Blitzschutz (Blitzschutzsystem)-Lösung: Integriertes externes und internes Schutzkonzept

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​1. Lösungshintergrund und Ziele​

Blitze sind ein signifikanter Faktor, der die Sicherheit von Gebäuden, Personen und internen Geräten bedroht. Blitzschläge erzeugen hohe direkte Ströme und transiente Überspannungen. Diese können nicht nur zu Gebäudeschäden und physischer Zerstörung von Geräten führen, sondern auch über metallische Leitungen wie Strom- und Signalleitungen eindringen, was zu Fehlfunktionen von elektronischen Geräten, Datenverlust und sogar sekundären Katastrophen wie Bränden führen kann. Diese Lösung zielt darauf ab, ein umfassendes Schutzsystem aus einem externen Blitzschutzsystem (ELPS) und Überspannungsschutzgeräten (SPDs) aufzubauen, das Blitzeffekte effektiv abfangt, leitet, entlädt und begrenzt, um die strukturelle Sicherheit des Gebäudes zu maximieren und die Kontinuität und Stabilität der Betriebsvorgänge interner Geräte und Systeme sicherzustellen.

​2. Überblick über die Komponenten des Blitzschutzsystems (LPS)​

Ein effektives integriertes Blitzschutzsystem (LPS) besteht aus zwei unverzichtbaren und sich gegenseitig ergänzenden Kernkomponenten:

• ​Externes Blitzschutzsystem (ELPS):​​ Hauptsächlich ausgelegt, um direkte Blitzschläge abzuwehren.
• ​Internes Blitzschutzsystem (Überspannungsschutz, SPD-System):​​ Hauptsächlich ausgelegt, um transiente Überspannungen (Stöße), die durch Blitz-Elektromagnetische Pulse (LEMP) über Leitungen in Geräte eindringen, abzuwehren.

​3. Installationskonzept für externe Blitzableiter (Schutz gegen direkte Einschläge)​​

• ​Kernfunktion:​​ Direkte Blitzschläge abzufangen und den massiven Blitzstrom sicher in den Boden zu leiten, um physische Schäden (wie Durchdringungen, Brände, strukturelle Schäden) am Gebäude selbst zu verhindern, die durch einen direkten Einschlag verursacht werden könnten.
• ​Wesentliche Komponenten:​​
• ​Air-Termination-System (Blitzableiter/Blitzstreifen/Blitznetze):​​ Auf dem Dach oder den höchsten Punkten des Gebäudes installiert, um Blitzschläge anzuziehen und zu empfangen. Wählen Sie den geeigneten Typ (z.B. Stab, Netz, Streifen) und die Anordnung gemäß der Bauform und -fläche, um sicherzustellen, dass der Schutzbereich den Anforderungen des „Rollkugelprinzips“ entspricht.
• ​Abwärtsleiter:​​ Verwendet, um den Blitzstrom vom Air-Termination-System zum Erdungs-System zu leiten. Sollten über die kürzesten und geradlinigsten Wege geführt werden, mit ausreichender Anzahl und gleichmäßiger Verteilung (Abstände gemäß Vorschriften). Materialien sind in der Regel verzinktes Flach- oder Rundstahl. Vermeiden Sie die Installation in der Nähe von häufig genutzten Wegen oder wenden Sie Isolierschutzmaßnahmen an.
• ​Erdungs-System:​​ Leitet den Blitzstrom in den Boden ab. Dies ist das Kern- und Grundelement des Schutzsystems; seine Qualität (Erdwiderstandswert) ist entscheidend. Bestehend aus Erdungs-Elektroden (vertikale Stäbe, horizontale Leiter) und Verbindungselementen. Verwenden Sie korrosionsbeständige Materialien (z.B. verzinkter Stahl, Kupfer), stellen Sie eine ausreichende Vergrabungstiefe sicher und bilden Sie einen effektiven Gleichpotenzialring (Fundament-Erdung) um das Gebäude. Der Erdwiderstand sollte minimiert werden (in der Regel ≤10Ω, spezifische Anforderungen gemäß einschlägigen Normen).
• ​Installationsorte:​​
• Höchste Punkte des Daches und Orte, die anfällig für Einschläge sind (Ecken, Dachränder, Parapetten, Luftschächte, Schornsteine usw.).
• Besondere Strukturen (z.B. Türme, Antennen, Solarpanelsupports) erfordern individuelle oder integrierte Berücksichtigung.
• ​Konzept-Schwerpunkte:​​
• ​Normenkonformität:​​ Streng nach nationalen und branchenspezifischen Blitzschutz-Normen (z.B. GB 50057 „Entwurfsrichtlinie für den Blitzschutz von Gebäuden“, entsprechend IEC 62305 Reihe).
• ​Materialqualität:​​ Verwendung hochwertiger, korrosionsbeständiger Materialien, die den Normen entsprechen.
• ​Gleichpotenzialbildung:​​ Alle metallischen Komponenten (z.B. Rohre, Gehäuse, Metalldächer, Stahlstrukturen) müssen zu den nächstgelegenen Abwärtsleitern oder Erdungs-Systemen zuverlässig verbunden werden, um Seitenschläge zu verhindern.
• ​Sicherheitsabstände:​​ Sicherstellen, dass ausreichende Sicherheitsabstände zwischen Air-Termination-Systemen und Struktur sowie zwischen Abwärtsleitern und Versorgungs-/Leitungssystemen bestehen.
• ​Zuverlässige Verbindungen:​​ Alle Verbindungspunkte müssen robust sein (Schweißen oder genehmigte Klammern), um eine gute elektrische Kontinuität zu gewährleisten.

​4. Installationskonzept für interne Blitzableiter (SPD) (Schutz gegen Blitzstöße)​​

• ​Kernfunktion:​​ Transiente Überspannungen (Stöße), die über Strom-, Signal- und Kommunikationsleitungen eintreffen, auf ein sicherheitsgerechtes Niveau zu begrenzen, das die Geräte verkraften können, um Schäden durch Überspannung/Überstrom zu verhindern.
• ​Wesentliche Komponenten: Überspannungsschutzgerät (SPD),​​ auch bekannt als Spannungsbegrenzer oder Blitzableiter:
• ​Transient Voltage Suppressor (TVS):​​ Häufig für den Schutz feiner Geräte oder Signalleitungen verwendet.
• ​Überspannungsschutz:​​ Allgemeinbegriff, der verschiedene Technologien umfasst (z.B. Metalloxidvaristor MOV, Gasentladungsröhre GDT, feste Schutzelemente).
• ​Strom-SPD:​​ In verschiedenen Ebenen des Stromversorgungssystems (Hauptverteiler, Nebenverteiler, vor Endgeräten) installiert.
• ​Signal/Daten-SPD:​​ An Eingangspunkten für Telefonleitungen, Netzwerkleitungen (z.B. RJ45), Koaxialkabel (z.B. CCTV-Video, Satellitensignale), Steuerleitungen usw. installiert.
• ​Erdungsverbindung:​​ SPDs müssen über einen niedrigimpedanzigen Pfad gut geerdet sein, um Stößeffekteffizient abzuleiten. Erdungsleiter sollten so kurz, gerade und dick wie möglich sein („Kurz-Gerade-Dick“-Prinzip).
• ​Installationsorte und Ebenen (gestaffelter Schutz - Koordination):​​
• ​Erster Schutzgrad (Klasse I / Typ 1 SPD):​​
• ​Ort:​​ Hauptverteiler im Gebäude/Hauptzuleitung (typischerweise an der LPZ 0A/0B → LPZ 1-Grenze).
• ​Funktion:​​ Entlädt den Großteil der enormen Energie (10/350μs-Welle) von direkten oder nahegelegenen Einschlägen und begrenzt die Restspannung auf ein niedrigeres Niveau. Typischerweise verwendet man Hochentladeskapazitäts-Funktions-SPDs. Erfordert eine sehr zuverlässige Erdung.
• ​Zweiter Schutzgrad (Klasse II / Typ 2 SPD):​​
• ​Ort:​​ Etage-Verteiler, Bereichs-Verteiler, Hauptschalttafel in Geräteraumen (an der LPZ 1 → LPZ 2-Grenze).
• ​Funktion:​​ Begrenzt weitere Reststoßspannungen, die vom ersten Grad übertragen werden, und Überspannungen, die durch interne Schaltvorgänge (8/20μs-Welle) verursacht werden, und bietet zonenbezogenen Geräteschutz. Typischerweise verwendet man Spannungsbegrenzungstyp-SPDs (z.B. basierend auf MOV).
• ​Dritter Schutzgrad (Klasse III / Typ 3 SPD / Punkt-spezifischer Schutz):​​
• ​Ort:​​ Unmittelbar vor den Geräten, in Steckdosen/Steckerleisten oder innerhalb der Gerätekreise (an der LPZ 2 → LPZ 3-Grenze).
• ​Funktion:​​ Begrenzt die Restüberspannung (Kombinationswelle) an den Geräteanschlüssen und bietet endgültigen Feinschutz. Kritisch wichtig für empfindliche elektronische Geräte (z.B. Server, Arbeitsplätze, PLCs, medizinische Geräte, Kommunikationsgeräte). Auch bei Signalleitungseinträgen verwendet.
• ​Konzept-Schwerpunkte:​​
• ​Koordination:​​ SPDs in verschiedenen Ebenen müssen Energie- und Spannungskoordination erreichen (Verwendung von Kopplungs/Isolierungselementen zwischen den Stufen oder den inhärenten Entkopplungseigenschaften der SPDs), um sicherzustellen, dass Energie schrittweise abgeleitet und Spannung stufenweise reduziert wird. Dies verhindert, dass untergeordnete SPDs aufgrund zu hoher Energieversorgung versagen.
• ​Erdungsqualität:​​ Effektive Erdung von SPDs ist entscheidend für die Wirksamkeit des gesamten Konzepts. Erdungsleiter sollten idealerweise kürzer als 0,5 Meter sein, mit ausreichendem Querschnitt (abhängig von der SPD-Klasse und Lage, typischerweise ≥6-25mm² mehradrige Kupfer).
• ​Installationskonformität:​​ Installieren Sie gemäß den Produktanweisungen der SPD und einschlägigen Normen, um korrekte Phasen- und Erdverbindungen sicherzustellen.
• ​Gleichpotenzialbildung:​​ Verbinden Sie Metallgehäuse, Regale, Kabeltrassen usw., um einen „Faraday-Käfig“-Effekt herzustellen und innere Potentialunterschiede zu minimieren.
• ​Regelmäßige Wartung:​​ SPDs sind oft „opfernde“ Geräte, die regelmäßige Inspektion (visueller Statusanzeiger, Fernmeldealarmüberwachung) und Prüfung erfordern. Defekte SPDs müssen schnellstmöglich ersetzt werden.

​5. Vorteile und Implementierungswert der umfassenden Lösung​

• ​Allseitiger Schutz:​​ Externes System schützt vor direkten Einschlägen; internes System schützt vor induzierten Stößen (LEMP), bildet eine vollständige Schutzkette.
• ​Maximale Sicherheit:​​ Schützt die Gebäudefassade, menschliches Leben und wertvolles elektrisches/elektronisches Gerätevermögen vor Schäden.
• ​Sicherstellung der Betriebskontinuität:​​ Reduziert das Risiko von Geräteausfällen, Systemstillstand und Datenverlust durch Blitze, erhöht die Systemzuverlässigkeit und Geschäftskontinuität.
• ​Reduzierte Gesamtkosten:​​ Präventive Investitionen sind im Vergleich zu den direkten Kosten von Blitzschaden (Geräteersatz) und indirekten Kosten (Produktionsstopp, Datenverlust, Rufschaden) deutlich kosteneffektiver.
• ​Normenkonformität:​​ Erfüllt nationale Bau- und Elektrosicherheitsnormen sowie Blitzschutzregeln und -standards.