Peter Hasse / Ernst Ulrich Landers / Johannes Wesinger

EMV - Blitzschutz von elektrischen und elektronischen Systemen in baulichen Anlagen

Risiko-Management, Planen und Ausführen nach den neuen Vornormen der Reihe VDE 0185-305

• Buch

Produktbeschreibung

Moderne Blitzschutzanlagen müssen mehrere verschiedene Schutzziele abdecken: Während der klassische Blitzschutz materielle Schäden und Lebensgefahr bei direkten Blitzeinschlägen minimieren soll, muss darüber hinaus für bauliche Anlagen mit elektrischen und elektronischen Systemen auch der Schutz dieser Systeme gegen leitungsgebundene und gestrahlte Störungen durch den elektromagnetischen Blitzimpuls (LEMP) bei direkten und bei indirekten Blitzeinschlägen gewährleistet werden. Ein umfassender Schutz muss deshalb neben der Gebäude-Infrastruktur auch alle Versorgungssysteme und alle energie- und informationstechnischen Anlagen umfassen. Dazu dient das im vorliegenden Buch beschriebene Blitz-Schutzzonen-Konzept, das die aus der EMV-Welt kommende Philosophie der Schutzzonen erweitert und auf die Blitzschutztechnik anwendet. Das Konzept ermöglicht ein strukturiertes Bearbeiten beliebig komplexer Schutzaufgaben durch Unterteilung in einzelne Blitz- Schutzzonen und durch die eindeutige Festlegung von Schnittstellen.

Alle Aussagen des Buches orientieren sich am derzeitigen Stand der Forschung und Schutztechnik und berücksichtigen den aktuellen Stand der nationalen und internationalen Normung. Die Umsetzung des Blitz-Schutzzonen-Konzepts in die Praxis wird an Berechnungsbeispielen vorgestellt. Schritt für Schritt wird die Anwendung der im Oktober 2006 neu erschienenen Normen VDE 0185-305 zum Blitzschutz an ausgeführten Projekten gezeigt und erläutert. Dem Managementplan der Norm folgend werden alle Stufen von der ersten Risikoanalyse über Planung, Auslegung, Installation und Abnahme bis zur abschließenden Risikoanalyse detailliert behandelt und mit konkreten Zahlenwerten belegt. Die für die praktische Ausführung des Blitzschutzes nötigen Bauteile und Schutzgeräte werden mit zahlreichen Fotos, mit ihren Kenndaten und mit ihren Auswahlkriterien dargestellt.

Inhaltsverzeichnis:
Vorwort. 5
1 Einführung. 13
2 Schäden durch elektromagnetische Beeinflussung. 17
2.1 Schadensstatistiken. 17
2.2 Schadensbeispiele. 19
2.2.1 Schäden in explosionsgefährdeten Anlagen. 19
2.2.2 Schäden in Industrie-Anlagen. 23
2.2.3 Schäden in Elektrizitäts-Versorgungs-Anlagen. 27
2.2.4 Schäden in Wohnhäusern. 31
2.2.5 Schäden an Bahnanlagen, an Flugzeugen und auf Flughäfen. 33
3 Störquellen, Kopplungen und Störsenken. 37
3.1 Blitzentladungen. 38
3.2 Schalthandlungen und Netzrückwirkungen. 43
3.3 Elektrostatische Entladungen. 46
3.4 Nuklearer Elektromagnetischer Impuls. 47
3.5 Sende-Anlagen. 49
4 EMV-orientiertes Blitz-Schutzzonen-Konzept. 51
4.1 Frühere Schutzzonen-Konzepte. 51
4.2 Grundlagen des Blitz-Schutzzonen-Konzepts. 53
4.3 Blitz-Schutzzonen (LPZ). 54
4.3.1 Definition der LPZ. 54
4.3.2 Verbindung mehrerer LPZ. 57
4.3.3 Ausstülpung einer LPZ. 57
4.3.4 Leitungsschirme beim Verbinden oder Ausstülpen von LPZ. 59
4.3.5 Einrichtung weiterer Stör-Schutzzonen (SPZ). 61
4.4 Äußerer Blitzschutz. 63
4.5 Dämpfung durch Gebäude- oder Raumschirme. 66
4.6 Schnittstellen für Versorgungssysteme an Grenzen von LPZ. 66
4.7 Leitungsführung und -schirmung im geschützten Volumen. 71
4.8 Potentialausgleich-Anlagen im geschützten Volumen. 73
4.8.1 Stern- und baumförmiger Potentialausgleich. 73
4.8.2 Vermaschter Potentialausgleich. 77
4.8.3 Verbindung unterschiedlicher Potentialausgleich-Anlagen. 79
4.9 Grundfestigkeit der elektronischen Geräte und Systeme. 81
4.10 Konzeptionelles Vorgehen. 83
5 Der Blitzschutz von Gebäuden und von elektrischen und elektronischen Systemen. 91
5.1 Bauliche Anlagen und Personen (VDE V 0185 Teil 3). 91
5.2 Elektrische und elektronische Systeme (VDE V 0185 Teil 4). 93
5.3 Unterschiede im Blitzschutz VDE V 0185 Teil 3 und VDE V 0185 Teil 4. 95
6 Schutzmaßnahmen gegen LEMP. 103
6.1 Wahl des Gefährdungspegels. 103
6.2 Bestimmung der Impulsströme am Einbauort. 103
6.2.1 Impulsströme bei Einschlägen in die bauliche Anlage (S1). 104
6.2.2 Impulsströme bei Einschlägen in eine Versorgungsleitung (S3). 105
6.2.3 Sekundäre Impulsströme. 105
6.3 Festigkeit der elektronischen Geräte. 106
6.3.1 Festigkeit gegen Magnetfelder. 106
6.3.2 Festigkeit gegen Stoßspannungen und Stoßströme. 108
6.3.2.1 Festigkeit im energietechnischen Netz. 108
6.3.2.2 Festigkeit von Geräten. 109
6.4 Erdungsmaßnahmen. 110
6.4.1 Erdungsanlage. 110
6.4.2 Potentialausgleich-Netzwerk. 110
6.5 Potentialausgleich-Maßnahmen. 114
6.5.1 Potentialausgleich eintretender Versorgungsleitungen. 114
6.5.2 Integration der elektrischen und elektronischen Systeme. 114
6.6 Überspannungs-Schutzgeräte (SPD). 116
6.6.1 Klassifizierung von SPD. 116
6.6.2 Anteilige Blitzströme am Einbauort der SPD. 117
6.6.3 Schaltungen von SPD für energietechnische Systeme. 120
6.6.4 Schaltungen von SPD für informationstechnische Systeme. 120
6.7 Räumliche Schirmung. 128
6.7.1 LEMP Situation bei einem Blitzeinschlag. 129
6.7.2 Magnetfelder bei direkten Blitzeinschlägen. 132
6.7.3 Magnetfelder bei nahen Blitzeinschlägen. 136
6.7.4 Praktische Ausführung der räumlichen Schirmung. 138
6.8 Leitungsführung und -schirmung. 140
6.8.1 Induzierte Spannungen bei direkten Blitzeinschlägen. 142
6.8.2 Induzierte Spannungen bei nahen Blitzeinschlägen. 144
6.8.3 Spannungsfestigkeit bei leitungsgebundenen Störungen. 144
6.8.4 Induzierte Ströme bei direkten Blitzeinschlägen. 145
6.8.5 Induzierte Ströme bei nahen Blitzeinschlägen. 146
6.8.6 Stromtragfähigkeit bei leitungsgebundenen Störungen. 147
6.9 Schutzmaßnahmen in bestehenden baulichen Anlagen. 147
6.9.1 Integration von neuen elektrischen Systemen. 147
6.9.2 Varianten für die Blitzschutzzonen. 149
6.9.3 Beispiele für besondere Schutzmaßnahmen. 152
7 Risikomanagement nach VDE V 0185 Teil 2. 155
7.1 Risikoanalyse. 155
7.2 Schadensquellen. 155
7.3 Schadensursachen. 156
7.4 Schadensarten. 156
7.5 Bestimmung des Risikos aus Risikokomponenten. 158
7.6 Parameter für die Risikokomponenten. 160
7.7 Häufigkeit N von gefährlichen Blitzeinschlägen (VDE V 0185 Teil 2 Anhang A). 161
7.7.1 Erdblitzdichte Ng. 161
7.7.2 Blitzeinschläge ND direkt in die bauliche Anlage (S1). 162
7.7.3 Blitzeinschläge NM neben der baulichen Anlage (S2). 164
7.7.4 Blitzeinschläge NL direkt in eine Versorgungsleitung (S3). 164
7.7.5 Blitzeinschläge NI neben einer Versorgungsleitung (S4). 166
7.8 Schadens Wahrscheinlichkeiten P (VDE V 0185 Teil 2 Anhang B). 166
7.8.1 Einfache Wahrscheinlichkeiten p. 167
7.8.2 Reduktionsfaktoren r. 170
7.9 Schadensfaktoren d (VDE V 0185 Teil 2 Anhang C). 172
7.9.1 Verlust von Menschenleben (D1). 173
7.9.2 Verlust von Dienstleistungen für die Öffentlichkeit (D2). 173
7.9.3 Verlust von unersetzlichem Kulturgut (D3). 174
7.9.4 Wirtschaftliche Verluste (D4). 174
7.10 Formeln für die einzelnen Risikokomponenten. 175
7.10.1 Schock von Lebewesen (C1). 175
7.10.2 Physikalische Schäden (C2). 175
7.10.3 Störung an elektrischen und elektronischen Systemen (C3). 176
7.10.4 Versorgungsleitungen auf mehreren unabhängigen Trassen. 176
7.11 Anwendung der Risikoanalyse. 176
7.11.1 Vereinfachtes Verfahren. 177
7.11.2 Detailliertes Verfahren. 177
7.11.3 Akzeptierbares Schadensrisiko Ra. 178
7.11.4 Abschätzung der Notwendigkeit von Schutzmaßnahmen. 178
7.11.5 Auswahl von Schutzmaßnahmen. 178
8 LEMP-Schutz-Management. 181
8.1 Erste Risikoanalyse. 182
8.2 Planung. 183
8.3 Auslegung. 184
8.4 Installation und Überprüfung. 185
8.5 Abnahme. 185
8.6 Abschließende Risikoanalyse. 186
8.7 Wiederkehrende Prüfungen. 186
9 Bauteile und Schutzgeräte. 187
9.1 Fangeinrichtungen. 187
9.1.1 Kegelförmiger Schutzraum einer Fangstange. 191
9.1.2 Quaderförmige Schutzräume. 192
9.2 Gebäude- und Raumschirme für innere Blitz-Schutzzonen. 195
9.3 Schirme für Leitungen zwischen räumlich getrennten Blitz-Schutzzonen. 205
9.4 Schirme für Leitungen in inneren Blitz-Schutzzonen. 209
9.5 Potentialausgleich-Anlagen. 210
9.6 Schutzgeräte an den Schnittstellen der Blitz-Schutzzonen. 216
9.6.1 Überspannungs-Schutzgeräte an der Schnittstelle LPZ 0A/1. 217
9.6.2 Überspannungs-Schutzgeräte an den Schnittstellen LPZ 0B/1 sowie LPZ 1/2 und höher. 227
9.6.2.1 Überspannungs-Schutzgeräte für energietechnische Anlagen und Systeme. 227
9.6.2.2 Überspannungs-Schutzgeräte für informationstechnische Systeme. 230
9.6.2.3 Kombinierte Überspannungs-Schutzgeräte für energie- und informationstechnische Geräteeingänge. 241
10 LEMP-Schutz in einem Industriekomplex. 243
10.1 Planungsgrundlagen. 243
10.1.1 Bauvorhaben. 243
10.1.2 Schutzkonzept und Gefährdungspegel. 244
10.2 Kenndaten für das zu schützende Gebäude V. 247
10.2.1 Erdblitzdichte und Umgebungsdaten. 247
10.2.2 Abmessungen des Gebäudes. 247
10.2.3 Eintretende Versorgungsleitungen. 248
10.2.4 Einfangflächen und jährliche Blitzeinschläge. 250
10.2.5 Schadenswahrscheinlichkeiten und Reduktionsfaktoren. 253
10.3 Risikomanagement für LPZ 2 (EDV-Komplex). 254
10.3.1 Schadenskennwerte für den EDV-Komplex. 254
10.3.2 Notwendigkeit von Schutzmaßnahmen. 255
10.3.3 Übersicht über die angewandten Schutzmaßnahmen. 256
10.3.4 Schritt 1: Risikowerte für das ungeschützte Gebäude. 257
10.3.5 Schritt 2: Potentialausgleich am Eintritt in LPZ 1. 258
10.3.6 Schritt 3: Räumlicher Schirm von LPZ 1 und Äußerer Blitzschutz. 260
10.3.7 Schritt 4: Potentialausgleich am Eintritt in LPZ 2. 263
10.3.8 Schritt 5: Räumlicher Schirm von LPZ 2. 264
10.4 Risikomanagement für LPZ l. 265
10.4.1 Schadenskennwerte für das gesamte Gebäude. 265
10.4.2 Notwendigkeit von Schutzmaßnahmen. 265
10.4.3 Weitere Schutzmaßnahmen bei erhöhten Anforderungen in LPZ 1. 266
10.5 Risikomanagement für LPZ 0B. 267
10.5.1 Schadenskennwerte für die Anlagen auf dem Dach. 267
10.5.2 Notwendigkeit von Schutzmaßnahmen. 267
10.6 Risikomanagement für LPZ 0C. 268
10.6.1 Schadenskennwerte für LPZ 0C. 268
10.6.2 Notwendigkeit von Schutzmaßnahmen. 268
10.7 Impulsmagnetfelder des Blitzes. 269
10.7.1 Impulsmagnetfelder in LPZ 1. 270
10.7.2 Impulsmagnetfelder in LPZ 2. 270
10.8 Induzierte Spannungen in Leiterschleifen. 271
10.8.1 Induzierte Spannungen in LPZ 1. 272
10.8.2 Induzierte Spannungen in LPZ 2. 273
10.9 Stromtragfähigkeit der Schutzelemente. 273
10.9.1 Anteilige Blitzströme an der Grenze von LPZ 1. 274
10.9.2 Sekundär induzierte Impulsströme innerhalb von LPZ 1. 274
10.10 Gesamtes LEMP-Schutzsystem. 276
10.11 Detailausführung des LEMP-Schutzsystems. 278
11 Anhang. 287
11.1 Begriffe. 287
11.2 Normen und Richtlinien. 291
11.3 Literatur. 296
11.4 Internet-Links. 298
Sachwortverzeichnis. 301
Die Autoren. 303

Produktdetails

• Verlag: VDE
• 2. vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage
• Deutsch
• ISBN-13: 9783800730018
• ISBN-10: 3800730014
• Artikelnr.: 22493238

Autorenporträt

Dr.-Ing. Peter Hasse, Jahrgang 1940, absolvierte das Studium der Elektrotechnik/Starkstromtechnik an der Technischen Universität Berlin, 1972 wurde Hasse zum Doktor-Ingenieur promoviert.

1973 übernahm er die Leitung des Bereichs Entwicklung und Konstruktion bei der Fa. Dehn + Söhne in Neumarkt/Opf. und befasste sich dort schwerpunktmäßig mit der Blitzschutztechnik, dem Überspannungsschutz und dem Arbeitsschutz in elektrischen Anlagen. Die Ergebnisse zahlreicher wissenschaftlicher/technischer Untersuchungen, Entwicklungsprojekte und Erprobungen in der Praxis hat er in Einzelvorträgen, mehrtägigen Seminaren, Konferenzen, Beiträgen für Fachzeitschriften und Büchern im In- und Ausland veröffentlicht.

Zahlreiche Patente für Blitzschutzbauteile, Überspannungsschutzgeräte und Sicherheitsgeräte zum Arbeiten an elektrischen Anlagen zeugen von seiner Tätigkeit in Entwicklung, Konstruktion und Laboratorium; Hasse wurde Prokurist, dann Werksleiter und ist seit 1981 Geschäftsführer dieser Firma.

Hasse ist im Rahmen von technisch-wissenschaftlichen Vereinen und Institutionen, wie ABB, DKE/VDE, NE und IEC, an der nationalen und internationalen Normungsarbeit maßgeblich beteiligt. Er gehört dem Vorstand des "Ausschusses für Blitzschutz und Blitzforschung im VDE (ABB)" seit dessen Gründung an und ist der deutsche Sprecher bei IEC im TC81 "Lightning Protection" und im SC37A "Low Voltage Surge Protective Devices". Im Zentralverband der Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.V. (ZVEI) leitet er den Fachausschuss 7.13 "Überspannungsschutz" und den Technischen Ausschuss des Fachverbands 7 "Installationsgeräte und Systeme". Hasse gehört dem Technischen Ausschuss des ZVEI an.
Dr.-Ing. Ernst Ulrich Landers

Dr.-Ing. Ernst Ulrich Landers, Jahrgang 1944, studierte Elektrotechnik mit dem Schwerpunkt Hochspannungstechnik an der TU München. Nach einem Auslandspraktikum bei der Electricité de France und nach beruflicher Tätigkeit bei der Firma Messwandlerbau in Bamberg übernahm er 1970 die Stelle eines wissenschaftlichen Assistenten am Institut für Hochspannungs- und Anlagentechnik der Technischen Universität München, wo er 1975 zum Dr.-Ing. promovierte. Seit 1976 ist er Lehrbeauftragter und wissenschaftlicher Direktor am Lehrstuhl für Energieversorgung und Leittechnik an der Universität der Bundeswehr München.

Er beschäftigt sich mit Fragen der elektromagnetischen Verträglichkeit, insbesondere mit dem Schutz von Geräten und Anlagen gegen elektrostatische Entladungen und Blitzeinwirkungen. Er ist Mitglied im Fachausschuss "Elektrostatik" der Gesellschaft Mikroelektronik, Mikro- und Feinwerktechnik im VDE.

Auf nationaler Ebene im DKE ist er Mitglied in K251 "Blitzschutz", in AK 251.0.1 "Teil 2 (Risiko)", in AK 251.0.7 "Teil l (Allgemeines)" und "Teil 3 (Gebäude)" und Vorsitzender des Arbeitskreises AK 251.0.5 "Teil 4 (LEMP)".

Auf internationaler Ebene in IEC ist er Mitglied in TC81 "Protection against lightning", TC81 WG8 "IEC 62305-1 (General principles) and IEC 63205-3 (Physical damage to structures and life hazard)", in IEC TC81 WG9 "IEC 62305-2 (Risk management)" und Convenor der Working Group TC81 WG3 "IEC 62305-4 (Electrical and electronic systems within structures)".

Die Ergebnisse seiner Arbeiten hat er in Vorträgen, Seminaren, Fachzeitschriften und internationalen Konferenzen veröffentlicht.
Professor Dr.-Ing. Johannes Wiesinger

Professor Dr.-Ing. Johannes Wiesinger, Jahrgang 1936, hat an der Technischen Hochschule München das Studium der Elektrotechnik absolviert. Nach mehrjähriger Industrietätigkeit war er von 1963 bis 1974 als wissenschaftlicher Assistent, Oberingenieur und Wissenschaftlicher Rat am Institut für Hochspannungs- und Anlagentechnik der Technischen Universität München tätig; er promovierte 1966 zum Dr.-Ing. und habilitierte sich 1970 für das Fachgebiet "Hochspannungstechnik".

1974 wurde Wiesinger an die Universität der Bundeswehr München auf die Professur "Hochspannungstechnik und Elektrische Anlagen" berufen, in der er bis zur Pensionierung 2001 tätig war. Der Forschungsschwerpunkt am Lehrstuhl waren die Messungen und Analyse von Blitzentladungen, die Entwicklung von Prüfanlagen zur Nachbildung von Blitzbeanspruchungen im Laboratorium, und die komplexen Themen der Blitzschutztechnik. Die Ergebnisse der Forschungen wurden in einer Vielzahl von Veröffentlichungen in Fachzeitschriften und auf internationalen Konferenzen vorgestellt.

Wiesinger war von 1984 bis 1994 Vorsitzender des "Ausschusses für Blitzschutz und Blitzforschung im VDE" (ABB). Er war sehr engagiert in internationalen und nationalen, mit dem Spektrum des Blitzschutzes befassten Normungsgremien tätig.