Warum sollte man Gebäude vor dem Blitz schützen?

Die Einwirkungen des Blitzes auf ein Gebäude können Menschen und Tiere gefährden, die sich im Gebäude aufhalten. Außerdem können sie sowohl das Gebäude als auch das Inventar des Gebäudes beschädigen.

Die Folge davon ist: Es entstehen immense Kosten, z.B. durch Betriebsausfälle (in Wirtschaft, Industrie und Landwirtschaft) oder entgangene Mieteinnahmen.

Weil versicherte Gebäude nicht oder nur unzureichend gegen Blitzeinschläge geschützt sind, entstehen den Versicherungsunternehmen jedes Jahr Kosten in Milliardenhöhe. Doch die wahren Kosten trägt der versicherte Kunde, weil er die Prämien zahlt. Und diese sind zu hoch, weil er indirekt auch solche Schäden zahlen muß, die eigentlich vermeidbar gewesen wären.

Was sind die Ursachen der Blitzeinwirkungen?

Jeder Blitz ist durch vier charakteristische elektrische Größen eindeutig gekennzeichnet. Diese nennt man auch die Blitzstromparameter.

Es sind:

• Die Ladung bzw. der Ladungsinhalt Q
• Der Maximalwert (oder Blitzstrom-Scheitelwert) des Blitzstromes î
• Die Blitzstromsteilheit di/dt
• Der Stromquadratimpuls

Die Blitzstromparameter und ihre Folgen

Ladung Q

Die Ladungsenergie des Blitzes wird an der Einschlagstelle, z.B. an einem Metalldach, in sehr kurzer Zeit in Wärmeenergie umgewandelt. Dabei entsteht eine sehr große Hitze. Sie kann während der sehr kurzen Dauer des Blitzeinschlages nicht abgeführt werden und staut sich an der Einschlagstelle. Das dort vorhandene Material erreicht seinen Schmelzpunkt und es ensteht ein Loch (Ausschmelzung).

Maximalwert î

Die Höhe des Blitzstromes i verändert sich während der gesamten Dauer des Blitzeinschlages. Der Maximalwert des Stromes bestimmt das Potential, auf daß das getroffene Objekt (z.B. ein Gebäude) angehoben wird.

Je größer der Wert des Blitzstromes ist, desto höher wird das Potential des getroffenen Objektes sein, bei theoretisch gleichbleibendem elektrischen Widerstand. (In Wirklichkeit verändert sich auch der elektrische Widerstand des getroffenen Objektes, weil der hohe Blitzstrom es erwärmt. Dadurch dehnt es sich aus und der Widerstand steigt an. In der Praxis ist dieser Anstieg jedoch vernachlässigbar.) Wenn das Potential eines Gegenstandes gegenüber dem Potential seines Umfeldes höher oder niedriger liegt, nennt man dies die Potentialdifferenz. Sie bedeutet, daß ein Spannungsunterschied besteht: z.B. kann das Gebäude dann elektrisch geladen sein. Solche Spannungsunterschiede können unerwünschte Folgen haben (für ein Gebäude bzw. für alles, was sich im Gebäude befindet). Denn wenn sich das Gebäude entlädt, kann es z.B. zu Funkenübersprüngen auf elektrische Geräte kommen, die dadurch in ihrer Funktion beeinträchtigt oder sogar zerstört werden können.

Blitzstromsteilheit di/dt

Wenn ein Blitzstrom einen Leiter durchläuft, dann bilden sich um den Leiter herum magnetische Feldlinien aus. Angenommen, in der Nähe solch eines Leiters befindet sich eine sogenannte Installationsschleife. Dann kann in dieser Installationsschleife durch die magnetischen Feldlinien eine Spannung induziert werden. Je größer diese Installationsschleife ist und je kleiner ihre Entfernung zum Blitzstromleiter ist, desto größer wird die induzierte Spannung sein. Induzierte Spannungen können elektronische Bauteile und Geräte in ihrer Funktion beeinträchtigen oder sogar zerstören.

Stromquadratimpuls

Der Blitzstrom fließt durch leitfähige Materialien, dabei erwärmen diese sich (es können hohe Temperaturen erreicht werden). Bei metallenen Außenverkleidungen eines Hauses z.B. kann es dabei zu bleibenden Farbveränderungen kommen; die Isolierungen von Leitungen können schmelzen. Außerdem werden die Materialien dynamisch beansprucht, d.h. sie können durch strombedingte Kraftimpulse bewegt oder verformt werden.

Welche Beschädigungen können an bzw. in Gebäuden auftreten?

Der Blitz verursacht direkte und indirekte Beschädigungen.

Beschädigungen durch direkte Blitzeinwirkungen

Direkte Blitzeinwirkungen beschädigen das Gebäude selbst:

• Beschädigung des Dachstuhls und der Dachbedeckung (z.B. Ziegel, Metalldach)
• Beschädigung von Wänden und Schornsteinen
• Zerbersten von Scheiben
• Brandgefahr

Beschädigungen durch indirekte Blitzeinwirkungen

Indirekte Blitzeinwirkungen beschädigen das Inventar von Gebäuden:

• Elektrotechnische Empfangsanlagen auf bzw. unter dem Dach (Außenantennen, Satellitenschüsseln)
• Verbindungsleitungen, die zwischen diesen Antennenarten und den zugehörigen Geräten angebracht sind.

Beschädigungen durch indirekte Blitzeinwirkungen

Indirekte Blitzeinwirkungen gefährden generell:

• Alle Stromleitungen und Steckdosen. Diese können von der Blitzenergie sogar aus den Wänden gerissen werden.
• Alle elektrotechnischen Geräte, die ständig an das Stromnetz angeschlossen sind.

Größere Haushaltsgeräte wie:

• Waschmaschine, Wäschetrockner, Geschirrspülmaschine
• Kleinere Haushaltsgeräte wie:
• Küchengeräte (Kaffeemaschine, Toaster)

Geräte der Heimunterhaltung wie:

• Rundfunk- und Fernsehgeräte, Sat-Receiver, Video-Rekorder, HiFi-Anlage

Empfindliche elektronische Bauteile, z.B. in HiFi-Anlagen

Besonders empfindliche elektronische Geräte wie:

• Computer, Monitore

Geräte zur Steuerung des Raumklimas:

• z.B. Heizungssteuerungsanlagen

Geräte zur Überwachung der Gebäudesicherheit:

• z.B. Alarmanlagen

In Industrie- und Bürogebäuden sind außerdem generell Computer- und Telefonanlagen gefährdet, da diese oft stark miteinander vernetzt sind. Dies erleichtert einem Blitzstrom die Zerstörung der gesamten Kommunikationsinfrastruktur!

Außerdem können elektrische Geräte durch Überspannungen beschädigt werden, d.h. durch

• direkten Blitzeinschlag (Wolke-Erde-Blitz)
• indirekten Blitzeinschlag (von fern durch Wolke-Wolke-Blitze, die "Spiegelladungen" in der Verkabelung auslösen).