Technische Fragen

» Einsatzgebiete der HVI Systeme (High Voltage Isolation System)

Satelitenschüsseln und Funkantennen werden fast immer auf den Dächern von Gebäuden oder auf hohen Masten installiert. Da diese Datenübertragungssysteme immer an den höchsten Punkten montiert werden, stellen sie durch ihre exponierte Lage gleichzeitig ideale Auffangpunkte für Blitzeinschläge dar.

Bei Blitzeinschlägen entstehen hohe Impulsspannungen, die ohne zusätzliche Schutzmaßnahmen zu Überschlägen auf Isolierstoffoberflächen z. B. Kabeln führen. Dieser Effekt ist als Gleitüberschlag bekannt. Bei Überschreitung der Gleitentladung-Einsetzspannung  entsteht eine Gleitentladung, die problemlos einige Meter überbrücken kann. Diese in die Kabel induzierten hohen Stoßstromspannungen dringen dann in das Gebäude ein und führen zu verheerenden Schäden an elektrischen- und elektronischen Einrichtungen.

Gleichzeitig muss der Trennungsabstand der Auffangeinrichtungen der Blitzschutzanlage zu dem Erdungspotential der Antennen (Masten, Befestigungen und Erdungen), eingehalten werden. Diese Forderungen können zurzeit nur durch den Einsatz sog. HVI Leitungen (einziger Hersteller Fa. Dehn) erfüllt werden. HVI Leitungen sind mit einem äußeren Spezialmantel ausgestattet, der es ermöglicht hohe Blitzimpulsspannungen gegen ein Bezugspotential ab zusteuern.

Zum Einsatz kommen diese HVI Spezialleitungen an Antennenanlagen gemäß DIN VDE 62305-3 in Verbindung mit Blitzschutzeinrichtungen gemäß VDE 0185 305, z.B. Antennen, Satelitenschüsseln, UMTS, DVBT, Omni- und Mobilfunk-Empfangs- und Sendeanlagen.

Dachaufbauten wie Klimaanlagen und Kühleinrichtungen müssen nach dem neuesten Stand der Blitzschutztechnik mit isoliert angebrachten Fangeinrichtungen, (Auffangstangen) gegen direkte Blitzeinschläge geschützt werden. Dadurch wird vermieden, dass Blitzteilströme in das Gebäudeinnere 'eingespeist' werden, wo sie die empfindlichen elektrischen und elektronischen Einrichtungen beeinflussen oder zerstören. Die Ausfälle von EDV Anlagen, oder Prozesssteuerungen in Industrieanlagen sind meistens schwerwiegender und teurer, als die Schäden an den elektronischen Einrichtungen, deshalb lohnt sich der Einbau VDE gerechter Auffangvorrichtungen immer.

 

» Erdungsanlagen

1. Erdungen- und Erdleitungen gemäß VDE 0185-305 (VDE-Verlag Berlin)

Zulässige Werkstoffe: (Mindestquerschnitte)

  • Stahl feuerverzinkt flach 30 x 3,5; Querschnitt 105 mm/2
  • Stahl feuerverzinkt rund 10 mm/2; Querschnitt 70 mm/2
  • Edelstahl V 2 A/ V 4 A 10 mm/2; Querschnitt 70 mm/2
  • Kupferleitungen 8 mm/2; Querschnitt 50 mm/2

Allgemeines

Erdleitungen sollten in 0,5 m Tiefe ins Erdreich eingebracht werden. Als Abstand zum Gebäude sollte mindestens 1.0 m eingehalten werden. Beide Forderungen sind aber aus technischen Gründen nicht relisierbar. Um den Flurschaden so gering wie möglich zu halten, werden Erdleitungen- und Erder oft auch dicht unter den Straßen- und Gewegsbelägen eingebaut. Bei diesen Ausführungen muß aber die sog. „Schrittspannung“ beachtet werden. Schrittspannungen entstehen wenn Menschen sich während eines Blitzscheinschlages über den Erdern bewegen. Durch das elektromagnetische Feld, welches sich um die Erder bildet fließen dann hohe Körper-Ströme, z. B. über die Beine, die oftmals tödlich enden.

Abhilfe: Einbau von Maschen, oder Gittererdern. Das sind Erdleitungen die in Maschenform im Raster von ca. 0,5 m, in unterschiedlicher Tiefe angeordnet werden. Damit werden die Spannungsdifferenzen, die die eigenliche Ursache von Körperströmen sind, ausgeglichen.

Man sollte sich auch deshalb während eines Gewitters nicht im Freien aufhalten, vorallem nicht in der Nähe einer Blitzschutzerdung. Diese sind meistens leicht zu erkennen, denn die Ableitungen vom Dach eines Hauses und die Einführungen der Ableitungen ins Erdreich sind in Bodennähe sehr gut zu erkennen.

Klemmen:

Parallel oder Kreuzverbinder, mit mindestens zwei Schrauben M 8 oder einer Schraube M 10. Alle Klemmstellen im Erdreich müssen mit Isolierband (z. B. Densoband) gegen Korrosion geschützt werden. Außerdem zulässig sind, Schweißverbindungen mit entsprechendem Korrosionsschutz. (z. B. Cadwell)

Erder sollten nur in Ausnahmefällen aus Kupferleitungen bestehen, damit es nicht zu Korrosionschäden, durch galvanische Elementbildung mit anderen im Erdreich befindlichen metallischen Leitern, z. B. Wasser-Gasrohren kommt.

Erdleitungen aus feuerverzinkten Materialien sind besser geeignet, dürfen jedoch nicht in der Nähe von stahlbewehrten Betonfundamenten und Kellern verlegt werden.

Durch das unterschiedliche Metall-Elektrolyt-Potential zwischen den Stahlbewehrungen im Beton und der im Erdreich liegenden Erdleitung, kommt es zu einer galvanischen Elementbildung und starken Korrosionserscheinungen an den feuerverzinkten Erdleitungen, d.h. die Erdleitung wirkt wie eine Opferanode, und ist je nach Bodenverhältnissen innerhalb von 5 - 10 Jahren aufgelöst.

Abhilfe: Verlegung der Blitzschutzerdleitung innerhalb der Betonfundamente, als Fundamenterder mit entsprechenden Anschlußfahnen. (Siehe auch unser Informationsblatt Fundamenterder) Verlegung von korrosionsfesten Edelstahlleitungen.

Tiefenerder

Für bestehende Gebäude müssen die Erdungsanlagen natürlich nachgerüstet werden. Hier bieten sich sogenannte Tiefenerder an. Sie kommen immer da zum Einsatz, wo der Einbau anderer Erdungsanlagen zu aufwendig ist, z. B. weil das Gelände um ein Gebäude fertig angelegt ist und für den Einbau einer Erdungsanlage umfangreiche Strassenaufbruch- Grab-  und Spitzarbeiten erforderlich sind. Damit wird der "Flurschaden" äußerst gering gehalten.

Tiefenerder bestehen aus 1.50 m langen Eisen- oder VA Edelstahlstangen 20 – 30 mm Durchmesser, die mittels Vibrationshammer je nach Bodenverhältnissen bis zu 20 m Tiefe in den Boden eingeschlagen werden können. Die Einzelstäbe besitzen Kupplungsstücke und werden jeweils aufeinandergesetzt, ähnlich dem Eintreiben von Brunnenrohren. Bei einer Erdungsanlage mittels Tiefenerdern müssen allerdings sog. Potentialausgleichsleitungen von allen Einzelerdern zur Potentialausgleichschiene verlegt werden.

Für die Erdung einer Blitzschutzableitung sind je nach Schutzklasse Mindesterderlängen vorgeschrieben.

Strahlenerder

... sind Erdleitungen gemäß den oben beschriebenen Materialien, in Längen von 10 bis 50 Metern oder länger, die von einem Punkt ausgehend im Winkel von 60 Grad zueinander strahlenförmig auseinanderlaufen.

Sie kommen immer da zum Einsatz, wo andere Erder nicht eingebaut werden können, wo aber gute Erdungswerte erforderlich sind, aber mit herkömmlichen Erdern nicht erreicht werden können,  z. B. felsiger Untergrund, wo die Bodenverhältnisse oft so ungünstig sind, dass nur umfangreiche Erdungsleitungen zu niedrigeren Erdungswerten führen.

Da, wo Erdleitungen überhaupt nicht ins Erdreich eingebracht werden können, dürfen Erdleitungen auch oberirdisch verlegt werden, sie müssen dann aber gegen Beschädigung gesichert werden,

z. B. durch Abdecken mit Erdreich, oder anderen Materialien, z. B. Makadam, oder Beton.

 

» Errichtung von Erdungsanlagen, und Verlegung von Fundamenterdern

Grundlage für die Einlegearbeiten von Fundamenterdern und Blitzschutzleitungen in Betonstützen durch den Rohbauer ist die VDE 0185-305. Erdungsmaßnahmen nach DIN 18014 und VDE 0185-305.

Bei Verlegung durch den Rohbauer müssen die Arbeiten von einer Elektro-/Blitzschutzfachkraft überwacht werden! Eine Bilddokumentation ist erforderlich.

Die Anschlußfahnen sind entsprechend der Blitzschutzplanung in Kunststoffummantelten Stahl 10 mm  bzw. in V4A 10 mm herauszuführen.

Gemäß oben genannter Vorschrift ist der Fundamenterder alle 2 m mit der Armierung zu verschrauben oder zu verschweißen. Die Schweißstellen müssen mindesten 30 mm lang sein!

Bei vorhanden sein einer geschlossenen Wanne oder bei Perimeterdämmung, (schwarze, weiße Wanne oder Kombinationsabdichtungen) ist für das Einhalten der Erdungsanforderungen nach den verschiedenen Normen und Vorschriften, die Installation eines Erders außen um das Gebäude herum oder unterhalb aller Abdichtungen in der Sauberkeitsschicht notwendig.

Hier ist zusätzlich zur Verlegung des Fundamenterders im Gebäude auf Grund der Isolierung zum Erdreich ein weiterer Erder, in  diesem Fall unterhalb der Betonplatte einzubringen. Ausführung V4A um eine Dauerhaftigkeit zu gewährleisten.

Der Fundamenterder im Gebäude dient in diesem Fall zur Potentialsteuerung und muss mit dem äußeren Erder dauerhaft verbunden werden. Sicherheits- und Funktionserdung muss gewährleistet werden.

Im Fall eines Blitzeinschlags, dürfen keine Überschläge vom Fundament durch die Isolierung zur Erdungsanlage stattfinden. Dies wird nach DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3) durch eine max. Maschenweite von 10m x 10m erreicht.

» Fundamenterder gemäß VDEW

Zulässige Werkstoffe: (Mindestquerschnitte)

1. Stahl feuerverzinkt flach 30 x 3,5; Querschnitt 105 mm/2
2. Stahl feuerverzinkt rund, 10 mm Durchmesser; Querschnitt  70 mm/2
3. Edelstahl V 2 A / V 4 A  10 mm Durchmesser; Querschnitt  70 mm/2

Klemmen:

Parallelverbinder, mit mindestens zwei Schrauben M 8 oder einer Schraube M 10; oder Keilverbinder mit Sicherung. Nach VDEW Richtlinien.

Zu beziehen im: Verlags- und Wirtschaftsgesellschaft der Elektrizitätswerke m.b.H. - 6000 Frankfurt am Main, Stresemannallee 23

Was Sie eventuell nicht wissen!

Wenn der Einbau einer BLITZSCHUTZANLAGE geplant ist, müssen an den Fundamenterderring Anschlußfahnen für die Erdung der BLITZSCHUTZANLAGE angebracht werden. Weitere Anschlußfahnen müssen für jedes außenliegende Metallregenfallrohr angebracht werden. Alle Anschlußfahnen müssen gemäß VDE 0185-305 (VDE-Verlag Berlin) wegen der Korrosionsgefahr innerhalb der Betonwände bis über Erdniveau mit nach oben geführt werden.

Austrittsstelle der Anschlußfahnen über Erdniveau oder Keller/Erdgeschoßdecke. Bei Regenfallrohren ca. 10 cm neben dem Rohr. Wenn dies nicht möglich ist, können Anschlußfahnen auch unten in die Baugrube verlegt werden, jedoch müssen dann Maßnahmen gegen Korrosion getroffen werden.

Maßnahmen gegen Korrosion:

  • Anschlußfahnen aus V4A Edelstahlleitung
  • Anschlußfahnen in Stahl-Kunststoffmantelleitung

Nachteile:

  • Kunststoffmantelleitung: Korrosionsgefahr bei einer Mantelbeschädigung.
  • Anschlußfahnen im Erdreich werden gern vergessen und beim Beifüllen der Baugrube verschüttet.

Wichtig:

Alle Klemmverbindungen im Erdreich dürfen nur mit Schraubverbindern hergestellt werden. Schrauben - mindestens zwei Stück M 8 oder ein Stück M 10. Zusätzlich ist eine Isolierung der Klemmstelle mit Densoband als Korrosionsschutz erforderlich. Keilverbinder sind nur mit Verriegelung und nur innerhalb des Betons zulässig.

Erdungsanlagen, einschließlich Fundamenterder, die als Erdungsanlage für den Blitzschutz ausgebildet werden, dürfen nur von Blitzschutzfachleuten mit einer gültigen Konzession einer Handwerkkammer ausgeführt werden.

» Schrittspannungen, was ist das eigentlich?

Schrittspannungen entstehen weil die Erder-Stoßstrom-Spannung bei einem Blitzeinschlag am Einschlagspunkt am Höchsten ist, nach außen aber ähnlich wie bei einem Steinwurf ins Wasser immer mehr abnimmt. Die Füße von Personen können daher unterschiedliche Potenziale überbrücken, sodass dann ein Körperstrom über die Beine fließt, der unter Umständen tödlich sein kann.

Wegen der beim Blitzeinschlag auftretenden hohen 'Schrittspannungen' müssen Tiefenerder mindestens 8-10 Meter vom Gebäude entfernt eingeschlagen werden, damit es durch die auftretenden Spannungstrichter nicht zu Unfällen mit Personen kommt.

Die Erder-Verbindungsleitungen sollten in der Nähe der Gebäude isoliert verlegt werden. Nach Möglichkeit sollten die Bodenbeläge um das Gebäude aus isolierten Materialien bestehen, z. B. Makadam, Kunststoffe oder stahlarmierter Betonstahl.

Eine weitere Möglichkeit ist der Einbau vom sog. Maschen-Gitter-Erdern über den Tiefen-Erdern. Diese sorgen bei auftretenden Blitz-Stoßstrom-Spannungen für einen Potentialausgleich. Der Strom fließt dann nicht mehr über den Körper, sondern breitet sich über das Gitternetz gleichmäßig aus.

Durch die o. a. Maßnahmen wird die Schrittspannung auf zulässige Werte reduziert oder ganz verhindert.

» Unterputzableitungen

Der Einbau von Blitzschutzableitungen unter Putz, unter oder in der Wärmedämmung ist bei Baufachleuten seit Jahrzehnten in der Diskussion. Die Vorstellung, dass es bei Blitzeinschlägen zur Erwärmung der Blitzableiterdrähte kommt, ist im Prinzip auch richtig. Genau aus diesem Grunde werden Blitzschutzanlagen immer mit mehreren Blitz-Ableitungen gebaut, d. h. je nach Gebäudegröße und Schutzklasse werden, auf den Gebäudeumfang verteilt, alle 5-20 Meter eine Ableitung eingebaut, die mit den Dachleitungen- und Auffangeinrichtungen verbunden sind.

Zusätzlich werden diese Ableitungen in Erdnähe mit Erdungsleitungen untereinander verbunden. Dadurch kommt es bei Einschlägen zu einer Stromaufteilung der auftretenden Spannungen auf die vorhandenen Ableitungen. Weil der Hochspannungsstoßstrom nur einige Millisekunden fließt, kann es zu keiner nennenswerten Erwärmung der Drähte kommen.

Um das Restrisiko, das bei Naturvorgängen immer bestehen bleibt, weiter zu minimieren, werden diese „unter Putz“ Ableitungen immer mit speziell dafür entwickelten „Isofugalleitungen“, d. h. isolierten Leitungen eingebaut. Das ist ähnlich wie bei Spannung führenden Leitungen in elektrischen Anlagen.