Gebäudeschutzsystem

Die Aufgabe von primären Blitzschutzsystemen ist es, Anlagen bei direktem Blitzeinschlag zu schützen, die möglichen Einschlagpunkte festzulegen und unkontrollierte Einschläge an anderen Stellen zu vermeiden. Sie nehmen den Blitzstrom auf und leiten ihn in die Erde ab. Das Prinzip basiert auf einem Schutzbereich, der von einer Fangeinrichtung festgelegt wird. Als Fangeinrichtung kommen grundsätzlich Fangstangen und Fangleitungen zum Einsatz.

Die drei Arten von primären Blitzschutzeinrichtungen:

• Blitzableiter,
• Erdseile,
• Maschenkäfig oder Faraday´scher Käfig.

Äußere Blitzschutzeinrichtungen

Der Blitzableiter

Der Begriff „Blitzableiter“ bezeichnet eine historische Einrichtung zum Schutz von Gebäuden vor den negativen Folgen eines Blitzschlags. Er wird umgangssprachlich auch für Fangeinrichtungen und Ableitungen eines modernen Blitzschutzsystems benutzt.

Ein Blitzableiter ist ein bis an eine exponierte Stelle geführter, geerdeter elektrischer Leiter, der dank seines großzügig bemessenen Querschnitts über einen hohen elektrischen Leitwert verfügt. Er leitet den Blitzstrom an der Außenseite des zu schützenden Objekts sicher zum Erdboden ab (siehe Abb. J12).

Abb. J12: Beispiel einer Schutzeinrichtung gegen Blitzschlag durch Blitzableiter

Planung des Blitzschutzes und Errichtung eines Blitzableiters sind die Aufgaben eines Fachmanns.

Zu berücksichtigen sind die Querschnitte und die verwendeten Materialien für den äußeren Blitzschutz und den Fundamenterder (damit hochfrequente Blitzströme zur Erde abgeleitet werden).

Außerdem treten durch das Fließen eines Blitzstroms zur Erde „Ohmsche“ und „induktive Kopplungen“ in den zu schützenden elektrischen Stromkreisen der Gebäude auf. Diese können hohe zweistellige Kilovoltwerte erreichen. Daher ist es sinnvoll, die Ableitströme symmetrisch in zwei, vier oder mehr Ströme aufzuteilen, um die Auswirkungen zu minimieren.

Erdseile

Das Erdseil ist ein geerdetes, elektrisch leitfähiges Seil auf der Spitze von Masten, um die darunterliegende Konstruktion vor Blitzschlag zu schützen (siehe Abb. J13). In aller Regel findet das Erdseil seine Anwendung im Bereich der Hochspannungsfreileitungen oder im Eisenbahnwesen. Hochspannungsleitungen mit Betriebsspannungen unter 50 Kilovolt werden normalerweise nicht mit einem Erdseil ausgestattet, solche mit Betriebsspannungen über 50 Kilovolt werden fast immer mit einem Erdseil ausgestattet (siehe Abb. J13a).

Abb. J13: Beispiel für Blitzschutz mit Erdseilen

Abb. J13a: Blitzschutzseile

Faraday´scher Käfig

Primäre Blitzableitungsvorrichtungen wie ein Faraday´scher Käfig oder Erdseile werden zum Schutz bei direktem Blitzeinschlag verwendet. Diese Schutzeinrichtungen verhindern jedoch nicht die sekundären, zerstörenden Auswirkungen auf Geräte wie z.B. Anstieg des Erdpotentials und elektromagnetische Induktion aufgrund von Strömen, die in die Erde fließen. Zur Verringerung von Sekundäreffekten müssen NS-Überspannungsableiter in Telefon- und in Energieversorgungsnetze integriert werden.

Dieses Prinzip wird für Gebäude verwendet, in denen sehr empfindliche Fertigungsanlagen für Computer oder integrierte Schaltungen untergebracht sind. Es besteht darin, die Anzahl der Ableiter außerhalb des Gebäudes symmetrisch zu multiplizieren. Bei hohen Gebäuden werden horizontale Verbindungen hinzugefügt, z.B. alle zwei Stockwerke (siehe Abb. J14). Die Ableiter sind per Fundamenterder geerdet. Daraus ergibt sich eine Reihe von miteinander verbundenen Maschen mit 15 x 15 m oder 10 x 10 m. Dadurch wird ein besserer Potentialausgleich des Gebäudes erreicht und Blitzströme werden zerlegt, wodurch elektromagnetische Felder und Induktion erheblich verringert werden.

Abb. J14: Beispiel für Schutz durch Faraday´schen Käfig

Innere Blitzschutzeinrichtungen

50% der Blitzstoßströme, die über das Gebäudeschutzsystem abgeleitet werden, beeinflussen über das Erdungssystem eingeleitete Rückspeiseströme das elektrische Netzwerk innerhalb eines Gebäudes (siehe Abb. J15):

Abb. J15: Durch direkten Blitzschlag hervorgerufener Rückspeisestrom

Die Potentialanhebung führt häufig dazu, dass der Isolationswert der im Netzwerk eingesetzten Leiter überschritten wird (Niederspannung, Kommunikation, Fernseher etc.).

Außerdem induziert der Stromfluss in den abgangsseitigen Leitern eine Überspannung im elektrischen Netzwerk.