EMV Blitzschutz von elektrischen und elektronischen Systemen in baulichen Anlagen

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1 VDE-Sc h r ifte n re i he Normen ver stä n d I ic h 185 EMV Blitzschutz von elektrischen und elektronischen Systemen in baulichen Anlagen Risiko-Management, Planen und Ausführen nach den neuen Vornormen der Reihe VDE 0185 Dr.-lng. Peter Hasse Dr.-lng. Ernst Ulrich Landers Prof. Dr.-lng. Johannes Wiesinger 2004 VDE VERLAG GMBH

2 Inhalt Vorwort... 1 Einführung... 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... 3 Störquellen, Kopplungen und Störsenken Blitzentladungen Schalthandlungen und Netzrückwirkungen Elektrostatische Entladungen Nuklearer Elektromagnetischer Impuls Sende-Anlagen... 4 EMV-orientiertes Blitz-Schutzzonen-Konzept Frühere Schutzzonen-Konzepte Grundlagen des Blitz-Schutzzonen-Konzepts Blitz-Schutzzonen (LPZ) Definition der LPZ Verbindung mehrerer LPZ Ausstülpung einer LPZ Leitungsschirme beim Verbinden oder Ausstülpen von LPZ Einrichtung weiterer Stör-Schutzzonen (SPZ) Äußerer Blitzschutz Dämpfung durch Gebäude- oder Raumschirme Schnittstellen für Versorgungssysteme an Grenzen von LPZ Leitungsführung und -schirmung im geschützten Volumen Potentialausgleich-Anlagen im geschützten Volumen

3 Stern- und baumförmiger Potentialausgleich Vermaschter Potentialausgleich Verbindung unterschiedlicher Potentialausgleich-Anlagen Grundfestigkeit der elektronischen Geräte und Systeme Konzeptionelles Vorgehen Der Blitzschutz von Gebäuden und von elektrischen und elektronischen Systemen Bauliche Anlagen und Personen (VDE V 0185 Teil 3) Elektrische und elektronische Systeme (VDE V 0185 Teil 4) Unterschiede im Blitzschutz VDE V 0185 Teil 3 und VDE V 0185 Teil Schutzmaßnahmen gegen LEMP Wahl des Gefährdungspegels Bestimmung der Impulsströme am Einbauort Impulsströme bei Einschlägen in die bauliche Anlage (S1) Impulsströme bei Einschlägen in eine Versorgungsleitung (S3) Sekundäre Impulsströme 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 Überspannungs-Schutzgeräte (SPD) Klassifizierung von SPD Anteilige Blitzströme am Einbauort der SPD Schaltungen von SPD für energietechnische Systeme Schaltungen von SPD für informationstechnische Systeme Räumliche Schirmung LEMP Situation bei einem Blitzeinschlag

4 I 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 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 V 0185 Teil Risikoanalyse Schadensquellen Schadensursachen Schadensarten Bestimmung des Risikos aus Risikokomponenten Parameter für die Risikokomponenten Häufigkeit N von gefährlichen Blitzeinschlägen (VDE V 0185 Teil 2 Anhang A) Erdblitzdichte Ng Blitzeinschläge ND direkt in die bauliche Anlage (S1) Blitzeinschläge NM neben der baulichen Anlage (S2) Blitzeinschläge NL direkt in eine Versorgungsleitung (S3) Blitzeinschläge NI neben einer Versorgungsleitung (S4) Schadenswahrscheinlichkeiten P (VDE V 0185 Teil 2 Anhang B). 166 Einfache Wahrscheinlichkeiten p Reduktionsfaktorenr Schadensfaktoren 6 (VDE V 0185 Teil 2 Anhang C) Verlust von Menschenleben (D1) Verlust von Dienstleistungen für die Öffentlichkeit (D2) Verlust von unersetzlichem Kulturgut (D3) Wirtschaftliche Verluste (D4)

5 Formeln für die einzelnen Risikokomponenten Schock von Lebewesen (C1) Physikalische Schäden (C2) Störung an elektrischen und elektronischen Systemen (C3) Versorgungsleitungen auf mehreren unabhängigen Trassen Anwendung der Risikoanalyse Vereinfachtes Verfahren Detailliertes Verfahren Akzeptierbares Schadensrisiko Ra Abschätzung der Notwendigkeit von Schutzmaßnahmen Auswahl von Schutzmaßnahmen LEMP-Schutz-Management Erste Risikoanalyse Planung Auslegung Installation und Überprüfung Abnahme Abschließende Risikoanalyse Wiederkehrende Prüfungen Bauteile und Schutzgeräte Fangeinrichtungen Kegelförmiger Schutzraum einer Fangstange Quaderförmige Schutzräume Gebäude- und Raumschirme für innere Blitz-Schutzzonen Schirme für Leitungen zwischen räumlich getrennten Blitz- Schutzzonen Schirme für Leitungen in inneren Blitz-Schutzzonen Potentialausgleich-Anlagen Schutzgeräte an den Schnittstellen der Blitz-Schutzzonen Überspannungs-Schutzgeräte an der Schnittstelle LPZ Überspannungs-Schutzgeräte an den Schnittstellen LPZ sowie LPZ und höher Überspannungs-Schutzgeräte für energietechnische Anlagen und Systeme Überspannungs-Schutzgeräte für informationstechnische Systeme

6 Kombinierte Überspannungs-Schutzgeräte für energie- und informationstechnische Geräteeingänge 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 Blitzeinschläge Schadenswahrscheinlichkeiten und Reduktionsfaktoren Risikomanagement für LPZ 2 (EDV-Komplex) Schadenskennwerte für den EDV-Komplex Notwendigkeit von Schutzmaßnahmen Übersicht über die angewandten Schutzmaßnahmen Schritt 1: Risikowerte für das ungeschützte Gebäude Schritt 2: Potentialausgleich am Eintritt in LPZ Schritt 3: Räumlicher Schirm von LPZ 1 und Äußerer Blitzschutz. 260 Schritt 4: Potentialausgleich am Eintritt in LPZ Schritt 5: Räumlicher Schirm von LPZ Risikomanagement für LPZ Schadenskennwerte für das gesamte Gebäude Notwendigkeit von Schutzmaßnahmen Weitere Schutzmaßnahmen bei erhöhten Anforderungen in LPZ Risikomanagement für LPZ OB Schadenskennwerte für die Anlagen auf dem Dach Notwendigkeit von Schutzmaßnahmen Risikomanagement für LPZ 0, Schadenskennwerte für LPZ Oc Notwendigkeit von Schutzmaßnahmen Impulsmagnetfelder des Blitzes Impulsmagnetfelder in LPZ Impulsmagnetfelder in LPZ Induzierte Spannungen in Leiterschleifen Induzierte Spannungen in LPZ

7 Induzierte Spannungen in LPZ Stromtragfahigkeit der Schutzelemente Anteilige Blitzströme an der Grenze von LPZ Sekundär induzierte Impulsströme innerhalb von LPZ Gesamtes LEMP-Schutzsystem Detailausführung des LEMP-Schutzsystems Anhang Begriffe Normen und Richtlinien Literatur Internet-Links Sachwortverzeichnis Die Autoren