Was sind Berührungs- und Schrittspannungen, die durch Blitzeinschläge entstehen? Wie man Menschen schützt

Schritt- und Berührungsspannungen entstehen durch die Streuung des Blitzstroms, der vom Blitzschutzsystem zur Erde geleitet wird.

Die Norm UNE 21186:2011 legt eine Reihe von Schutzmaßnahmen fest, um Schäden für Menschen zu vermeiden. Bei Aplicaciones Tecnológicas sind wir Experten für den Schutz vor Gewittern und bieten fortschrittliche Smart Lightning-Dienste und -Produkte an, die den Schutz von Personen, Geräten und Gütern gewährleisten.

Wenn ein Blitzableiter einen Blitzeinschlag abfängt, wird sein Strom zum Boden geleitet, wo er dazu neigt, sich vom Einschlagspunkt aus radial aufzulösen, sowohl an der Oberfläche als auch beim Eindringen in den Boden. Der Stromdurchgang erzeugt einen Potentialgradienten im Boden, der vom spezifischen Widerstand und den Eigenschaften des Bodens abhängt.

Diese Stromstreuung kann durch Tritt- und Berührungsspannung bei Menschen und Tieren in der Umgebung des Blitzschutzsystems zu Schäden bis hin zum Tod führen.

Schritt- und Berührungsspannungen: Was ist das?

Stufenspannungen entstehen, wenn zwei Berührungspunkte mit der Erde vorhanden sind und diese jeweils auf einem unterschiedlichen Potenzial liegen. Der Potenzialunterschied führt dazu, dass ein Teil des Stroms durch das betreffende Element fließt, bei dem es sich um einen Menschen oder ein Tier handeln kann. Bei der Streuung des Blitzstroms im Erdreich kann der Potenzialunterschied innerhalb weniger Zentimeter sehr hoch sein.

Berührungsspannungen hingegen entstehen, wenn ein Teil eines Menschen oder Tieres Kontakt mit einer vom Blitzstrom durchflossenen Stelle und auch mit dem Boden hat. Auf diese Weise fließt ein Teil des Blitzstroms durch den Körper.

Folglich kann in beiden Fällen der Mensch oder das Tier durch einen Stromschlag geschädigt werden. Die Auswirkungen können daher verheerend sein, insbesondere in Gebieten mit niedrigem Widerstand, wo die Potenzialgradienten viel höher sind.

Die Erdung von Blitzschutzsystemen soll die schnelle und effiziente Ausbreitung des Stroms fördern und so Überspannungen und Rückströme minimieren. Allerdings lässt sich auch bei perfekt installierter Blitzschutzanlage eine gewisse Gefahr von Berührungs- und Trittspannungen für Personen in der Umgebung nicht vermeiden.

Schutzmaßnahmen gegen Schritt- und Berührungsspannungen

Die spanische Norm UNE 21186:2011 bezieht sich auf den Blitzschutz mittels Early Streamer Emmision Air Terminal (auch bekannt unter der Abkürzung ESE). Das Dokument enthält Angaben zu den Mindestbedingungen zur Gewährleistung eines statistisch wirksamen Schutzes1.

Der normative Anhang D der UNE 21186:2011 befasst sich mit dem Schutz von Personen vor Stromschlägen durch Tritt- und Berührungsspannungen.

Der Standard geht davon aus, dass das Risiko gering ist (niemals Null, aber tolerierbar), wenn die Wahrscheinlichkeit, dass sich bei einem Sturm Menschen am Ort des Ausbruchs aufhalten, gering ist, was am häufigsten vorkommt. Ebenso wird das Risiko als tolerierbar angesehen, wenn die natürlichen Leiter des Bauwerks die elektrische Kontinuität gewährleisten (durch mehrere Säulen einer Metallkonstruktion oder durch mehrere miteinander verbundene Stahlsäulen). Eine weitere Voraussetzung für ein tolerierbares Risiko ist, dass der Widerstand der Oberflächenschicht des Bodens bis zu 3 Meter von der Ableitung entfernt nicht weniger als 100 kΩ beträgt, was erreicht wird, wenn mindestens 5 cm Asphalt oder 15 cm vorhanden sind cm Kies auf dem Boden über dem Erdanschluss.

Wenn der Untergrund nicht asphaltiert ist und die Wahrscheinlichkeit, dass sich Personen in der Nähe des Fallrohrs aufhalten, als hoch eingeschätzt wird, sollte ein Schild angebracht werden, das vor der Gefahr warnt. Zusätzlich kann ein Schutzrohr aus vernetztem Polyethylen verlegt werden, um Berührungsspannungen zu verhindern, und Erdungsausgleichsnetze können um das Fallrohr (3 Meter) herum installiert werden, um Stufenspannungen zu verhindern.

Darüber hinaus wird in der Norm das Risiko einer Schädigung von Lebewesen durch Berührungs- und Trittspannungen als Bestandteil der Risikoberechnung des Bauwerks berücksichtigt.

Anhang A, UNE 21186:2011 legt Wahrscheinlichkeitswerte dafür fest, dass eine Entladung im Bauwerk aufgrund beider Arten von Belastungen zu Schäden an Lebewesen führt. Die Wahrscheinlichkeitswerte berücksichtigen verschiedene Aspekte, die im oben erläuterten Anhang D aufgeführt sind, wie z. B. die elektrische Isolierung von Leitern, den Potentialausgleich des Bodens und Warnsignale.

Die Wahrscheinlichkeit einer Schädigung von Lebewesen durch Tritt- und Berührungsspannungen wird als vernachlässigbar angesehen, wenn der Strom über mehrere Pfade verteilt ist (z. B. in einer metallischen Struktur) oder wenn physikalische Einschränkungen getroffen wurden.

Bei Aplicaciones Tecnológicas S.A. bieten wir Smart Lightning-Dienste für Blitzschutzprojekte sowie Installation, Revision und Wartung an. Wir bieten auch die technologisch fortschrittlichsten Produkte im Bereich intelligenter Blitzableiter mit DAT CONTROLER® REMOTE-Auslösegerät sowie Leiter und Materialien für die Erdung an. Alle unsere Lösungen entsprechen den neuesten Standards, um die Risiken von Schritt- und Berührungsspannungen zu vermeiden.

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Verweise

Spanischer Verband für Normung. UNE 21186:2011 Schutz vor Blitzschlag: Blitzableiter mit Zündvorrichtung. (2019).