Ratgeber
Blitzschutzsysteme spielen für die Sicherheit von Gebäuden und sich darin aufhaltenden Menschen eine bedeutende Rolle. Sie dienen dazu, vor mechanischen Schäden und Brandentstehung aufgrund von Blitzeinwirkung zu schützen. Welche Arten von Blitzschutz es gibt, was alles dazugehört und worauf bei der Auswahl zu achten ist, erfahren Sie in unserem Ratgeber.
Blitze zählen zu den energiereichsten Erscheinungen auf der Erde. Sie entstehen, wenn feuchte Luftmassen durch die Sonne erwärmt werden, in kühlere Luftschichten aufsteigen und Wolken bilden. Die in den Wolken enthaltenen Wassertröpfchen reiben aneinander und stoßen immer häufiger auf Eiskristalle, sobald sie die Null-Grad-Grenze passieren, wodurch sie sich elektrisch aufladen. Die leichteren Teilchen steigen in der Wolke nach oben und erhalten eine positive Ladung, die schwereren sinken in den unteren Bereich der Wolke und laden sich negativ auf. Dadurch wird innerhalb der Wolke ein gewaltiges elektrisches Spannungsfeld erzeugt. Um den Spannungsunterschied auszugleichen, kommt es zu einer elektrischen Entladung in Form eines Blitzes.
Blitze entstehen nicht nur in Wolken, sondern können sich auch Richtung Erde erstrecken. Das passiert dann, wenn die Erdoberfläche einen Pluspol bildet und ein elektrisches Spannungsfeld zwischen Wolke und Erde entsteht. Die Blitze bahnen sich dann einen Weg bis zum Boden. Das Gefährliche daran ist, dass Blitze enorme Stromstärken bis 400.000 Ampere entwickeln und Temperaturen von bis zu 30.000 Grad Celsius erreichen, womit sie heißer sind als die Oberfläche der Sonne. Das kann verheerende Auswirkungen für Mensch, Tier und Sachgegenstände haben. Schlägt ein Blitz in ein Gebäude ein, werden durch das elektromagnetische Feld Spannungen in elektrischen Leitungen und Metallrohrleitungen induziert, wodurch angeschlossene elektrische Anlagen und Geräte beschädigt oder sogar komplette Elektroinstallationen lahmgelegt werden können. Objekte, die auf dem Pfad des Blitzes liegen, erhitzen sich bisweilen so stark, dass sie sich entzünden. Das trifft vor allem auf solche zu, die leicht brennbare Stoffe wie Harze und Öle enthalten, die aufgrund der Hitzeeinwirkung schlagartig verdampfen oder explodieren.
Um Gebäude sowie darin befindliche technische Einrichtungen und Personen vor mittelbaren und unmittelbaren Blitzauswirkungen zu schützen, werden Blitzschutzanlagen installiert. Sie dienen dazu, Schäden durch Blitzeinschläge abzuwenden oder zumindest zu minimieren, indem sie die von Blitzen abgegebene Energie in die Erde weiterleiten. Dazu gehören verschiedene Schutzmaßnahmen, die als Blitzschutzsystem zusammengefasst werden. Gesetzlich vorgeschrieben sind Blitzschutzsysteme in erster Linie für Gebäude, bei denen gemäß Gefährdungsbeurteilung bzw. bauwerksbezogener Risikoabschätzung eine erhöhte Wahrscheinlichkeit für besonders große Schäden besteht. Allerdings wird die Pflicht zum Blitzschutz von Bundesland zu Bundesland anders gehandhabt. Nach gesetzlichen Vorgaben werden Gebäude und Anlagen in vier Blitzschutzklassen unterschieden.
Zur Blitzschutzklasse I zählen beispielsweise Kernkraftwerke, militärische Anlagen und Rechenzentren, während Industrie- und Chemieanlagen mit Explosionsrisiko der Blitzschutzklasse II angehören. Unter die Blitzschutzklasse III fallen Schulen, Krankenhäuser, Kirchen, Lager, Museen, Hotels (> 60 Betten), Versammlungsstätten (> 100/200 Personen) sowie Photovoltaikanlagen. Blitzschutzklasse IV umfasst unter anderem Verwaltungsgebäude, Verkaufsstätten, Büros und Banken, sie findet jedoch kaum Verwendung. Meistens erfolgt die Einteilung in den Klassen I bis III.
Für private Wohnhäuser besteht keine generelle Blitzschutzpflicht, allerdings müssen Gebäude, die ein erhöhtes Risiko für Blitzeinschläge haben, mit einer Blitzschutzanlage ausgestattet sein. Dazu zählen Häuser mit mehr als 20 Metern Höhe, freistehende Türme, Kirchtürme und hohe Schornsteine. Auch wenn baulich bedingt mit großen Schäden durch Blitzeinschlag zu rechnen ist, muss es einen Blitzschutz geben. Das betrifft beispielsweise denkmalgeschützte Anlagen und ältere Bauwerke, die noch Stroh zur Dämmung verwenden oder Dachstühle aus Holz haben und schnell Feuer fangen und abbrennen können. In Neubauten werden Brandschäden durch Blitzeinschläge als kalkulierbarer betrachtet, da moderne Baumaterialien nicht so leicht brennbar sind. Trotzdem können Blitzschäden entstehen, zumal in Zeiten von Digitalisierung, Smart Home und Co. immer mehr elektronische Geräten in Privathaushalte, Gewerbe, Büros und Betriebe einziehen, die im Fall von Überspannung irreversibel beschädigt werden können.
Ein Blitzschutzsystem vereint verschiedene Schutzmaßnahmen, die dazu dienen, Blitzenergie sicher abzuleiten, Brandentstehung zu verhindern und Schäden durch Überspannung bzw. elektromagnetische Felder vorzubeugen. Differenziert werden der innere Blitzschutz und der äußere Blitzschutz.
Äußerer Blitzschutz
Zum äußeren Blitzschutz gehören alle Einrichtungen, mit denen Blitzenergie von außen abgefangen und gefahrlos in die Erde abgeleitet wird, also Fangeinrichtungen, Ableitungseinrichtungen und Erdungseinrichtungen. Fangeinrichtungen haben die Aufgabe, den Blitzstrom außerhalb des Gebäudes abzufassen. Sie werden üblicherweise auf dem Dach bzw. dem höchsten Punkt des Gebäudes installiert und können als Fangstangen, gespannte Seile oder gemaschte Leiter (Maschennetze) realisiert sein. Als Materialien sind Kupfer, Aluminium, V4A-Edelstahl oder feuerverzinkter Stahl zulässig, nicht aber Kupfer-Stahl- und Kupfer-Aluminium-Kombinationen.
Es gibt mehrere Verfahren, um Fangeinrichtungen optimal zu positionieren und anzuordnen: das Schutzwinkelverfahren, das Maschenverfahren und das Blitzkugelverfahren. Das Schutzwinkelverfahren eignet sich für Gebäude, die eine einfache Form haben und nicht zu hoch gebaut sind. Hier werden im Regelfall Fangstangen montiert, wobei sich der Schutzwinkel nach der Gebäudehöhe und der ermittelten Blitzschutzklasse richtet. Das Maschenverfahren wird bei Gebäuden mit ebenen Flächen, sprich Flachdächern angewendet. Hier kommen Maschennetze zum Einsatz, die häufig mit Fangstangen oder Fangmasten kombiniert werden. Das Blitzkugelverfahren ist für alle Arten baulicher Anlagen geeignet. Es empfiehlt sich vor allem bei komplex aufgebauten Gebäuden und dann, wenn sich nicht sicher sagen lässt, ob ein Maschen- oder Schutzwinkelverfahren angewendet werden soll.
Ableitungseinrichtungen leiten den von den Fangeinrichtungen abgefangenen Strom außen am Gebäude entlang zur Erdungseinrichtung weiter, ohne dass es zu Funkenschlag kommt. Meist handelt es sich dabei um komplexe Systeme aus Stangen, Schienen, Klemmen, Dachhaltern, Regenrinnenbefestigungen, Distanzhaltern, Wandanschlüssen, Adaptern, Übergangselementen und Endstücken. Durch den Einsatz von Isolierungen wird ein Überschlagen des Stroms auf das zu schützende Gebäude verhindert. Wie viele Ableitungen an einem Gebäude montiert werden müssen, hängt von der Blitzschutzklasse ab, vorgeschrieben sind jedoch mindestens zwei. Wird der Blitzstrom auf mehrere Ableitungen aufgeteilt, verringert sich das Risiko des Funkenschlags.
Erdungsanlagen fangen den von der Ableitung kommenden Blitzstrom auf, um ihn in den Erdboden abzuführen. Sie bestehen aus Erdungsleitungen und einem oder mehreren Erdern, die beispielsweise als Tiefenerder, Oberflächenerder, Ringerder, Fundamenterder oder natürlicher Erder ausgeführt sein können. Tiefenerder werden lotrecht in Tiefen von mindestens 9 Metern installiert, während Oberflächenerder lediglich 0,5 bis 1 Meter tief und parallel zur Erdoberfläche eingebracht werden. Ringerder bilden über oder unter der Erdoberfläche einen geschlossenen Ring um das Gebäude herum. Fundamenterder bestehen aus einem oder mehreren Leitern, die bei der Errichtung von Gebäuden in den Beton des Fundaments eingebettet werden und großflächig mit der Erde in Berührung stehen. Natürliche Erder, also im Erdreich eingebettete, leitende Metallteile, die ursprünglich einen anderen Zweck hatten, können ebenfalls als Erder für Erdungsanlagen verwendet werden.
Erdungsanlagen dienen nicht nur der Blitzschutzerdung, sondern erfüllen noch weitere Aufgaben. Indem sie eine Verbindung zwischen elektrischen Anlagen und dem Erdreich herstellen, bieten sie Schutz vor hohen Berührungsspannungen, die durch elektrische Fehler entstehen können. In der Elektrotechnik spricht man von Schutzerdung. Des Weiteren werden die Funktionserdung und Betriebserdung unterschieden. Die Funktionserdung stellt eine störungsfreie Funktionalität elektrischer Einrichtungen sicher, indem sie Störströme abführt. Sie unterscheidet sich von der Schutzerdung darin, dass sie nicht der Sicherheit von Personen dient, sondern dem Erhalt der Funktionstüchtigkeit von Geräten und Elektroinstallationen. Aus diesem Grund kann die Funktionserdung die Schutzerdung nicht ersetzen. Ähnlich verhält es sich bei der Betriebserdung. Sie dient dem reibungslosen Betrieb elektrischer Einrichtungen und kommt speziell in Kraftwerken und Schaltanlagen zum Einsatz. Sollen alle Erdungsaufgaben erfüllt werden, darf dafür nur eine Erdungsanlage zuständig sein. Werden unterschiedliche Erdungssysteme in einem Gebäude installiert, besteht die Gefahr, dass zwischen geerdeten Einrichtungen Potentialdifferenzen auftreten.
Innerer Blitzschutz
Während der äußere Blitzschutz Sicherheit vor Blitzeinwirkungen von außen bietet, konzentriert sich der innere Blitzschutz auf das Gebäudeinnere. Er umfasst Maßnahmen, die verhindern sollen, dass die vom Blitz übertragenen elektromagnetischen Impulse von außen nach innen übergehen, um Brandentstehung, Personengefährdung und Schäden an der Elektroinstallation auszuschließen. Dazu werden im Wesentlichen zwei Komponenten eingesetzt: Ein Blitzschutz-Potentialausgleich und ein Überspannungsschutz. Der Blitzschutz-Potenzialausgleich verteilt die Blitzenergie im Fall eines Einschlags auf das Potentialausgleichssystem, damit keine Potentialdifferenzen entstehen, durch die Personen oder elektrische Geräte und Anlagen Schaden nehmen können. Zusätzlich wird Funkenbildung vorgebeugt. Ein Blitzschutz-Potentialausgleich muss an allen metallischen Gerüsten und Installationen im Gebäude, an äußeren leitenden Teilen, an alle leitfähigen Leitungssysteme (Wasser, Gas etc.) und an allen Einrichtungen der elektrischen Energie- und Informationstechnik vorgenommen werden. Er ist nicht zu verwechseln mit dem Potentialausgleich, der nach der Norm DIN VDE 0100 Teil 401 für alle Gebäude vorgeschrieben ist, sondern fungiert vielmehr als Schnittstelle zwischen dem äußeren Blitzschutz und dem Potentialausgleich im Objektinneren.
Ein Überspannungsschutz schützt vor hohen elektrischen Spannungen, die elektrische und elektronische Geräte und Systeme irreversibel beschädigen und zur Brandentstehung führen können. Zum Zweck des Blitzschutzes werden Überspannungsschutzgeräte vom Typ I (Grobschutz) installiert, die auch als Blitzschutzableiter bezeichnet werden. Sie sind in der Lage, hohe Blitzströme, die über das äußere Blitzschutzsystem in die Niederspannungsanlage einkoppeln, abzudämpfen und auf ein Niveau von 6000 bis 1300 Volt zu bringen. Dazu werden sie so nah wie möglich an der Einspeisestelle des Gebäudes und möglichst vor dem Zähler installiert, damit der Blitzstrom gar nicht erst weiter in die Gebäudeinstallation fließen kann. Da der Überspannungsschutz vom Typ I nicht bis zu den Endgeräten reicht, müssen weitere Überspannungsschutzgeräte integriert werden – und zwar vom Typ 2 und Typ 3. Überspannungsschutzgeräte vom Typ 2 (Mittelschutz) senken die verbleibende Überspannung auf 2000 bis 600 Volt ab und werden in Verteilern eingebaut. Überspannungsschutzgeräte vom Typ 3 (Feinschutz) werden möglichst direkt am zu schützenden Endgerät angebracht, beispielsweise an der Steckdose. Sie eliminieren nur kleine Überspannungen.
Blitzschutzsysteme bestehen aus verschiedenen Einzelkomponenten, die auf den Gebäudetyp und die individuellen Schutzanforderungen abgestimmt sein müssen. Das setzt eine gründliche Planung und die Erstellung eines Blitzschutzkonzepts voraus, das sich nach geltenden Normen richtet. Verbindlich dahingehend ist die Blitzschutz-Normenreihe DIN EN 62305 (VDE 0185-305) Teil 1 bis 4, in denen sämtliche Anforderungen an das Gesamtkonzept eines Blitzschutzes beschrieben sind. Neben allgemeinen Grundsätzen und Informationen zum Risiko-Management, die in Teil 1 und Teil 2 behandelt werden, sind vor allem Teil 3 (Schutz von baulichen Anlagen und Personen) und Teil 4 (Elektrische und elektronische Systeme in baulichen Anlagen) für die Planung und Errichtung eines Blitzschutzsystems relevant.
Welche Blitzschutz- und Erdungskomponenten geeignet sind, hängt unter anderem von der Beschaffenheit des Gebäudes, der Risikoanalyse (Blitzschutzklasse) und den normativen Anforderungen ab. Bei Fangeinrichtungen beispielsweise müssen Form und Größe des Dachs, eventuell vorhandene Schornsteine, Fenster, Antennen, Tanks, Aufbauten, Solarpanels oder Photovoltaikanlagen mitberücksichtigt werden. Hiervon hängt ab, welche und wie viele Fangeinrichtungen man braucht und an welcher Stelle sie positioniert werden sollen. Ebenfalls einzubeziehen ist die Windkraft, die auf die Anlage wirkt.
Was die Konzipierung der Erdungsanlage betrifft, so ist zu überlegen, welche Aufgaben diese konkret übernehmen soll. Geht es sowohl um den Blitzschutz als auch um den Schutz vor Berührungsspannung, die Begrenzung elektromagnetischer Störungen, den Erhalt der Stromversorgung und die reibungslose Funktionalität elektrischer Betriebsmittel und Anlagen, muss die Erdungsanlage darauf zugeschnitten sein. Des Weiteren ist sicherzustellen, dass das Erdungssystem mit dem höchsten Fehlerstrom und dessen thermischen Wirkungen umgehen kann. Personensicherheit, mechanische Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit sind weitere Anforderungen an Erdungsanlagen.
Welche Ausführung von Erder in das System eingebettet werden soll, hängt von der Beschaffenheit des Erdreichs und von der Gebäudesituation ab. Tiefenerder eignen sich beispielsweise gut zum Nachrüsten von Bestandsgebäuden, sind im Fall von felsigen oder steinigen Untergründen aber schwer einzubringen. Ringerder sind hier die bessere Wahl, müssen jedoch beim Verlegen in geringer Tiefe besonders korrosionsfest sein. Für Neubauten eignen sich Fundamenterder am besten, die für die Erdung von elektrischen Anlagen nach DIN 18014 ohnehin vorgeschrieben sind und auch von Energieversorgungsunternehmen gefordert werden. Fundamenterder sind durch die Einbettung in Beton sehr gut gegen Korrosion geschützt, zumindest bei richtiger Verlegung. Sie können im Vergleich zu anderen Ausführungen von Erdern bei gleichem Materialeinsatz kleinere Erdungswiderstände erreichen und machen zusätzliche Erdarbeiten überflüssig. Deshalb sind sie in technischer und ökonomischer Hinsicht die ideale Lösung.
Blitzschutzsysteme müssen regelmäßig geprüft und gewartet werden, um Mängel frühzeitig zu erkennen und die Funktionstüchtigkeit sicherzustellen. In welchen Intervallen und in welchem Umfang das geschieht, hängt davon ab, ob das Blitzschutzsystem durch behördliche Auflagen (bspw. mit der Baugenehmigung) vorgeschrieben oder freiwillig errichtet wurde. Ist der Blitzschutz behördlich gefordert, gelten entweder die Vorgaben, die die Behörde ausspricht, oder die Vorgaben nach der Technischen Prüfverordnung des jeweiligen Bundeslands. Bei freiwillig errichteten Blitzschutzanlagen besteht prinzipiell keine Pflicht zur regelmäßigen Prüfung, empfehlenswert ist sie aber trotzdem – vor allem beim Abschluss von Versicherungsverträgen, in denen ein Schutz gegen Blitzschlag vorausgesetzt wird. Kommt es zu einem Schaden, der durch regelmäßige Prüfung und Wartung der Anlage hätte vermieden werden können, kann es passieren, dass die Versicherung nicht zahlt. Orientierung zu den Prüfungsintervallen gibt die VDE-Norm 0185-305-3 Beiblatt 3. Hier ist explizit angegeben, welche Zeitabstände für Sichtprüfungen und Messprüfungen in den jeweiligen Blitzschutzklassen empfohlen werden.
Welche Systemkomponente bezeichnet man als Blitzableiter?
Bei dem Begriff Blitzableiter handelt es sich um eine mehr oder weniger umgangssprachliche Bezeichnung, die aber auch in der Elektrotechnik gebräuchlich ist. In den meisten Fällen ist damit der komplette äußere Blitzschutz gemeint. Gelegentlich wird aber auch nur die Fangeinrichtung Blitzableiter genannt.
Ich habe ein Blitzschutzsystem aufgrund behördlicher Auflagen installiert. Die vorgegebenen Prüfungs- und Wartungsintervalle sind deutlich großzügiger bemessen als die der VDE-Norm. Wonach soll ich mich richten?
In solchen Fällen ist es sinnvoll, die behördlichen Vorgaben als Mindestanforderung zu betrachten. Sie müssen natürlich eingehalten werden, es schadet jedoch keineswegs, in kürzeren Intervallen zu prüfen, wie die VDE-Norm es vorgibt. Das empfiehlt sich auch bei Gebäuden, die zu einem Zeitpunkt mit einem Blitzschutz ausgerüstet worden sind, als noch ältere VDE-Normen galten. Theoretisch müssten diese VDE-Richtlinien herangezogen werden, allerdings setzte man damals längere Prüfungsintervalle an. Deswegen ist es auch in solchen Fällen sicherer, sich an aktuellen VDE-Normen zu orientieren und in kürzeren Zeitabständen zu prüfen.