Parameter des Blitzes

Um zu verstehen, wie und warum der Blitzschlag und die daraus resultierenden elektromagnetischen Störungen die Elektrik und Elektronik bis zur Zerstörung belasten können, müssen die Parameter des Blitzes bekannt sein. Die Kenntnis dieser Daten ermöglicht es, entsprechende und ausreichende Schutzmaßnahmen an Anlagen, Geräten und Systemen vorzunehmen. Hier sollte auch der Grundsatz gelten: „Nicht so gut wie möglich, sondern so gut wie nötig“.

Wir unterscheiden

1. Abwärtsblitze (Wolke-Erde-Blitze) erkennbar an der zur Erde gerichteten Verästelung
2. Aufwärtsblitze (Erde-Wolke-Blitze) erkennbar an der zur Wolke gerichteten Verästelung

Man kann davon ausgehen, dass im flachen Gelände und bei niedrigen Bauten meist Wolke-Erde-Blitze und bei höheren Bauten die Erde-Wolke-Blitze überwiegen. (Mehr Informationen zu den Erscheinungsformen von Blitzen finden Sie am Ende des Beitrags.)

In der Norm DIN EN 62305-1(2011-10) werden sowohl die jeweiligen Zeitfunktionen des Blitzstroms, die Angaben zur Simulation für Prüfungen als auch die Prüfparameter für die Auswirkungen des Blitzstroms auf die Blitzschutzbauteile beschrieben. Dazu gibt es in den Anhängen A bis E der Norm Ausführungen.

Als Kernsatz ist zu merken: Der Blitz ist ein hochfrequentes Ereignis.

Hier greifen also die Gesetze der Hochfrequenz, ganz voran die Maxwell’schen Gesetze. 50-Hz-Denken ist hier nicht angebracht und kann nicht zur Lösung von Blitz- und Überspannungsbeeinflussungen beitragen. Wir sprechen in diesem Zusammenhang von Entstehung und Wirkung transienter Felder.

Blitze erzeugen am Einschlagort sowie in dessen Umgebung starke elektromagnetische Felder. Die folgenden Blitzstromparameter sollen eine Vorstellung der entstehenden Ströme, Spannungen und Leistungen geben.

Ein Blitz wird durch diese Parameter definiert. Der Stromscheitelwert bestimmt beispielsweise die Potenzialanhebung, die Stromsteilheit die induzierte Spannung, die Ladung die Ausschmelzungen am Einschlagort und das Grenzlastintegral die adiabatische Erwärmung der Leiter. Die obigen Zahlen sind Grenzwerte, die von den meisten Blitzen nicht erreicht werden. Sie besitzen meist einen Scheitelwert von einigen 10 kA.

Ein Blitzstrom besteht aus mehreren Teilblitzen. Mit der modernen Kameratechnik ist es heute möglich, den Blitzschlag, den unser Auge als einmaliges Ereignis wahrnimmt, aufzulösen und seine tatsächliche Struktur sichtbar zu machen.

Man spricht daher von multiplen Blitzen, die durch unterschiedlich starke Entladungen bis hin zum Langzeitstrom in einem Blitzkanal gekennzeichnet sind.

Abgesehen von einem Direkteinschlag mit seinen elektro-dynamischen Beeinflussungen, beanspruchen diese Einzelentladungen sehr stark die leitfähige Installation in Anlagen, Gebäuden und Geräten, da sie sowohl leitungsgebunden aber auch in Installationsschleifen sehr hohe induktive Spannungen erzeugen können.

Damit der Blitz als Störgröße definiert werden kann, werden Gefährdungspegel von I bis IV festgelegt. Hierbei werden sowohl Maximalwerte als auch Minimalwerte angegeben, um die Blitzschutzkomponenten so auszulegen, dass sie den Ansprüchen genügen und gleichzeitig Bereiche bestimmen zu können, die mit hinreichender Sicherheit vor direkten Blitzeinschlägen geschützt sind.

Der Gefährdungspegel I entspricht einem Maximalwert des Blitzstroms von 200 kA der Minimalwert 3 kA, der Gefährdungspegel II entspricht maximal 150 kA, minimal 5 kA und die Pegel III und IV entsprechen maximal 100 kA, minimal 10 bzw. beim Gefährdungspegel IV 16 kA.

Diese Gefährdungspegel werden bei der Planung und Umsetzung eines äußeren Blitzschutzsystems zu Grunde gelegt, um damit die Anordnung der Fangeinrichtungen und Ableitungen aber auch die Erdungsanlage normgerecht aufbauen zu können.