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1. Einleitung
Zweifelsohne stellen Blitzeinschläge eine groÿe Gefahr für Menschenleben und Sachwerte
dar. Daher beschäftigten sich bereits seit Mitte des 18. Jahrhunderts Menschen
mit der Frage, wie Gebäude vor Blitzen geschützt werden können. Als Pioniere auf
diesem Gebiet gelten heute der Amerikaner Benjamin Franklin und der Tscheche
Prokop Divi², welche Blitze überhaupt erst als elektrisches Phänomen erkannten
und auf dieser Erkenntnis basierend erste Blitzableiter konstruierten.
Seither wurden Blitzableiter und allgemein Blitzschutzanlagen kontinuierlich weiterentwickelt.
Ein wesentlicher Bestandteil einer modernen äuÿeren Blitzschutzanlage
eines Gebäudes ist, neben den sogenannten Fangeinrichtungen in der Regel auf
dem Dach angebracht und den Ableitungen in Richtung Erdboden, eine Erdungseinrichtung.
Dieser kommt die Aufgabe zu, den Blitzstrom sicher in den Erdboden
einzuleiten, möglichst ohne dabei Personen oder Sachwerte zu gefährden. Die praktische
Umsetzung dieser Forderung ist jedoch schwierig, da bei einer solchen Erdung
sehr hohe Blitzströme einerseits und eine üblicherweise schlechte Leitfähigkeit des
Erdbodens andererseits aufeinander treen, was zwangsläug dazu führt, dass sich
in und um die Erdungsanlage hohe Potentiale und Potentialdierenzen einstellen.
Die letztgenannten Potentialdierenzen machen sich auf der Erdoberäche als sogenannte
Schrittspannungen bemerkbar, die ein Mensch, der beispielsweise zum Zeitpunkt
des Blitzschlages im Bereich der Erdungsanlage läuft, erfahren und dadurch
gesundheitliche Schäden davontragen könnte. Wie in Kapitel 3.2 näher ausgeführt
wird, trägt die aktuelle VDE-Normung diesem Zusammenhang nur eingeschränkt
Rechnung, andererseits werden dort sehr aufwändige Ausführungen von Erdungsanlagen
empfohlen.
Ziel dieser Arbeit ist es daher, Blitzschutz-Erdungsanlagen unter dem Aspekt der
entstehenden Schrittspannungen zu untersuchen und dabei zum einen festzustellen,
wie stark die Gefährdung durch Schrittspannungen tatsächlich ist, und zum anderen,
ob und gegebenenfalls wie Blitzschutz-Erdungsanlagen optimiert werden könnten.
Dazu ist es auch notwendig, sich mit medizinischen Aspekten auseinanderzusetzen,
um beurteilen zu können, welche Schrittspannungen für einen Menschen überhaupt
gefährlich sind.
Die Untersuchung der Blitzschutz-Erdungsanlagen erfolgt dabei mit Hilfe von Computersimulationen.
Wie in Kapitel 6.2.1 näher begründet wird, kommen nach einer
Abwägung der jeweiligen Vor- und Nachteile Simulationen stationärer Strömungsfelder
statt transienter Simulationen zum Einsatz.
In diesem Zusammenhang muss auch eine ausdrückliche Warnung ausgesprochen
werden. Im Rahmen dieser Untersuchung treen mindestens zwei Faktoren zusammen,
die beide für sich genommen hochgradig statistischer Natur sind: Dies ist ei-
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