Per Definition handelt es sich bei Blitzschutzsystemen um Vorrichtungen, die Gebäude, elektrische Anlagen sowie Personen vor den potenziell gefährlichen Folgen eines Blitzeinschlags schützen. Infolge eines Blitzeinschlags kann es zu enormen elektrischen Strömen und hohen Temperaturen kommen, die schwere Schäden an Gebäuden sowie elektrischen Geräten anrichten oder Brände nach sich ziehen können. Blitz- und Überspannungsschutzsysteme bieten einen entsprechenden Schutz vor den genannten Gefahren, indem sie die Energie eines Blitzeinschlags kontrolliert ableiten und auf diese Weise Schäden verhindern.
Wichtig ist zudem die Unterteilung in direkte sowie indirekte Blitzeinschläge. Bei einem direkten Blitzeinschlag trifft der Blitz direkt ein Gebäude oder eine Struktur. Sofern kein Schutzsystem existiert, sind schwere Zerstörungen meist die Folge, da der Blitz mit großer Energie einschlägt. Von indirekten Blitzeinschlägen ist hingegen die Rede, wenn der Blitz in der näheren Umgebung eines Gebäudes einschlägt und es zu Spannungsspitzen kommt. Etwaige Spannungsspitzen besitzen das Potenzial, elektrische Geräte zu stören oder gar zu zerstören.
In Deutschland gibt es spezifische gesetzliche Vorgaben, die die Installation von Blitzschutzsystemen in bestimmten Gebäudetypen verpflichtend machen. Diese Vorschriften verfolgen das Ziel, sowohl Menschen als auch Sachwerte vor Blitzeinschlägen zu schützen und die Sicherheit von Gebäuden im Allgemeinen zu gewährleisten.
Insbesondere für öffentliche Gebäude, Industrieanlagen sowie Photovoltaikanlagen gibt es daher vielfältige Vorschriften, die zu berücksichtigen sind. Die genauen Vorschriften zur Blitzschutzpflicht sind in verschiedenen Normen, wie z.B. der VDE 0185-305 (DIN EN 62305) , festgelegt. Sie regeln alle relevanten Bereiche von der Installation bis hin zur Wartung und stellen sicher, dass Blitzschutzsysteme den aktuellen technischen Anforderungen entsprechen.
Blitzschutzsysteme werden grundlegend in zwei Kategorien unterteilt: den äußeren und den inneren Blitzschutz. In Kombination helfen sie dabei, einen umfassenden Schutz gegenüber unterschiedlichsten Gefahren infolge von Blitzeinschlägen zu schützen. In Deutschland sind die Vorgaben für beide Schutzarten in der Norm VDE 0185-305 (DIN EN 62305) sowie weiteren, den Blitzschutz betreffenden Normen detailliert beschrieben.
Demnach hat der äußere Blitzschutz primär die Funktion, Blitze abzufangen und die dabei entstehende elektrische Energie kontrolliert in den Boden abzuleiten. Die Fangeinrichtung - umgangssprachlich oft als Blitzableiter bezeichnet - wird dabei auf dem höchsten Punkt eines Gebäudes, meist dem Dach, montiert. Diese metallischen Stangen oder Drähte sind so konstruiert, dass sie die hohe elektrische Ladung eines Blitzes sicher in das Blitzschutzsystem leiten. Über die Ableitungen, die entlang des Gebäudes verlaufen, wird der Blitzstrom sicher in Richtung des Erdungssystems transportiert.
Während der äußere Blitzschutz ein Gebäude vor direkten Blitzeinschlägen schützt, dient der innere Blitzschutz dazu, Schäden durch die indirekten Folgen des Blitzeinschlags zu minimieren. Etwaige Schäden sind auf elektromagnetische Impulse sowie Spannungsspitzen zurückzuführen, die elektrische und elektronische Anlagen im Gebäude zerstören oder Störungen verursachen können.
Wesentliches Element des äußeren Blitzschutzes ist der Potentialausgleich. Dieser verbindet sämtliche leitfähigen Teile des Gebäudes miteinander, wodurch sich Spannungsunterschiede reduzieren lassen, die eine Folge des Blitzeinschlags sein können. Durch die Ergänzung von Erdungssystemen sowie Überspannungsschutzmaßnahmen wird darüber hinaus das Risiko minimiert, dass Spannungsspitzen elektrische Geräte beschädigen.
Je nach Gebäude und Standort kommen verschiedene Erdungssysteme zum Einsatz. Typischerweise handelt es sich dabei um Ring- oder Fundamenterder. Die Erdungssysteme leiten die beim Blitzschlag entstehenden Ströme sicher in den Boden ab. Es gibt verschiedene Arten von Erdern, wie den Fundamenterder, der in das Fundament eines Gebäudes integriert ist, oder den Ringerder, der rund um das Gebäude verlegt wird. Unabhängig von der Wahl des Erders erfolgt die Installation stets nach den Vorgaben der VDE 0185-305-3 ( DIN EN 62305-3 ), um eine effektive Ableitung der Blitzströme sicherstellen zu können. Es gilt festzuhalten, dass eine fachgerechte Erdung entscheidend für den umfassenden Schutz eines Gebäudes ist.
Der Blitzschutz wird in vier verschiedene Klassen unterteilt, stets basierend auf dem Risiko sowie den spezifischen Schutzanforderungen eines jeden Gebäudes. Die Klassen geben dabei konkret vor, wie umfangreich das Blitzschutzsystem sein muss, um einen ausreichenden Schutz zu gewährleisten.
Die Lightning Protection System - kurz LPS - definieren hingegen die Schutzklasse, die für verschiedene Gebäudeklassen erforderlich sind. Die LPS dienen als Planungsgrundlage für die Dimensionierung des Blitzschutzsystems und definieren, wie stark ein Blitz sein kann, der durch das System abgefangen und abgeleitet werden muss.
Während die LPS 1 das höchste Schutzniveau bietet, kommen die LPS 2, 3 und bei mäßig starken sowie geringen Blitzstärken zum Einsatz. Die Wahl der Blitzschutzklasse und des entsprechenden LPS erfolgt auf Basis einer Risikoanalyse gemäß der DIN EN 62305-2, die die Blitzdichte, Gebäudenutzung und mögliche Folgen eines Blitzeinschlags berücksichtigt.
Die Risikoanalyse nach DIN EN 62305-2 dient dem Zweck, das erforderliche Schutzlevel eines Blitzschutzsystems individuell zu bestimmen. Ziel dieser Analyse ist es daher, die Wahrscheinlichkeit sowie das Ausmaß potenzieller Schäden infolge eines Blitzeinschlags zu bewerten und basierend darauf die Blitzschutzklasse und das Lightning Protection Level zu definieren.
Diesbezüglich umfasst die Analyse mehrere Faktoren wie die Blitzdichte, die die Häufigkeit von Blitzeinschlägen in der Region ermittelt. Ferner spielen die Art der Gebäudenutzung sowie das Schadenspotenzial eine wesentliche Rolle. Dabei orientiert sich die Risikoermittlung an einem schrittweisen Verfahren. Bei diesem wird zunächst die Gefährdung aufgrund der Blitzdichte ermittelt. Nach der Bewertung der Art und Nutzung des Gebäudes erfolgt die Analyse des Schadenspotenzials. Unter dem Strich ergibt sich daraus die Ableitung des notwendigen Schutzlevels.
Eine solche systematische Vorgehensweise gewährleistet, dass der Blitzschutz optimal auf die individuellen Gegebenheiten eines jeden Gebäudes abgestimmt ist.
Obwohl Blitzschutz und Überspannungsschutz oft im Zusammenhang genannt werden, gibt es signifikante Unterschiede hinsichtlich ihrer Aufgaben sowie ihrer Funktionsweise. Dennoch sind beide Systeme notwendig, um einen effektiven Schutz vor den vielfältigen Gefahren durch Blitzeinschläge sowie elektrischen Störungen zu gewährleisten.
Der Blitzschutz ist darauf ausgelegt, direkte Blitzeinschläge auf ein Gebäude oder eine Struktur abzufangen und den gefährlichen Blitzstrom sicher in die Erde abzuleiten. Primäre Komponenten des Blitzschutzes sind die äußeren Blitzschutzkomponenten wie die Fangeinrichtung, die Ableitung sowie das Erdungssystem. Der Blitzschutz dient somit in erster Linie dazu, strukturelle Schäden am Gebäude sowie das Risiko von Bränden und gefährlichen elektrischen Strömen im Gebäude infolge eines Blitzeinschlages zu verhindern.
Auf der anderen Seite schützt der Überspannungsschutz vor Spannungsspitzen, die durch indirekte Blitzeinschläge sowie Schaltvorgänge im Stromnetz entstehen können. Etwaige Spannungsspitzen können elektrische und elektronische Geräte im betroffenen Gebäude schwer beschädigen. Überspannungsschutzgeräte werden daher an kritischen Punkten im Stromnetz installiert. Dies dient dem Zweck, überschüssige Energie zu dämpfen und empfindliche Geräte auf diese Weise vor Spannungsspitzen zu schützen.
Die Pflicht zur Installation von Blitzschutz-anlagen hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter die Lage, Bauart und Nutzung eines Gebäudes. Laut Musterbauordnung (MBO) § 46 müssen bauliche Anlagen, bei denen Blitzschlag leicht eintreten oder zu schweren Folgen führen kann, mit dauerhaft wirksamen Blitzschutzanlagen versehen werden.
Zum Beispiel :
Oftmals ist der Blitzschutz dabei Teil eines umfassenden Brandschutzes. Da Blitzeinschläge Brände nach sich ziehen können, ist der Blitzschutz in einigen Gebäuden nicht nur zur Vermeidung von Stromschäden vorgeschrieben, sondern auch als Teil eines umfassenden Brandschutzkonzepts, um Feuergefahren zu minimieren.
Sowohl der Aufbau als auch der Betrieb von Blitzschutzanlagen bedingt eine besondere Sorgfalt und Fachwissen, um maximale Sicherheit gewährleisten zu können. Aus diesem Grund gibt es klare Vorgaben, die bei der Planung, der Installation sowie der Wartung zu berücksichtigen sind. In Deutschland muss die Installation von Blitzschutzanlagen nach der VDE 0185-305-4 (DIN EN 62305-4) erfolgen. Hierbei ist es essenziell, dass die Montage von zertifizierten Fachkräften durchgeführt wird, da unsachgemäße Installationen die Schutzwirkung maßgeblich negativ beeinflussen kann.
Zudem müssen Blitzschutzanlagen als Gesamtsystem betrachtet werden, das sich aus dem äußeren sowie inneren Blitzschutz (Überspannungsschutz) zusammensetzt. Nur wenn diese 2 Faktoren aufeinander abgestimmt sind, ist ein umfassender Schutz gewährleistet.
In Deutschland wird der Blitz- und Überspannungsschutz durch verschiedene Normen geregelt, die sicherstellen, dass Gebäude und technische Anlagen effizient und verlässlich vor Blitzschäden und Spannungsspitzen geschützt sind. Als wichtigste Normen sind hierbei die VDE 0185-305 (DIN EN 62305) sowie die DIN VDE 0100-443/534 zu nennen. Sie regeln die technischen Anforderungen sowie Schutzmaßnahmen, die mit Blick auf den Blitzschutz und den Überspannungsschutz eingehalten werden müssen.
Die VDE 0185-305 (DIN EN 62305) setzt sich aus insgesamt vier Teilen zusammen :
Themen der VDE 0185-305 (DIN EN 62305) sind:
Teil 1 - Allgemeine Grundsätze,
Teil 2 - Risiko-Management: Abschätzung des Schadensrisikos für bauliche Anlagen,
Teil 3 - Schutz von baulichen Anlagen und Personen,
Teil 4 Elektrische und elektronische Systeme und baulichen Anlagen.
Die Normen DIN VDE 0100-443 und DIN VDE 0100-534 definieren hingegen sämtliche Anforderungen an den Schutz elektrischer Anlagen vor Überspannungen.
Überspannungsschutzgeräte (SPD) sind zentraler Bestandteil des Schutzes elektrischer Systeme. Sie dienen dem Zweck, überschüssige Spannungen abzuleiten, ehe diese Schäden an Geräten oder Anlagen verursachen kann. Für einen effektiven Schutz ist es wichtig, die verschiedenen SPD-Typen richtig zu koordinieren und gemäß den geltenden Normen zu installieren.
SPDs des Typs 1 ( Überspannung-Schutzgerät ) bieten den höchsten Schutz vor direkten Blitzeinschlägen und werden zumeist im Hauptstromversorgungssystem installiert. Sie sind darauf ausgerichtet, Blitzströme direkt abzuleiten, sofern diese infolge eines Blitzeinschlags entstehen. SPDs des Typs 1 werden an der Schnittstelle zwischen dem öffentlichen Stromnetz und der Gebäudeinstallation platziert, um den ersten Schutzwall zu bilden und Ströme von 100 000 A abzuleiten.
SPDs des Typs 2 ( Überspannungsableiter ) werden in Unterverteilungen installiert und schützen vor indirekten Blitzeinschlägen sowie vor größeren Spannungsspitzen. Dabei agieren sie als zweite Schutzstufe, deren Aufgabe es ist, die verbleibende Überspannung zu drosseln, um elektrische Geräte davor zu schützen, wie sie in gewerblichen oder industriellen Anlagen zum Einsatz kommen.
SPDs des Typs 3 ( Überspannung-Schutzgerät ) schützen empfindliche Endgeräte wie Computer, Fernseher oder Haushaltsgeräte. Um dies zu ermöglichen, werden sie in unmittelbarer Nähe der Endgeräte installiert. Ein Beispiel hierfür sind Steckdosenleisten. Dort bieten sie einen feinen Schutz vor den verbleibenden Spannungsspitzen.
Um einen optimalen Schutz gewährleisten zu können, müssen die verschiedenen SPDs in einer abgestuften Reihenfolge installiert werden. Dies bedeutet in der Praxis, dass ein SPD Typ 1 nahe dem Netzeingang installiert wird, gefolgt von Typ 2 in den Unterverteilungen und Typ 3 in der Nähe der Endgeräte. Dabei gilt es darauf zu achten, die Schutzpegel aufeinander abzustimmen. Ist der Unterschied zwischen den einzelnen Schutzpegeln zu groß, sinkt die Effizient der Überspannungsschutzgeräte.
Bei der Einrichtung eines Blitz- und Überspannungsschutzes für Gebäude kommt stets ein sogenanntes Zonenkonzept zum Einsatz. Auf Basis dieses Konzepts wird das Gebäude in verschiedene Blitzschutzzonen unterteilt. Dies hilft dabei, Schutzmaßnahmen gezielt zu planen und die SPDs effizient und effektiv zu platzieren. Hierzu erfolgt die Unterteilung in die Blitzschutzzonen LPZ 0A , LPZ 0B , LPZ 1 - LPZ 3 , wobei die LPZ 0A + LPZ 0B die äußeren Bereiche umfasst und LPZ 1 - LPZ 3 die Inneren des Gebäudes . Das führt hin bis zum Schutz empfindlicher Geräte wie Computer oder Haushaltsgeräte. In jeder Zone werden die Schutzmaßnahmen den spezifischen Risiken angepasst, um einen abgestuften und vollständigen Schutz zu gewährleisten.
Wesentliches Merkmal des Blitz- und Überspannungsschutzes ist es, dass dieser stets an die individuellen Gegebenheiten des zu schützenden Gebäudes angepasst sein muss. Dabei unterscheiden sich die Anforderungen je nach Art des Gebäudes und seiner Nutzung. In Wohngebäuden setzt sich der Blitz- und Überspannungsschutz in der Regel aus einer Fangeinrichtung, einem Potenzialausgleich sowie SPDs zusammen. Für Industrieanlagen und Bürogebäuden ist ein komplexer Blitz- und Überspannungsschutz vorgeschrieben, der die Kombination unterschiedlicher Schutztypen notwendig macht. Neben dem äußeren sowie inneren Blitzschutz stellen die abgestuften SPDs einen wesentlichen Teil der Schutzvorkehrungen dar. Um das Gebäude bestmöglich schützen zu können, ist vor der Installation eine umfassende Risikoanalyse nach VDE 0185-305-2 ( DIN EN 62305-2 ) erforderlich.
Spezialgebäude wie Krankenhäuser, Rechenzentren oder explosionsgefährdete Bereiche erfordern besondere Schutzmaßnahmen, da hier nicht nur Sachwerte, sondern auch Menschenleben und kritische Infrastruktur unmittelbar damit verbunden sind. So hilft ein sorgfältiger Überspannungsschutz, empfindliche sowie notwendige Geräte gegenüber Spannungsspitzen zu schützen. Selbiges gilt für explosionsgefährdete Bereiche, wie sie oftmals in der Chemie- oder Erdölindustrie zu finden sind.
Um die Funktionalität und damit einhergehend auch Sicherheit gewährleisten zu können, ist es unerlässlich, Blitzschutzanlagen regelmäßig zu prüfen und zu warten. In Deutschland werden etwaige Wartungsintervalle in erster Linie durch die DGUV V3 und VDE 0185-305-3 ( DIN EN 62305-3) geregelt. Die DGUV V3-Prüfungen sind verpflichtende Inspektionen elektrischer Anlagen, einschließlich Blitzschutzsystemen. Sie müssen stets von qualifizierten Fachkräften durchgeführt werden und dienen dem Zweck, die ordnungsgemäße Funktion sicherzustellen. Abhängig von Blitzschutzklasse und der Gefährdungsbeurteilung ist eine Wartung innerhalb von 2 Jahren bis hin zu vier Jahren vorgeschrieben. Besonders bei Krankenhäusern und explosionsgefährdeten Betriebsstätten ist eine Sichtprüfung alle 6 Monate erforderlich, während eine messtechnische Überprüfung jährlich durchgeführt werden sollte.
Das Prüfverfahren selbst fußt auf einer visuellen sowie technischen Überprüfung sämtlicher Blitzschutzkomponenten. Hierbei gilt es zu beachten, dass eine umfassende Dokumentation der Ergebnisse gesetzlich vorgeschrieben ist.
Vielfältige Faktoren tragen dazu bei, dass der Blitzschutz elementarer Bestandteil des Brandschutzes von Gebäuden ist. Primär lässt sich dies auf mehrere Risikofaktoren zurückführen. So kann die enorme Hitze eines Blitzes Baumaterialien wie Holz entzünden und zu einem Brand führen. Auch besteht die Gefahr einer elektrischen Überlastung von Geräten, die zu Kurzschlüssen oder Funkenbildung führen kann. Zudem birgt ein Blitzeinschlag das Risiko, brennbare oder explosionsgefährdete Stoffe zu entzünden.
Indem Blitzschutzsysteme in das Brandschutzkonzept eines Gebäudes vollumfänglich integriert werden, lassen sich die aufgeführten Risiken erheblich verringern. In vielen Fällen sind Blitzschutzmaßnahmen sogar gesetzlich vorgeschrieben - insbesondere in gefährdeten Bereichen wie öffentlichen Gebäuden oder Industrieanlagen.
Um Gebäude bestmöglich vor den Risiken eines Blitzeinschlags zu schützen, ist eine kontinuierliche Weiterentwicklung der bestehenden Systeme unerlässlich. Innovationen in der Erkennung und Ableitung von Überspannungen sowie die Integration in smarte Gebäudesysteme sind zentrale Aspekte dieser Entwicklung.
Heutzutage werden moderne Blitz- und Überspannungsschutzsysteme zunehmend durch intelligente Sensoren ersetzt. Diese helfen dabei, Spannungsspitzen noch schneller zu erkennen und diese abzuleiten. Etwaige Systeme reagieren längst in Echtzeit und sorgen somit dafür, dass gefährliche elektrische Impulse im Bruchteil einer Sekunde neutralisiert werden können. Zudem hat die Entwicklung dazu geführt, dass einige SPDs in der Lage sind, sich selbst zu überwachen und automatisch zu melden, wenn eine Wartung oder Reparatur notwendig wird.
Infolge der technischen Errungenschaften sind auch smarte Schutzsysteme auf dem Vormarsch. Ziel ist es, moderne Gebäude derart zu vernetzen, dass sie schnell und flexibel auf die Gefahr durch Blitzeinschläge reagieren können. Sind Blitz- und Überspannungsschutzgeräte in die Gebäudetechnik integriert, lassen sich entsprechende Maßnahmen bei Bedarf sofort umsetzen und gar bestimmte Stromkreise automatisch abschalten oder Notfallsysteme aktivieren.
Die technischen Normen im Blitz- und Überspannungsschutz, wie die VDE 0185-305 ( DIN EN 62305 ) und die DIN VDE 0100-443/534, werden regelmäßig an den neuesten Stand der Technik angepasst. Zukünftig dürften dabei insbesondere die erneuerbaren Energien im Mittelpunkt stehen, da diese zunehmend Teil der Infrastruktur sind. Wesentliche Beispiele hierfür sind die zunehmende Anzahl an Solaranlagen sowie Ladestationen für Elektrofahrzeuge.
