Fachartikel: Blitzschutz in der Praxis

Motor + Antrieb
Wellenanlagen
Eine HR 64 mit äußerem und innerem Blitzschutz: Der höchste Punkt
ist hier die Fangstange, die den
Mast um rund 1,5 Meter überragt.
Foto: Martin Sandau
Blitzschutz in der Praxis
Blitzschutz an Land ist eine Selbstverständlichkeit – auch Eigenheime lassen sich problemlos mit einer Blitzschutzanlage ausstatten. Nur bei Segelyachten stößt der Wunsch
nach Blitzschutz bei Fachleuten und Werften fast überall auf Unverständnis. Es gibt Ausnahmen: Michael Herrmann berichtet über eine ab Werft blitzgeschützte HR 64.
S
eit den Experimenten von
Benjamin Franklin vor rund
250 Jahren weiß man an
Land, wie Gebäude und andere
Gegenstände wirkungsvoll vor Schäden durch Blitzeinschläge geschützt
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PALSTEK 7/77
werden können. Im Yachtbereich hat
sich dieses Wissen offenbar noch
nicht herumgesprochen. So berichtet
der blitzgeschädigte Eigner eines
15-Meter-Katamarans: „Ich habe auf
unserer Privilege 515 Extras für eine
halbe Million Euro einbauen lassen,
und hätte mich sicherlich nicht
davor gedrückt, auch für den Blitzschutz etwas zu investieren. Weder
der selbst ernannte Bootsexperte aus
Hamburg, der mich für viel Geld
Äußerer Blitzschutz – Übersicht
Antenne
Diese ist oft über der Fangstange montiert und wird infolgedessen bei einem
Blitzeinschlag zerstört. Hier wurde die
Antenne jedoch bewußt im Schutzbereich
der Fangstange positioniert. Auch bei
dieser Anordnung muss zwischen Antenne
und Antennenkabel ein Blitzstromableiter
installiert werden.
Metallmast: Dieser ist der
Ableiter mit dem größten
Querschnitt und über eine
Erdungsschiene direkt mit dem
Kiel verbunden.
Fangstange
Die Fangstange soll die Blitzenergie auffangen und so in die Ableitung einleiten, dass Schäden an der Yacht verhindert werden. Die
Länge der Fangstange – üblicherweise 500 bis 1.000 Millimeter
– wurde hier so gewählt, dass auch Windgeber und Antenne im
Schutzbereich liegen.
Windgeber: Diese sind oft außerhalb des Schutzbereichs der
Fangeinrichtung montiert und würden einen Blitzschlag nicht
überleben. In diesem Fall wurde er jedoch im Schutzbereich
der Fangstange angebracht.
Das Konzept der äußeren Blitzschutzanlage
dieser HR 64 besteht aus einer Fangeinrichtung
am Mast, die über mehrere Ableiter mit der Erdungsanlage am Kiel des Schiffes verbunden ist.
Zur Erreichung einer wirkungsvollen Aufteilung
des Blitzstromes gehört außerdem ein engvermaschtes Schutzpotenzialausgleichssystem mit
einem Ringleiter, der um den gesamten Rumpf
des Schiffes angeordnet ist. Alle außerhalb des
Rumpfes liegenden Metallteile wie zum Beispiel
Relingstützen, Geräteträger und Bug- und Heckkorb sind mit diesem Ringleiter verbunden.
Wanten und Stage dienen als Ableitung und
sind in den Schutzpotenzialausgleich eingebunden. Die Erdung erfolgt mit einer Kielelektrode
mit ausreichender Oberfläche, die auf See
ständig von Wasser umgeben ist.
Wanten und Stage sind ebenfalls
Ableiter im äußeren Blitzschutz. Sie
werden mit Kupferkabel, Querschnitt 16 oder 25 Quadratmillimeter, an die Erdung angeschlossen.
Ringleiter Dieser läuft um den gesamten Rumpf und ist mit allen Ableitern
verbunden. Er ist somit Bestandteil des
Schutzpotenzialausgleichs. Zudem wird
damit der Blitzstrom gleichmäßig auf
alle Ableiter verteilt („Symmetrierung
des Blitzstroms“), was sich positiv auf
die erforderlichen Trennungsabstände
auswirkt.
Ableiter
sollten möglichst gerade, ohne
Schlaufen oder scharfe Knicke
verlaufen.
Erdung: Muss auch bei Krängung unter Wasser liegen
und soll eine Fläche von mindestens 0,1 Quadratmetern aufweisen. Hier wurden spezielle Bronze-Sinterplatten mit einer Wirkfläche von 2,4 Quadratmetern
verwendet.
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Motor + Antrieb
Wellenanlagen
Innerer Blitzschutz – Potenzialausgleich
Heckkorb
Steuersäule und -rad
Winschen
Maststütze
Relingstützen
Tanks
Ruder
Spüle
Herd
Tanks
Bugkorb
Antriebsanlage
Haupterdungsschiene
Ankerwinde
Borddurchlässe
Um das Ziel des Potenzialausgleichs – möglicherweise auftretende
Berührungsspannungen zwischen berührbaren Körpern, Betriebsmitteln und fremden leitfähigen Teilen (siehe unten) so klein wie
möglich zu halten – zu erreichen, müssen diese leitenden Teile
miteinander und mit der Haupterdungsschiene verbunden werden.
An Land wird dabei zwischen Schutzpotenzialausgleich (früher
„Hauptpotenzialausgleich“) und dem zusätzlichen Schutzpotenzialausgleich (früher „zusätzlichen Potenzialausgleich“) unterschieden.
Von dieser Unterteilung werden die erforderlichen Leiterquerschnitte bestimmt. Zum Schutzpotenzialausgleich gehören an Land zum
Beispiel Wasser- und Gasleitungen, metallische Heizungsanlagen,
Blitzschutzerder und der Schutzleiter der Elektroanlage. Räume mit
Badewannen oder Duschen, Schwimmbecken und andere Becken
gehören hingegen zum zusätzlichen Schutzpotenzialausgleich. Im
Gegensatz zum Schutzpotenzialausgleich kann der zusätzliche
Schutzpotenzialausgleich räumlich beschränkt sein und mit kleineren
Leiterquerschnitten ausgeführt werden.
Überträgt man diese Forderungen auf Yachten, können zum Beispiel
Relingstützen, Bug- und Heckkorb in einem zusätzlichen Potenzialausgleich zusammengefasst werden. Hier reicht für die Verbindung
der Teile untereinander ein Querschnitt von 2,5 Quadratmillimetern
aus – jedoch nicht, wenn diese als Ringleiter dienen. Dies gilt auch
für die leitenden berührbaren Teile in der Pantry (Herd, Spüle und
so weiter). Der Anschluss eines zusätzlichen Potenzialausgleichs
an die Haupterdungsschiene muss jedoch mit einem Querschnitt
von 6 Quadratmillimetern ausgeführt werden. Leitfähige Teile, die
Kontakt zum Wasser haben und daher die Funktion eines Erders
übernehmen können – beispielsweise Borddurchlässe oder Ruder
–, müssen jedoch separat mit der Haupterdungsschiene verbunden
werden. Hier gilt ein Querschnitt von 6 Quadratmillimetern.
Körper, fremde leitfähige Teile und Betriebsmittel
Als „Körper“ wird in der Elektrotechnik ein berührbares leitfähiges Teil eines
elektrischen Geräts bezeichnet, das üblicherweise nicht unter Spannung steht,
jedoch im Fehlerfall unter Spannung stehen kann, beispielsweise das metallische
Gehäuse eines Herdes.
Betriebsmittel, die aufgrund ihrer Masse oder der Art der Befestigung nicht leicht
bewegt werden könne, zum Beispiel eine Ankerwinde oder der Herd, werden
als „Ortsfeste Betriebsmittel“ bezeichnet.
Leitfähige Teile, die nicht zum elektrischen System gehören, die jedoch ein
zusätzliches Potenzial einführen können, zum Beispiel metallische Spülen, Petroleumherde oder Tanks, gelten als „Fremde leitfähige Teile“.
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„Ortsfestes Betriebsmittel“
„Körper“
Tank
„Fremdes leitfähiges Teil“
beraten und den Bau überwacht hat,
noch die Werft haben mir je Blitzschutz-Extras angeboten, geschweige
denn ein Minimum an Blitzschutz
im Standardpaket angeboten, oder
gar eingebaut.“
Dieser Mensch ist vom Schicksal
gebeutelt. Anlässlich der Teilnahme
an einem Fahrtensegler-Seminar
erwarb er mein Buch „Blitzschutz
auf Yachten“, um drei Tage später
festzustellen, dass sein Katamaran während seiner Abwesenheit
in einem Hafen in Mittelamerika
durch einen Blitzeinschlag schwer
beschädigt wurde. Nach ersten –
vorsichtigen – Schätzungen übertrifft
die Schadenssumme mit Sicherheit
50.000 Euro, der durch dieses Gewitter verursachte Gesamtschaden
im Hafen an dort liegenden Yachten
soll im siebenstelligen Bereich liegen.
Darunter auch eine Lagoon 40, die
mit rund 150 Blitzstrom-Austrittslöchern im Rumpf nun auf dem
Grund des Rio Dulce liegt.
Der „Stand der Technik“
Kaskoversicherungen übernehmen
in der Regel durch Blitzschäden
entstehende Kosten. Diese steigen,
bedingt durch die zunehmende
Häufigkeit – und Heftigkeit – von
Unwettern und den wachsenden
Umfang elektrischer und elektronischer Ausrüstung an Bord in den
letzten Jahren konstant an. Auf
den ersten Blick scheint es unter
diesen Umständen merkwürdig,
dass seitens der Versicherer keine
Anreize geschaffen werden, zumindest einen rudimentären – jedoch
fachgerechten – (äußeren) Blitzschutz
zu installieren.
Sieht man genauer hin, stellt man
schnell fest, dass es keine verbindliche Normen oder Richtlinien für den
Blitzschutz auf Yachten gibt. Da ist
zwar die ISO 10134 „Small craft –
Electrical devices – Lightning protection“, diese findet jedoch in
Deutschland keine Anwendung. Es
existiert keine entsprechende nationale Implementierung (zum Beispiel
als „DIN EN ISO“ wie etwa bei der
DIN EN ISO 10133), die auch in
Deutschland als Norm gilt.
Fazit: Ein „Stand der Technik“
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Motor + Antrieb
Wellenanlagen
Überspannungsschutz und Blitzschutzklassen – Konzept
Blitzschutzzone
LPZ 0
Landstromanschluss
Hauptschalter
LPZ 1
Schutzpegel <4 kV
Trenntransformator
Ableiter
Typ 1
Ableiter
Typ 2
10 mm²
Der Schutzpegel ist die Spannung im System hinter dem
entsprechendem Ableiter. Dabei
wird davon ausgegangen, dass
die geschützten Geräte und
Anlagen diese Spannung ohne
Schäden überstehen.
16 mm²
LPZ 2
Schutzpegel <2,5 kV
6 mm²
LPZ 3
Schutzpegel <1,5 kV
Ableiter
Typ 3
RCD
2,5 mm²
6 mm²
Örtlicher Potenzialausgleich
Örtlicher Potenzialausgleich
16 mm²
Erdungsschiene
Bei dem abgestuften Blitzschutz wird eine elektrische Anlage in
mehrere Blitzschutzzonen (Lightning Protection Zone, LPZ) eingeteilt, die durch abgestimmte Ableiter getrennt sind. LPZ 0 ist die
Zone ohne Blitzschutz, in die ein Blitz direkt eindringen kann. Zone
LPZ 1 ist durch Blitzstromableiter Typ 1 geschützt, die den vollen
Blitzstrom bei einem Schutzpegel von 4 Kilovolt ableiten können.
– der üblicherweise auf der Basis
entsprechender Normen und Richtlinien definiert ist – für Blitzschutz­
anlagen auf Yachten ist schlicht
nicht vorhanden.
Zudem gibt es kaum Betriebe, die
sich mit dieser Materie auseinandergesetzt haben und in der Lage
sind, eine entsprechende Anlage
anzubieten. Vor diesem Hintergrund
ist die Empfehlung – „Sprechen Sie
bitte mit dem Elektriker Ihres Vertrauens. Es gibt viele Möglichkeiten
die Yacht besser (gegen Blitzschäden,
d. Red.) zu schützen. Eine Empfehlung können wir in der Menge
der Anbieter nicht geben“ – eines
weltweit agierenden Yachtversicherungsmaklers wenig hilfreich. Die
Menge der Anbieter dürfte sich in
Westeuropa im unteren einstelligen
Bereich bewegen. Und – zumindest
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Die Grenze zu LPZ 2 wird durch einen Überspannungsableiter
Typ 2 bestimmt, der eine geringere Stromtragfähigkeit, jedoch
auch einen niedrigeren Schutzpegel (2,5 Kilovolt) schafft. Geräte
und Anlagen in der LPZ 3 werden durch Ableiter Typ 3 geschützt,
deren Schutzpegel unter 1,5 Kilovolt liegt.
in Deutschland – wird zur Zeit nur
eine Möglichkeit angeboten, die
Yacht überhaupt gegen die Folgen
eines Blitzschlags zu schützen. Diese
besteht aus zwei Kupferleitern mit
einer zugegebenermaßen gut ausgeführten Klemmvorrichtung, die
am Großmast angebracht wird. Die
freien Enden der Kabel sollen in
das die Yacht umgebende Wasser
gehängt werden – in der Hoffnung,
dass der Blitz diesen Weg nimmt,
ohne in oder an der Yacht Schäden
anzurichten.
Blitzschutz an Land
Hier gilt die mit ihren Teilen 1 bis
4 mehrere hundert Seiten umfassende
DIN EN 62305 – „Blitzschutz“. Im
Gegensatz zu manchen anderen Publikationen dieser Art ist diese Norm
ein wahrer Schatz an Informationen.
Aus dem Einführungsbeitrag des
Beuth-Verlags: „Die Normenreihe
DIN EN 62305 stellt ein Gesamtkonzept zum Blitzschutz dar und
berücksichtigt umfassend die Gefährdung (direkte und indirekte Blitzeinschläge, Strom und Magnetfeld
des Blitzes), die Schadensursachen
(Schritt- und Berührungsspannungen,
gefährliche Funkenbildung, Feuer, Explosion, mechanische und chemische
Wirkungen, Überspannungen), die
zu schützenden Objekte (Gebäude,
Personen, elektrische und elektronische Anlagen) und die Schutzmaßnahmen (Fangeinrichtungen,
Ableitungen, Erdungsanlagen, Potentialausgleich-Maßnahmen, Überspannungsschutzgeräte, räumliche
Schirmung, Leitungsführung und
-schirmung).“
Dies alles soll auf Yachten mit zwei
am Mast befestigten Kabeln erreicht
werden?
Diese Norm gilt nicht für Yachten.
Sie ist jedoch so aufgebaut, dass
ein Großteil der darin enthaltenen
Informationen als Grundlage für
die Auslegung eines Blitzschutzsystems auf Yachten dienen kann.
Ein Versuch in dieser Richtung ist
das Buch „Blitzschutz auf Yachten“,
Palstek-Verlag, das als einziges als
Lektüre zum Thema von besagtem Versicherungsmakler empfohlen
wurde.
Umsetzung der Theorie
Genug der theoretischen Hintergründe. Gebaut werden sollte eine
HR 64, in Auftrag gegeben von
jemandem, der sich beruflich ausführlich mit Blitzschutz von Anlagen
zur Erzeugung regenerativer Energie
auseinandersetzen musste. Die Notwendigkeit einer Blitzschutzanlage
für ein Objekt mit einem Wert von
über 2 Millionen Euro stand außer
Frage – lediglich für die Werft war
dies absolutes Neuland. Hier wurde
zunächst der Standpunkt vertreten,
dass es nicht möglich sei, eine Yacht
mit einer effektiven Blitzschutzanlage auszustatten und der dabei
zu treibende Aufwand bei dem zu
erwartenden Ergebnis daher nicht
zu rechtfertigen sei.
Letztlich gelang es doch, Hallberg
Rassy von dem Konzept eines
integrierten Blitzschutzes zu überzeugen, wobei ein guter Teil der
Argumentationshilfen vom Autor
dieses Artikels stammte.
Federführend bei der Entwicklung
des Konzepts und schließlich der
Anlage war Dipl.-Ing. Martin Sandau
von der Firma Phoenix Contact,
einem Hersteller von Blitzschutzkomponenten im Rahmen der DIN
EN 62305.
Das Konzept
Angestrebt wurde ein umfassender
äußerer und innerer Blitzschutz,
der im Wesentlichen denselben
Schutzgrad erreichen sollte wie
vergleichbare Anlagen an Land.
In „Blitzschutz auf Yachten“ ist
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Motor + Antrieb
Wellenanlagen
Kielbolzen
Erdungsschiene
Die Ringleiterschiene ist mit den Wanten, den Stagen (Vorund Achterstag), den Rüsteisen und mit der Haupterdungsschiene verbunden.
In den Schutzpotenzialausgleich sind auch die metallischen
teile der Trinkwasseranlage (links) und die Seewasserversorgung der Motorkühlung (rechts)mit einbezogen. Dabei
wurden in der Regel mehrere Teile in zusätzlichen Schutzpotenzialausgleichen zusammengefasst, die dann mit einem
gemeinsamen Leiter an der Erdung angeschlossen sind.
Fotos: Martin Sandau
Die Haupterdungsschiene ist mit einem massiven Leiter aus
nicht rostendem Stahl mit dem Kiel verbunden.
zwar als Beispiel ein nachträglich
eingebautes Blitzschutzsystems in
eine kleinen Yacht beschrieben, dies
war jedoch kaum mit den Aufgaben
vergleichbar, die bei dem ungleich
größeren Projekt bei Hallberg Rassy
zu bewältigen waren.
Schiffes oder gar durch den Rumpf
– wie bei der Eingangs erwähnten
Lagoon 40 – zu nehmen. Dazu
müssen die Ableiter so verlegt sein,
dass ein ausreichender Abstand, der
sogenannte „Trennungsabstand“, zu
anderen Leitern eingehalten wird.
Äußerer Blitzschutz
Position und Länge der Fangstangen
wurden nach der Blitzkugelmethode
bestimmt.
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PALSTEK 7/77
Der äußere Blitzschutz soll den Blitzstrom so zur Erde ableiten, dass an
dem zu schützenden Objekt keine
Schäden durch direkte thermische
oder elektrische Einwirkungen des
Blitzstroms entstehen. Zu diesem
Zweck muss dem Blitz ein Weg zur
Erde angeboten werden, der so leicht
zurückzulegen ist, dass er keine Lust
hat, irgendwelche Umwege über
zum Beispiel die Elektroanlage des
Trennungsabstand
Dies ist der Abstand, der zwischen
Ableitern und anderen leitenden
Teilen des zu schützenden Objekts
eingehalten werden muss, um Überschläge zu verhindern Er nimmt mit
dem Abstand zur Erde zu und wird
unter anderem von der gewählten
Blitzschutzklasse bestimmt.
Damit sollen Überschläge in andere Systeme der Yacht vermieden
werden.
Der äußere Blitzschutz besteht aus
einer Fangeinrichtung, den Ableitern
und der Erdungsanlage.
Fangeinrichtung
Die Positionierung und Länge der
Fangstangen wurden bei diesem
Projekt durch die Blitzkugelmethode
bestimmt. Die erste Fangeinrichtung
besteht aus einer im Masttopp
angebrachten Fangstange, die so
hoch angebracht ist, dass auch die
üblicherweise in dieser Gegend vorhandenen elektrischen und elektronischen Geräte (Antenne, Windgeber,
Laternen und so weiter) geschützt
sind. Die Fangstange, deren Länge
1,5 Meter beträgt, ist direkt leitend
mit dem Mast verbunden.
Zusätzlich wurde eine ein Meter
lange Fangstange am Radom-Geräteträger angebracht, da sich nach
der Blitzkugelmethode zeigte, dass
dieser nicht durch die Fangstange
im Masttopp abgedeckt ist.
Ableiter
Diese sind bei Segelyachten zu
einem großen Teil bereits vorhanden. Masten – soweit aus Metall –,
Stage und Wanten reichen bereits
bei kleinen Yachten aus, um den
Blitzstrom zumindest auf die Höhe
des Decks abzuleiten. Ein großer
Vorteil dieser Vielzahl von Ableitern
(viele Einfamilienhäuser müssen mit
einem einzigen Ableiter auskommen)
liegt unter Anderem darin, dass
der Blitzstrom aufgeteilt wird. Wird
dieser beispielsweise auf 10 Leiter
aufgeteilt, fließt bei gleichmäßiger
Verteilung durch jeden dieser Leiter
nur ein Zehntel des Blitzstroms –
die für Schäden durch Induktion
verantwortlichen elektromagnetischen Feldstärken um diese Leiter
werden um den Faktor 10 reduziert.
Trotzdem wurde darauf geachtet,
dass die Ableiter unter Deck nicht
parallel zu anderen Leitern geführt
wurden, um Überspannungen durch
Induktion möglichst zu vermeiden.
Unter Deck wurden die Anschlusspunkte des Riggs (Rüsteisen,
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Wellenanlagen
Fotos: Martin Sandau
Motor + Antrieb
Tankeinfüllstutzen (links) und Relingstützen (rechts) sind in
den Potenzialausgleich einbezogen. Der Tankeinfüllstutzen
gehört zu einem zusätzlichen Schutzpotenzialausgleich –
Püttings) über den Ringleiter (siehe
unten) mit dem Erder verbunden,
die „natürlichen“ Ableiter wurden
sozusagen inschiffs weiter geführt.
Dabei waren mehrere Punkte zu
beachten: Die Ableiter, in der Regel
Kupferleiter, sollten so geradlinig wie
möglich verlegt werden. Knicke und
scharfe Bögen sind zu vermeiden.
Der Grund dafür liegt darin, dass
durch Knicke und enge Bögen die
Impedanz des Ableiters erhöht wird.
Damit steigt der Widerstand, den
der Blitzstrom im Ableiter „sieht“,
stark an, womit sich auch die Gefahr
Impedanz
Die Impedanz ist in diesem Zusammenhang ein Scheinwiderstand und
beschreibt den Widerstand eines
Leiters gegenüber einer Wechselspannung oder einem Impuls (Blitzstrom).
Die Impedanz ist in den meisten Fällen deutlich größer als der Ohmsche
Widerstand eines Leiters und wird
auch von dessen Form beeinflusst.
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PALSTEK 7/77
hier reichen 2,5 Quadratmillimeter. Da die Reling jedoch als
Ableiter angesehen wird, wurden hier ein größerer Querschnitt gewählt.
von Überschlägen erhöht.
Der Querschnitt der Ableiter muss
dem zu erwartenden Blitzstrom angepasst sein. In der Regel werden
Querschnitte zwischen 16 (Kupfer)
und 25 Quadratmillimeter als ausreichend angesehen. Der elektrische
Anschluss der Ableiter wurde blitzstromtragfähig ausgeführt.
unterhalb der Relingstützen für
die Anbringung des Ringleiters an;
damit verbunden wurden alle leitfähigen Gegenstände, zum Beispiel
Relingstützen, Bug- und Heckkorb,
Tankeinfüllstutzen und so weiter.
Der Ringleiter wurde aus Kupfer
mit einem Mindestquerschnitt von
16 Quadratmillimetern hergestellt.
Ringleiter
Erdung
Diese werden in Hochhäusern eingesetzt, da sonst die Trennungsabstände so groß würden, dass sie
technisch nicht eingehalten werden
können. Zudem bewirken sie eine
vorteilhafte „Symmetrierung“ des
Blitzstroms. Voraussetzung dafür ist,
dass alle leitenden Gegenstände mit
dem Ringleiter verbunden werden
(„Potenzialausgleich“). So entsteht
auf der Höhe des Ringleiters eine
Potenzialfläche, die praktisch einer
virtuellen Erde entspricht – Trennungsabstände können deutlich
verkleinert werden.
In der HR 64 bot sich die Ebene
Die Erdung soll folgende Anforderungen erfüllen: Die wirksame
Fläche soll mindestens 0,1 Quadratmetern aufweisen (ausreichend
für Meerwasser), sie muss in allen
Betriebszuständen – also auch bei
Krängung – von Wasser bedeckt sein
und aus einem korrosionsbeständigen
Werkstoff bestehen.
Gewählt wurden zwei Dynaplate-Erder, die – obwohl sie aus gesinterter
Bronze bestehen – vom Hersteller
ausdrücklich als Blitzstrom-Erder
zugelassen sind. Die wirksame Oberfläche beträgt rund 2,4 Quadratmeter,
deutlich mehr als die üblicherweise
geforderten 0,1 Quadratmeter.
Aufwand und Grenzen
Der kostenmäßige Aufwand für
eine äußere Blitzschutzanlage in der
hier beschriebenen Ausführung ist
im Vergleich zu den Gesamtkosten
einer Yacht fast vernachlässigbar. Bei
einem Neubau können die Arbeiten
problemlos vor dem Einbau der Einrichtung ausgeführt werden, so dass
die zusätzlichen Kosten im einstelligen Prozentbereich des Endpreises
der fertigen Yacht liegen dürften.
Zieht man nun in Betracht, dass
damit zumindest kapitale (und
teure) Schäden durch einen Blitzeinschlag an Rumpf und Rigg – die
zum Totalverlust führen können –
praktisch ausgeschlossen sind, sollte
die Entscheidung für die dadurch
entstehenden Mehrkosten leicht
fallen – falls diese Leistungen denn
von der Werft angeboten werden.
Zudem werden Schäden an der
elektrischen Anlage und anderen
Systemen der Yacht, zum Beispiel
Trinkwasser- und Kraftstoffsystemen,
deutlich verringert, da der Blitzstrom
nicht durch irgendwelche Leitungen,
Tanks oder Pumpen fließen kann.
Personenschäden werden durch den
äußeren Blitzschutz ebenfalls nahezu
ausgeschlossen, es sei denn, ein
Crewmitglied steht gerade an Deck
und hält sich an einem Want fest.
Nicht verhindert werden Schäden durch den LEMP (Lightning
Electro-Magnetic Pulse), die durch
Induktion des elektromagnetischen
Impulses in elektrische Systeme
der Yacht verursacht werden. Diese werden wahrscheinlich deutlich
reduziert, da der Blitzstrom auf
mehrere Ableiter verteilt ist, ganz
verhindern lassen sich diese Auswirkungen jedoch nur durch einen
konsequent durchgeführten inneren
Blitzschutz.
Überspannungen, die nach einem
entferntem Einschlag von außen in
die Elektroanlage der Yacht eingeführt werden (typischerweise über
den Schutzleiter des Landstromanschlusses), lassen sich durch den äußeren Blitzschutz nicht beeinflussen.
Je nach Umfang der elektrischen
und elektronischen Ausrüstung,
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Motor + Antrieb
Wellenanlagen
1
Fotos: Martin Sandau
2
1
2
3
4
Überspannungsschutz mit Blitzstromableitern für die Blitzschutzzone 1 in der Hauptverteilung. 1 und 2: SPD Typ 1 auf
der Primärseite der Trenntransformatoren, 3: SPD Typ 1 für
das 12-Volt-Bordnetz, 4: SPD Typ 1 für das 24-Volt-Bordnetz.
Überspannungsschutz der Sekundärseite der Trenntransformatoren des Landstromanschlusses. 1: SPD TYP 1 zwischen
Eingangs- und Ausgangs-Schutzleiter der Transformatoren.
2: SPD Typ 2 auf der Sekundärseite der Transformatoren
(Bordnetz).
Der 12-Volt-Eingang des Inverters wurde separat mit einem
SPD Typ 2 geschützt.
Empfindliche Geräte sind zusätzlich durch SPD Typ 3 dicht
am Geräteanschluss geschützt.
SPD
Surge Protection Device. Überspannungsschutzgeräte, die je nach
Blitzschutzzone (LPZ) als Blitzstrom­
ableiter (LPZ 1) oder Überspannungsableiter (LPZ 2 und 3) bezeichnet
werden.
die sowohl durch LEMP als auch
durch eingeschleppte Überspannungen zerstört werden können, ist es
durchaus möglich, dass auf einen
inneren Blitzschutz verzichtet werden
kann. Die dafür erforderlichen Blitzstrom- und Überspannungsableiter
sind nicht gerade billig und können
im Extremfall teurer werden als die
zu schützende Elektronik.
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PALSTEK 7/77
Auf einen Bestandteil des inneren
Blitzschutzes sollte jedoch nicht
verzichtet werden: Den Potenzialausgleich.
Potenzialausgleich
Mit einem Potenzialausgleich werden alle Körper, fremde leitfähige
Teile und Betriebsmittel auf ein
gemeinsames elektrisches Potenzial
gebracht – idealerweise auf Erdpotenzial. Der Potenzialausgleich ist
eine Grundvoraussetzung für den
inneren Blitzschutz und verhindert,
dass sich zwischen verschiedenen
leitfähigen Teilen in und an der Yacht
gefährliche Spannungen aufbauen.
Die Kosten dafür sind – selbst bei
einer nachträglichen Einrichtung –
durchaus im erträglichen Bereich.
Ein Potenzialausgleich (an Land
sinnigerweise „Schutzpotenzialausgleich“ genannt) führt zudem zu
einer deutlichen Verbesserung der
Sicherheit des Wechselstromsystems
an Bord, falls vorhanden.
Bei dem Potenzialausgleich werden
alle leitenden Teile (Tanks, Reling,
Bug- und Heckkorb, Motor, Herde
und so weiter) an Bord mit der Erde
verbunden. Als „Erde“ versteht man
in diesem Zusammenhang eine elektrisch leitende Verbindung mit dem
das Schiff umgebende Wasser. Damit
werden Schäden durch Überschläge
infolge von Überspannungen auf
einzelnen Körpern ebenso unterbunden wie Überspannungen, die durch
Isolationsfehler in der elektrischen
Anlage der Yacht auftreten können.
Damit liegt der Potenzialausgleich
technisch zwischen dem äußeren
und dem inneren Blitzschutz, wird
jedoch systematisch dem inneren
Blitzschutz zugeordnet.
In der HR 64 wurde der Schutzpotenzialausgleich konsequent ausgeführt.
Alle Körper, fremden leitfähigen
Teile und Betriebsmittel wurden mit
der Erde verbunden. Dabei wurden
diverse Baugruppen im Rahmen
eines „zusätzlichen Schutzpotenzialausgleichs“ zusammengefasst, also
zunächst miteinander und dann
gemeinsam mit der Erde verbunden – dies spart Kabel und somit
Kosten und reduziert zudem möglich
Fehlerquellen.
Innerer Blitzschutz
Neben dem Potenzialausgleich besteht der innere Blitzschutz hauptsächlich aus einem abgestimmten
Überspannungsschutz der einzelnen
Systemkomponenten der elektrischen
Anlagen. Abgestimmt bedeutet hier,
dass die Blitzstrom- und Überspannungsableiter beziehungsweise deren
Schutzpegel auf die Bedürfnisse der
nachgeschalteten Systemkomponenten abgestimmt sind.
Im Gegensatz zu den Gegebenheiten
an Land, wo üblicherweise nur ein
Wechselstromnetz geschützt werden
muss, haben wir es auf Yachten
mit mindestens zwei Systemen zu
tun: Einem Wechselstromsystem
und einem oder – wie in diesem
Fall – zwei Gleichstromsystemen,
eins mit 12 Volt, das zweite mit
24 Volt Nennspannung.
Ein weiterer Unterschied liegt darin,
dass wir es an Bord einer Yacht
unter Umständen mit zwei „Erden“
zu tun haben, deren Potenzial nicht
unbedingt gleich ist – eine Tatsache,
die zu erheblichen Bedenken seitens
Hallberg Rassy bei der Ausführung
der Blitzschutzanlage führte. Hintergrund dieser Bedenken ist, dass
durch die geologischen Besonderheiten die „Erde“ im Schutzleiter
des Landstromanschlusses erheblich
vom Potenzial des Wasseres um
die Yacht abweichen kann. Diese
führt zu einer ganzen Reihe von
Problemen, das Größte ist die
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Motor + Antrieb
Wellenanlagen
Der Umfang des inneren Blitzschutzes lässt sich anhand dieser Systemzeichnung erahnen: Dargestellt ist hier nur das
24-Volt-System (Quelle: Phoenix Contact) .
dadurch entstehende Gefahr von
elektrolytischer Korrosion.
Letztlich konnte durch einen Trick
auf die nach DIN EN ISO 13297
obligatorische Übernahme des Landstrom-Schutzleiters an Bord verzichtet werden. In die Landstromversorgung wurden zwei Trenntransformatoren eingefügt, die für eine
galvanische Trennung von Land- und
Schiffswechselstromsystem sorgten
und so einen durchgehenden Schutzleiter überflüssig machten.
die in den entsprechenden Zonen
vorhandenen Geräte und Anlagenteile die Schutzpegelspannung für
die Dauer des Einschlags – in der
Regel maximal 20 Millisekunden –
ohne Schaden überstehen.
Entsprechend den Blitzschutzzonen
werden die Überspannungsableiter
(SPD, Surge Protection Device)
Blitzschutzzonen und SPD
Der erste Schritt in der Planung
des inneren Blitzschutzes bestand
darin, die Anlage in unterschiedliche
Blitzschutzzonen (LPZ, Lightning
Protection Zones) einzuteilen. Diese
werden nach dem maximal zulässigen Schutzpegel bestimmt und
reichen von LPZ 0 (kein Überspannungsschutz) bis LPZ 3 (Schutzpegel
maximal 1.500 Volt). Bei dieser Auslegung wird davon ausgegangen, dass
128
PALSTEK 7/77
Allein für den Schutz des Windgebers
und der WLAN-Antenne wurden acht
Überpannungsableiter eingesetzt.
ebenfalls in Klassen eingeteilt: SPD
Typ 1 gelten als Blitzstromableiter und bestimmen die Grenze
zwischen LPZ 0 und LPZ 1. Der
Schutzpegel beträgt hier 4.000 Volt.
Der mögliche ABleitstrom liegt in
der Regel über 100.000 Ampere.
Diese Ableiter werden üblicherweise
an Stellen eingesetzt, an denen der
Blitzstrom ungeschwächt in das Objekt eindringen kann. Diese Ableiter
stellen den Übergang zu LPZ 2 dar.
Typ 2-Ableiter (Überspannungsableiter) arbeiten mit einem Schutzpegel
von 2.500 Volt und können etwa
50.000 Ampere ableiten. Sie werden üblicherweise vor Verteilungen
eingesetzt. Mittlerweile sind Kombiableiter erhältlich, in denen der
Typ 2-Schutzpegel bei einem Typ
1-Ableitstrom erreicht wird.
Typ 3-Ableiter werden vorzugsweise
für den Geräteschutz eingesetztz
und möglichst nahe am Vrebraucher
angebracht. Der Schutzpegel liegt bei
1.500 Volt bei einem maximalen
Ableitstrom um die 8.000 Amprere.
Umsetzung
Sowohl im Wechselstrom- als auch
in den Gleichstromsystemen wurden
alle wichtigen Stromkreise und
Verbraucher mit entsprechenden
Überspannungsableitern geschützt.
Die Entscheidung für oder gegen
den Überspannungsschutz wurde
einerseits davon bestimmt, ob der
betreffende Verbraucher für einen
sicheren Betrieb der Yacht notwendig
ist oder, alternativ, ob der Preis des
angeschlossenen Geräts den Aufwand für den Überspannungsschutz
rechtfertigt.
Aufgrund des der Yachtgröße entsprechend komplexen elektrischen
Systems ergab sich ein ebenso
umfangreicher innerer Blitzschutz.
Ein – wenn auch extremes – Beispiel
ist der Schutz des Windgebers und
der WLAN-Antenne. Dazu wurden
insgesamt acht Überspannungsableiter eingesetzt.
Fazit
Zum Redaktionsschluss lagen noch
keine Zahle zu den Kosten der
Blitzschutzmaßnahmen vor; man
kann jedoch davon ausgehen, dass
diese trotz des enorm aufwändigen
inneren Blitzschutzes auch hier im
einstelligen Prozenbereichs des Gesamtpreises der Yacht liegen dürften.
Nach Ansicht des Eigners rechnet
sich der Blitzschutz allein schon
deshalb, weil die Schadenssumme
bereits bei einem „kleinen“ Einschlag
die Kosten der Anlage übersteigen
dürfte. Wichtiger ist jedoch, dass
das Risiko der Gefährdung eines
Besatzungsmitglieds durch Blitzeinwirkung praktisch ausgeschlossen
ist. Die Gewissheit, dass selbst bei
einem schweren Gewitter kein Schaden zu befürchten ist, ist ohnehin
unbezahlbar.
Eine weiter Konsequenz: Die Installation dieses Blitzschutzsystems hat
gezeigt, dass Blitzschutz technisch
machbar und zudem bezahlbar ist.
Dies könnte zu einem Umdenken
in der Geschä#ftspolitik der Werften
führen – letztlich erschließt sich
damit eine neue Einnahmequelle.
PALSTEK 7/77
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