Planung eines Blitzschutzes für ein Einfamilienhaus


Der Strom eines Blitzes kann Werte bis zu 100000 A erreichen.

Simulation eines Blitzeinschlages

Ein Blitz kann als Stromquelle in der Simulationsschaltung dargestellt werden.  Der Verlauf des Blitzstromes kann näherungsweise als Dreieck dargestellet werden.

Simulationsschaltung


Verlauf der Blitzsspannung

Messen des Blitzstromes


Der Blitz wird mit einer senkrecht angeordneten Fangstange eingefangen. Wenn ein Strom I durch die Fangstange fließt, dann erzeugt er um den Leiter ein kreisförmiges magnetisches Feld. Die magnetische Feldstärke B ist proportional zum Blitzstrom I. Nach dem Durchflutungsgesetz kann aus dem Produkt der magnetischen Feldstärke B im Abstand r eines geraden stromdurchflossenen Leiters und dem Kreisumfang einer Feldlinie 2⋅π⋅r  die Stromstärke indirekt über die magnetische Feldstärke gemessen werden:

B⋅2⋅π⋅r = μ0⋅I                (mit μ0 = 4π⋅10-7 Vs/Am)

Der Blitzstrom wird also wie folgt berechnet:

I = B⋅2⋅π⋅r/ μ0

Die magnetische Feldstärke B wird mit einer Hallsonde gemessen.

Wenn in einem Abstand r = 1 m von der Fangstange eine magnetische Feldstärke von B = 20 mT gemessen wird, dann hat der Blitzstrom ein Maximum von 100 kA.

Aufgaben

  1. Beschreiben Sie den Aufbau der Simulationsschaltung und stellen Sie einen Bezug zur Praxis her.
  2. Beschreiben Sie den Verlauf von Blitzstrom und Blitzsspannung.
  3. Berechnen Sie die Ladung des Blitzstromes.
  4. Berechnen Sie die Blitzspannung.
  5. Beurteilen Sie die Situation. Was passiert, wenn ein Blitz in der Nähe eines Hauses einschlägt?

Äußerer Blitzschutz

Handlungssituation
Für ein Wohnhaus mit einem Grundriss 10 m mal 9 m und der Höhe von h = 4 m soll ein Blitzschutz geplant werden. Das Dach hat einen Winkel von 120°.

 
 Quelle: Dehn Blitzplaner

Aufgaben 

  1. Nennen Sie alle Planungsschritte.
  2. Legen Sie die Blitzschutzklasse fest.
  3. Planen Sie für das Wohnhaus den äußeren Blitzschutz.
  4. Ermitteln Sie die Gesamtlänge der Fang- und Ableitungen.
  5. Ermitteln Sie die Gesamtkosten für alle Bauteile.
  6. Erstellen Sie ein Angebot.

Innerer Blitzschutz

Der innere Blitzschutz ergänzt den äußeren Blitzschutz.

Installation der Blitzstrom-Ableiter und Trennfunkenstrecke

 
Quelle: Dehn Blitzplaner

Blitzschutzzonen


Quelle: Dehn Blitzplaner  

Aufgaben

  1. Das Magnetfeld eines Blitzstroms kann durch Induktion Überspannung erzeugen. Erläutern Sie diese Aussage. Welche Folgen haben diese Überspannungen?
  2. Ein Blitzstrom steigt innerhalb von 10 μs linear auf einen Wert von 100 kA an, danach fällt er linear innerhalb von 1,01 ms auf eine Wert von 0 A. a) Zeichnen Sie den Spannungsverlauf. b) Berechnen Sie die induzierte Spannung in einer Leiterschleife mit einer Induktivität von 1 mH.
  3. Was versteht man unter inneren Blitzschutz.
  4. Was ist eine Schutzfunkenstrecke? Wie funktioniert sie?
  5. Was ist ein Ableiter? Welche Arten von Ableitern gibt es? Wie funktionieren sie?
  6. Beschreiben Sie die Wirkungsweise eines Blitzschutzpotenzialausgleichs.
  7. Beschreiben Sie die Wirkungsweise des gestaffelten Schutzes durch Blitzstrom- und Überspannungsableiter.
  8. Darf im gestaffelten Überspannungsschutz eine Schutzstufe ausgelassen werden?
  9. Wie funktioniert eine Schutzkontaktsteckdose mit Überspannungsschutzbeschaltung?
  10. Was ist ein Varistor? Zeichnen Sie die Kennlinie eines Varistors und beschreiben Sie dessen Funktionsweise.
  11. Erläutern Sie das Konzept der Blitzschutzzonen.
  12. Beschreiben Sie den Blitz- und Überspannungsschutz für einen Rechnerraum nach dem Blitzschutzzonen-Konzept.
  13. Beschreiben Sie die Prüfung und Wartung für den Blitzschutz eines Einfamilienhauses.  

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