Blitzschutz



Informationen über Blitz- und Überspannungsschutz in Smarthome und Industrie

Aktualisiert am 1. Juli 2020

Es gibt zwei echte Gefahren für moderne Elektronikprodukte in Smarthome und Industrie: Kompatibilitätsprobleme durch technischen Fortschritt und Zerstörung durch Überspannungen. Das erstere vermeiden Sie durch die richtige Strategie bei der Auswahl der Bussysteme und der Komponenten, das andere durch einen konsequenten Schutz vor Überspannungen aus dem Netz bzw. durch Blitzschlag.

VERLAUF UND WIRKUNG EINES BLITZEINSCHLAGES

Abgesehen von Wolke-Wolke-Blitzen sind Blitze ein spontaner Ladungsausgleich zwischen Wolke und Erde. Der Ladungsausgleich erfolgt wenn die Feldstärke eine kritische Schwelle (etwa 170.000 Volt/m) übersteigt. Die Spannung beträgt dabei oft mehrere hundert Millionen Volt.

Bei einem typischen Wolken-Erde Blitz entsteht durch einen Überschuss an negativ geladenen Wassertröpfchen zunächst ein Leitblitz Richtung Erde. Diese Änderung im elektrischen Feld bewirkt einen massiven Anstieg der positiven Ladungsträger im Boden (durch Influenz). Vom Boden aus kommt dem Leitblitz aus der Wolke ein Fangblitz entgegen. Dieser Leitblitz ionisiert die Luft und macht diese damit leitfähig. Nun folgt die eigentliche Hauptentladung, die aus mehreren Einzelentladungen kurzer Folge bestehen kann. Durch diesen Hauptentladung werden Ladungsträger zwischen Wolke und Erde ausgetauscht, die Stromstärke kann hierbei 100.000 Ampere erreichen. Bei einem Erde-Wolke-Blitz sind die Verhältnisse umgekehrt. Typisch sind dann mehrere schnelle starke Entladungen.

Der Austausch der Ladungsträger führt dazu, dass im Durchschnitt negative Ladungen aus der Atmosphäre zur Erde transportiert werden, wodurch global gesehen der Potentialunterschied zur Erde zunimmt. Ein Gewitter sorgt also nur für einen lokalen Ladungsausgleich, aber global über die gesamte Atmosphäre zu einer Vergrößerung der Spannung, die sich erst allmählich durch den Transport von Ionen abbaut.

Durch den Widerstand des Erdreiches führt der hohe Stromfluss zu hohen Spannungsfällen und damit zu ganz erheblichen Potentialunterschieden. Personen sind - neben der Gefahr durch einen direkten Treffer sowie mechanischer und thermischer Einwirkungen - insbesondere durch diese Potentialunterschiede im Spannungstrichter um einen Einschlag gefährdet. Bereits die übliche Schrittlänge kann in naher Umgebung zum Einschlagpunkt (je nach Untergrund 10 bis 50 m) zu einer Potentialdifferenz von einigen hundert bis einigen tausend Volt zwischen den beiden Füssen führen, die über den Körper ausgeglichen wird.

Dieser Effekt tritt auch bei Gebäuden auf, da deren Potentialausgleichsystem mit dem Erdreich verbunden ist. Bei einem nahen Blitzschlag wird das (durch den Blitzschlag gegenüber der Umgebung erhöhte) Erdpotential über den Potentialausgleich in das Haus geführt und über PE im gesamten Gebäude verteilt. PE ist über die Potentialausgleichschiene ("PAS") mit allen metallischen Gebäudebestandteilen leitend verbunden. In der weiteren Umgebung um die Einschlagstelle ist das Erdpotenzial niedriger. Der Potentialunterschied wird sich dorthin ausgleichen wollen und wird dafür alle metallenen Zuführungen zum Haus (Wasser- und Gasrohre, ggfls. Abwasser) nutzen als auch alle elektrischen Leitungen zu Telekommuinikation und insbesondere zur fernen Erde in der örtlichen Trafostation über den Hausanschluss. Um den Weg über möglichst alle Adern nehmen zu können, wird diese Spannung versuchen, die Isolationen zwischen dem Schutzpotentialausgleich und den Außenleitern zu durchschlagen.

Die durch den Blitzeinschlag entstandene Überspannung will sich über die Hauszuführung Richtung der fernen Erde in der Trafostation ableiten - und über die Erde aller anderen Hauszuführungen. Dies ist auch einer der Wege, wodurch eine Überspannung auch bei einem entfernteren Einschlag in das Haus kommt. Über die Fundamenterder der näher an der Einschlagstelle liegenden Gebäude und deren Hausanschlussleitungen in das Netz zu den fernen Erden der Trafostation und der anderen Gebäude.

Hinzu kommen noch induzierte Spannungen durch Einwirkungen des elektromagnetische Feld um den Blitzstrom herum in Leiterschleifen.

All diesen Szenarien ist gemeinsam, dass diese Überspannungen sich einen Ausgleich suchen in die eigene oder in entfernte Erdpotentiale und dabei Isolationen durchschlagen. Der technische Hauptschaden durch Blitzschlag ist das Zerstören von Isolationen und die Überlastung elektrischer und elektronischer Bauelemente.


ÄUSSERER BLITZSCHUTZ

Der äußere Blitzschutz nach DIN EN 62305-3 wird an der Außenhülle des Gebäudes installiert. Es besteht aus den Fangeinrichtungen, den Ableitungen und dem Erdungssystem. Die Aufgabe des äußeren Blitzschutzes besteht darin, die Blitze einzufangen, diese in das Erdreich abzuleiten und im Erdreich großflächig zu verteilen. Planung und Einrichtung eines äußeren Blitzschutzes gehört in die Hand eines zertifizierten Fachbetriebes.

Wichtig: Ob ein äußerer Blitzschutz für Ihr Gebäude erforderlich ist, richtet sich vor allem nach dem Gebäude und womöglich den Vorschriften zum Brandschutz und der Betriebssicherheit. Wenn Sie einen äußeren Blitzschutz installieren lassen, dann müssen Sie zwingend nach DIN EN 62305-4 auch einen inneren Blitzschutz installieren. Weil der äußere Blitzschutz wird mit der Potentialausgleichschiene verbunden. Jeder von dem äußeren Fangelementen herangeführte Blitzschlag wird auf die Bodenerder und damit die PAS abgeleitet und damit auch in das Gebäude geführt.


INNERER BLITZSCHUTZ

Die Überspannungen aus einem Blitz kann man nicht aufhalten. Die Hauptmaßnahme gegen das Durchschlagen der Isolationen und der Verhinderung gefährlicher Funkenbildung ist das Kurzschließen sämtlicher Leitungen im Augenblick der Überspannung durch geeignete Bauelemente, welchen den Blitzstrom tragen können.
Ein wirkungsvoller Überspannungsschutz besteht aus mehreren Stufen gemäß dem Blitzschutzzonen-Konzept nach IEC 62305-4:2010. Die Gebäude werden dabei in Zonen mit unterschiedlich hohem Gefährdungspotential unterteilt. Je nach Zone sind die passenden Ableitertypen einzusetzen.
Wir bieten Überspannungsableiter und Überspannungsschutzmodule für die in Smarthomes gebräuchlichen Bussysteme her und bieten dieser unter der Bezeichnung "BlitzART" in diesem Shop an.


BLITZART ÜBERSPANNUNGSSCHUTZMODULE

Unter der Markenbezeichnung "BlitzART" bieten wir Überspannungsschutzmodule als Isolations- und Geräteschutz für elektronische Bussysteme und serielle Schnittstellen an. Unsere Module sind hochoptimiert und sind gekennzeichnet durch:

  • Modernste Bauelemente
  • Äußerst niedrige Schutzpegel
  • Äußerst kurze Ansprechzeit

Derzeit bieten wir nur das Überspannungsschutzmodul für KNX an. Es zeichnet sich vor allem durch einen - im Vergleich zum Wettbewerb - vierfach geringeren Schutzpegel aus, wodurch KNX Kompoenten erheblich besser geschützt werden (1/4 Spannung bedeutet eine Reduzierung auf 1/16 der Leistung die noch vom KNX Gerät selbst ausgehalten werden muss). Zudem schaltet unser Überspannungsschutzmodul erheblich schneller als die Module des Wettbewerbes.

In wenigen Wochen werden wir Module für 1-Wire, RS-232, RS-485 (auch Modbus RTU und DMX) und CAN anbieten. Bitte melden Sie sich bei unserem Newsletter an, dann werden Sie Zeitnah informiert.