Vorbeugender Blitzschutz

Vorbeugender Blitzschutz bedeutet, die Informationen �ber ein nahes Gewitter und eine bevorstehende Blitzentladung fr�hzeitig zu nutzen um geeignete Ma�nahmen zur Sicherung von Personen und Objekte rechtzeitig einleitet zu k�nnen. Dabei vervollst�ndigt der vorbeugende Blitzschutz nur die installierte Blitzschutzanlage. Er kann sie nicht ersetzen!

Der VDE hat die Anforderungen in der Norm DIN EN 50536 [6] unter dem Namen "Blitzschutz - Systeme zur Gewitterortung" zusammen gefasst. Die deutsche Norm ist als Entwurf am 11.01.2010 erschienen und der �ffentlichkeit zur Pr�fung und Stellungnahme vorgelegt worden.

Nach dieser Norm wird f�r folgende Situationen eine Fr�hwarnung �ber heranziehende Gewitter dringend empfohlen:

f�r Personen im freien Gel�nde, bei der Verrichtung ihrer Arbeit, in der Landwirtschaft oder beim Sport- oder anderen Gro�veranstaltungen
f�r sensible Schutzger�te wie Computer, elektronische Steuerungen, Alarm- und Sicherheitssysteme
f�r Gefahrg�ter mit hohem Unfallrisiko wie explosionsgef�hrdete Stoffe, Gifte und radioaktive Materialien
f�r Technik zur Aufrechterhaltung der Grundversorgung wie Telekommunikation, Energieversorgung und Gesundheitswesen
f�r Infrastruktur wie Flugh�fen, Schifffahrt, Bahnh�fe, Schranken, Tunnel und Br�cken

In Amerika ist etwa jeder f�nfte Blitztote auf einem Golfplatz gestorben. Am 27. August 2006 sind durch einen Blitzschlag bei einer Flugshow in der N�he von K�ln zwei Personen schwer und 16 weitere Personen leicht verletzt worden. Mit einem vorbeugenden Blitzschutz sind solche Unf�lle vermeidbar. Ein Teil der oben genannten Norm zur Gewitterortung besch�ftigt sich mit der Risiko-Absch�tzung f�r Menschenleben und Verletzungen. Jeder Veranstalter von Ereignissen mit Personen unter freiem Himmel sollten diese Risiko-Identifizierung gewissenhaft durcharbeiten.

Der korrekte vorbeugende Blitzschutz besteht immer aus zwei Teilen:

der fr�hen Erkennung von heranziehenden Gewittern sowie
den Aktivit�ten zum Schutz der zu sch�tzenden Personen und Objekte.

Fr�herkennung von Gewitteraktivit�ten

Die effektivste Methode zur Gewitter-Erkennung ist die Messung des elektrischen Feldes. Systeme, die auf magnetische Messungen basieren, ben�tigen einen Stromfluss der erst bei der Entladung entsteht - dann ist es f�r eine Fr�herkennung aber schon zu sp�t. Die klassische Methode zur Messung von elektrischen Feldern benutzt einen Rotationsvoltmeter, auch Feldm�hle (engl. field mill) genannt. Die Konstruktion ist durch seine beweglichen Teile st�ranf�llig und verschlei�t. Neue Systeme nutzen �hnliche Mechanismen wie die Feldm�hle, ben�tigen aber keine beweglichen Teile mehr in der Konstruktion. Sie sind daher wesentlich robuster bei gleicher Genauigkeit.

Das elektrostatische Feld der Erde

Die Erde mit ihrer Atmosph�re kann als gro�er Kugelkondensator angesehen werden, dessen eine Platte die Ionosph�re bildet. Die Luft dort wird durch kosmische Strahlung ionisiert und damit leitf�hig gemacht. Die andere Platte des Kondensators bildet die Erdoberfl�che. Zwischen beiden Platten befindet sich ein elektrisches Feld, das sich st�ndig �ndert. Bei sch�nem Wetter mit wolkenlosem Himmel betr�gt dieses Feld etwa 100-300 V/m - je nach Lage und Umgebung. In der Gewitterwolke findet eine Ladungstrennung durch die Luftmassenbewegung statt, sodass unter einer Gewitterwolke leicht Felder von 25.000-30.000 V/m entstehen k�nnen. Bei Erreichen dieser Werte treten die ersten Blitze auf und sorgen f�r einen kurzzeitigen Ladungsausgleich.

Die Feldlinien (Bild oben) des elektrischen Feldes verlaufen senkrecht zur Erdoberfl�che. Die �quipotentialfl�chen (Bild unten) verlaufen parallel zur Erdoberfl�che. H�user, B�ume und Menschen haben Erdpotential und verzerren die �quipotentiallinien. �ber den Spitzen dieser Objekte kommt es zu erh�hten Feldst�rken. Sie bieten damit auch den bevorzugten Weg und Einschlagpunkt f�r den Blitz.

Verzerrung der �quipotentiallinien im elektrischen Feld der Erde durch Geb�ude und Personen

Da der elektrische Widerstand der Luft als Dielektrikum mit der H�he �ber der Erde abnimmt, ist auch die St�rke des elektrischen Feldes nach oben hin geringer. Sie ist stark schwankend und betr�gt bei sch�nem Wetter in H�hen von 10 km etwa 4 V/m und in 30 km nur noch etwa 0,3 V/m.

Gewitterwarnsystem

Der Verlauf eines Gewitters ist �ber die Beobachtung der elektrischen Ladung der Luft leicht zu erkennen. F�r den vorbeugenden Blitzschutz eines Unwetterwarnsystems ist die Messung der elektrische Ladung der Luft geeignet, weil sie schon vor dem ersten Blitz Informationen �ber den weiteren Verlauf liefert. Dieser Verlauf kann grob in vier Phasen aufgeteilt werden.


Phase 1: Die Ladungstrennung kann in Erdn�he durch Messung der elektrischen Feldes erkannt werden, bevor der erste Blitz erschienen ist.	Phase 2: Nach der erkennbaren Ladungstrennung tritt die erste Blitzentladung statt. Die ersten Entladungen treten in fast allen F�llen innerhalb einer Wolke auf.	Phase 3: Nach den ersten Blitzen im Wolkeninneren folgen zus�tzlich die Blitzentladungen zur Erde. Das ist die Phase der gr��ten Gewitteraktivit�t.	Phase 4: Nach dem Gewitter l�st sich auch das erh�hte elektrische Feld wieder auf.

Die Messung des elektrischen Feldes in der Luft erfolgt durch einen Sensor. Er arbeitet nach der FCES-Technologie (Field-Controlled Electrometic Sensor) und muss an einer Stelle installiert werden, an der das elektrische Feld m�glichst wenig beeinflusst werden kann. Das ist fern von B�umen, metallischen Konstruktionen oder Stromleitungen. Die Messungen sind unabh�ngig von der H�he, in der der Sensor installiert wird. Nach erfolgter Installation wird der Sensor bei sch�nem Wetter in dieser H�he geeicht. In der H�he findet man aber leichter eine geeignete Umgebungen f�r den Sensor.

Installation des Sensors und Verbindung zur Schnittstelle des Meldungssystems

Auswertung und Umsetzung der Messdaten

Die Information �ber den aktuellen Zustand des elektrostatischen Feldes der Erde alleine gen�gt noch nicht. Die Messwerte m�ssen entsprechend ausgewertet werden und an einer Schnittstelle zum Meldungssystem weiter geleitet werden. Zus�tzlich sorgt diese Schnittstelle daf�r, dass der Sensor immer mit Strom versorgt wird und er speichert die gemessenen Daten f�r sp�tere Auswertungen ab. W�hrend der Sensor unter freiem Himmel installiert werden muss, wird die Schnittstelle im geschlossenen Raum aufgestellt. Das Verbindungskabel muss daher durch einen Durchbruch nach Au�en gef�hrt werden. Die gesamte Verbindung sollte nicht l�nger als 25 m sein. In Ausnahmen sind Leitungsl�ngen bis zu 100 m m�glich.

An der Schnittstelle zwischen Sensor und Meldungssystem kann der aktuelle Status der Gewitterentwicklung beobachtet werden. Dort werden auch die Schwellwerte f�r die Alarmierung eingestellt. Typische Schwellwerte sind:

�bliche Schwellwerte des elektrostatischen Feldes f�r eine Alarmierung
Alarmstufe	Wert des elektrischen Feldes	Meldung
Level 1	< 3 kV/m	keine Meldung
Level 2	3 bis 4 kV/m	erh�hte Aufmerksamkeit
Level 3	4 bis 7 kV/m	Alarm
Gewitter	> 7 kV/m	h�chste Gefahr

Alarmgebung �ber das Meldungssystem

Die Alarmgebung ist stark abh�ngig von zu sch�tzenden System, Geb�ude oder Personengruppe. Wichtig dabei ist immer, dass der Alarm verz�gerungsfrei und an mehreren Stelle gleichzeitig erfolgen muss. Sofern Personen auf den Alarm reagieren m�ssen, muss unmissverst�ndlich aus dem Alarm die weitere Vorgehensweise erkennbar sein. Gerade bei Gewittern wird oft der Schutz vor dem starken Regen von den Betroffenen wichtiger angesehen. Unterstellen unter B�umen, Zelten oder anderen D�chern ohne Blitzschutz kann Lebensgef�hrlich sein! Alarmpl�ne sind n�tzlich, aber werden oft vergessen oder fehl interpretiert. Besser ist immer eine kurze und direkte Handlungsanweisung. Nicht zuletzt sollte die Alarmierung protokolliert werden, um sp�tere Streitigkeiten kl�ren zu k�nnen.

direkte Ausf�hrung: Ansteuerung von Jalousien, Markisen, Fenster-Steuerungssystemen bis hin zum Einfahren von Antennen sind m�glich.
einfache Signale: Hupen, Sirenen, Blink- und Rundumleuchten habe das Problem, dass die Signale von den betroffenen Personen verstanden und richtig interpretiert werden m�ssen.
�ffentliche Nachrichten: Durchsagen �ber Stadionlautsprecher oder Telefonanlagen, Anzeigetafeln - auch hier muss die Nachricht f�r jeden unmissverst�ndlich gegeben werden.
direkte Nachrichten: �ber E-Mail oder SMS k�nnen verantwortliche Personen wie Netzwerk-Administratoren, Maschinenfahrer oder Werkstattleiter automatisch benachrichtigt werden, die dann die notwendigen Ma�nahmen einleiten k�nnen.
Softwareschnittstellen: zur beliebigen Weiterverarbeitung des Alarms sowie zur Protokollierung angefallener Daten.

Schnittstellen f�r Meldungssysteme beim vorbeugenden Blitzschutz m�ssen nach der gew�hlten Alarmierung ausgew�hlt werden und gegebenenfalls um weitere Schnittstellen erg�nzt werden.

Fazit

Systeme zum vorbeugenden Blitzschutz m�ssen genau geplant und implementiert werden. Sie sind dann aber eine wesentliche Hilfe beim Schutz von Personen und Objekten vor Gewitter und Blitzsch�gen. Die M�glichkeiten zur Auswertung der gewonnenen Voraussagen sind nahezu grenzenlos. Gerade in Situationen, in denen viele Menschen sich unter freiem Himmel befinden, sollte diese M�glichkeit genutzt werden. Aber es darf auch nicht vergessen werden, dass der vorbeugende Blitzschutz nur eine Erg�nzung und kein Ersatz f�r die installierte Blitzschutzanlage ist.

Sensor und Meldungssystem f�r Gewitter-Fr�hwarnungen

AT-Storm V2 Sensor zur Gewitterfr�herkennung

Sofern es mit �berschaubaren Mitteln m�glich ist, Menschenleben zu sch�tzen, sollen sie eingesetzt werden. In den gewitterreichen Sommermonaten werden viele Veranstaltungen im Freien durchgef�hrt, bei denen eine Risikobewertung nach EN 50536 eine absolute Notwendigkeit der Installation eines Fr�hwarnsystem ergibt. Der AT-Storm Sensor mit Meldungssystem bildet die Grundlage f�r ein stabiles und sicheres Fr�hwarnsystem.

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