Blitzschäden vermeiden

Manfred Kienlein

Die seit Januar 2003 bindende Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV) für überwachungsbedürftige Anlagen soll den betrieblichen Arbeitsschutz hinsichtlich der bei der Arbeit eingesetzten Arbeitsmittel regeln. Entsprechend dem Geräte- und Produktsicherheitsgesetz (GSPG) sind Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen überwachungsbedürftig. Der Arbeitgeber wird mit der BetrSichV nachhaltig verpflichtet, eine ganzheitliche Ermittlung und Bewertung von Gefährdungsfaktoren für explosionsgefährdete Betriebsstätten durchzuführen. Dabei hat der Arbeitgeber u. a. die Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins von Zündquellen sowie deren mögliche Aktivierung und die Auswirkungen zu bewerten. Entsprechend der Technischen Regeln für die Betriebssicherheit TRBS 2152–3 ist auch der Blitzschlag als Zündquelle definiert. Werden Gefährdungen durch Blitzschlag festgestellt, so müssen Anlagen durch geeignete Blitzschutzmaßnahmen geschützt werden.

Der Betreiber hat die besonderen Risiken, die von einer explosionsfähigen Atmosphäre ausgehen, zu beurteilen. In der Risikobewertung sind zu berücksichtigen:

Benachbarte Anlagenteile, die über Öffnungen mit dem explosionsgefährdeten Bereich verbunden sind oder sein können, müssen in die Risikobewertung mit einbezogen werden.

Auf Basis der Wahrscheinlichkeit des möglichen Auftretens von gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre und einer blitzbedingten Gefährdung wird eine Risikobetrachtung durchgeführt, die sich immer auf den konkreten Einzelfall beziehen muss. Diese kann nicht pauschal auf andere Anlagen übertragen werden.

Nach TRBS 2152, Teil 3, werden dreizehn verschiedene Zündquellen unterschieden, darunter auch der Blitzschlag. Ebenfalls wird in den Explosionsschutz-Regeln (BGR 104) im Abschnitt E 2.3.7 der Blitz als Zündvorgang beschrieben. Demnach wird eine explosionsfähige Atmosphäre stets entzündet, wenn ein Blitz in diese einschlägt. Daneben besteht eine Zündmöglichkeit auch durch starke Erwärmung der Ableitwege des Blitzes. Von Blitzeinschlagstellen aus fließen starke Ströme, die in der Nachbarschaft der Einschlagstelle Funken hervorrufen können. Auch können durch ferne Blitzeinschläge (außerhalb von explosionsgefährdeten Bereichen) über die Kabelverbindungen hohe Blitzenergien in den Ex-Bereich verschleppt werden. Selbst ohne direkten Blitzeinschlag können Gewitter zu hohen induzierten Spannungen in Geräten, Schutzsystemen und Komponenten führen.

Die notwendigen Schutzmaßnahmen gegen eine Blitzeinwirkung (Blitzschutzsystem nach DIN EN 62305 [6]) sind in TRBS 2152, Teil 3, Abschnitt 5.8, mit der Überschrift Blitzschlag beschrieben. Damit ist klar festgelegt, dass ein Blitzschutzsystem (äußerer und innerer Blitzschutz) Teil des gesamten Sicherheitskonzepts der überwachungsbedürftigen Anlage ist. Dies muss

In der Blitzschutznorm DIN EN 62305–3 sind im Anhang D „Gebäude und Anlagen mit explosionsgefährdeten Bereichen“ aufgeführt. Demnach entspricht ein Blitzschutzsystem (LPS), das nach Blitzschutzklasse II (Blitzkugelradius r = 30 m) ausgelegt ist, den normalen Anforderungen für explosionsgefährdete Bereiche.

Sind zusätzliche Maßnahmen aufgrund von extremen Umwelteinflüssen, gesetzlichen Vorgaben usw. notwendig, so muss eine Auslegung der Blitzschutzklasse nach DIN EN 62305–2 [6] erfolgen. Dazu kann mit dem Berechnungsverfahren nach Teil 2 der DIN EN 62305 eine Risikoanalyse durchgeführt werden. Mithilfe der Risikoanalyse wird das Schadensrisiko durch direkte und indirekte Blitzeinschläge für eine bauliche Anlage einschließlich darin befindlicher Personen und Ausrüstung bestimmt. Ist das Schadensrisiko größer als ein akzeptierbares Risiko, muss das Schadensrisiko infolge Blitzschlag durch Blitzschutzmaßnahmen so minimiert werden, dass es das akzeptierbare Risiko nicht mehr übersteigt.

Ein getrenntes äußeres Blitzschutzsystem (LPS) sollte dann verwendet werden, wenn das Fließen eines Blitzteilstroms in damit verbundene im Inneren des Gebäudes liegende Teile Schäden an der baulichen Anlage oder deren Inhalt verursachen kann. Bei Anlagen mit inneren Ex-Zonen kann jede Klemme im Inneren der Anlage eine wirksame Zündquelle (Sprühfeuer, Funkenbildung) sein. Aus diesem Grund ist ein getrenntes äußeres LPS obligatorisch.

Dies geschieht durch den Aufbau einer getrennten Fang- und Ableitungseinrichtung unter Einhaltung des berechneten Trennungsabstands zu elektrisch leitenden Systemen. Der komplette Blitzstrom wird außen abgeleitet und fließt nicht in den Ex-Bereich hinein. Die Zündquelle Blitz ist damit im Ex-Bereich direkt (galvanisch eingeprägte Ströme) nicht mehr wirksam.

Aus der Praxis sei hier beispielhaft die Errichtung einer getrennten Fangeinrichtung mit Dehniso Combi für eine Gasdruckregel- und Messanlage (GDRM) eines Gasnetz-Betreibers vorgestellt. Mit einem speziell entwickelten, koaxial aufgebauten Einleiterkabel ist es möglich, den Trennungsabstand s einzuhalten und den Blitzstrom sicher zur Erde abzuleiten. Die hochspannungsfeste, isolierte Ableitung HVI mit Feldsteuerung und halbleitendem Schirm verhindert Gleitentladungen durch gezielte Beeinflussung des elektrischen Feldes im Bereich des Einspeisepunktes. Sie ermöglicht das Führen des Blitzstromes und sichert dessen Ableiten bei Einhaltung des notwendigen Trennungsabstandes s.

Alle von außen in die GDRM-Anlage eingeführten leitfähigen Systeme müssen konsequent in den Blitzschutz-Potenzialausgleich eingebunden werden. Die Forderung des Blitzschutz-Potenzialausgleichs wird erfüllt durch den direkten Anschluss aller passiven metallenen Systeme und den indirekten Anschluss aller unter Betriebsspannung stehenden Systeme mittels Überspannungsschutzgeräten (Surge Protective Devices) der Kategorie SPD Typ 1. Alle passiven metallenen Systeme im Ex-Bereich sind zündfunkenfrei an den Blitzschutz-Potenzialausgleich anzuschließen. Dies kann z. B. mit der Ex-Bandrohrschelle Ex-BRS von Dehn + Söhne einfach und schnell erfolgen.

Für den Einsatz der SPD Typ 1 zum Blitzschutz-Potenzialausgleich haben diese, gemäß DIN EN 62305–1, Anhang E, Mindestparameter zu erfüllen. So müssen in energietechnischen Systemen die für den Blitzschutz-Potenzialausgleich eingesetzten Schutzgeräte mindestens ein Blitzstromableitvermögen von 25 kA (SPD Typ 1: Prüf-Wellenform 10/350 µs) aufweisen. In informationstechnischen Systemen (Fernwirktechnik, Telekommunikation in gleicher Kabeltrasse) sollte das Mindestableitvermögen der Überspannungsschutzgeräte 2,5 kA pro Ader betragen.

Der Blitzschutz-Potenzialausgleich ist möglichst nahe an der Eintrittstelle in die bauliche Anlage durchzuführen, um ein Eindringen von Blitzströmen in das Gebäudeinnere zu verhindern. Bei der Dimensionierung der Ex-Trennfunkenstrecke (EXFS) zum Schutz des Isolierstücks (Gasleitung) muss unbedingt die AfK-Empfehlung Nr. 5 berücksichtigt werden. Das Mindestableitvermögen der EXFS beträgt, wie beim energietechnischen System, 25 kA (10/350 µs).

In der gesamten GDRM-Anlage ist ein konsequenter Potenzialausgleich nach den Teilen 410 und 540 der DIN VDE 0100 zu errichten, damit Potenzialunterschiede zwischen verschiedenen sowie fremden leitfähigen Teilen vermieden werden. Auch Gebäudestützen, Konstruktionsteile, Rohrleitungen, Behälter usw. werden in den Potenzialausgleich so einbezogen, dass auch im Fehlerfall nicht mit einer unzulässig hohen Spannungsdifferenz zu rechnen ist. Beim Einsatz von Überspannungsschutzgeräten muss der Querschnitt der Erdleitung zum Potenzialausgleich nach den Angaben des Schutzgeräteherstellers ausgeführt werden.

Online-Info www.cav.de/1210418