Forschung, Normung und Praxis beim Blitz- und Überspannungsschutz

Bereits zum zehnten Mal veranstaltete der Ausschuss für Blitzschutz und Blitzforschung (ABB) im VDE die erfolgreiche Blitzschutztagung, die, wie in den vergangenen Jahren, in Neu-Ulm stattfand. Im jährlichen Wechsel mit der streng wissenschaftlich ausgerichteten, englischsprachigen International Conference on Lightning Protection (ICLP), spannt diese Tagung gekonnt den Bogen von der Wissenschaft zur Praxis. Mehr als 200 Teilnehmer aus dem In- und Ausland konnten am 25. und 26. Oktober in Neu-Ulm begrüßt werden.

Die Zusammensetzung der Teilnehmer zeigt, dass es mit der Blitzschutztagung offensichtlich gelingt, neben der Wissenschaft auch das gesamte Spektrum der Praxis anzusprechen. Gleichwohl ist diese Tagung international, denn auch bei der 10. Blitzschutztagung waren wieder zahlreiche Besucher aus Österreich, der Schweiz, den Niederlanden, Luxemburg, Griechenland und diesmal sogar Südafrika vertreten.

In diesem Jahr konnte ein Fachmann durch den Fördererkreis des ABB geehrt werden, der sich in besonderem Maße im Rahmen der Arbeiten des ABB und seines Fördererkreises auf dem Gebiet des Blitzschutzes verdient gemacht hat. So ging 2013 die Goldene Ehrennadel des Ausschusses für Blitzschutz und Blitzforschung (ABB) im VDE an Prof. Scheibe von der FH Kiel. Aus Anlass des Jubiläums wurden auch die Teilnehmer geehrt, die an allen zehn Tagungen teilgenommen haben.

Neben der Berichterstattung zum aktuellen Stand der internationalen und nationalen Blitzschutz-Normung ist es das Anliegen dieser Tagung neue wissenschaftlich-technische Erkenntnisse im Blitzschutz, für den Praktiker verständlich aufbereitet, darzustellen. Dies wird immer wichtiger, da sich mit der wachsenden Komplexität der zu schützenden Objekte die Errichtung von Blitzschutzanlagen von der reinen Handwerksarbeit zur anspruchsvollen Aufgabe für Ingenieure und Handwerk entwickelt hat.
Vorgetragen und diskutiert wurden 19 Beiträge. Weitere 4 Beiträge wurden als Poster präsentiert: Eine interessante Mischung aus Berichten über Forschung und Weiterentwicklungen in der Blitzschutztechnik und Problemlösungen in der Praxis. Auch in der begleitenden Ausstellung von Blitzschutz-Bauteilen und Schutz-Geräten an den Ständen der Hersteller, in den Konferenzpausen und beim abendlichen Stehempfang gab es vielfältigen Informationsaustausch und Diskussionen.
In diesem Bericht werden die Aktivitäten der Experten in Forschung, Praxis und in den Normungsgremien anhand ihrer Fachvorträge vorgestellt.

Aktueller Stand der Normung und daraus resultierende Konsequenzen

Es ist das Anliegen der Neu-Ulmer Tagungen, regelmäßig über den aktuellen Stand der internationalen und nationalen Blitzschutz-Normung zu berichten und auf Entwicklungstendenzen hinzuweisen. Auch die 10. Blitzschutztagung begann deshalb mit der Berichterstattung zur aktuellen Normenlage.
Christian Braun erläuterte gleich zu Anfang der Tagung die neue DIN EN 62305-2 (VDE 0185-305-2) Ed.2:2013-02 und die zugehörigen Beiblätter sowie die wesentlichen Änderungen im Vergleich zur Ed.1 /1/.
Das neue Beiblatt 1 zur EN 62305-4: „Verteilung des Blitzstromes“ /2/ stellte Dipl.-Ing. Josef Birkl, vor. Er erläuterte, dass die Voraussetzung für einen effektiven Überspannungsschutz unter anderem die korrekte Auswahl der SPDs hinsichtlich des Ableitvermögens entsprechend der am jeweiligen Installationsort zu erwartenden Stoßstrombelastbarkeit ist. Die im Beiblatt 1 beschriebenen grundlegenden Beispiele erlauben es für besondere Anwendungen die Blitzstromverteilung exakter abzuschätzen.
Prof. Dr.-Ing. Klaus Scheibe berichtete anschließend über den Stand der Normung für Überspannungsschutzgeräte /3/. In den beiden zurückliegenden Jahren 2012 und 2013 wurden viele Standards zum Überspannungsschutz überarbeitet. Der Beitrag konzentrierte sich hierbei auf die Gruppe der Überspannungsschutzgeräte für besondere Anwendungen einschließlich Gleichspannung und speziell auf die DIN EN 50539-11 (VDE 0675-39-11) zu den Anforderungen und Prüfungen für Überspannungsschutzgeräte für den Einsatz in PV-Installationen.
Neuere Untersuchungen haben gezeigt, dass die Effektivität von Blitzschutzmaßnahmen erheblich verbessert wird, wenn Fangeinrichtungen nach dem Blitzkugelverfahren positioniert werden. Darauf ging Dipl.-Ing. Jürgen Wettingfeld in seinem Bericht /4/ ein.
Den Abschluss der ersten Session bildete der Posterbeitrag von Dipl.-Ing. Jürgen Wettingfeld zum Thema „Blitzschutz für PV-Anlagen – umfangreiche Überarbeitung der neuenDIN EN 62305-3 Beiblatt 5“ /5/.

Blitzschutz spezieller Objekte

Dr. Manfred Menge eröffnete die zweite Session mit seinem Beitrag „Blitzschutz der Infrastruktur elektrifizierter Bahnsysteme“ /6/. Basierend auf internationalen und den daraus abgeleiteten deutschen Normen wurden die entsprechenden Design-Anforderungen erläutert sowie geeignete Prüfverfahren benannt, wie z.B. die Bodenwiderstandsmessung zur Auslegung der Erdungsanlage der Bahnstrom- Versorgungsanlagen.
Die fachgerechte Erdung der Versorgungsspannung von automatisierungstechnischen Systemen zur Vermeidung unzulässiger Beeinflussungen bei Blitzeinwirkungen /7/ erläuterte Dipl.-Ing. Gerhard K. Wolff.
Im Anschluss daran berichtete Michael Kieler darüber, wie Blitzschutzmaßnahmen an Deutschlands Anlandestation der Nord Stream-Pipeline Europas Erdgasversorgung sichern /8/.
Wiederkehrende Prüfungen an Blitzschutzsystemen sind insbesondere bei kerntechnischen Anlagen von großer Bedeutung. Dies erläuterte Dipl.-Ing. Andre Witzel in seinem Beitrag /9/und ging im Detail auf die umfangreichen Prüfungsmaßnahmen des Äußeren und Inneren Blitzschutzes sowie des globalen Erdungssystems ein.
Den Blitzschutz für explosionsgeschützte Anlagen am Beispiel einer Bioerdgasübernahmestation /10/ stellte Ing. Detlef Knocke in seinem Posterbeitrag vor. Durch eine gut vorbereitete Planung kann erreicht werden, dass die Ausblasleitungen und die sonstigen metallenen Dachaufbauten sich im Schutzbereich der Fangeinrichtungen befinden. Das kann bei einer Neuinstallation sehr schnell und auch kostenoptimiert erfolgen.
Der Posterbeitrag „Einhaltung von Trennungsabständen auf Gebäuden mit Trapezblecheindeckung“ /11/ von Martin Mauermann und Thomas Seifert zeigte, im Rahmen der Gebäudesanierung einer Feuerwehrleitstelle, die Realisierung einer isoliert aufgebauten Fangeinrichtung inklusive der dafür notwendigen Ableitungen auf einem Gebäude mit Trapezblechdach und einer Fassade mit WDVS mit weitläufigen Fensterelementen.

Erdung und Potentialausgleich

Die wesentlichen Unterschiede der Fundamenterdernorm DIN 18014:2013 zur Blitzschutznorm DIN EN 62305 (VDE 0185-305) /12/ erläuterte am Anfang der Session 3 Oliver Born. Es war erforderlich geworden, die DIN 18014 erneut zu überarbeiten, da es weitere Entwicklungen in der Bautechnik von Fundamenten gab. Diese sind z. B. ein erhöhter Wassereindringwiderstand bei WU-Beton und die Vollperimeterdämmung. Für diese Ausführungen der Betonfundamente musste eine Ersatzmaßnahme gefunden werden, die als Ringerder im Erdreich verlegt, bezeichnet wurde(Bild 2). Zusätzlich kam die Forderung nach einem Potentialausgleichsleiter im Betonfundament, wenn ein Blitzschutzsystem geplant ist oder wenn EMV-Anforderungen bestanden haben.

Dipl.-Ing. Gerhard K. Wolff berichtete über die Erdungsanlage eines Industriegebäudes mit Stahlbetonstützen sowie über die Modifikation des Fertigungsverfahrens von Spannbetondecken zur Integration der vorgespannten Bewehrungsstähle in Potentialausgleichssysteme von Gebäuden /13/.
Die nachträgliche Nutzung der Stahlbewehrung im Beton mit Erdungsankern gemäß DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3:  2011.10), Kapitel E.4.3 Bauliche Anlagen aus Stahlbeton /14/ beschrieb Anne Krämer. Der Beitrag beschäftigte sich mit der Ermittlung nutzbarer Stahlbetonbewehrung durch ein geeignetes Scanverfahren sowie Einbringung von Anschlussankern.

Blitzforschung

Prof. Dr.-Ing. Michael Rock erläuterte die Feldreduzierung mit Fangeinrichtungen zur Unterbindung von Fangentladungen in blitzgeschützten Ex-Zonen /15/. Diese sind so zu schützen, dass eine Entzündung oder Explosion von zündfähigen  Atmosphären bei Blitzeinwirkungen mit hoher Wahrscheinlichkeit vermieden wird. Dabei könnten auch Fangentladungen, die von Ausbläsern mit Ex-Zone starten, eine Rolle spielen ohne dass dort ein direkter Einschlag auftritt. Der Beitrag beschäftigte sich mit Maßnahmen zur Reduktion dieser bislang oft vernachlässigten Gefahr. Es konnte festgestellt werden, dass als sichere Abhilfe nur Schirmelektroden mit großen Krümmungsradien effektiv sind.
Ergebnisse der Blitzstrom- und Blitzfeld-Messungen am Fernmeldeturm  auf dem Hohen Peißenberg /16/ zeigte Dipl.-Ing. Michael Manhardt Seit Inbetriebnahme der Station im Jahr 2008 konnten insgesamt 53 Ereignisse gemessen  werden und exemplarisch erläutert. Um für weitere statistische Auswertungen eine ausreichende Datenbasis zu erhalten, ist ein mehrjähriger Betrieb erforderlich, wobei die Messstation fortlaufend dem Stand der Technik angepasst werden soll.
Über die Entwicklung einer Messeinrichtung zur Erfassung von kleinsten Vorentladungen  an einer Blitzfangstange unter Einfluss eines negativen Leitblitzes /17/ berichtete Dipl.-Ing. Martin Hannig. Das Ziel ist die Untersuchung von Vorentladungen an Fangstangen unter dem Einfluss negativer Leitblitze. Der Fokus liegt auf der  Auskopplung hochfrequenter Vorentladungen an der  Blitzfangstange. Das Konzept soll darüber hinaus die allgemeine  Datenbasis von „return strokes“ realer negativer  Abwärtsblitze erweitern.

Personenschutz

Prof. Dr.-Ing. Jan Meppelink zeigt die Möglichkeiten der nummerischen Berechnung der Berührungs- und Schrittspannung /18/ bei einem Blitzeinschlag in eine Erdungsanlage (Tiefen- und Horizontalerder, Ring- und Maschenerder) mit einem für Wechselspannung 50/60 Hz ausgelegten Programm. Der Vorteil der numerischen Berechnung liegt in der einfachen Visualisierung der Schritt- und Berührungsspannung in einem Flächendiagramm.
Den Blitzschutz bei Veranstaltungen  und Versammlungen /19/ erläuterte Michael Öhlhorn. Im Beitrag wurde ein neues Merkblatt des VDE/ABB vorgestellt. Es erläutert die auftretenden Gefahren bei Gewitter und stellt die Bausteine eines Schutzkonzeptes vor. Durch das Merkblatt wird dem verantwortlichen Organisator, der in der Regle keine Blitzschutzfachkraft ist, ein Planungs-, Maßnahmen- und Handlungsplan in die Hand gegeben, sich verantwortungsvoll der Thematik Blitzgefahr zu stellen und entsprechend zu handeln. Das Merkblatt kann auf der VDE-Homepage kostenlos heruntergeladen werden.
Reinhard Schüngel stellte in seinem Beitrag „Blitzschutz von Schutzhütten“ das entsprechende VDE|ABB-Merkblatt) /20/ vor. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf dem Schutz von Personen im Inneren der Hütte vor den Gefährdungen durch Überschlag und Schrittspannung. Das Merkblatt richtet sich an Betreiber von Schutzhütten sowie Planer und Errichter von Blitzschutzsystemen. Es ist ebenfalls auf der VDE-Homepage verfügbar.
Im Anschluss daran zeigte Heinz-Josef Krämer an praktischen Beispielen den Blitzschutz von Schutzhütten /21/. Es ist wichtig, dass den verantwortlichen Betreibern und/oder Eigentümern der baulichen Anlagen, die Schutz vor Gewittern bieten sollen oder die als Schutzräume genutzt werden können, bewusst ist, dass es zu Ihren Aufgaben gehört, Maßnahmen gegen Blitzgefahren zu veranlassen.
Die Unsicherheiten zwischen Blitzeinschlagpunkt, sichtbaren Schäden und Verletzungen, erörtert am Beispiel des Golfplatzunfalls 2012 mit vier Todesopfern /22/ schilderte Prof. Dr.-Ing. habil. Jürgen Kupfer. Um zunehmend die Wirkungen von Blitzentladungen auf Mensch und Nutztier besser verstehen zu können, ist die Analyse derartiger Unfälle äußerst wichtig. In dem Beitrag wurde unter Hinzuziehung von Bildmaterial versucht, den Stellenwert der Unsicherheiten abzuschätzen, um daraus Empfehlungen für unterschiedliche Fachdisziplinen abzuleiten.

Der Posterbeitrag „Blitzschutz mit integrierter Absturzsicherung- Arbeitssicherheit am Dach und Synergie zum Blitzschutz“ /23/ von Ing. Stefan Thumser rundete die letzte Session der Veranstaltung ab.

Alle Beiträge sind im VDE Fachbericht 70: Vorträge der 10. VDE/ABB-Fachtagung vom 24.10. – 25.10.2011 in Neu-Ulm Berlin ? Offenbach: VDE Verlag, 2013 (ISBN 978-3-8007-3540-2) veröffentlicht worden.

Literatur

[1] Kern, A., Braun,Ch.: Die neue DIN EN 62305-2 (VDE 0185-305-2) Ed.2:2013-02 – Änderungen zur Ed.1 und zugehörige Beiblätter
[2] Birkl, J., Zahlmann, P.: Neues Beiblatt 1 zur EN 62305-4: Verteilung des Blitzstromes
[3] Scheibe, K., Kern, A.: Stand der Normung für Überspannungsschutzgeräte
[4] Wettingfeld, J.: Aktuelle Tendenzen bei der Anordnung von Fangeinrichtungen – Hinweise für die Praxis
[5] Wettingfeld, J.: Blitzschutz für PV-Anlagen – umfangreiche Überarbeitung der neuen DIN EN 62305-3 Beiblatt 5
[6] Menge, M.: Blitzschutz der Infrastruktur elektrifizierter Bahnsysteme
[7] Wolff, G. K.: Fachgerechte Erdung der Versorgungsspannung von automatisierungstechnischen Systemen vermeidet unzulässige Beeinflussungen bei Blitzeinwirkungen
[8] Kieler, M., Hartmann, R.: Blitzschutzmaßnahmen an Deutschlands Anlandestation der Nord Stream-Pipeline sichern Europas Erdgasversorgung
[9] Witzel, A., Schulz, O.: Wiederholungsprüfungen an Blitzschutzsystemen in Zwischenlagern kerntechnischer Anlagen
[10] Knocke, D.: Blitzschutz für explosionsgeschützte Anlagen am Beispiel einer Bioerdgasübernahmestation
[11] Mauermann, M., Seifert, Th.: Einhaltung von Trennungsabständen auf Gebäuden mit Trapezblecheindeckung
[12] Born, O., Koeppl, S.: Der Fundamenterder nach DIN 18014:2013 und die Unterschiede zur Blitzschutznorm DIN EN 62305 (VDE 0185-305)
[13] Wolff, G. K., Thormälen, R.: Erdungsanlage eines Industriegebäudes mit Stahlbetonstützen sowie Modifikation des Ferti¬gungsverfahrens von Spannbetondecken zur Integration der vorgespannten Bewehrungsstähle in Potentialausgleichssysteme von Gebäuden
[14] Krämer, A.: Nachträgliche Nutzung der Stahlbewehrung im Beton mit Erdungsankern. Ausführung gemäß DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3:2011.10), Kapitel E.4.3 Bauliche Anlagen aus Stahlbeton
[15] Rock, M., Shulzhenko, E., Salomon, Ch.: Unterbindung von Fangentladungen in blitzgeschützten Ex-Zonen durch Feldreduzierung mit Fangeinrichtungen
[16] Manhardt, M., Heidler, F., Stimper, K.: Ergebnisse der Blitzstrom- und Blitzfeld-Messungen am Fernmeldeturm auf dem Hohen Peißenberg
[17] Hannig, M., Hinrichsen, V., Brocke, R.: Entwicklung einer Messeinrichtung zur Erfassung von kleinsten Vorentladungen an einer Blitzfangstange unter Einfluss eines negativen Leitblitzes
[18] König, A., Meppelink, J.: Numerische Berechnung der Berührungs- und Schrittspannung
[19] Öhlhorn, M., Raphael, T., König, A.: Blitzschutz bei Veranstaltungen und Versammlungen
[20] Schüngel, R.: Blitzschutz von Schutzhütten – ein VDE/ABB-Merkblatt
[21] Mauermann, M., Krämer, H.-J.: Blitzschutz von Schutzhütten. Praktische Beispiele zum ABB-Merkblatt
[22] Kupfer, J., Rock, M., Raphael, T., Zack, F.: Unsicherheiten zwischen Blitzeinschlagpunkt, sichtbaren Schäden und Verletzungen, erörtert am Beispiel des Golfplatzunfalls 2012 mit vier Todesopfern
[23] Thumser, St.: BIA Blitzschutz mit integrierter Absturzsicherung – Arbeitssicherheit am Dach und Synergie zum Blitzschutz

Vorträge der 10. VDE/ABB-Fachtagung vom 24. bis 25. Oktober 2013 in Neu-Ulm
2013, 152 Seiten, DIN A4, kartoniert,
ISBN 978-3-8007-3540-2

Die Tagung 2013 hat die folgende Schwerpunkte:

Aktueller Stand der Normung und daraus resultierende Konsequenzen Schutz spezieller Objekte Erdung und Potentialausgleich Blitzforschung Personenschutz

Veranstaltungs-Homepage: www.vde-blitzschutztagung.de

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