[Zusammenfassung] Dieser Artikel behandelt wichtige Aspekte bei der Planung von Blitzschutzsystemen für Gebäude, die Eigenschaften von Überspannungsschutzgeräten und Auswahlkriterien. [Schlüsselwörter] Blitzableiter, Erdung, Potenzialausgleich, geschirmter Überspannungsschutz. In den letzten Jahren ist mit der gesellschaftlichen Entwicklung, der stetigen Ausdehnung von Gebäuden und der weitverbreiteten Nutzung elektrischer und elektronischer Geräte die Stoßspannungsfestigkeit gesunken. Blitze enthalten enorme Energiemengen, deren elektrostatische Induktion, elektromagnetische, thermische und mechanische Wirkung Gebäude und elektrische Anlagen in unterschiedlichem Maße und mit extrem hoher Zerstörungskraft beeinträchtigen. Daher ist der Blitzschutz für Gebäude von besonderer Bedeutung. 1 Blitzschutz. Generell lässt sich der Blitzschutz in Schutz vor direkten Blitzeinschlägen und Schutz vor induzierten Blitzeinschlägen unterteilen. Man spricht auch von internem und externem Blitzschutz. Die wichtigsten Maßnahmen im Rahmen der Blitzschutzplanung sind: (1) Blitzableiter und Blitzschutzbänder; (2) Ableiter; (3) Erdungskörper; (4) Schirmung. (5) Potenzialausgleich; (6) Reduzierung der Kopplung der Verbindung. Überspannungsschutz fällt ebenfalls unter die Kategorie Blitzschutz und sollte in den internen Blitzschutz einbezogen werden. Die Auslegungsschemata für die oben genannten Maßnahmen verfügen bereits über relativ ausgereifte Normen und werden in diesem Artikel nicht weiter ausgeführt. Lediglich einige Punkte, die besondere Beachtung erfordern, werden wiederholt. 1.1 Allgemeine Anforderungen an Blitzableiter ① Blitzableiter unter 1 m Länge: Rundstahl Ф≥12 mm; Stahlrohr Ф≥20 mm; 1-2 m Länge: Rundstahl Ф≥16 mm; Stahlrohr Ф≥25 mm; Schornsteinableiter: Rundstahl Ф≥20 mm; Stahlrohr Ф≥40 mm ② Blitzschutznetz (Streifen): Rundstahl Ф≥8 mm; Flachstahl S≥48 mm², S≥4 mm; ③ Für den Blitzschutz an Freileitungen sollten vorzugsweise verzinkte Stahllitzen mit einem Querschnitt von mindestens 35 mm² verwendet werden. Bei der Anordnung von Blitzableitern können Kugelgelenk-Blitzschutznetze einzeln oder in beliebiger Kombination eingesetzt werden. 1.2 Gemeinsame Erdung In Kapitel 6 von GB59057-94: Wenn in der Planungsphase eines Bauprojekts die Größe und der genaue Standort des Informationssystems noch unbekannt sind, aber der zukünftige Bau eines solchen Systems geplant ist, sollten die Metallkonstruktion oder die Stahlbetonbewehrung des Gebäudes, das Schutzerdungssystem der Stromverteilungsleitungen usw. mit der Blitzschutzeinrichtung zu einem gemeinsamen Erdungssystem kombiniert werden. Potenzialausgleichsplatten sollten an geeigneten Stellen vorab eingebaut werden. In Abschnitt 6.3.3 von GB5025-94: (1) Jedes Gebäude sollte über ein eigenes gemeinsames Erdungssystem verfügen; (2) Wenn Strom- und Kommunikationskabel benachbarte Gebäude verbinden, sollten deren Erdungseinrichtungen miteinander verbunden werden. Einige Anleitungen fordern auch separate Erdungen, z. B. für Signal- und Logikmasse. Dies bezieht sich jedoch auf die Erdung von Hochfrequenzsignalen. Separate Erdungen werden in IEC- und ITV-Normen nicht empfohlen. Vorteile einer gemeinsamen Erdung: (1) Bei einem Potenzialanstieg steigt das Erdungspotenzial an allen Stellen gleichzeitig an, sodass praktisch keine Potenzialdifferenz besteht. (2) Gute elektromagnetische Verträglichkeit (EMV). Da Hoch-, Niederspannungs-, Hoch- und Niederfrequenzschaltungen alle auf demselben Potenzial liegen und Methoden wie separate Schirmung und Abzweigerdung eingesetzt werden, wird die EMV verbessert. 1.3 Potenzialausgleich. Beim Potenzialausgleich werden Überspannungsschutzgeräte verwendet, um stromführende Leiter und Leitungen zu verbinden, die nicht direkt am Potenzialausgleich teilnehmen können, wie z. B. Stromleitungen, Signalleitungen, kathodisch geschützte Öl- und Gasleitungen. 1.4 Schirmung. Die Schirmung ist eine wichtige Maßnahme zur Verbesserung der EMV. Hierbei werden hauptsächlich Faraday-Käfige verwendet, um elektromagnetische Störungen der Geräte zu dämpfen. Der Dämpfungsgrad hängt von der Maschendichte, der Dicke der Abschirmschicht und dem gewählten Abschirmmaterial ab. Bei der Auslegung der Dicke der Abschirmschicht sollte diese idealerweise nahe an der Wellenlänge der elektromagnetischen Welle liegen. Je höher die Maschendichte, desto höher die Zuverlässigkeit. Materialien mit hoher Permeabilität werden für niedrige Frequenzen bevorzugt, während Kupfer für hohe Frequenzen bevorzugt wird. Aufzeichnungen zufolge funktioniert ein ungeschirmter Computer bei einer magnetischen Flussdichte BM = 0,07 GS nicht mehr; bei BM = 2,4 GS erleidet er einen dauerhaften Schaden. Mit der zunehmenden Entwicklung der Elektronik hin zu höheren Frequenzen, höheren Geschwindigkeiten, größeren Bandbreiten, höherer Präzision, höherer Zuverlässigkeit, höherer Empfindlichkeit, höherer Dichte, höherer Leistung, kleineren Signalstärken und komplexeren Anwendungen gewinnt die Forschung zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) immer mehr an Bedeutung. 1.5 Formel zur abgestuften Blitzschutzwirkung gegen elektromagnetische Impulse in Informationssystemen: E = 1 - Nc / N. Dabei ist Nc die maximal zulässige jährliche durchschnittliche Anzahl von Blitzeinschlägen, die durch direkte Blitzeinschläge und Blitzimpulse Schäden an Informationssystemgeräten verursachen können. N – die erwartete Anzahl von Blitzeinschlägen in das Gebäude (Anzahl/Jahr) N = KNgAe. Allgemeine Blitzschutzprinzipien: Gesamtschutz, Stufenschutz und Schutztiefe. (1) Ableitung des größten Teils des Blitzstroms zur Ableitung in die Erde (äußerer Schutz); (2) Ableitung verschiedener Arten von transienten Überspannungen, die über Stromleitungen, Signalleitungen und Rohrleitungen in das Gebäude eindringen, über verschiedene Überspannungsschutzgeräte (Überspannungsschutzgeräte) zur internen Ableitung in die Erde; (3) Begrenzung der Überspannungsspitzen an den geschützten Geräten (Endgeräteschutz). Diese drei Schutzebenen arbeiten zusammen und erfüllen jeweils ihre spezifische Aufgabe; keine darf vernachlässigt werden. Bei der Planung sind auch die relevanten Normen und Vorschriften für die geschützten Geräte zu berücksichtigen. 2. Überspannungsschutzgerät Ein Überspannungsschutzgerät wird auch als SPD bezeichnet. Derzeit werden in Niederspannungs-Stromverteilungssystemen in Privathaushalten meist Metalloxid-Überspannungsableiter (MOA), auch Oxid-Überspannungsableiter genannt, eingesetzt. Metalloxidvaristoren bestehen hauptsächlich aus Zinkoxid, dem geringe Mengen an Bismut, Kobalt, Chrom, Mangan, Antimon und anderen Metalloxiden als Additive beigemischt werden. Nach dem Mischen, Granulieren und Linearisieren werden sie bei Temperaturen über 1000 °C gebrannt, wodurch ein scheiben- oder ringförmiges Produkt entsteht. Es weist hervorragende nichtlineare Eigenschaften mit einem Nichtlinearitätskoeffizienten α von nur 0,01–0,04 auf. Im Normalbetrieb weist es lediglich einen Leckstrom im Mikroamperebereich auf, zeigt eine sehr schnelle Überspannungsansprechzeit und besitzt eine hohe Strombelastbarkeit. 2.1 Auswahl der beiden Hauptparameter für Überspannungsschutzgeräte: Nennableitstrom (Strombelastbarkeit): Gemäß Kapitel 2 und Anhang 6 der Norm 50057-94 sind die Anfangs- und Folgeblitzströme so zu wählen, dass 50 % des Gesamtblitzstroms gegen Erde abgeleitet und der Reststrom gleichmäßig verteilt wird (einschließlich der zweiten Stufe, die Abzweigungen zu berücksichtigen ist). Spannungsschutzpegel: Der Spannungsschutzpegel ist ein Leistungsparameter, der die Spannungsbegrenzungsfähigkeit des Überspannungsschutzgeräts charakterisiert. Er wird aus einer Liste empfohlener Werte ausgewählt. Grundsätzlich gilt: Je niedriger der Restspannungswert, desto besser. Der gewählte Schutzpegel sollte unterhalb der Impulsüberspannungsfestigkeit des geschützten Geräts oder der Leitung liegen. Impulsüberspannungsfestigkeit von Geräten in 220-V-/380-V-Drehstromsystemen. 2.2 Allgemeine Auslegungsprinzipien: Impulsüberspannungswert des geschützten Geräts > Schutzspannungspegel des Überspannungsschutzgeräts (SPD) > Begrenzungsspannung des SPD > 1-mA-Gleichspannungsreferenzwert des SPD > Maximaler Dauerspannungswert des SPD > Maximaler Fehlerüberspannungswert der Stromversorgung > Normale Netzschwankungen. (1) TN-C-S-System; (2) TN-S-System; (3) TT-System . 3. Bei der Installation von Überspannungsschutzgeräten sind folgende Punkte zu beachten: (1) Die letzte Stufe des installierten Überspannungsschutzes sollte sich in unmittelbarer Nähe des geschützten Geräts befinden, vorzugsweise < 10 m. (2) Um eine optimale Energieverteilung zu gewährleisten, sollte bei mehreren Stufen der Abstand zwischen Schalt- und Spannungsbegrenzer > 10 m und der Abstand zwischen den Spannungsbegrenzern > 5 m betragen. Die Verbindungsleitung sollte so kurz und gerade wie möglich sein und eine Länge von ≤ 0,5 m aufweisen. Bei beengten Platzverhältnissen ist ein Überspannungsschutzgerät mit V-Anschluss (Kevin-Anschluss) zu verwenden. 4. Problembeschreibung: Kann ein einpoliger Überspannungsschutz den Einschaltstrom nicht unter die spezifizierte Schutzspannung unterdrücken, ist ein nichtlinearer Überspannungsschutz mit zwei, drei oder mehr Stufen erforderlich. Manche glauben, dass bei Anlegen der Einschaltstoßwelle I an den X-Y-Anschluss immer zuerst Stufe I leitet, tatsächlich leitet jedoch Stufe II zuerst. Die zweite Stufe von Überspannungsschutz II leitet zuerst, da der Blitzstrom als Konstantstromquelle betrachtet werden kann und die zweite Stufe aufgrund der Wanderwelle zuerst leitet. Die Bedingung für das Leiten von Überspannungsschutz I ist, dass die Restspannung UBC von Überspannungsschutz II zuzüglich des Spannungsabfalls UAB der getrennten Leitung an Überspannungsschutz I anliegt und diesen somit leitet. Die Leitspannung von Überspannungsschutz I muss höher sein als die von Überspannungsschutz II. Referenzen: 1. Zusammenstellung technischer Normen und Spezifikationen zum Blitzschutz; 2. Ausgewählte Artikel aus Fachzeitschriften; 3. Technische Daten der Firma Lightmore.