15.08.2018

Der innere Blitzschutz – Was Sie wissen müssen

Für ein funktionierendes Blitzschutzsystem müssen äußerer und innerer Blitzschutz als Einheit betrachtet werden. Es gilt die Norm DIN EN 62305-3 und Teil 4. Ein äußeres Blitzschutzsystem erfordert zwingend einen inneren Blitzschutz. Falls kein äußerer Blitzschutz vorhanden ist, muss zwingend ein Überspannungsschutz installiert werden. Erfahren Sie hierzu mehr.

Blitzschutz

Innerer und äußerer Blitzschutz als Einheit

Es gilt die Norm DIN EN 62305-3 und Teil 4 in ihrer Gesamtheit, d.h., für ein funktionierendes Blitzschutzsystem müssen sowohl der äußere als auch der innere Blitzschutz (Überspannungsschutz) als Einheit betrachtet werden.

Ist also ein äußeres Blitzschutzsystem installiert (DIN EN 62305-3), muss auch zwingend nach DIN EN 62305-4 der innere Blitzschutz umgesetzt werden. Ist kein äußerer Blitzschutz vorhanden, muss nach den neu überarbeiteten Normen VDE 0100-443 und VDE 0100-534 ab Oktober 2016 zwingend Überspannungsschutz installiert werden.

Ebenso fordert die VDE 0100-100 schon seit der Veröffentlichung im Juni 2009, dass Überspannungsschutz in Anlagen, Gebäuden und Systemen eingesetzt werden muss.

Der innere Blitzschutz bzw. Überspannungsschutz bedarf einer umfassenden Planung und sollte von erfahrenen Elektrofachkräften umgesetzt werden, die auch über Kenntnisse der Probleme der EMV und über Installationspraxis verfügen.

Anordnung und Montage von Überspannungsschutzelementen für Anlagen, Systeme und Geräte werden in der Regel nach dem schon in den 1950er-Jahren entwickelten Blitzschutzzonenkonzept vorgenommen. Es definiert Schutzzonen, an deren Übergängen unterschiedliche bzw. koordinierte Schutzelemente zum Einsatz kommen.

Besonders wichtig bei der Umsetzung des inneren Blitzschutzsystems ist ein funktionierendes Potenzialausgleichssystem.

Gefährliche Potenzialunterschiede werden egalisiert

Hierbei werden alle gefährlichen Potenzialunterschiede (Spannungsunterschiede) zwischen allen Adern der Niederspannungsversorgung untereinander, dem Schutzleiter und den metallenen Installationen innerhalb eines Gebäudes egalisiert. Daher werden folgende fremde leitfähige Teile an der Haupterdungsschiene aufgelegt:

  • Erdungssystem
  • Blitzschutzerdung für äußeren Blitzschutz
  • Schutzpotenzialausgleichsleiter
  • metallene Wasser-, Gas- und Heizungsrohre
  • Antennenerdung
  • metallene Teile des Gebäudes (Klimaanlagen, Aufzug, Brandschutztüren)
  • metallene Kabelschirme

Die technische Ausführung für den Potenzialausgleich, die Dimensionierung der Querschnitte und die genormten Begriffe (Schutzpotenzialausgleich; zusätzlicher Schutzpotenzialausgleich) ergeben sich aus der IEC 60364-5-54:2011 und für Deutschland aus der VDE 0100-540:2012-06.

Der Potenzialausgleich muss im Hausanschlussraum eines jeden Gebäudes errichtet werden. Über den Erdungsleiter wird eine Verbindung mit dem Fundamenterder hergestellt.

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Abb. 1: Potenzialausgleich

Folgende Forderungen werden an den ordnungsgemäßen Potenzialausgleich gestellt:

  • Trennbarkeit der Leiter
  • nur mit Werkzeug trennbar

Ist der vollständige Potenzialausgleich hergestellt, kann man nach dem Blitzschutzzonenkonzept, Zonen unterschiedlicher Gefährdung (LPZ) definieren und an den Zonenübergängen die jeweils passenden Überspannungsschutzkomponenten (SPDs) montieren.

Alle Hersteller geben Empfehlungen für ihre Überspannungsschutzprodukte in den Datenblättern heraus, nach denen der Anwender die richtigen Komponenten für den Installationsort auswählen und nach Herstellerangaben verbauen kann.

Blitzschutzzonen

Folgende Blitzschutzzonen werden unterschieden:

  • LPZ 0A: der direkte Blitzscheinschlag ist möglich (Impuls 10/350 µs)
  • LPZ 0B: direkter Blitzeinschlag ist ausgeschlossen, das elektromagnetische Feld des Blitzes wirkt ungedämpft
  • LPZ 1: Stoßströme werden durch SPDs begrenzt, das elektromagnetische Feld wird durch Schirmung gedämpft
  • LPZ 2: n-Überspannungen werden durch die jeweiligen Überspannungsableiter weiter reduziert und der Spannungsfestigkeit der Endgeräte angepasst

SPDs werden in unterschiedlicher Bauweise und für unterschiedliche Einsatzvarianten angeboten. Man unterscheidet zwischen Schaltertyp und Spannungsbegrenzertyp. Funkenstrecken gleich welcher Bauart sind Schaltertyp-SPDs, weil ihr Ansprechverhalten dem An- bzw. Ausschalten eines Schalters entspricht. Varistoren und Suppressor-Dioden sind Spannungsbegrenzertyp-SPDs, die eine kontinuierliche Spannungsstromkennlinie besitzen.

Durch die rasante Entwicklung auf dem Gebiet der Trennfunkenstrecken können jetzt für die Energieversorgung blitzstromtragfähige Funkenstrecken angeboten werden, die sich in ihren technischen Parametern deutlich von den bisherigen unterscheiden. Die Restspannung dieser Ableiter beträgt < 1,3 kV bei einer hohen Impulsstromableitfähigkeit von bis zu 50 kA/Pol und einer Netzfolgestromlöschfähigkeit von bis zu 25 kA.

Kombination aus Grob- und Feinschutz

Die gleichen Schutzmaßnahmen müssen natürlich auch für alle ins Gebäude eintretenden Daten-, Telefon- und Antennenleitungen durchgeführt werden. Hier bietet der Markt ein breites Spektrum von Ableitern des Typs D1 (Grobschutz), C2 (Mittelschutz), C1 (Feinschutz) an, das von ÜsAg (Überspannungsableiter gasgefüllt) in LSA-PLUS-Technik bis hin zu aufrastbaren Reihenklemmen mit Überspannungsschutzschaltungen reicht. Diese Überspannungsschutzschaltungen bestehen aus einer Kombination aus Grob- (ÜsAg, Varistoren) und Feinschutz (Suppressordioden) und sind als komplette Schaltung in einem Gehäuse untergebracht.

Ein großer Nachteil einer solchen Installation ist jedoch: Verteilen sich die einzelnen Leitungen großflächig in den Gebäuden, erfordert dies sehr viele Ableiter, um den gewünschten Schutz zu gewährleisten (Abb. 2). Auch ist es nach Blitzschutzzonenkonzept nicht möglich, nur ausgewählte Elektronik, beispielsweise einen Serverpool, zu schützen. Es muss immer das gesamte Gebäude mit Blitzschutzelementen ausgestattet werden, auch dann, wenn sich nur in einem Teil des Objekts sensible Elektronik befindet.

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Abb. 2: Blitzschutzzonenkonzept mit vielen verteilten Leitungen und SPDs; Quelle: OBO Bettermann

Durch diese Installationsweise, d.h. durch die weiträumige Verteilung der SPDs an den LPZs, entstehen zum einen erhebliche und gefährliche Potenzialunterschiede aufgrund des induktiven Spannungsfalls zwischen den Netz- und Datenleitungen und zum andern Induktionsschleifen, sogenannte Installationsschleifen, die hohe induzierte Spannungen zur Folge haben.

In Anhang B der Blitzschutznorm DIN EN 62305-4 werden Realisierungsansätze von Schutzmaßnahmen bei baulichen Anlagen beschrieben.

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Abb. 3: DIN EN 62305-4 Anhang B, Bild B.2d – ungeschirmte LPZ 1 und zwei lokale LPZ 2; Quelle: nach DIN EN 62305-4

Abbildung 3 zeigt die Installation von zwei kleineren LPZs (LPZs 2) innerhalb von LPZ 1. An einem Punkt jeder LPZ 2 müssen SPDs sowohl für die Stromversorgungs- als auch für die Datenleitungen installiert werden. Diese SPDs müssen mit den SPDs an der Grenze von LPZ 1 koordiniert sein.

Kombinationskonzept bietet besten Schutz

Den besten Schutz bietet jedoch das Kombinationskonzept. Dieses Kombinationskonzept ist die Verbindung des Blitzschutzzonenkonzepts mit dem Single-Entry-Point-(SEP-)Prinzip.

SEP-Prinzip bedeutet: Für jeden zu schützenden Bereich – das kann beispielsweise ein Gerät, ein Raum oder eine bestimmte elektrotechnische Anlage sein – wird ein zentraler Punkt festgelegt. An dieser Stelle, dem SEP, werden alle Netz- und Datenleitungen gemeinsam in das zu schützende Volumen eingeführt. Hier wird der Überspannungsschutz installiert und nur von hier gibt es eine einzige normgerechte Verbindung zur Haupterdungsschiene. Es werden Schutzinseln gebildet, deren Größe durch den Planer, Installateur bzw. den Betreiber festgelegt werden.

Weitere Erdungen oder Verbindungen zum äußeren Erdungssystem innerhalb der Schutzinsel sind nicht erlaubt, um Erdschleifen zu vermeiden. Die Schutzinseln müssen derart gestaltet werden, dass Näherungen zum äußeren Blitzschutz ausgeschlossen werden können.

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Abb. 4: Verbesserter Schutz durch das Kombinationskonzept (Blitzschutzzonenkonzept mit SEP-Prinzip) optimal kombiniert; Quelle: eigene

Hierbei handelt es sich um die optimale Kombination des bewährten Blitzschutzzonenkonzepts mit den Vorteilen des SEP-Prinzips.

Abbildung 4 zeigt wie Abbildung 3 die Realisierung von zwei lokalen LPZs 2, jedoch mit einem sternförmigen Potenzialausgleich und der Leitungseinführung (Stromversorgungs- und Datenleitungen) an einem zentralen Punkt, dem sogenannten SEP-Punkt. Dort erfolgt der Einsatz der SPDs, die wiederum mit den SPDs an der LPZ 1 koordiniert sind.

Der Lösungsansatz der lokalen LPZs gemäß DIN EN 62305-4 Bild B.2d (Abb. 3) aus Anhang B wird durch das Kombinationskonzept nochmals dahingehend wirksam verbessert, indem der gesamte Potenzialausgleich und die Leitungen für die Schutzinseln zentral am SEP-Punkt durchgeführt und die Leitungsführung innerhalb der LPZ 2 so gestaltet wird, das die Induktionsschleife so klein wie möglich und damit die induzierten Spannungen in die Leitungen vernachlässigbar sind.

Für den Anwender besteht jetzt die Möglichkeit, nachdem er am Gebäude das Blitzschutzzonenkonzept umgesetzt hat, innerhalb seines Gebäudes eigene Schutzinseln zu definieren und dort nach dem SEP-Prinzip entsprechende Schutzkomponenten zu montieren.

Damit werden für den Blitz- und Überspannungsschutz neue, einfache und physikalisch korrekte Lösungen möglich. Aufwendige Installationen und massenhaftes Einsetzen von Blitz- und Überspannungsschutzkomponenten entfallen. Dem Anwender können praktikable, normkonforme Lösungen angeboten werden, die sich durch Übersichtlichkeit, optimales Funktionieren und deutlich bessere Wirtschaftlichkeit auszeichnen.

Autor: Dipl. Ing. Helmut Zitzmann