EN 62305 Schutz vor Blitzschlag

Die Normenreihe EN 62305 befasst sich speziell mit dem Blitzschutz von Bauwerken, deren Inhalten, Personen und Nutztieren.

EN 62305 erkennt an, dass wir heute im elektronischen Zeitalter leben, und macht den LEMP-Schutz (Lightning Electromagnetic Impulse) für elektronische und elektrische Systeme durch EN 62305-4 zu einem integralen Bestandteil der Norm. LEMP ist der Begriff für die gesamten elektromagnetischen Auswirkungen von Blitzen, einschließlich leitungsgebundener Überspannungen (transiente Überspannungen und Ströme) und abgestrahlter elektromagnetischer Feldeffekte.

Die EN 62305 – 4 kategorisiert die Schadensquelle, die Schadensart und die Schadensart.

Schadensquellen

Schäden, die durch Blitzschlag verursacht werden können, werden unterteilt in:

• Schäden an einem Bauwerk (einschließlich aller eingehenden elektrischen Freileitungen und Erdleitungen, die mit dem Bauwerk verbunden sind)
• Schäden an einer Dienstleistung (in diesem Fall eine Dienstleistung, die Teil von Telekommunikations-, Daten-, Stromversorgungs-, Wasser-, Gas- und Kraftstoffverteilungsnetzen ist).

Schadensarten

Jede Schadensquelle kann zu einer oder mehreren von drei Schadensarten führen. Die möglichen Schadensarten werden wie folgt identifiziert:

• D1 Verletzung von Personen oder Nutztieren durch Tritt- und Berührungsspannungen
• D2 Physischer Schaden (Brand, Explosion, mechanische Zerstörung, Freisetzung chemischer Stoffe) durch Blitzstromeinwirkung einschließlich Funkenbildung
• D3 Ausfall interner Systeme aufgrund eines elektromagnetischen Blitzimpulses (LEMP).

Arten von Verlusten

Durch Blitzschäden können folgende Schadensarten entstehen:

• L1 Verlust von Menschenleben
• L2 Verlust des Dienstes für die Öffentlichkeit
• L3 Verlust des kulturellen Erbes
• L4 Verlust des wirtschaftlichen Wertes

Die Beziehungen aller oben genannten Parameter:

Die Beziehungen aller oben genannten Parameter:

* Nur für explosionsgefährdete Bauwerke und für Krankenhäuser oder andere Bauwerke, bei denen Ausfälle interner Systeme unmittelbar Menschenleben gefährden.

** Nur für Objekte, bei denen Tiere verloren gehen können.

LEMP-Schäden sind so weit verbreitet, dass sie als eine der spezifischen Arten (D3) identifiziert werden, gegen die Schutz geboten werden sollte, und sie können von ALLEN Angriffspunkten auf die Struktur oder angeschlossene Dienste – direkt oder indirekt – auftreten. Dieser erweiterte Ansatz berücksichtigt auch die Brand- oder Explosionsgefahr im Zusammenhang mit mit dem Bauwerk verbundenen Dienstleistungen, z. Strom-, Telekommunikations- und andere metallische Leitungen.

EN 62305 stellt klar, dass der bauliche Blitzschutz nicht länger isoliert vom Schutz vor transienten Überspannungen/Überspannungen betrachtet werden darf und da Blitze von allen direkten oder indirekten Einschlagpunkten in die Struktur oder angeschlossene Dienste ein Risiko durch Transienten darstellen, sind SPDs ein wichtiges Schutzmittel, unabhängig davon, ob baulicher Blitzschutz vorhanden ist oder nicht.

Strom- und Spannungswellenformen

EN 62305 berücksichtigt Schutzmaßnahmen an metallischen Versorgungsleitungen (typischerweise Strom-, Signal- und Telekommunikationsleitungen) mit transienten Überspannungs- oder Überspannungsschutzgeräten (SPDs) sowohl gegen direkte Blitzeinschläge als auch gegen die häufigeren indirekten Blitzeinschläge und Schalttransienten. Normen wie die EN 61643-Reihe definieren die Eigenschaften von Blitzströmen und -spannungen, um eine zuverlässige und wiederholbare Prüfung von SPDs (sowie Blitzschutzkomponenten) zu ermöglichen.Obwohl diese Wellenformen von tatsächlichen Transienten abweichen können, basieren die standardisierten Formen auf jahrelanger Beobachtung und Messung (und in einigen Fällen auf Simulation). Im Allgemeinen bieten sie eine gute Annäherung an den Übergang in der realen Welt.

Transiente Wellenformen haben eine schnell ansteigende Flanke und ein längeres Ende. Sie werden durch ihren Spitzenwert (oder ihre Stärke), ihre Anstiegszeit und ihre Dauer (oder Abfallzeit) beschrieben. Die Dauer wird als die Zeit gemessen, die der Testtransient benötigt, um auf die Hälfte seines Spitzenwerts abzuklingen.

Die folgenden Abbildungen veranschaulichen die gängigen Strom- und Spannungswellenformen, die zum Testen von SPDs für Netz-, Signal- und Telekommunikationsleitungen verwendet werden.

Direkte Schläge

Direkter Blitz kann Teilblitzströme der Wellenform 10/350 μs in ein System einspeisen, in dem eine Struktur mit einem strukturellen Blitzschutzsystem einen direkten Einschlag erhält (Quelle S1) oder in dem ein Blitz direkt in eine Freileitung einschlägt (Quelle S3).

Indirekte Streiks

Entfernte oder indirekte Blitze in der Nähe der Struktur (Quelle S2) oder in der Nähe einer mit der Struktur verbundenen Versorgung (Quelle S4) mit einem Radius von bis zu 1 km (und daher weitaus häufiger) werden durch die 8/20μs-Wellenform dargestellt. Auch induzierte Überspannungen durch direkte Blitzeinschläge und Schaltquellen werden durch diese Wellenform dargestellt. Mit einer viel kürzeren Abkling- oder Abfallzeit im Vergleich zur 10/350μs-Wellenform bietet die 8/20μs-Wellenform deutlich weniger Energie (für einen äquivalenten Spitzenstrom), ist aber ruhigverheerend genug, um elektrische und elektronische Geräte zu beschädigen.

EN 62305-1 erkennt an, dass ein Ausfall interner Systeme (Schadenstyp D3) aufgrund elektromagnetischer Blitzimpulse (LEMP) von allen Einschlagspunkten auf die Struktur oder Dienstleistung möglich ist – direkt oder indirekt (alle Quellen: S1, S2, S3 und S4).

Überspannungsschutzmaßnahmen (SPM)

EN 62305-4 beschreibt eine Reihe von Maßnahmen zur Minimierung der Schwere transienter Überspannungen, die durch Blitzschlag und elektrische Schaltvorgänge verursacht werden.

Wesentliche und grundlegende Schutzmaßnahmen sind:

• Erdung und Verbindung
• Elektromagnetische Abschirmung und Leitungsführung
• Koordinierte Überspannungsschutzgeräte

Weitere zusätzliche Schutzmaßnahmen sind:

• Erweiterungen des strukturellen LPS
• Standort der Ausrüstung
• Einsatz von Glasfaserkabeln (Schutz durch Isolation)

SPMs müssen außerdem in der Umgebung, in der sie sich befinden, funktionieren und dieser standhalten, wobei Faktoren wie Temperatur, Feuchtigkeit, Vibration, Spannung und Strom berücksichtigt werden.

Die Auswahl des am besten geeigneten SPM erfolgt anhand der Risikobewertung nach EN 62305-2 unter Berücksichtigung technischer und wirtschaftlicher Faktoren. Beispielsweise ist es möglicherweise nicht praktikabel oder kosteneffektiv, elektromagnetische Abschirmungsmaßnahmen in einer bestehenden Struktur zu implementieren, sodass der Einsatz koordinierter SPDs möglicherweise besser geeignet ist. Idealerweise werden SPDs am besten bereits in der Projektentwurfsphase integriert, sie können jedoch auch problemlos in bestehende Installationen eingebaut werden.

Um den kontinuierlichen Betrieb kritischer Systeme auch im Falle eines direkten Einschlags sicherzustellen, sind SPDs unerlässlich. Diese müssen entsprechend der Überspannungsquelle und ihrer Intensität entsprechend dem Konzept der Blitzschutzzonen (LPZ) gemäß EN 62305-4 entsprechend eingesetzt werden.

Das Lightning Protection Zone (LPZ)-Konzept

Der Schutz vor LEMP basiert auf dem Konzept der Lightning Protection Zone (LPZ), das das betreffende Bauwerk entsprechend der Gefährdungsstufe des LEMP in mehrere Zonen unterteilt. Die allgemeine Idee besteht darin, Zonen innerhalb der Struktur zu identifizieren oder zu schaffen, in denen einige oder alle Auswirkungen von Blitzen weniger stark ausgesetzt sind, und diese mit den Immunitätseigenschaften der in der Zone installierten elektrischen oder elektronischen Geräte zu koordinieren. Aufeinanderfolgende Zonen sindgekennzeichnet durch eine deutliche Verringerung des LEMP-Schweregrads durch Bonden, Abschirmen oder den Einsatz von SPDs.

Externe Zonen:

• LPZ 0A ist der Bereich, der direkten Blitzeinschlägen ausgesetzt ist und daher möglicherweise den vollen Blitzstrom tragen muss. Dies ist typischerweise die Dachfläche eines Bauwerks ohne baulichen Blitzschutz. Hier tritt das gesamte elektromagnetische Feld auf.
• LPZ 0B ist der Bereich, der keinem direkten Blitzeinschlag ausgesetzt ist und typischerweise die Seitenwände einer Struktur oder eines Daches mit baulichem Blitzschutz umfasst. Allerdings tritt hier immer noch das volle elektromagnetische Feld auf und es können hier leitungsgebundene partielle oder induzierte Blitzströme und Schaltüberspannungen auftreten.

Interne Zonen:

• LPZ 1 ist der interne Bereich, der teilweisen Blitzströmen ausgesetzt ist. Im Vergleich zu den Außenzonen LPZ 0A, LPZ 0B reduzieren sich die leitungsgebundenen Blitzströme bzw. Schaltüberspannungen und bei Verwendung geeigneter Abschirmmaßnahmen auch das elektromagnetische Feld. Dies ist in der Regel der Bereich, in dem die Versorgungsleitungen in das Bauwerk eingeführt werden oder in dem sich die Hauptstromschalttafel befindet.
• Bei der LPZ 2 handelt es sich um einen Innenbereich, der sich weiter innerhalb der Struktur befindet und in dem die Reste von Blitzstoßströmen und/oder Schaltüberspannungen im Vergleich zur LPZ 1 reduziert sind. Ebenso wird das elektromagnetische Feld weiter reduziert, wenn geeignete Abschirmmaßnahmen eingesetzt werden. Dies ist typischerweise ein abgeschirmter Raum oder für die Netzstromversorgung der Unterverteilerbereich.