Dr. M. Sonderegger
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Möchten Sie Ihre Computer effektiv vor dem nächsten Gewitter schützen?

Gerne helfen wir Ihnen als Projektplaner weiter.

Mehrstufiges Vorgehen notwendig:

Der Überspannungsschutz ist heute wegen der empfindlichen Elektronik ein Muss! Auch wenn dies noch viel zu wenig umgesetzt wird. Hand aufs Herz: was ist Ihnen wichtiger für Ihre Firma: der Verlust der Daten der Computer oder die Kosten für den Überspannungsschutz. Wir auf jeden Fall sind der Meinund, dass der Überspannungsschutz viel billiger ist, als die Wiederherstellung einer von Überspannung geschädigten Verwaltung. Und vor allem: Dei Versicherungen bezahlen nicht den Zeitverlust noch den Ärger.

Die Gesetzgebung verlangt bereits bei sensitven Anlagen ein Überspannungskonzept (für die Schweiz siehe in NIN 2015). Um empfindliche Anlagen zu schützen (dazu gehört höchstwahrscheinlich auch Ihr Computersystem mit Ihren Firmendaten), ist ein mehrstufiges Vorgehen zu wählen, welches wir in den folgenden Schritten zusammengefasst haben:

Schritt 1: Äusserer Blitzschutz

Kupferdach ist ein Blitzschutz — Metalldächer sind ein super Blitzschutzelement.

DIe Erstellung eines faradeischen Käfigs um das Gebäude herum, d.h. eine Blitzschutzanlage, ist der erste Schutzwall gegen elektromagnetische Pulse, welche von der Umgebung kommen können. Der fardeische Käfig schützt nicht nur vor direkten Blitzeinschlägen, sondern auch vor der Potentialverschiebung, wenn in der näheren Umgebung (bis 100 m) der Blitz einschlägt. Metallfassaden (), sowie Kupferdächer bieten dabei einen optimalen Schutz, sofern sie richtig geerdet sind. Wo keine leitende Metallfassade vorhanden ist, kommt ein engmaschiges Blitzschutznetz zum Zug. Zur Sicherheit sind kleine Maschenweiten von 5m zu wählen, im Gegensatz zum einfachen Brandschutz, wo 20m Maschenweite genügen.

Engmaschiges Netz für den Blitzschutz — Alle Metallteile gehören an die Blitzschutzanlage angeschlossen.

Alle herausstehenden Metallteile geören an die Blitzschutzanlage angeschlossen (). Dies sind nämlich die Lieblingseinschlagspunkte des Blitzes. Ebenso gehört auf den Dachfirst ein Blitzleiter (ebenso sichtbar in ), da dies lokal der höchste Punkt des Gebäudes ist. Die Engmaschigkeit ist wichtig, da es hier nicht nur um Brandschutz -dies ist der Hauptzweck des Blitzableiters- sondern um den Schutz von Elektronik geht.

Schluss-Kontrolle:

Wir leben nach dem Motto: Alles was nicht geprüft ist, funktioniert nicht! Um dies zu Beweisen, hier ein Beispiel aus unserer jahrelangen Praxis:

Kontaktbriede isoliert anstatt leitet — So nicht! Kontaktbride über der Rostschutzfarbe

Häufig sind Regenabflussrohre ein Teil der Blitzschutzanlage. Nahe des Bodens wird dann mittels einer Kontaktbride der Anschluss zum Erder hergestellt. zeigt solch eine Kontaktbride an einem Regenabflussrohr. Jedoch wurde vorgängig das Rohr mit einer dicken Schicht Farbe bemalt um dem Rosten des Rohres vorzubeugen. Schlägt nun ein Blitz in der Nähe des Gebäudes ein, so entehen nur Überspannungen von einigen tausend Volt, welche abgeleitet werden müssen. Wir haben mit 1000V nachgemessen und die Farbschicht war der perfekte Isolator (einige MegaOhm). Übrigens, bei einem Blitz-Direkteinschlag würde der Strom die Farbschicht durchschlagen, dann würde es leiten, aber darum geht es hier nicht! Denn Blitzschutz ist primär Brandschutz und nicht Überspannungsschutz.

Schritt 2: Innerer Blitzschutz

Potentialausgleich mit allen metallischen Komponenten, dazu gehören unter anderem: Heizung, Lüftung, Netzwerk, Telefon, Stom, Blitzschutz, Wasser. Überspannungsschutz bei Schnittstellen (nach der Norm EN62305-1) und vor allem keine parallelen Leitungen zum äusseren Blitzschutz. Falls dies nicht geht, so dann doch ein Mindestabstand von 1m.

Ein weiteres schlechtes Beispiel:

Kabelinternet neben Regenfallroht — Schlecht: Einleitung des Kabelinternets gleich neben dem metallenen Regenfallrohr

Einer unserer Kunden hatte den Internetanschluss, welcher gleich neben einem Regenfallrohr aus dem Boden kam, (). Dies hatte zweimal innerhalb einiger Jahre zur Folge, dass ein grosser Informatikschaden entstand, als in der Umgebung der Blitz einschlug. Das Regenrohr war gewissermassen der Blitzableiter und induzierte eine Spannung auf dem Koaxkabel, welches dann die Informatikinfrastruktur einer Verwaltung vernichtete. Die Schadenssumme belief sich das eine Mal auf CHF 30000.-- und das andere Mal auf CHF 50000.--

Schritt 3: Potentialausgleich

Potentialausgleichsschiene — Potentialausgleich an der Aussenwand. Das dicke Metallstab ist das Erder, welcher um das Gebäude herum vergraben ist. Von oben kommen die einzelnen Potentialausgleiche.

Der Potentialausgleich ist das zusammenschliessen von allen stomlosen Metallteilen an einen gemeinsamen Erdungspunkt. Vorteilhaft wird im Keller ein Potentialausgleich geschaffen, da dieser dann nicht der korrosiven Witterung ausgesetzt ist (). Ideal ist dabei, wenn dabei der äussere und innere Blitzschutz, sowie das Stromerdungssystem auf derselben Potentialausgleichsschiene zusammengefasst werden.

Schritt 4: Überspannungsschutz im Verteilkasten

Die Idee dahinter: das ganze System kurzzuschliessen im Moment wo eine grosse Überspannung auftritt. So fällt die Überspannung in kürzerster Zeit in sich zusammen, da dann alle Leiter das gleiche Potential haben, und somit kein Strom mehr fliessen kann. Dafür gibt es fertige Komponenten, wo auch ältere Verteilkästen nachgerüstet werden können. Diese benutzten unter anderem kurze Funkenstrecken, welche die Luft ionisieren bei Überspannung und so grosse Leistungen effektiv kurzgeschlossen werden können.

Schritt 5: Feinschutz von sensiblen Geräten

Varistor Kennlinie — Die Kennlinie eines Varistors für 300V-AC [Quelle: mod. von TDC Katalog]

Der Feinschutz erfolgt mit Varistoren. Aus ist zu sehen, dass ein Varistor für 300 Volt Wechselstrom, bei 300 V eigentlich noch nicht leitet. Das muss so sein, da diese Spannungen häufig im Netz auftretten, wenn zum Beispiel ein Motor ausgeschaltet wird. Der Varistor beginnt erst so bei 600V zu leiten (0.1A) und bei 800V ist der Strom bereits 100A. Die Leitfähigkeit nimmt bei höheren Überspannungen also extrem steil zu. Auf der anderen Seite müssen die angeschlossenen Geräte und Apperate gemäss den Normen 500 Volt unbeschadet überstehen. Der Varistor schützt nun von diesen grösseren Spannungen oberhalb von 500V.

Varistor eingebaut — Eingebaute Varistoren (mit rotem Punkt gekennzeichnet), beim Netzgerät.

Für den Bürogebrauch ist am einfachsten der Einsatz von Steckdosenleisten, welche mit einem Überspannungsschutz ausgerüstet sind. Bei teuren Produktionsmaschinen macht es Sinn, wenn diese bereits vor Auslieferung geschützt werden.Beim Netzgerät () baut man 2 Varistoren ein. Aus unserer Erfahrung kostet der Einbau dieser Varistoren einige Franken. Sie erzielen eine Schutzwirkung von mehreren zehntausend-Franken und zwar, weil es viel weniger unerklärliche Garantiefälle gibt. Vor allem in der Industie sind schwankende Stromversorgungen keine Seltenheit.

Schritt 6: Schirmung von Kommunikationsleitungen

Kommunikationsnetze sind extrem heickel in Bezug auf Überspannung. In einem Netzwerkkabel werden Spannungen von nur einigen Milivolt verwendet um Datenpakete zu übertragen. Deshalb sind die Netzwerkkarten (d.h. der Internetanschluss) an Computern sehr häufig von Überspannungsdefekten betroffen. Dasselbe gilt übrigens auch für die Antenneneingangskarten bei Fernseh-Geräten.

Elektromagnetische Induktion — Spannungsinduktion ohne Shield (links), und Induktionsstrom mit Shield (rechts)

Wenn Internet-Kabel ohne Schirm verwendet werden, dann können auf den Signalleitungen gefährliche Spannungen auftretten, links. Wird jedoch der Schirm um die Signalleitungen verdrahtet, so fällt die Überspannung durch die Verbindung zusammen, rechts. Jedoch muss man sich bewusst sein, dass in grossen Maschen immer ein induzierter Strom fliesst, auch dann, wenn kein Blitzeinschlag vorherrscht. Dies kann langfristig in feuchter Umgebung zu Korrosion an den Verbindungen führen und den Schutz Schutz vernichten.

Verhindern von Korrosionsstömen — Verhindern von Korrosionsströmen durch Varistor (blaues Element)

Nun gibt es auch dazu eine Lösung: An einem Gerät wird die Schlaufe unterbrochen, und zwar durch Einbau eines Varistors ( ) mit einer tiefen Grenzspannung oder einer Doppeldiode wie im folgenden Bild dargestellt.

Datenleitung Überspannungsschutz — Infolge der kleinen Spannungen in Datenleitungen sind Dioden die perfekten Überspannungsableiter

Schritt 7: Testen

Auch hier nach dem Motto: nichts funktioniert, wenn es nicht regelmässig getestet wird. Es gehört zum Berufsethos, die Funktionalität der einzelnen Schutzmassnahmen sicherzustellen, denn nur so lassen sich falsch montierte oder defekte Massnahmen entdecken. Dafür empfehlen wir uns: Unsere Fachkräfte besitzen die entsprechenden Messgeräte und testen den Überspannungsschutz systematisch durch abarbeiten unserer Checklisten.

Es funktioniert wirklich!

Dies waren nun einige Tipps für die praktische Umsetzung eines Überspannungsschutzes. Nach Umsetzung eines durchdachten Konzeptes kann man wirklich fast 100% sicher sein, dass beim nächsten Gewitter nichts passiert. Denken Sie nur an Fernsehtürme oder Mobilfunkantennen, diese werden jährlich mehrmals von Überspannung heimgekehrt. Und sie funktionieren weiter! Viel Spass bei der Umsetzung Ihres Projektes. Gerne helfen wir Ihnen auch als Projektplaner/Umsetzer weiter. Kontaktieren Sie uns.