Blitz und Blitzschutz

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1 VDE-Schriftenreihe Normen verständlich 128 Blitz und Blitzschutz Grundlagen der Normenreihe VDE 0185 Entstehung von Gewittern Blitzortungssysteme Blitzströme und ihre Wirkungen Schutz von Gebäuden und elektrischen Anlagen Generatoren für die Stromprüfung ApI. Prof. Dr.-Ing. habil. Fridolin Heidler Univ. Prof. Dr.-Ing. habil. Klaus Stimper VDE VERLAG GMBH Berlin Offenbach

2 Inhalt Verzeichnis der Naturkonstanten, Abkürzungen und Formelzeichen 11 Verzeichnis der Abkürzungen 17 1 Einleitung Blitz: Vom Signal der Götter zur beherrschbaren Naturgewalt Blitzstrom als Forschungsobjekt Blitzschutz und elektromagnetische Verträglichkeit Blitzwirkungen und Blitzschutz in der Normung 28 2 Gewitter Entstehung Wolkenbildung Entwicklungsstadien einer Gewitterzelle Gewitterarten Elektrische Ladungen in der Gewitterzelle Ladungstrennung Aufbau der Gewitterzelle Resultierendes elektrisches Feld Gewitterhäufigkeit Gewitter im globalen Ladungskreislauf 43 3 Blitze Entstehung Wolke-Erde-Blitz Erster Leitblitz Fangentladung Enddurchschlagstrecke Hauptblitz Kenndaten des Blitzkanals Folgeblitz Stoßstrom des Hauptblitzes Langzeitstrom nach dem Hauptblitz Multipler Wolke-Erde-Blitz Erde-Wolke-Blitz Strommaximum von abwärts gerichteten Teilblitzen Entladungen über den Gewitterwolken Nutzung der Blitzenergie 64 5

3 4 Blitzfeld Zeitlicher Verlauf Blitzkanalmodelle Feldabstrahlung vom Blitzkanal TCS-Modell TL-Modell Blitzfeld unmittelbar neben der Einschlagstelle 74 5 Blitzortungssysteme Lokale Blitzortungssysteme Regionale Blitzortungssysteme Magnetic Direction Finding (MDF)-Methode Timeof Arrival (TOA)-Methode Ortungsgenauigkeit Erfassung von Teilblitzen Abgrenzung von Wolke-Wolke-Blitzen Globale Blitzortungssysteme 82 6 Blitzströme Stromkomponenten Stoßstrom Langzeitstrom Blitzstromparameter Auslegung von Schutzmaßnahmen gegen die Wirkungen von Blitzströmen Gefährdungspegel Bemessungswerte Nachbildung der Blitzströme in Rechenmodellen Zeitlicher Verlauf der Blitzstoßströme Zeitlicher Verlauf der Langzeitströme Blitzströme im Frequenzbereich Nachbildung der Blitzströme im Labor Prüfung mit Stoßströmen Prüfung der Stromtragfähigkeit und der Energiebelastbarkeit Prüfung hinsichtlich der Wirkungen durch die Stirn der Stoßströme Prüfung mit dem Langzeitstrom Äquivalenzstrom zur Nachbildung des Stirnbereichs der Blitzströme Wirkung der Blitzströme Potentialanhebung Kräfte 102 6

4 7.3 Spannungseinkopplung Eigeninduktivität von Leiterschleifen Gegeninduktivität von Leiterschleifen Ausschmelzungen Ohm'sehe Erwärmung Metalle Spannungsbegrenzende Halbleiter Grundlagen des Gebäudeblitzschutzes Blitzschutzzonen Blitzschutzsystem Äußeres und inneres Blitzschutzsystem Schutzklassen LEMP-Schutzsystem Störgrößen in den Blitzschutzzonen Schutzraum Enddurchschlagstrecke Blitzkugelverfahren Vereinfachungen des Blitzkugelverfahrens Schutzwinkelverfahren Maschenverfahren Fang- und Ableitungseinrichtung Fangeinrichtung Auslegung Natürliche Bestandteile Ableitungseinrichtung Auslegung Natürliche Bestandteile Werkstoffe Erdung Spezifischer Erdwiderstand Eindringtiefe und Eindringgeschwindigkeit ins Erdreich Der Erder als Wellenleiter Erdungswiderstände typischer Erder Tiefenerder Oberflächenerder Ringerder Fundamenterder als Halbkugelerder Hochspannungsentladungen an Erdern Erdung von Blitzschutzsystemen 148 7

5 Mindestlänge eines Erders Erderanordnungen Anordnung Typ A Anordnung Typ В Werkstoffe, Form und Mindestmaße von Erdern Erdung von LEMP-Schutzsystemen Potentialausgleich Potentialausgleich in Blitzschutz-Systemen Potentialausgleich in LEMP-Schutzsystemen Potentialausgleich-Netzwerk Potentialausgleichsschienen Trennungsabstand Stoßspannungsfestigkeit Berechnung des Trennungsabstands Stromaufteilungs-Koeffizient k c Material-Koeffizient k m Stromsteilheits-Koeffizient k { Bauliche Anlagen mit ausladenden Teilen Sondermaßnamen zur Herstellung der Trennungsabstände Ströme und Spannungen auf Leitungen Leitungen zwischen unterschiedlichen Blitzschutzzonen Stromdurchflossene Schirmung von Leitungen Schirmrohr Kabelschirm Kabelkanal aus Beton mit Stahlarmierung Aufteilung des Blitzstroms auf Erdung, metallene Teile und Leitungen Berechnungsverfahren zur Stromaufteilung Vereinfachtes Berechnungsverfahren zur Stromaufteilung Stromaufteilung auf die einzelnen Leiter einer Leitung Auf Versorgungsleitungen einziehende Stoßströme Verminderung induzierter Überspannungen auf inneren Leitungen durch Leitungsführung Räumliche Schirmung Vom Blitzstrom durchflossener gitterförmiger Schirm von LPZ Nicht vom Blitzstrom durchflossener gitterförmiger Schirm von LPZ Gitterförmiger Schirm von LPZ

6 16 Uberspannungsschutzgeräte Typen Aufbau Prüfung Stoßstrom 10/350 us nach Prüfklasse Stoßstrom 8/20 us nach der Prüfklasse Stoßspannung 1,2/50 us nach den Prüfklassen 1 und Hybridgenerator nach der Prüfklasse Koordination Auswahl und Installation Stromprüfung von Blitzschutzkomponenten Stoßstromgeneratoren mit 7?LC-Schaltkreis ?LC-Schaltkreis bei aperiodischer Dämpfung ?LC-Schaltkreis bei aperiodischem Grenzfall i?lc-schaltkreis bei periodischer Dämpfung Stoßstromgeneratoren mit Crowbar-Schalter Stromgeneratoren zur Nachbildung der Stirn von Stoßströmen Maximale Stromsteilheit im 7?LC-Stromkreis Erhöhung der Stromsteilheit durch Querbeschaltung zum Prüfobjekt Generatoren zur Nachbildung der Langzeitströme Hybridgeneratoren Literatur Fachbücher Normen Zeitschriftenaufsätze, Konferenzbeiträge 225 Stichwortverzeichnis 235 9