/m Kupfer oder Aluminium 20 log (8,5/w m ) 20 log (8,5/w m ) bedingt durch die Folgeblitze: Stahl 20 log (8,5 / w m ) / r c 2 20 log (8,5/w m ) w m = Maschenweite [m] (w m 5 m); r c = Stabradius [m]; µr 200 (Permeabilität) Beispiel: Stahl-Gitter w m (m) r (m) db bei 25 khz db bei 1 Mhz 0,012 0, ,100 0, ,200 0, ,400 0, Tabelle Magnetische Dämpfung von Gittern bei Naheinschlag nach DIN EN (VDE ) H 0/s/max = I s/max ( ) 2 s a in A/m Dabei ist I f/max der Höchstwert des positiven ersten Teilblitzstroms entsprechend dem Gefährdungspegel in A; I fn/max der Höchstwert des negativen ersten Teilblitzstroms entsprechend dem Gefährdungspegel in A; I s/max der Höchstwert der Folgeblitzströme entsprechend dem Gefährdungspegel in A. Die Verringerung von H 0 zu H 1 innerhalb von LPZ 1 kann aus den SF-Werten nach Tabelle abgeleitet werden: BLITZPLANER 197

9 H 1/max = H 0/max 10 SF/20 in A/m Dabei ist SF der aus den Gleichungen der Tabelle bestimmte Schirmfaktor in db; das magnetische Feld in LPZ 0 in A/m. H 0 Feld des Blitzkanals H 0 s a H 0 = i o 2 S a [A/m] Daraus folgt für den Höchstwert des magnetischen Feldes in LPZ 1: bedingt durch den positiven ersten Teilblitz: Bild Magnetfeld bei nahem Blitzeinschlag (LEMP) DIN EN (VDE ) H 1/f /max = H 0/f /max 10 SF/20 in A/m Feld des Blitzkanals ohne Schirm: i o H 0 = 2 S a bedingt durch den negativen ersten Teilblitz: H 1/fn/max = H 0/fn/max 10 SF/20 in A/m bedingt durch die Folgeblitze: s a H 0 H 1 mit Schirm: H 1 = H 0 10 SF 1 /20 Bild Magnetfeld bei nahem Blitzeinschlag (LEMP) DIN EN (VDE ) H 1/s/max = H 0/s/max 10 SF/20 in A/m Diese Werte des magnetischen Feldes gelten nur für ein Sicherheitsvolumen V s innerhalb der gitterförmigen Schirmung mit einem Sicherheitsabstand d s/2 vom Schirm (Bild 7.3.3): d s/2 = w m SF/20 d s/2 = w m für SF 10 in m für SF < 10 in m Dabei ist SF der Schirmungsfaktor, berechnet nach den Gleichungen in Tabelle in db; w m die Maschenweite des gitterförmigen Schirms in m. Zu weiteren Angaben für die Berechnung der magnetischen Feldstärke innerhalb gitterförmiger Schirmungen bei nahen Blitzeinschlägen siehe DIN EN Teil 4 A.4.3. Die berechneten Werte für das magnetische Feld gelten für das Sicherheitsvolumen V s innerhalb von gitterförmigen Schir- men, die durch den Sicherheitsabstand d s/... definiert sind (Bild 7.3.3). Dieses Sicherheitsvolumen berücksichtigt Maximalwerte der magnetischen Feldstärke unmittelbar an der Gitterstruktur, welche die Näherungsformel nur ungenügend berücksichtigt. Informationstechnische Geräte dürfen nur innerhalb des Volumens V s installiert werden. Die Berechnungsgrundlage der Schirmwirkung von gitterförmigen Schirmen bei nahen Blitzeinwirkungen wird durch die Bilder und näher erläutert. Bild zeigt die Ausbildung des elektromagnetischen Feldes als eine ebene Welle, deren Feldstärke sich indirekt proportional durch den Abstand s a reduziert. Die Größe des magnetischen Feldes innerhalb eines geschützten Volumens, z. B. Blitzschutzzone 1 (Bild 7.3.5), lässt sich durch die Qualität der Schirmung beschreiben. Realisierung der magnetischen Schirmdämpfung von Gebäude- / Raumschirmen Besonders wichtig zur Abschirmung magnetischer Felder, und damit für die Errichtung von Blitzschutzzonen, sind bauseits vorhandene, ausgedehnte metallene Komponenten, wie z. B. 198 BLITZPLANER

10 a a b Bild 7.3.7a Verzinkte Baustahlmatten zur Gebäudeschirmung Leiter der Fangeinrichtung 2 metallene Abdeckung der Attika 3 Bewehrungsstäbe aus Stahl 4 der Bewehrung überlagertes Maschengitter 5 Anschluss an das Gitter 6 Anschluss für ein interne Potentialausgleichsschiene 7 Verbindung durch Schweißen oder Klemmen 8 willkürliche Verbindung 9 Stahlbewehrung im Beton (mit überlagertem Maschengitter) 10 Ringerder (soweit vorhanden) 11 Fundamenterder a typischer Abstand von 5 m im überlagerten Maschengitter b typischer Abstand von 1 m für Verbindungen dieses Gitters mit der Bewehrung (Typische Maße: a 5 m, b 1 m) Bild Verwendung der Armierungsstäbe einer baulichen Anlage zur Schirmung und zum Potentialausgleich Metalldächer und -fassaden, Stahlarmierungen in Beton, Streckmetalle in Wänden, Gitter, metallene Tragkonstruktionen und Rohrsysteme. Durch den vermaschten Zusammenschluss entsteht eine effektive elektromagnetische Schirmung. Bild zeigt im Prinzip, wie eine Stahlarmierung zu einem elektromagnetischen Käfig (Löcherschirm) ausgebildet werden kann. In der Praxis wird es jedoch bei großen baulichen Anlagen nicht möglich sein, jeden Knotenpunkt zu verschweißen oder zusammenzuklemmen. In der Praxis ist es üblich in die Armierung ein vermaschtes Leitersystem einzulegen mit einem typischen Maß a 5 m. Dieses Maschennetz ist an den Kreuzungspunkten elektrisch sicher verbunden, z. B. durch Klemmen. An dieses Maschennetz wird die Armierung in einem Abstand von typisch b 1 m elektrisch angehängt. Dies geschieht bauseits z. B. durch Rödelverbindungen. Bild 7.3.7b Nutzung verzinkter Baustahlmatten zur Schirmung, z. B. bei einem begrünten Dach Baustahlmatten in Beton sind für Abschirmzwecke geeignet. Bei der Nachrüstung bestehender Anlagen werden derartige Baustahlmatten auch nachträglich verlegt. Für diese Ausführungsform ist es notwendig, die Baustahlmatten aus Korrosionsschutzgründen zu verzinken. Diese verzinkten Baustahlmatten werden dann z. B. auf Dächern überlappend aufgelegt oder für die Gebäudeschirmung an der Außenwand außen oder innen aufgebracht. Die Bilder 7.3.7a und 7.3.7b zeigen die nachträgliche Installation von verzinkten Baustahlmatten auf dem Dach eines Gebäudes. Zum Überbrücken von Dehnungsfugen, zum Anschluss der Armierung von Betonfertigteilen und für Anschlüsse an die außenliegende Erdungsanlage oder das innenliegende Potentialausgleichsystem ist es erforderlich, bereits bauseitig eine ausreichende Anzahl von Erdungsfestpunkten vorzusehen. Bild zeigt eine derartige Installation, die in der Rohbauplanung berücksichtigt werden muss. Das magnetische Feld innerhalb der baulichen Anlage wird über einen breiten Frequenzbereich durch Reduktionsschleifen verringert, die durch das vermaschte Potentialausgleichsnetzwerk entstehen. Typische Maschenweiten sind a 5 m. BLITZPLANER 199

11 Betonfassade Betonstütze Erdungsringleiter Flachbandhalter Stahlstütze Erdungsfestpunkt Bodenplatte Bild Gebäudeschirmung mindestens 50 mm 2 (St/tZn) Erdungssammelleiter Anschluss an den Erdungssammelleiter Bewehrung Bild Erdungssammelleiter / Ringpotentialausgleich 200 BLITZPLANER

12 Durch die vielfache Verbindung aller metallenen Komponenten innerhalb und auch auf der baulichen Anlagen wird ein dreidimensionales, vermaschtes Potentialausgleichsnetzwerk geschaffen. Bild zeigt ein vermaschtes Potentialausgleichsnetzwerk mit den entsprechenden Anschlüssen. Wird ein Potentialausgleichsnetzwerk in den Blitzschutzzonen installiert, so wird das magnetische Feld, welches entsprechend den oben angegebenen Formeln berechnet wurde, typisch um einen Faktor 2 (entspricht 6 db) weiter reduziert. C Kabelschirmung Kabelschirme werden eingesetzt, um die Störungseinwirkung auf die aktiven Adern und die Störungsaussendung der aktiven Adern zu benachbarten Systemen zu verringern. Aus Sicht des Blitz- und Überspannungsschutzes sind folgende Anwendungsfälle geschirmter Leitungen zu beachten: HES 1 HES 2 Bild Kein Schirmanschluss keine Abschirmung gegen kapazitive / induktive Einkopplung Keine Schirmerdung Es gibt Installationssysteme, die zwar ein geschirmtes Kabel empfehlen, jedoch die Schirmerdung verbieten (z. B. KNX). Ohne Schirmanschluss wirkt der Schirm nicht gegen äußere Störbeeinflussungen und ist als nicht vorhanden zu betrachten (Bild ). Beidseitige Schirmerdung Ein Leitungsschirm muss entlang der gesamten Verbindungsstrecke gut leitend durchverbunden und mindestens an beiden Enden geerdet sein. Nur ein beidseitig aufgelegter Schirm kann induktive und kapazitive Einkopplungen mindern (Bild ). Zur Vermeidung von gefährlicher Funkenbildung müssen in ein Gebäude eingeführte Kabelschirme einen bestimmten Mindestquerschnitt aufweisen. Ist dies nicht der Fall, sind die Schirme als nicht blitzstromtragfähig zu betrachten. Der Mindestquerschnitt eines Leitungsschirmes (S cmin ), der isoliert gegen Erde oder Luft verlegt ist, hängt von seinem spezifischen Schirmwiderstand (r c ) (Tabelle ), dem fließenden Blitzstrom (I f ), der Stehstoßspannung des Systems (U W ) und von der Leitungslänge (L c ) ab: S cmin = I L f c c 10 6 [mm 2 ] U w I f kann nach DIN EN (VDE ) berechnet werden. Da die Schirmanschlusstechnik üblicherweise mit Blitzströmen bis 10 ka (10/350 µs) geprüft wird, kann dieser Wert in einer ersten Näherung auch als Maximalwert herangezogen werden. HES 1 Zu beachten: Stoß-Kopplungswiderstand des Schirmes! HES 2 Bild Beidseitiger direkter Schirmanschluss Abschirmung gegen kapazitive / induktive Einkopplung Schirmmaterial ρ c in Ωm Kupfer 17, Aluminium 28, Blei Stahl Tabelle Spezifischer Schirmwiderstand r c für unterschiedliche Materialien U W kann sehr unterschiedlich interpretiert werden. Wird der Kabelschirm entfernt vom inneren System am Gebäudeeintritt abgesetzt, dann kommt die Stehspannungsfestigkeit des Kabels zum Tragen. Wird der Kabelschirm jedoch bis zum Endge- BLITZPLANER 201

13 Beispiele Spannungsfestigkeit NS-Kabel 15 kv TK-Kabel 5 kv TK-Teilnehmerseite 1,5 kv MSR-Einrichtung 0,5 1 kv Tabelle Spannungsfestigkeit bination von einseitig direkter mit indirekter Schirmerdung. An einer zentralen Stelle, etwa der Leitwarte, werden alle Schirme mit dem lokalen Potentialausgleich direkt verbunden. An den fernen Leitungsenden schließt man die Schirme indirekt über Trennfunkenstrecken am Erdpotential an. Da der Widerstand einer Funkenstrecke bei etwa 10 GΩ liegt, werden im überspannungsfreien Betrieb Ausgleichsströme verhindert. Treten EMV-Störungen wie Blitzeinwirkungen auf, so zündet die Funkenstrecke und leitet den Störimpuls zerstörungsfrei ab. Dadurch wird der Restimpuls auf den aktiven Leitungsadern verringert, und die Endgeräte werden noch weniger belastet. Durch den Einsatz von 2-poligen BLITZDUCTOR XT-Ableitern ist eine wahlweise direkte oder indirekte Schirmerdung möglich. Bei entsprechender Belegung der Ansschlussklemmen kann einseitig zwischen Leitungsschirm und Potentialausgleich ein Gasableiter zur indirekten Schirmerdung geschaltet werden, der Störimpulse über den Leitungsschirm eliminiert (Bild ). Durch die Kombinarät durchgängig verlegt, dann ist die Spannungsfestigkeit des Endgerätes zu beachten (Tabelle ). Der Unterschied lässt sich anhand von zwei Beispielen verdeutlichen: TK-Kabelschirm bis Gebäudeeintritt, Al, belastet mit 10 ka, Länge 100 m, Spannungsfestigkeit 5 kv S cmin 6 mm 2 Daneben ist zu beachten, dass auch die Schirmanbindung an die HES entsprechend blitzstromtragfähig auszuführen ist. Busleitungsschirm bis Endgerät, Cu, belastet mit 5 ka, Länge 100 m, Spannungsfestigkeit 0,5 kv S cmin 17 mm 2 Derartige Kabelschirme für Busleitungen sind jedoch nicht praxisgerecht. Aus diesem Grund ist die beschriebene Leitung als nicht blitzstromtragfähig zu betrachten. Einseitige indirekte Schirmerdung Aus betriebstechnischen Gründen kann es vorkommen, dass Leitungsschirme nur einseitig aufgelegt werden. Eine gewisse Dämpfung gegen kapazitive Störfelder ist dadurch zwar gegeben, jedoch kein Schutz gegen die elektromagnetische Induktion, wie sie bei Blitzeinwirkung auftritt. Der Grund für die einseitige Schirmerdung ist die Furcht vor niederfrequenten Ausgleichsströmen. In ausgedehnten Anlagen erstreckt sich beispielsweise eine Busleitung oft mehrere hundert Meter zwischen Gebäuden. Gerade bei älteren Anlagen kommt es vor, dass ein Teil der Erdungsanlagen nicht mehr intakt oder kein vermaschter Potentialausgleich vorhanden ist. Hier können Störungen durch mehrfache Schirmerdung auftreten. Potentialdifferenzen unterschiedlicher Gebäudeerdungssysteme können niederfrequente Ausgleichsströme (n x 50 Hz) und diesen überlagerte Transienten fließen lassen. Dabei sind Stromstärken bis zu einigen Ampere möglich, was im Extremfall zu Kabelbränden führen kann. Daneben kann es zu Signalstörungen durch Übersprechen kommen, wenn die Signalfrequenz in einem ähnlichen Frequenzbereich wie das Störsignal liegt. Ziel ist es, die Forderungen der EMV zu realisieren und Ausgleichströme zu vermeiden. Möglich ist dies durch die Kom- Direkte Erdung HES 1 Indirekte Erdung über Gasentladungsableiter HES 2 HES 1 HES 2 Bild Beidseitiger Schirmanschluss Lösung: Direkte und indirekte Schirmerdung protected Bild BLITZDUCTOR XT mit Schirmanschlussklemme SAK BXT LR mit wahlweise direkter oder indirekter Schirmerdung BLITZPLANER

14 Schirmanschlussklemme Kabelschirm I = 5 ka l = 200 m Isolationsfestigkeit U ISO = 2 kv Ankerschiene Kabel Gesucht: höchstzulässiger Kopplungswiderstand R Kh der Kabelabschirmung l = 200 m R Kh U iso I 2000V 0, A R Kh 0, m m Bild Schirmanschluss Bild Beidseitiger Schirmanschluss Abschirmung gegen kapazitive / induktive Einkopplung tion einer blitzstromtragfähigen Schirmanschlussklemme SAK BXT LR mit BLITZDUCTOR XT kann durch Anschlusskodierung an den Klemmenanschlüssen einfach zwischen direkter und indirekter Schirmerdung gewechselt werden (Bild ). Niederimpedante Schirmerdung Leitungsschirme können Stoßströme bis zu mehreren ka führen. Die Stoßströme fließen beim Ableitvorgang durch den Schirm und die Schirmanschlussklemme gegen Erde ab. Durch die Impedanz des Leitungsschirmes und des Schirmanschlusses entstehen Spannungsdifferenzen zwischen Schirmpotential und Erde. In diesem Fall können Spannungen bis zu einigen kv auftreten und die Isolation von Leitern oder angeschlossenen Geräten zerstören. Besonders kritisch sind großmaschige Schirme sowie das Verdrillen des Leitungsschirmes (Pig-Tail) zum Anschluss in einer Reihenklemme. Die Qualität des verwendeten Leitungsschirmes beeinflusst die notwendige Anzahl der Schirmerdungen. Unter Umständen ist eine Erdung in Abschnitten von wenigen 10 Metern nötig, um eine ausreichende Schirmwirkung zu erzielen. Für den Schirmanschluss empfehlen sich geeignete großflächig kontaktierende Klemmen, mit nachsetzenden Federeigenschaften. Dies ist wichtig zur Kompensation des Fließverhaltens der Kunststoffisolierung der Leiter (Bild ). Maximale Länge geschirmter Leitungen Leitungsschirme besitzen einen sogenannten Kopplungswiderstand, der in etwa dem Gleichstromwiderstand entspricht, der vom Kabelhersteller ausgewiesen wird. Durch diesen Widerstand entsteht auf dem Leitungsschirm ein Spannungsfall, wenn er von einem Störimpuls durchflossen wird. In Abhängigkeit von der Spannungsfestigkeit des Endgerätes und des Kabels sowie der Leitungslänge lässt sich der zulässige Kopp- lungswiderstand für den Leitungsschirm bestimmen. Wichtig dabei ist, dass der Spannungsfall geringer ist als die Isolationsfestigkeit des Systems (Bild ). Wenn nicht, ist der Einsatz von Ableitern notwendig. Ausdehnen von LPZs mit Hilfe geschirmter Leitungen Gemäß DIN EN (VDE ) kann bei Verwendung einer geschirmten Leitung zwischen zwei gleichen LPZ auf den Einsatz von Ableitern verzichtet werden. Diese Aussage trifft für Störungen zu, die aus dem räumlichen Umfeld der geschirmten Leitung zu erwarten sind (z. B. elektromagnetische Felder) und bei normgemäß vermaschtem Potentialausgleich. Doch ist Vorsicht geboten, denn in Abhängigkeit von den Installatinsbedingungen kann es trotzdem zu Gefährdungen kommen, die den Einsatz von Ableitern erforderlich machen. Typische Gefahrenpotenziale sind: die Speisung der Endgeräte aus verschiedenen Niederspannungs-Hauptverteilern (NSHV), TN-C-Systeme, hohe Kopplungswiderstände der Leitungsschirme oder unzureichende Erdung des Schirmes. Weitere Vorsicht ist bei Leitungen mit schlechter Schirmbedeckung geboten, die häufig aus wirtschaftlichen Gründen eingesetzt werden. Reststörungen auf den Signaladern sind die Folge. Solche Störungen können jedoch durch ein hochwertig geschirmtes Kabel oder durch den Einsatz von Überspannungsschutzgeräten beherrscht werden. 7.4 Potentialausgleichsnetzwerk Die Hauptaufgabe des Potentialausgleichsnetzwerks ist es, in den inneren LPZ gefährliche Potentialdifferenzen zwischen allen Geräten / Anlagen zu vermeiden und das magnetische Feld des Blitzes zu reduzieren. Das erforderliche niederinduktive BLITZPLANER 203

15 Bild Potentialausgleichsnetzwerk in einer baulichen Anlage Bild Ring-Potentialausgleichsschiene in einem Computer-Raum Potentialausgleichsnetzwerk wird durch vielfache Verbindungen aller metallenen Komponenten mit Hilfe von Potentialausgleichsleitern innerhalb der LPZ der baulichen Anlage erreicht. Dadurch entsteht ein dreidimensionales vermaschtes Netzwerk (Bild 7.4.1). Typische Komponenten des Netzwerks sind: alle metallenen Installationen (z. B. Rohrleitungen, Kessel) Armierungen im Beton (in Böden, Wänden und Decken) Gitterroste (z. B. Zwischenböden) Kabelkanäle Lüftungskanäle Aufzugsschienen metallene Böden Versorgungsleitungen. Bild Verbindung der Ring-Potentialausgleichsschiene mit dem Potentialausgleichsnetzwerk über Erdungsfestpunkt Sternförmige Anordnung S maschenförmige Anordnung M Legende zu und grundsätzliche Anordnung S M Potentialausgleichsnetzwerk Potentialausgleichsleiter Gerät Anschlusspunkt an das Potentialausgleichsnetzwerk Integration in das Potentialausgleichsnetzwerk S s M m ERP S s M m Erdungsbezugspunkt sternförmige Anordnung integriert über einen Sternpunkt maschenförmige Anordnung integriert über ein Maschengitter M s maschenförmige Anordnung integriert über einen Sternpunkt ERP Bild Integration elektronischer Systeme in das Potentialausgleichsnetzwerk nach DIN EN BLITZPLANER

16 Kombination 1 Kombination 2 S s ERP M m ERP Bild Kombination der Integrationsmethoden nach Bild Integration in das Potentialausgleichsnetzwerk nach DIN EN Anzustreben ist eine Gitterstruktur des Potentialausgleichsnetzwerks von etwa 5 m x 5 m. Dadurch wird das elektromagnetische Blitzfeld innerhalb einer LPZ typisch um einen Faktor 2 (entsprechend 6 db) vermindert. Gehäuse und Racks elektronischer Geräte und Systeme sollen mit kurzen Verbindungen in das Potentialausgleichsnetzwerk integriert werden. Dazu sind in der baulichen Anlage Potentialausgleichsschienen und/oder Ring-Potentialausgleichsschienen (Bild 7.4.2) in genügender Anzahl vorzusehen, die wiederum mit dem Potentialausgleichsnetzwerk zu verbinden sind (Bild 7.4.3). Schutzleiter (PE) und Kabelschirme der Datenleitungen elektronischer Geräte und Systeme müssen in das Potentialausgleichsnetzwerk entsprechend der Vorgaben des Systemherstellers integriert werden. Die Verbindung kann maschen- oder sternförmig erfolgen (Bild 7.4.4). Anmerkung: Das hier beschriebene Potentialausgleichsnetzwerk nach DIN EN zur Verringerung der gefährlichen Potentialdifferenzen in den inneren LPZ bindet auch die vermaschte Potentialausgleichsanlage nach VDE in die Struktur ein. SPDs an den Zonengrenzen der LPZ werden auf kürzestem Weg an diese Potentialausgleichsstruktur angebunden. Bei Verwendung einer Sternpunkt-Anordnung S müssen alle metallenen Komponenten des elektronischen Systems gegenüber dem Potentialausgleichsnetzwerk in geeigneter Weise isoliert sein. Eine sternförmige Anordnung ist deshalb in den meisten Fällen auf die Anwendung in kleinen, lokal begrenzten M s M m Systemen beschränkt. Dabei müssen alle Leitungen an einer einzigen Stelle in die bauliche Anlage oder einen Raum innerhalb der baulichen Anlage eintreten. Die Sternpunkt-Anordnung S darf an das Potentialausgleichsnetzwerk nur an einem einzigen Erdungsbezugspunkt (ERP) angeschlossen werden. Dadurch ergibt sich die Anordnung S S. Bei Verwendung der Maschen-Anordnung M müssen die metallenen Komponenten des elektronischen Systems gegenüber dem Potentialausgleichsnetzwerk nicht isoliert sein. Alle metallenen Komponenten sollen an möglichst vielen Potentialausgleichspunkten in das Potentialausgleichsnetzwerk integriert werden. Die sich daraus ergebende Anordnung M m wird für ausgedehnte und offene Systeme verwendet werden, bei denen es viele Leitungen zwischen den einzelnen Geräten gibt. Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist, dass die Leitungen des Systems an unterschiedlichen Stellen in eine bauliche Anlage oder einen Raum eintreten können. In komplexen elektronischen Systemen können auch Kombinationen von Sternpunkt- und Maschen-Anordnung (Bild 7.4.5) realisiert werden, um die Vorteile beider Anordnungen miteinander zu verbinden. 7.5 Potentialausgleich an der Grenze von LPZ 0 A und LPZ Potentialausgleich für metallene Installationen An der Schnittstelle zwischen den EMV-Blitzschutzzonen sind Maßnahmen für die Reduzierung des eingestrahlten elektromagnetischen Feldes zu realisieren und ausnahmslos alle die Schnittfläche durchdringenden metallenen und elektrischen Leitungen / Systeme in den Potentialausgleich einzubeziehen. Diese Forderung des Potentialausgleiches entspricht im Grunde denen des Schutzpotentialausgleiches nach der DIN VDE , 444 und 540. Weiterführend zum Schutzpotentialausgleich ist der Blitzschutz-Potentialausgleich zudem für elektrische und elektronische Leitungen (s. auch Kapitel 7.5.2) an dieser Schnittstelle der Zonen zu realisieren. Dieser Potentialausgleich ist möglichst nahe an der Eintrittstelle der Leitungen und metallenen Installationen in die bauliche Anlage zu realisieren. Die Leitungsführung sollte möglichst kurz (niederimpedant) ausgeführt sein. Für den Potentialausgleich sind die in Tabelle angegebenen Mindestquerschnitte für die Anbindung der Potentialausgleichschiene an das Erdungssystem, die Verbindung von verschiedenen Potentialausgleichschienen untereinander und BLITZPLANER 205

17 Werkstoff Querschnitt Cu 16 mm 2 Al 25 mm 2 Fe 50 mm 2 Tabelle Mindestquerschnitte entsprechend DIN EN (VDE ), Tabelle 8 SPD 0/1 Bild Transformator außerhalb der baulichen Anlage SPD 0/1 Bild Anschluss PAS an Erdungsfestpunkt Bild Transformator innerhalb der baulichen Anlage (LPZ 0 eingestülpt in LPZ 1) die Anbindung von den metallenen Installationen an die Potentialausgleichsschiene zu beachten. Folgende metallenen Installationen sind in den Potentialausgleich einzubinden: metallene Kabelkanäle geschirmte Kabel und Leitungen Bewehrung des Gebäudes metallene Wasserverbrauchsleitungen metallene Schutzrohre für Leitungen sonstige metallenen Rohrsysteme oder leitfähige Teile (z. B. Druckluft). Der Erdanschluss kann einfach und korrosionsfrei mittels Erdungsfestpunkten erstellt werden. Hierbei kann gleichzeitig die Armierung mit den Potentialausgleich verbunden werden. Die Anbindung der Potentialausgleichsschiene an den Erdungsfestpunkt und der Anschluss von Rohrleitungen in den Potentialausgleich ist in Bild dargestellt. Die Anbindung von Kabelschirmen in den Potentialausgleich wird im Kapitel 7.3 behandelt Potentialausgleich für Energieversorgungsanlagen Analog zu metallenen Installationen sind alle elektrischen Energie- und Datenleitungen am Gebäudeeintritt (Blitzschutzzonen (LPZ)-Übergang 0 A auf 1) in den Potentialausgleich einzubeziehen. Während die Ausführung für Datenleitungen in Abschnitt beschrieben wird, soll im Folgenden auf die Ausführung des Potentialausgleichs mit elektrischen Energieleitungen näher eingegangen werden. Die Schnittstellen für den Potentialausgleich an der LPZ- Grenze 0 A auf 1 definieren sich anhand der spezifischen baulichen Ausführung des zu schützenden Objektes. Für Anlagen mit Einspeisung vom Niederspannungssystem orientiert sich die LPZ-Grenze 0 A /1 meist an der Gebäudegrenze (Bild ). Bei Objekten, welche direkt aus dem Mittelspannungsnetz gespeist werden, wird die Blitzschutzzone LPZ 0 A bis zur Sekundärseite des Transformators ausgestülpt. Der Blitzschutz- Potentialausgleich erfolgt auf der 230/400 V-Seite des Transformators (Bild ). Um Beschädigungen des Transformators zu verhindern, empfiehlt sich der zusätzliche Einsatz von Überspannungsschutzgeräten auf der Hochspannungsseite des Transformators. 206 BLITZPLANER

18 Bewehrung der Außenwände und des Fundamentes andere Erder, z. B. Vermaschung zu Nachbargebäuden Anschluss an die Bewehrung innerer (Potential-) Ringleiter Verbindung zu äußeren leitenden Teilen, z. B. Wasserleitung Erder Typ B, Ringerder Überspannungsschutzgerät (SPD) Potentialausgleichsschiene elektrische Energie- oder informationstechnische Leitung Verbindung zu zusätzlichen Erdern, Typ-A-Erder Bild Beispiel des Potentialausgleichs in einer baulichen Anlage mit mehreren Einführungsstellen der äußeren leitenden Teile und mit einem inneren Ringleiter als Verbindung der Potentialausgleichsschienen Verbraucher-Stromkreise elektronische Geräte Zähler Heizung Antennenleitung Eine Beeinflussung aufgrund des Fließens von Blitzteilströmen in der LPZ 0 auf Anlagenteile / Systeme in der LPZ 1 wird durch zusätzliche Schirmungsmaßnahmen der eingeführten Mittelspannungsleitung verhindert. Um Ausgleichsströme zwischen den verschiedenen Potentialausgleichspunkten in einer elektrischen Anlage zu verhindern, wird empfohlen, den Blitzschutz-Potentialausgleich aller ein- Hausanschlusskasten Strom Gas Zähler HES Wasser Fundamenterder Wasseruhr Bild Ausführung des inneren Blitzschutzes mit einer gemeinsamen Einführungsstelle aller Versorgungsleitungen geführten metallenen Leitungen und elektrischen Energie- und Datenleitungen zentral an einer Stelle vorzunehmen. Sollte dies aus örtlichen Gegebenheiten nicht möglich sein, dann empfiehlt sich der Einsatz einer Ring-Potentialausgleichsschiene (Bilder und ). Das Ableitvermögen der eingesetzten Blitzstrom-Ableiter (SPD, Typ 1) muss den Belastungen am Einsatzort unter Zugrunde- BLITZPLANER 207

19 Gefährdungspegel Blitzstoßstromtragfähigkeit (alt: Blitzschutzklasse) im TN-System im TT-System (L N) im TT-System (N PE) I 100 ka/m 100 ka/m 100 ka II 75 ka/m 75 ka/m 75 ka III / IV 50 ka/m 50 ka/m 50 ka m: Anzahl der Leiter, z. B. bei L1, L2, L3, N und PE ist m = 5 Tabelle Geforderte Blitzstoßstromtragfähigkeit von Überspannungs-Schutzeinrichtungen SPD Typ 1 in Abhängigkeit des Gefährdungspegels und der Art der Niederspannungsverbraucheranlage (s. auch VDN Richtlinie : Überspannungs-Schutzeinrichtungen Typ 1. Richtlinie für den Einsatz von Überspannungs-Schutzeinrichtungen (ÜSE) Typ1 in Hauptstromversorgungssystemen und DIN VDE ) S1: Blitzeinschlag in die bauliche Anlage Gebäude 5 Gebäude 4 Gebäude 3 Gebäude 2 Gebäude 1 Äußerer Blitzschutz 100 % Transformator HS-Leitung Erdungsanlage Transformator Erdungsanlage Gebäude 5 Erdungsanlage Gebäude 4 Erdungsanlage Gebäude 3 Erdungsanlage Gebäude 2 Erdungsanlage des getroffenen Gebäudes 1 Bild Modell für die Blitzstromverteilung bei mehreren parallelen Verbrauchersystemen Strangtopologie möglich. Aus Bild wird ersichtlich, dass der resultierende Erdungswiderstand des Niederspannungssystems (bestehend aus mehreren Nachbargebäuden und dem Translegung des für das Objekt festgesetzten Gefährdungspegels entsprechen. Der für die jeweilige bauliche Anlage geeignete Gefährdungspegel ist aufgrund einer Risikoabschätzung auszuwählen. Liegt keine Risikoabschätzung vor oder können keine detaillierten Aussagen über die Blitzstromaufteilung an der LPZ-Grenze 0 A auf 1 gemacht werden, ist es ratsam, die Schutzklasse mit den höchsten Anforderungen (Gefährdungspegel I) zugrunde zu legen. Die sich ergebende Blitzstrombelastung der einzelnen Ableitpfade ist in Tabelle dargestellt. Dabei wird angenommen, dass sich der Gesamtstrom (z. B. 150 ka bei LPL II) zu gleichen Teilen auf die Erdungsanlage des betroffenen Gebäudes und über die Anzahl der Leiter (m) der eingesetzten SPDs Typ 1 in das Niederspannungsnetz aufteilt. Daher beträgt die minimale Blitzstromtragfähigkeit eines SPD Typ 1 bei z. B. LPL II 75 ka/m. Das Beiblatt 1 der DIN EN (VDE ) beschreibt zudem die Blitzstromverteilung in Abhängigkeit von unterschiedlichen Installationsbedingungen. So sind beispielsweise bei mehreren parallelen Verbrauchersystemen erhöhte Belastungen für das vom Blitzeinschlag betroffene Gebäude Strom [ka] Gesamtstrom Teilstrom in Niederspannungsanlage Teilstrom im Neutral- und Phasenleiter Teilstrom in Erdungsanlage Gebäude 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0, Zeit [ms] Bild Modell für die Blitzstromverteilung bei mehreren parallelen Verbrauchersystemen Strangtopologie 208 BLITZPLANER

20 formator) im Vergleich zum Einzelerdungswiderstand des vom Blitzeinschlag betroffenen Gebäudes niedrig ist. Bild zeigt, dass der Strom sich nicht zu gleichen Teilen auf die Niederspannungsanlage und die Erdungsanlage aufteilt. Im betroffenen Gebäude müssen die SPDs Typ 1 in der Niederspannungsanlage den deutlich größeren Strom im Vergleich zur Erdungsanlage ableiten. Das Beiblatt 1 der DIN EN (VDE ) bestätigt jedoch, dass entsprechend dimensionierte SPD Typ-1 (geprüft mit der Wellenform 10/350 µs) die Niederspannungsinstallation bei unterschiedlichen Anwendungen und Blitzbedrohungsszenarien auch bei direkten Blitzeinschlägen zuverlässig schützen. lene Einsatzort unmittelbar am Hausanschluss oftmals nur in Übereinstimmung mit dem Energieversorgungsunternehmen (neu: Verteilungsnetzbetreiber) realisiert werden kann. Die Anforderungen an Blitzstrom-Ableiter in Hauptstromversorgungssystemen ergeben sich aus der VDN Richtlinie : Überspannungs-Schutzeinrichtungen Typ 1. Richtlinie für den Einsatz von Überspannungs-Schutzeinrichtungen (ÜSE) Typ 1 in Hauptstromversorgungssystemen und der DIN VDE (Bilder bis ). Bei der Installation von Blitzstrom-Ableitern an der LPZ- Grenze 0 A auf 1 ist weiterhin zu beachten, dass der empfoh- Bild Kombi-Ableiter DEHNventil Bild Blitzschutz-Potentialausgleich für energietechnisches und informationstechnisches System zentral an einer Stelle Bild Blitzstrom-Ableiter an der Grenze LPZ 0 A 1 BLITZPLANER 209

21 7.5.3 Potentialausgleich für Anlagen der Informationstechnik LPZ 0 A 1 Der Blitzschutz-Potentialausgleich von LPZ 0 A auf 1 ist für alle metallenen Systeme durchzuführen, die in ein Gebäude eingeführt werden. Für informationstechnische Leitungen gilt, dass diese möglichst nahe am Eintrittspunkt mit blitzstromtragfähigen Ableitern zu beschalten sind, die ein geeignetes Energie- Ableitvermögen besitzen. Für informationstechnische Leitungen wird pauschal ein Ableitvermögen bis 2,5 ka (10/350 µs) pro Ader beim Übergang von LPZ 0 A auf 1 gefordert. Von dem pauschalisierten Ansatz wird jedochbei der Auslegung des Ableitvermögens für Anlagen mit einer Vielzahl von informationstechnischen Leitern abgesehen. Nach der Berechnung des zu erwartenden Blitzteilstromes für ein informationstechnisches Kabel (s. DIN EN (VDE )) ist dann der Blitzstrom durch die Anzahl der verwendeten Einzeladern im Kabel zu dividieren, um den Stoßstrom pro Ader zu erhalten. Bei sehr vieladrigen Kabeln wird die Blitzteilstrombelastung pro Ader niedriger ausfallen als bei Kabeln mit wenigen Einzeladern. Zusätzliche Informationen sind im Kapitel 6.3 enthalten. Deshalb können nur Überspannungsschutzgeräte eingesetzt werden, die auch mit einem Ableitstoßstrom (10/350 µs) ausgewiesen sind (Bild ). Wird der Potentialausgleich für Leitungen am LPZ-Übergang 0 B auf 1 durchgeführt, ist der Einsatz von Überspannungsschutzgeräten mit einem Ableitvermögen von Stoßströmen bis 20 ka (8/20 µs) ausreichend, da keine galvanisch eingekoppelten Blitzteilströme zum Fließen kommen. 7.6 Potentialausgleich an der Grenze von LPZ 0 A und LPZ 2 Bild Einsatz von kombinierten Blitzstrom- und Überspanungs- Ableitern vom Typ BLITZDUCTOR XT SPD 0/1/ Potentialausgleich für metallene Installationen Siehe Kapitel Bild Nur ein SPD (0/1/2) nötig (LPZ 2 ausgestülpt in LPZ 1) Potentialausgleich für Energieversorgungsanlagen LPZ 0 A 2 Bedingt durch die Ausführung der baulichen Anlage ist es besonders bei kompakten Anlagen oftmals unumgänglich, an einer Grenze den LPZ-Übergang von 0 A auf 2 zu realisieren (Bild ). Die Realisierung eines solchen LPZ-Übergangs stellt hohe Ansprüche an die eingesetzten Überspannungsschutzgeräte und deren Installationsumgebung. Neben den Parametern, Bild DEHNventil M TT BLITZPLANER

22 Wird der Potentialausgleich von der LPZ 0 auf 2 durchgeführt, so ist zunächst bei der Wahl des Installationsortes und der Bestimmung des Blitzteilstromes der Einzeladern und Schirme genau so vorzugehen, wie unter 6.3 beschrieben. Allerdings ändert sich die Anforderung an ein einzusetzendes SPD am LPZ-Übergang und die Anforderung an die Verdrahwie sie bereits im Abschnitt beschrieben wurden, ist ein Schutzniveau zu erreichen, welches das sichere Betreiben von Betriebsmitteln und Systemen der Blitzschutzzone LPZ 2 gewährleistet. Ein niedriger Schutzpegel und eine hohe Begrenzung der vom Ableiter noch durchgelassenen Störenergie sind dabei die Grundlage für eine sichere energetische Koordination zu Überspannungsschutzgeräten in der Blitzschutzzone LPZ 2 oder zu überspannungsbegrenzenden Bauelementen in den Eingangsschaltungen der zu schützenden Betriebsmittel. Die Kombi-Ableiter auf Funkenstreckenbasis der Gerätefamilie DEHNventil und DEHNvenCI sind mit ihrem Schutzpegel von 1,5 kv ideal für diese Anwendungsfälle ausgelegt. Sie bieten selbst bei empfindlichen Betriebsmitteln mit einer Bemessungs-Stehstoßspannung von 1,5 kv (Überspannungskategorie I nach DIN VDE ) den optimalen Endgeräteschutz. Somit ermöglichen sie dem Anwender die Kombination von Blitzschutz-Potentialausgleich und koordiniertem Endgeräteschutz, d. h. die energetisch koordinierte Schutzwirkung eines Typ 1-, Typ 2- und Typ 3-Ableiters innerhalb der ersten 5 m in nur einem Gerät (Bild ). Da bei dem LPZ-Übergang 0 auf 2 zwangsläufig die beiden Blitzschutzzonen direkt aneinandergrenzen, ist eine hohe Schirmung an den Zonengrenzen unbedingt notwendig. Grundsätzlich wird empfohlen, die Fläche der direkt aneinandergrenzenden Blitzschutzzonen LPZ 0 und 2 so klein wie möglich auszuführen. Sofern es die bauliche Anlage zulässt, sollte die LPZ 2 mit einem zusätzlichen Zonenschirm ausge- rüstet sein, der getrennt vom blitzstromdurchflossenen Zonenschirm an der Zonengrenze 0 aufgebaut ist, sodass, wie in Bild ersichtlich, die LPZ 1 für einen weiten Bereich der Anlage aufgebaut wird. Die mit dieser Maßnahme realisierte Abschwächung des elektromagnetischen Feldes in der LPZ 2 vermeidet die sonst notwendige konsequente Schirmung aller Leitungen und Systeme innerhalb der LPZ Potentialausgleich für Anlagen der Informationstechnik LPZ 0 A 2 Ein Blitzstrom-Ableiter von der LPZ 0 auf 1 leitet einen großen Teil der Störenergie ab und schützt so die Installation im Gebäude vor Schäden. Oft ist jedoch der Reststörpegel noch zu hoch für den Endgeräteschutz. In einem weiteren Schritt am LPZ-Übergang von 1 auf 2 werden dann zusätzlich Überspannungsschutzgeräte installiert, die Störgrößen auf einen Restspannungspegel begrenzen, der an die Spannungsfestigkeit des Endgerätes angepasst ist (siehe auch Bild ). äußerer Blitzschutz Blitzstrom-Ableiter Überspannungs-Ableiter? Ableiterklasse Ableiterklasse Endgerät (Schärfegrad 1) Kombi-Ableiter Geschirmtes Kabel? Ableiterklasse Endgerät (Schärfegrad 1) Bild Die Kombinationshilfe Y/L-AKL (Yellow/Line Ableiterklasse) (s. auch Bild ) BLITZPLANER 211