Discalimer: Ich bin fachlich in keiner Weise asugebildet und habe die Dokumente nur flüchtig überflogen. Sehr wahrscheinlich sind Sachverhalte falsch oder mißverständlich dargestellt. Ich bin in keiner Weise verantwortlich für Folgen die sich aus der Umsetzung der folgenden Angaben ergeben. Elektrische Installationen sind grundsätzlich nur von Fachkräften auszuführen.
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(1) Grundlagen
p294: "(...) sind Windenergieanlagen direkten Blitzeinwirkungen ausgesetzt. So wächst die Blitzeinschlagsgefahr quadratisch mit der Bauwerkshöhe. (...) Für die Dimensionierung von Blitzschutzmaßnahmen muss berücksichtigt werden, dass bei Objekten mit einer Höhe von > 60 m und blitzexponierter Lage neben Wolke-Erde-Blitze auch Erde-Wolke-Blitze, sogenannte Aufwärtsblitze, in Betracht zu ziehen sind. Damit ergeben sich größere Werte als in der oben angegebenen Formel. Außerdem besitzen Erde-Wolke-Blitze ausgehend von hohen exponierten Objekten hohe Ladungsinhalte eines Blitzstromes, die vor allem für die Schutzmaßnahmen an Rotorblättern und für die Auslegung von Blitzstrom-Ableitern von großer Bedeutung sind."
p16: "Erkennbar sind Wolke-Erde-Blitze durch die zur Erde gerichteten Verästelungen (Bild 2.1.1). Am häufigsten treten negative Abwärtsblitze auf, bei denen sich von der Gewitterwolke ein mit negativer Wolkenladung gefüllter Ladungsschlauch (Leader) zur Erde vorschiebt (Bild 2.1.2). Dieser Leader wächst mit einer Geschwindigkeit von etwa 300 km/h in Abschnitten von einigen 10 m ruckweise vor. Die Pause zwischen den Ruckstufen beträgt einige 10 μs. Hat sich der Leader der Erde genähert (einige 100 m bis einige 10 m), so erhöht sich an nahe dem Leader gelegenen Teilen auf der Erdoberfläche (z. B. Bäume, Gebäudegiebel) die elektrische Feldstärke. Sie ist so stark, dass die elektrische Festigkeit der Luft überschritten wird und dem Leader von dort aus eine Fangladung ntgegenwächst, die dann mit ihm zusammentrifft und die Hauptentladung einleitet."
p17: "Abwärtsblitze (Wolke-Erde-Blitze) stellen eine härtere Beanspruchung als Aufwärtsblitze (Erde-Wolke-Blitze) dar. Die Parameter von Abwärtsblitzen werden deshalb bei der Bemessung von Blitzschutzmaßnahmen zugrunde gelegt."
Zerstörerisch sind Spannungsunterschiede durch unterschiedliche Widerstände bzw. Leitfähigkeit. Gleichmäßige Spannungsverteiling bleibt demgegenüber so gut wie folgenlos:
p19: "Trifft ein Blitzschlag ein Gebäude, das bereits mit einer Blitzschutzanlage versehen ist, so bewirkt der über die Erdungsanlage des Gebäudes abfließende Blitzstrom einen Spannungsfall am Erdungswiderstand RE der Erdungsanlage des Gebäudes (Bild 2.2.3). Solange alle berührbaren, leitfähigen Teile innerhalb des Gebäudes auf das gleiche hohe Potential angehoben werden, besteht keine Gefährdungsmöglichkeit für Personen innerhalb des Gebäudes. Deshalb besteht die Notwendigkeit des Potentialausgleichs für alle berührbaren, leitfähigen Teile innerhalb des Gebäudes und für alle in das Gebäude eingeführten, fremden leitfähigen Teile. Wird dies vernachlässigt, so besteht die Gefahr gefährlicher Berührungsspannungen bei Blitzeinschlag."
Zur Abschätzung der Blitzgefährdung wird vereinfacht das Blitzkugel-Modell angewendet:
p52: "Es beginnt von der Erde eine weitere, dem Leitblitz ähnliche "Leader"-Entladung in Richtung Leitblitzkopf zu wachsen: die Fangentladung. Damit wird die Einschlagstelle des Blitzes festgelegt (Bild 5.1.1.1). Den Startpunkt der Fangentladung und damit die spätere Einschlagstelle bestimmt vor allem der Leitblitzkopf. Der Leitblitzkopf kann sich nur bis zu einem bestimmten Abstand der Erde nähern. Unmittelbar nach dem Überschreiten der elektrischen Isolationsfähigkeit an einer Stelle entsteht die Fangentladung, die zum Enddurchschlag führt und die Enddurchschlagstrecke Überwindet. [Das Blitzkugelmodell] gründet auf der Hypothese, dass sich der Leitblitzkopf den Objekten auf der Erde unbeeinflusst bis auf die Enddurchschlagstrecke annähert. Die Einschlagstelle wird dann von dem Objekt festgelegt, das die kürzeste Entfernung zum Leitblitzkopf aufweist. Die von dort startende Fangentladung "setzt sich durch. (...) Daraus ergibt sich die Enddurchschlagstrecke und damit der Radius der 'Blitzkugel'."
Es wird eine Kugel mit dem entsprechenden Radius über ein Modell der Gebäudeanlagen gerollt, und alle Berührungspunke farbig markiert. Diese Bereiche sind duch Fangeinrichtungen so zu schützen, daß eine Blitzkugel keinen Angriffspunkt mehr findet. Achtung: Bei starken Widen kann sich ein etablierter Blitz-Fußpunkt noch um einem Meter verschieben, dieser Meter muß zusätzlich mit einkalkuliert werden.
Der Radius der Kugel beträgt je nach Schutzklasse:
SK 1 - 20m
SK 2 - 30m
SK 3 - 45m
SK 4 - 60m
Dabei beziehen sich die Schutzklassen auf die Wahrscheinlichkeit daß kritische Grenzwerte überschritten werden. Die Einstufung hängt sowohl von der Blitzwahrscheinlichkeit als auch den zu erwartenden Stärken ab, und wird immer im Hinblikauf die Bedeutung des zu schützenden Gutes vorgenommen.
SK 1 geht sozusagen von der höchsten Sicherheit bei dem 'schwierigsten Bedingungen' aus, wenn schon ein einzelner Einschlag erheblichen Schaden anrichten könnte. SK 4 geht von einem vergleichsweisen 'laxen' Schutz aus, zum Beispiel wenn ein Einschlag 'nicht so schlimm' wäre.
Für bauliche Anlagen sind in Deutschland SK-2 und SK-3 üblich, es ist aber sehr von der Situation abhängig. Beispielsweise kann die Gefahr durch herabstürzende Kronenteile an Verkehrwegen relativ groß sein.
(2) Fangeinrichtungen
Der sogenannte äußere Blitzschutz umfasst Fangleitungen, Ableiter und Erder.
Dabei sind Ableiter die leitenden Verbindungen zwischen Fangeinrichtungen und Erdern.
Zu Fangeinrichtungen siehe Blitzplaner Kapitel 5: Fangeinrichtungen (p52).
Für hohe Bäume kommt zunächst scheinbar die Fangstange in Betracht, die über die Krone hinausragt. Ein Fangmast hat einen sich kegelförmig nach unten ausbreitenden Schutzbereich.
Beispielsweise schützt eine 30m hohe Stange eine Bodenfläche von 24m Durchmesser mit der Sicherheit SK-2, oder 44m mit der Sicherheit SK-3.
Den höchsten Wert den ich in der Tabelle finden konnte war ein geschützter Bodenbereich von 50m Ø, in der SK 4, für einen Masten der Höhe 60m.
Ein Mast der Höhe 45m, Bodenfläche Ø 40m, Sicherheit SK-3, ist scheinbar für (nach hiesigen Maßstäben) hohe Bäume geeignet. Es funktioniert jedoch aus zwei Gründen nicht:
1. Eine Blitzkugel kann sich von der Seite nähern, wo die Baumkrone aus dem Schutzkegel herausragt.
2. Eine einzelne Fangstange für einen großen Baum, die 10m herausragt, müsste möglichst zentral, und schon unterhalb der Kronenspitze am Stamm und/oder einem starken Ast (ø mind. 30cm?) und von dort an aufwärts mit biegsamen und dennoch formstabilen Halterungen befetsigt sein, damit sie nicht durch Windbewegungen beschädigt wird. Sie muß extrem leicht, flexibel, und bruchfest sein. Eine solche Konstruktion wäre sowwohl von den Materialien her sowie auch als 'Unikat' vermutlich ziemlich teuer.
Es bleibt die theoretische Möglichkeit, einen Baum mit mindestens 3 hohen (40m) Masten in einem Dreieck einzuschließen, und die Stangen möglicherweise noch gegenseitig zu verspannen.
Ich schätze, das ist außer Diskussion
Für weitere Ideen wäre ich dankbar.
(3) Erdung:
p20:
Je höher die Leitfähigkeit des Erdreiches ist, umso flacher fällt der Potentialtrichter auf -> Verringerte Schrittspannung.
p119: Tiefenerder: Empfohlene Tiefe: 9m. Erster Meter ist bei Frost unwirksam!
Alle Erder sollten untereinander (z.B. Ringerder) undauch mit allen leitenden Eingängen in ein Gebäude verbunden sein, um einen Potentialausgleich herbeizuführen, der z.B. Schrittspannungen entgegenwirkt.
Durch die 'Parallelisierung' wird der Ausbreitungswiderstand verringert, damit kommt es nicht zum Schmelzen von Material (wonach ein Schutz nicht mehr gewährleistet ist).
Alle Leitungen und Verbindungen müssen eine minimale Dicke haben, Stahlbleche etwa > 5mm. Je dicker desto besser. 'Natürliche' Leiter nennen die Fachleute hier übrigens schon vorhandene bauliche Einrichtungen wie Dachrinnen; diese können, wenn sie die Anforderungen erfüllen (oder wenn ihre Zerstörung tolerierbar ist) zusätzlich genutzt werden und müssen dann fachgerecht durchgängig angeschlossen werden.
p295: (Windkraftanlagen:) Bei Gefahr durch Betreten von blitzableitenden Erdungs-Flächen:
"Die Erdung des Turmfußes und des Betriebsgebäudes (Bild 9.16.3) sollte durch ein Erder-Maschennetz verbunden werden, um eine möglichst großflächige Erdungsanlage zu erhalten. In welchem Umfang um den Turmfuß potentialsteuernde Ringerder zusätzlich verlegt werden müssen, ist davon abhängig, ob zum Zwecke des Personenschutzes eventuell zu hohe Schritt- und Berührungsspannungen im Falle eines Blitzeinschlages reduziert werden müssen."
Im Zusammenhang mit den oben skizzierten Grundlagen des Potentialausgleiches, und der Gefahren durch hohe Schrittspannungen, ist also davon auszugehen, daß eine Ableitung in den Stammfuß eines Baumes erheblichen Schaden im Wurzelbereich anrichten kann.
Übrigens: Ungeschützte Erdleiter unterliegen je nach Material einer ständigen Korrosion Das ist eine elektrochemische Zersetzung, vergleichbar mit dem was passiert wenn sich Zahnfüllungen aus unterschiedlichem Metall (etwa nachts) berühren: Es bilden sich durch unterschiedliche Potentiale Micro-Ströme die wie in einer Batterie Anode und Kathode bilden und damit Elementezerfall bewirken. Ungeschützte Erdungsstäbe ('Fahnen') müssen daher irgendwann ausgetauscht werden.
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Thema: Blitzeinschlag (Gelesen 49910 mal)