EMV Blitzschutz von elektrischen und elektronischen Systemen in baulichen Anlagen

Transkript

1 VDE-Schriftenreihe Normen verständlich 185 EMV Blitzschutz von elektrischen und elektronischen Systemen in baulichen Anlagen Risiko-Management, Planen und Ausführen nach den neuen Normen der Reihe VDE Dr.-Ing. Peter Hasse Dr.-Ing. Ernst Ulrich Landers Prof. Dr.-Ing. Johannes Wiesinger Dr.-Ing. Peter Zahlmann 2., vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage 2007 VDE VERLAG GMBH Berlin Offenbach

2 Inhalt Vorwort 5 1 Einführung 13 2 Schäden durch elektromagnetische Beeinflussung Schadensstatistiken Schadensbeispiele Schäden in explosionsgefährdeten Anlagen Schäden in Industrie-Anlagen Schäden in Elektrizitäts-Versorgungs-Anlagen Schäden in Wohnhäusern Schäden an Bahnanlagen, an Flugzeugen und auf Flughäfen 29 3 Störquellen, Kopplungen und Störsenken Blitzentladungen Schalthandlungen und Netzrückwirkungen Elektrostatische Entladungen Nuklearer Elektromagnetischer Impuls Sende-Anlagen 48 4 EMV-orientiertes Blitzschutzzonen-Konzept Frühere Schutzzonen-Konzepte Grundlagen des Blitzschutzzonen-Konzepts Blitzschutzzonen (LPZs) Definition einer LPZ Verbindung mehrerer LPZs Ausstülpung einer LPZ Leitungsschirme beim Verbinden oder Ausstülpen von LPZs Einrichtung weiterer Störschutzzonen Äußerer Blitzschutz Dämpfung durch Gebäude- oder Raumschirme Schnittstellen für Versorgungssysteme an Grenzen von LPZs Leitungsführung und -schirmung im geschützten Volumen 70

3 4.8 Potentialausgleich-Anlagen im geschützten Volumen Stern- und baumförmiger Potentialausgleich Vermaschter Potentialausgleich Verbindung unterschiedlicher Potentialausgleich-Anlagen Grundfestigkeit der elektronischen Geräte und Systeme Konzeptionelles Vorgehen 83 5 Der Blitzschutz von Gebäuden und von elektrischen und elektronischen Anlagen Bauliche Anlagen und Personen (VDE ) Elektrische und elektronische Systeme (VDE ) Unterschiede im Blitzschutz nach VDE und nach VDE Schutzmaßnahmen gegen LEMP Wahl des Gefährdungspegels Bestimmung der Stoßwellen am Einbauort Stoßströme aus direkten Einschlägen in die bauliche Anlage (Sl) Stoßströme aus indirekten Einschlägen und Induktionswirkungen Stoßströme bei Einschlägen in eine Versorgungsleitung (S3) Stoßströme bei Einschlägen nahe einer Versorgungsleitung (S4) Stoßströme aus Induktionswirkungen Festigkeit der elektronischen Geräte Festigkeit gegen Magnetfelder Festigkeit gegen Stoßspannungen und Stoßströme Festigkeit im energietechnischen Netz Festigkeit von Geräten Erdungsmaßnahmen Erdungsanlage Potentialausgleich-Netzwerk Potentialausgleich-Maßnahmen Potentialausgleich eintretender Versorgungsleitungen Integration der elektrischen und elektronischen Systeme Überspannungsschutzgeräte (SPDs) Klassifizierung von SPDs Anteilige Blitzströme am Einbauort der SPDs Schaltungen von SPDs für energietechnische Systeme 121

4 6.6.4 Schaltungen von SPDs für informationstechnische Systeme Räumliche Schirmung LEMP-Situation bei einem Blitzeinschlag Magnetfelder bei direkten Blitzeinschlägen Magnetfelder bei nahen Blitzeinschlägen Praktische Ausführung der räumlichen Schirmung Leitungsführung und -schirmung Induzierte Spannungen bei direkten Blitzeinschlägen Induzierte Spannungen bei nahen Blitzeinschlägen Spannungsfestigkeit v bei leitungsgebundenen Störungen Induzierte Ströme bei direkten Blitzeinschlägen Induzierte Ströme bei nahen Blitzeinschlägen Stromtragfähigkeit bei leitungsgebundenen Störungen Schutzmaßnahmen in bestehenden baulichen Anlagen Integration von neuen elektrischen Systemen Varianten für die Blitzschutzzonen Beispiele für besondere Schutzmaßnahmen Risikomanagement nach VDE Risikoanalyse Schadensquellen Schadensursachen Schadensarten Bestimmung des Risikos aus Risikokomponenten Parameter für die Risikokomponenten Häufigkeit N x von gefährlichen Ereignissen (VDE Anhang A) Erdblitzdichte N g Gefährliche Ereignisse N l = N D durch Blitzeinschläge in die bauliche Anlage (Sl) Gefährliche Ereignisse N 2 = N u durch Blitzeinschläge neben der baulichen Anlage (S2) Gefährliche Ereignisse N 3 = N L + N Dä durch Blitzeinschläge in eine Versorgungsleitung (S3) Gefährliche Ereignisse N 4 = N l N L durch Blitzeinschläge neben einer Versorgungsleitung (S4) 166

5 7.8 Schadenswahrscheinlichkeiten P x (VDE Anhang B) Schutz gegen physikalische Schäden Schutz gegen Berührungs- und Schrittspannungen Überspannungsschutz Raumschirmung, innere Verkabelung, Spannungsfestigkeit Äußere Verkabelung, Spannungsfestigkeit Schadenswahrscheinlichkeiten f A, P u für Verletzung von Lebewesen (Dl) Schadens Wahrscheinlichkeiten P B, P y für physikalische Schäden (D2) Schadenswahrscheiniichkeiten P o P M, P w, P z für Ausfall von elektrischen und elektronischen Systemen (D3) Verlustwerte L x (VDE Anhang C) Verlust von Menschenleben (Ll) Verlust von Dienstleistungen für die Öffentlichkeit (L2) Verlust von unersetzlichem Kulturgut (L3) Wirtschaftliche Verluste (L4) Gleichungen für die einzelnen Risikokomponenten Verletzung von Lebewesen (Dl) Physikalische Schäden (D2) Ausfall von elektrischen und elektronischen Systemen (D3) Versorgungsleitungen auf mehreren unabhängigen Trassen Anwendung der Risikoanalyse Zu betrachtende bauliche Anlage Unterteilung einer baulichen Anlage in Zonen Z s Bestimmung der Notwendigkeit des Blitzschutzes Schutzbedarf Wirtschaftlichkeit von Schutzmaßnahmen Auswahl und Optimierung von Schutzmaßnahmen Einfluss der Schutzmaßnahmen auf die Risikofaktoren LEMP-Schutz-Management Erste Risikoanalyse Abschließende Risikoanalyse Planung Auslegung

6 8.5 Installation und Überprüfung Abnahme Wiederkehrende Prüfungen Bauteile und Schutzgeräte Fangeinrichtungen Kegelförmiger Schutzraum einer Fangstange Quaderförmige Schutzräume Gebäude- und Raumschirme für innere Blitzschutzzonen Schirme für Leitungen zwischen räumlich getrennten Blitzschutzzonen. C Schirme für Leitungen in inneren Blitzschutzzonen Potentialausgleich-Anlagen Schutzgeräte an den Schnittstellen der Blitzschutzzonen Überspannungsschutzgeräte an der Schnittstelle LPZ 0 A /l Überspannungsschutzgeräte an den Schnittstellen LPZ 0 B /l sowie LPZ 1/2 und höher Überspannungsschutzgeräte für energietechnische Anlagen und Systeme Überspannungsschutzgeräte für informationstechnische Systeme LEMP-Schutz in einem Industriekomplex Planungsgrundlagen Bauvorhaben Schutzkonzept und Gefährdungspegel Kenndaten für das zu schützende Gebäude V Erdblitzdichte und Umgebungsdaten Abmessungen des Gebäudes Eintretende Versorgungsleitungen Einfangflächen und jährliche gefährliche Ereignisse Schadenswahrscheinlichkeiten und Einflussfaktoren Risikomanagement für die Schadensart Ll (Verlust von Menschenleben) Akzeptierbares Schadensrisiko R r " Schadenskennwerte Angewandte Schutzmaßnahmen Schritt 0: Ungeschützte Anlage

7 Schritt 1: Potentialausgleich am Eintritt in LPZ Schritt 2: Äußerer Blitzschutz und räumlicher Schirm von LPZ Schritt 3: Schutz gegen Schritt-und Berührungsspannungen Schritt 4: Brandschutz : Risikomanagement für die Schadensart L4 (wirtschaftliche Verluste) Kosten und Finanzierung Schadenskennwerte Angewandte Schutzmaßnahmen Schritt 0: Ungeschützte Anlage Schritt 1: Potentialausgleich am Eintritt in LPZ Schritt 2: Äußerer Blitzschutz und räumlicher Schirm von LPZ Schritt 3: Schutz gegen Schritt- und Berührungsspannungen Schritt 4: Brandschutz Schritt 5: Koordinierter SPD-Schutz Schritt 6: Räumlicher Schirm von LPZ Impulsmagnetfelder des Blitzes Impulsmagnetfelder in LPZ Impulsmagnetfelder in LPZ Induzierte Spannungen in Leiterschleifen Induzierte Spannungen in LPZ Induzierte Spannungen in LPZ Stromtragfähigkeit der Schutzelemente Anteilige Blitzströme an der Grenze von LPZ Sekundär induzierte Stoßströme innerhalb von LPZ Gesamtes LEMP-Schützsystem Detailausführung des LEMP-Schutzsystems Anhang Begriffe Normen und Richtlinien Literatur Internet Links 319 Sachwortverzeichnis 321 Die Autoren