Die Bedeutung der fachgerechten Umsetzung in Blitzschutzsystemen
1 März 2014
Die Bedeutung innerer Blitzschutzsysteme und ihre technische Einsatzpflicht
29 Dezember 2014
Raycap stellt – wie in vielen anderen Produktgruppen weltweit – auch im Produktbereich Überspannungs- und Blitzschutzsysteme technische Fakten in Form von Lösungspaketen für Endanwender bereit. Normen und ingenieurtechnische Studien zeigen, dass entgegen der weit verbreiteten Meinung im nationalen Elektrizitätssektor äußere Blitzschutzsysteme wie Blitzableiter, Faradaysche Käfige oder Fangeinrichtungen allein nicht ausreichen, um elektrische Geräte in Gebäuden vor Blitzschlag und Überspannung zu schützen. Werden die als innerer Blitzschutz bezeichneten Überspannungsschutzgeräte nicht in ein Erdungs- und Potentialausgleichssystem integriert, stellen installierte Blitzableitersysteme eine erhebliche Gefahr dar – vergleichbar mit einer gezogenen Handgranate.
Denken Sie daran: Alleinige Anwendungen von Blitzableiter und Faradayschem Käfig sind NICHT ausreichend, um Ihre Geräte vor Blitzschlag zu schützen!
Leider steht das Entstehen des Schutzbedarfs in einem umgekehrten Verhältnis zur technologischen Entwicklung. Der Grund dafür ist, dass mit der Miniaturisierung elektronischer Geräte auch deren Betriebsspannungen auf deutlich niedrigere Werte gesunken sind. Es ist allgemein bekannt, dass im Verlauf der technologischen Entwicklung von Vakuumröhrengeräten zu transistorbasierten Strukturen und integrierten Schaltungen die Betriebsspannungen der auf Leiterplatten eingesetzten Komponenten von 3000 V auf 24 Volt und bis auf 5 V DC gesunken sind. Dadurch ist ein Übergang zu immer empfindlicheren elektronischen Geräten erfolgt. Da die bei elektrischen Schaltvorgängen (induktive Lasten) oder natürlichen Ereignissen wie Blitzentladungen (bis zu 200 kA) entstehenden Spannungen nicht entsprechend reduziert wurden, müssen Systeme und Anlagen mit geeigneten Schutzkomponenten ausgestattet werden.
Wenn in Ihrer Elektroinstallation keine inneren Blitzschutzsysteme vorhanden sind, sind alle elektronischen Geräte in einem Gebäude, das über eine äußere Blitzschutzanlage verfügt oder sich im Umkreis von 2 km befindet, durch Koppelwirkungen von Blitzschlägen gefährdet!
Von Industrieanlagen über Wohngebäude bis hin zu Krankenhäusern und Mobilfunkbasisstationen werden überall dort Überspannungsschutzgeräte benötigt, wo elektrische Energie genutzt wird. Niemand möchte, dass der LED-Fernseher zu Hause oder eine Maschine in der Fabrik aufgrund von Überspannung beschädigt wird. Sensible IT-Systeme, Telekommunikations- und Netzwerkinfrastrukturen sowie Serienfertigungsanlagen müssen ohne Schäden weiterarbeiten. Bereits ein einstündiger Ausfall kann Schäden in Millionenhöhe verursachen. Daher sollten Systeme und Geräte mit einer vergleichsweise geringen Investition geschützt werden. Dennoch entstehen jedes Jahr weiterhin Schäden in Millionenhöhe aufgrund von Überspannung, weil vorbeugende Maßnahmen nicht ergriffen wurden.
Der Einsatzbereich von Überspannungsschutzsystemen reicht vom Schutz des Hauptverteilnetzes über den Feinschutz bis hin zum Schutz von Datenleitungen, Mess- und Regelungssystemen sowie dem Schutz metallischer Rohrleitungen mittels Funkenstrecken. Die Systeme können zentral oder dezentral installiert werden.
Wie entstehen Überspannungsimpulse?
Die Ursachen von Überspannungsimpulsen lassen sich in Blitzimpulse, Schaltimpulse, transiente Spannungsschwankungen, Oberschwingungen und Spannungseinbrüche unterteilen. Das entscheidende Merkmal dieser Impulse ist ihre kurze Dauer, weshalb innere Blitzschutzsysteme zum Schutz unserer Anlagen erforderlich sind. Dass Sicherungen und Relais nur auf lang andauernde Impulse reagieren, belegt die Notwendigkeit, Überspannungsschutzgeräte wie eine Sicherung in jedem Schaltschrank zu installieren.
Wie aus der obigen Grafik ersichtlich ist, entsteht der höchste Spannungsscheitelwert in Niederspannungsnetzen durch Blitzentladungen. Bei einem direkten Blitzeinschlag in eine externe Blitzschutzanlage oder eine Niederspannungsfreileitung führt die hohe Energie des Blitzes häufig zu Ausfällen angeschlossener Verbraucher und zu Isolationsschäden. In Gebäudeinstallationen können induzierte Spannungen in Energie- oder Datenleitungen ein Vielfaches der Nennbetriebsspannung erreichen.
Durch Schaltvorgänge verursachte Überspannungen erreichen zwar nicht die hohen Spannungswerte eines Blitzes, treten jedoch sehr häufig auf und können zu Anlagenstörungen führen. Während schaltbedingte Überspannungen das Zwei- bis Dreifache der Betriebsspannung erreichen können, kann die Blitzspannung das Zwanzigfache der Nennspannung erreichen und eine enorme Energiemenge transportieren. Schäden treten oft zeitverzögert auf, da elektronische Komponenten durch wiederholte transiente Spannungen altern.
Transiente Spannungsschwankungen sind Spannungen, die im Mikrosekundenbereich auftreten, jedoch im Vergleich zur Nennspannung sehr hohe Amplituden erreichen können!
Wie bereits im ersten Absatz erwähnt, muss die Planung von Blitz- und Überspannungsschutzsystemen gemäß Normen und ingenieurtechnischen Spezifikationen erfolgen. In diesem Beitrag wollte ich die Notwendigkeit des Einsatzes von innerem Blitzschutz hervorheben; das Systemkonzept ist in der untenstehenden Grafik dargestellt. Für Planung und Umsetzung können Sie jederzeit Unterstützung vom Expertenteam von RAYCAP erhalten, da die Systemauswahl mindestens ebenso wichtig ist wie die fachgerechte Installation.
