EMV-orientiertes Konzept für Blitzschutz und Erdung von Anlagen ...

15.2Seite 1 von 20EMV-orientiertes Konzept für Blitzschutz undErdung von Anlagen der Chemieindustrie1. AllgemeinesDieses Konzept enthält die grundsätzlichen Anforderungendes äußeren und inneren Blitzschutzes und diedarüber hinausgehenden Anforderungen der elektromagnetischenVerträglichkeit (EMV) zur weiteren Reduzierungder elektromagnetischen Einwirkungen aufelektrische und elektronische Systeme einer Anlageder Chemieindustrie. Dabei werden insbesondere dieAnforderungen an die Systeme und Einrichtungen derProzessleittechnik (PLT) behandelt.Der äußere Blitzschutz besteht aus Fangeinrichtungen,Ableitungseinrichtungen und miteinander verbundenenErdungsanlagen. Seine Aufgabe ist das Einfangendes Blitzes, die sichere Ableitung des Stromes inRichtung Erdboden und seine Verteilung im Erdreich.Der innere Blitzschutz umfasst alle zusätzlichen Maßnahmen,die zur Reduzierung der elektromagnetischenEinwirkungen durch Blitz innerhalb des zuschützenden Raumes erforderlich sind. Dazu gehöreninsbesondere der Blitzschutz-Potentialausgleich unddas Beachten der Näherungsabstände.Die Gebäude werden wie folgt in Schutzklassen eingeteilt:• Gebäude mit wichtigen Einrichtungen der PLT:Schutzklasse I nach DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3) Ed.2: 2011-10• sonstige Gebäude: Schutzklasse III nach DIN EN62305-3 / VDE 0185-305-3 Okt.2006.2. Planungs- und MontagerichtlinienDie Gliederung dieses Abschnitts erfolgt anhand derunterschiedlichen Bereiche innerhalb einer Chemieanlage:Gebäude-Konstruktion, Außen-und Innen-Bereich von Gebäuden, Produktionsanlagen, Bereichzwischen Gebäuden und Produktionsanlagen. Dadurchwerden verschiedene Punkte zwar grundsätzlichmehrfach angesprochen; sie werden aber nur aneiner Stelle detailliert behandelt. An den anderen Stellenwird jeweils darauf verwiesen.2.1 Gebäude-KonstruktionDieser Abschnitt behandelt alle Maßnahmen, die demEMV-gerechten Aufbau eines Gebäudes dienen.Die darüber hinausgehenden Anforderungen zurelektromagnetischen Verträglichkeit der Anlagen behandelnweitere Maßnahmen, die die elektromagnetischenEinwirkungen durch Blitz und andere Störeinflüsseweiter reduzieren. Dazu gehörenz.B. die elektromagnetische Schirmwirkung von Gebäuden,die Kabelverlegung, die Erdung von Kabeltragkonstruktionenund Schränken, etc. sowie dieBehandlung von Kabelschirmen und die Netzform derVersorgungs- und Signalnetze.Alle in diesem Konzept beschriebenen Maßnahmensind dabei so aufeinander abgestimmt, dasskeineunzulässig hohen Überspannungen in die Einrichtungender PLT eingekoppelt werden können. Die Maßnahmensind weiterhin auch für alle anderen elektronischenSysteme gültig, z.B. Objektschutz-Anlage,Brandmelde-Anlage, Kommunikations-Anlage, etc.Die Verkabelung dieser Anlagen verläuft auf demgleichen Verkabelungslevelwie die PLT-Kabel, unddadurch sind Überkopplungen möglich. Im folgendenwird deshalb zumeist allgemein von Elektroniksystemenbzw. Elektronikkabeln gesprochen.Die in diesem Konzept beschriebenen Maßnahmenreduzieren auch die Überspannungen in Niederspannungs-Anlagen.Die Anforderungen für die Erdungder Nieder- und Mittelspannungs-Anlagen nach starkstromtechnischenGesichtspunkten (Beherrschungvon Kurzschlussströmen bei Erdfehlern), die über dierein blitzschutztechnischen Anforderungen hinausgehen,sind ebenfalls in diesem Konzept behandelt.2.1.1 Äußerer Blitzschutz2.1.1.1 FangeinrichtungenFür Gebäude mit wichtigen Einrichtungen der PLT, dieder Schutzklasse I nach DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3) Ed.2: 2011-10 zugeordnet werden, sind aufdem Dach Fangeinrichtungen vorzugsweise in Formvon Maschen mit einer Maschenweite von ca. 5 m x5 m zu installieren (Bilder 1 und 2). Dabei sind insbesonderealle Dachränder, -kanten und -ecken mitFangleitungen zu schützen. Die Fangleitungen sind anden Dachrändern mit der Bewehrung bzw. der Metallfassadeder Gebäudeschirmung nach Abschnitt 2.1.2oder ggf. mit den Ableitungen nach Abschnitt 2.1.1.2zu verbinden.Für sonstige Gebäude, die der Schutzklasse III nachDIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3) Ed.2: 2011-10zugeordnet werden, sind auf dem Dach Fangeinrichtungenvorzugsweise in Form von Maschen mit einerMaschenweite von ca. 5 m x 5 m zu installieren. Dabeisind insbesondere alle Dachränder, -kanten und -eckenmit Fangleitungen zu schützen. Die Fangeinrichtungensind an den Dachrändern mit den Ableitungennach Abschnitt 2.1.1.2 zu verbinden.Verfasser: Prof. Dr.-Ing. Alexander Kern, Manfred Weinig Stand 05/2012

15.2Seite 2 von 20EMV-orientiertes Konzept für Blitzschutz undErdung von Anlagen der ChemieindustrieBild 2: Ausführung FangeinrichtungenBild 1: Äußerer Blitzschutz Fangeinrichtungen2.1.1.2 AbleitungseinrichtungenGebäude mit wichtigen Einrichtungen der PLT, die derSchutzklasse I nach DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3) Ed.2: 2011-10 zugeordnet werden, sind vorzugsweiseals engmaschige „Faraday‘sche Käfige“ nachAbschnitt 2.1.2 auszubilden. Die Funktionen der Ableitungenwird dann von einem verschweißten Maschennetzaus Rundstahl ø 10 mm mit einer Maschenweitevon ca. 5 m x 5 m in der Bewehrung der Außenwändeoder von der Metallfassade übernommen (Bilder 3 und4a+4b). Dort, wo die Ausbildung eines „Faraday‘schenKäfigs“ nicht möglich ist, sind Ableitungen im Abstandvon ca. 10 m an den Außenwänden rund um die Gebäudezu errichten. Diese Ableitungen sind mit demRingerder und dem Fundamenterder nach Abschnitt2.1.1.3 zu verbinden.Für sonstige Gebäude, die der Schutzklasse III nachDIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3) Ed.2: 2011-10 zugeordnetwerden, sind Ableitungen im Abstand von ca.15 m an den Außenwänden rund um die Gebäude zuerrichten. Diese Ableitungen sind mit dem Ringerderund dem Fundamenterder nach Abschnitt 2.1.1.3 zuverbinden.Bild 3: Anschluss von Metallfassaden, Fang- und Ableitungseinrichtungen und BewehrungVerfasser: Prof. Dr.-Ing. Alexander Kern, Manfred Weinig Stand 05/2012

15.2Seite 4 von 20EMV-orientiertes Konzept für Blitzschutz undErdung von Anlagen der Chemieindustrie2.1.2 Gebäude aus Stahlbeton oder mit MetallfassadeInnerhalb von Gebäuden entstehen bei einem BlitzeinschlagÜberspannungen in den elektrischen Einrichtungen.Die Höhe der Spannungen ist u.a. abhängigvon der Gebäudedämpfung für elektromagnetischeFelder, hierbei insbesondere für magnetische Felder.Um eine ausreichende Schirmwirkung der Gebäudezu erreichen, ist es sinnvoll, alle Gebäude mit wichtigenPLT-Einrichtungen als geschlossenen, engmaschigen„Faraday‘schen Käfig“ auszuführen.Dieses wird erreicht durch:• eine durchgehende übliche Bewehrung (mindestenszweilagig) um das gesamte Gebäude (Sohle, Außenwände,Decken und Dach);• eine geschlossene Metallfassade bei Skelettbauten(Bild 3). Dabei muss das Dach entweder durchgehendbewehrt sein oder z.B. bei Fertigteilen mit einemdurchgehenden Gitter mit einer Maschenweitevon kleiner 15 cm x 15 cm (z.B. Baustahlmatten) abgedecktwerden (Bild 7).2.2 Außen an GebäudenDieser Abschnitt behandelt alle Maßnahmen, die demEMV-gerechten Aufbau elektrischer Geräte und derenVerkabelung an der Gebäude-Außenseite dienen.2.2.1 Kabeltragkonstruktionen (Kabelbahnen)Kabeltragkonstruktionen sind im gesamten Verlaufkomplett über kurze Verbindungselemente durch-zuverbinden.Dies gilt auch für Gitter- und Rohrbahnen.Kabeltragkonstruktionen sind mindestens an den Endenauf kürzestem Wege mit der Bewehrung bzw. derMetallfassade zu verbinden. Bei längeren Kabeltragkonstruktionensind Verbindungen mit der Bewehrungbzw. der Metallfassade im Abstand von ca. 20 m vorzunehmen.Führen Kabeltrassen in ein Gebäude hinein (Kabeldurchführungen),so sind die Kabeltragkonstruktionenan den Gebäudegrenzen auf kürzestem Wege mit derBewehrung oder der Metallfassade und mit den Kabeltragkonstruktionenim Innenbereich zu verbinden.An den Verbindungsstellen ist eine sichere elektrischeVerbindung zu realisieren. Eine Darstellung der Einzelmaßnahmenan einer typischen Kabeltragkonstruktion(einschließlich Gitterbahnen) enthalten die BilderBild 8: Ausführung Kabelbahnen - ÜbersichtBild 7: Zusätzliche Abschirmmaßnahmen auf GebäudedächernBild 9: Ausführung Kabelbahnen - Detail KnickstelleVerfasser: Prof. Dr.-Ing. Alexander Kern, Manfred Weinig Stand 05/2012

15.2Seite 5 von 20EMV-orientiertes Konzept für Blitzschutz undErdung von Anlagen der Chemieindustrie2.2.2 Kabel außen an bzw. auf GebäudenHierzu zählen z.B. Kabel, die außen seitlich an oderauf Gebäuden zu Gebern, Antennen, Telefonen, Kameras,Meldeeinrichtungen, Beleuchtungseinrichtungen,etc. verlegt werden.Außerhalb von Gebäuden dürfen nur Elektronik-kabelmit einem elektrisch ausreichend leitfähigen Schirmmit ausreichender Stromtragfähigkeit (z.B. Geflecht)verwendet werden (Ausnahme: Kabellänge außerhalbdes Gebäudes < 1m).Bild 10:Ausführung Kabelbahnen Detail GebäudeeintrittEs ist auf eine konsequente Leveltrennung zu ach-ten.Auf den Leittechnik-Pritschen dürfen nur Elektronikkabel(PLT, Kommunikation, Brandmel-de-Anlagen,Objektschutz, Rufanlagen, etc. ) mit einer Nennspannung< 60 V verlegt werden. NS-und MS-Kabel dürfennur auf eigenen Pritschen verlegt werden. Für die Kabelabständegilt:• NS-Kabel: Abstand > 0,2 m zur LT-Pritsche;• MS-Kabel: Abstand > 0,4 m zur LT-Pritsche.Es ist darauf zu achten, dass die Kabelabstände auchfür die obersten, auf den jeweiligen Pritschen liegendenKabel gelten. Die Pritschen sollten nicht überfülltwerden.Wie bei den Pritschen ist auch bei den Steigetras-senauf eine konsequente Leveltrennung der Elek-tronikkabelzu den NS- und MS-Kabeln zu achten. Es geltendie gleichen Festlegungen.Weiterhin wird empfohlen, außerhalb von Gebäudenund Kabelkanälen nur geschirmte NS-Kabel zu verwenden.Die Kabel sind so zu verlegen, dass sie nicht direktvom Blitz getroffen werden können. Die Kabel sindmöglichst direkt an dem elektrischen Gerät aus demGebäude bzw. aus der Metallfassade herauszuführen.Bis zu einer Länge von ca. 1 m sind für Elektronikkabelkeine Zusatzmaßnahmen erforderlich. Bei NS-Kabelnsind grundsätzlich keine Zusatzmaßnahmen erforderlich.Bei Elektronikkabeln, die länger als 1 m an der Außenwandverlegt werden, und bei allen Kabeln (einschließlichNS-Kabeln) auf Dächern und seitlich anGebäuden oberhalb 20 m können folgende Schutzmaßnahmendurchgeführt werden:• wenn keine direkten Blitzeinschläge in die Kabelmöglich sind: Verlegung der Kabel direkt außen ander bewehrten Außenwand bzw. der Metallfassadeund Anschluss des stromtragfähigem Kabelschirmsdirekt am Gebäudeeintritt (Bild 11) und am elektrischenGerät;In bestimmten Bereichen der Verkabelung (Mauer-undDeckendurchführungen und Stichverkabelung) ist esnicht immer möglich, die o.g. Abstände zwischen Elektronikkabelnund den NS- und MS-Kabeln einzuhalten.Dabei sind folgende Abstände zulässig:Für die Länge l ist die Summe aller Parallelführungenauf der gesamten Kabelstrecke zugrunde zu legen.Bild 11: Ausführung Anschluss Kabelschirme von Außenkabelnam GebäudeeintrittVerfasser: Prof. Dr.-Ing. Alexander Kern, Manfred Weinig Stand 05/2012

15.2Seite 12 von 20EMV-orientiertes Konzept für Blitzschutz undErdung von Anlagen der Chemieindustrie2.3.6 UnterverteilerDie metallenen Unterverteiler sind bei Wandmontageauf kurzem Wege mit der Bewehrung bzw. dem Innenerdungsnetzzu verbinden. Sind Unterverteiler auf einemMontagegestell montiert, so ist dieses ebenfallsmit der Bewehrung bzw. dem Innenerdungsnetz zuverbinden.2.3.7 PLT-GerätePLT-Geräte (Geber, Messumformer,etc.) sind grundsätzlichwie die Unterverteiler zu erden. Sind PLT-Geräteauf (geerdeten) Rohrleitungen oder anderen Metallkonstruktionenmontiert, so sind dort direkte elektrischeAnschlüsse, ggf. über flexible Verbindungen, zuschaffen. Bei Wandmontage ist eine kurze Verbindungzur Bewehrung bzw. dem Innenerdungsnetz herzustellen.2.3.8 Starkstromtechnische KomponentenFür MS-Anlagen (> 1 kV) wird in der Regel zusätzlichzum Anschluss an das Innenerdungsnetz des eigenenGebäudes eine Erdungsleitung vorgesehen. DieseErdungsleitung bzw. -Sammelleitung muss den Doppelerdschlussstromführen können, sofern der Querschnittdes Kabelschirmes nicht ausreicht. Sie wirdam Verbraucher und in der Schaltanlage an die Bewehrung(verschweißtes Maschennetz) bzw. an dasInnenerdungsnetz und bei Kabeln aus dem Außenbereicham Gebäudeeintritt an die Bewehrung bzw. Metallfassadeangeschlossen. Die Verlegung erfolgt parallelzur Kabelpritsche auf dem Level der MS-Kabel.Elektrische Betriebsmittel < 1 kV werden nicht zusätzlichgeerdet, wenn bereits die Schutzleiter (PE) angeschlossensind. Nicht zum Betriebsstromkreis gehörendeMetallteile der Betriebsmittel mit Nennspannungen> 1 kV werden zusätzlich geerdet (verschweißtesMaschennetz in Bewehrung bzw. Innenerdungsnetz),soweit sie nicht über ihre Befestigungskonstruktion bereitsausreichend geerdet sind (Bild 26).Schaltanlagen werden zusätzlich zum Anschluss anden Schutzleiter (PE) geerdet (verschweißtes Maschennetzin Bewehrung bzw. Innenerdungsnetz), umeine Mehrfacherdung des Schutzleiters (PE) zu erreichenund Schutz gegen Potentialanhebungen durchandere Metallteile zu bieten.Nicht zu den elektrischen Betriebsmitteln gehörendeMetallteile, die im Fehlerfall:• mit unter Spannung stehenden Teilen durch Lichtbogenoder direkte Berührung in Verbindung kommenkönnen, werden geerdetBild 26: Ausführung Anschluss Pumpe über Erdungsfestpunktan Bewehrung(DIN VDE 0141). Ist dieses bereits durch einen angeschlossenenSchutzleiter (PE) erreicht, wird keinezusätzliche Erdung vorgenommen.• nicht unter Spannung stehen können, werden nurdann angeschlossen, wenn sie mit Teil-längen undnichtisoliert im Erdreich liegen oder der Abstand zublanken, spannungsführenden Teilen < 1,5 m ist.• Der Querschnitt von Erdungs- bzw. Potential-ausgleichs-Sammelleitungenwird nach DIN VDE 0141für den maximalen Kurzschluss-strom ausgelegt.Die Realisierung erfolgt durch Parallelverlegung desEinheitsquer-schnitts 70 mm².Im folgenden werden die komponentenspezifi-schenEinzelmaßnahmen beschrieben:• Der Transformatorrahmen der MS- und NS-Transformatorenwird ebenso wie der Sternpunkt (N) vonNS-Transformatoren mit minde-stens zwei Cu-Seilen70 mm² an das Erdungs-system (verschweißtesMaschennetz in Bewehrung bzw. Innenerdungsnetz)angeschlossen.• Die Gehäuse von MS-Schaltanlagen werden an jedemEnde einer Schaltschrank-Reihe mit zwei Cu-Seilen 70 mm² an das Erdungssystem (verschweißtesMaschennetz in Bewehrung bzw. Innenerdungsnetz)angeschlossen .• Der Schutzleiter (PE) von NS-Anlagen soll vorzugsweiseam Transformator gebildet werden, nichtVerfasser: Prof. Dr.-Ing. Alexander Kern, Manfred Weinig Stand 05/2012

15.2Seite 13 von 20EMV-orientiertes Konzept für Blitzschutz undErdung von Anlagen der Chemieindustriein der Schaltanlage. Die PE-Schienen von NS-Schaltanlagen werden an jedem Ende einer Schaltschrank-Reihemit einem Cu-Seil 70 mm² an dasErdungssystem (verschweißtes Maschennetz in Bewehrungbzw. Innenerdungsnetz) angeschlossen.Der Schutzleiter (PE) wird mit der Schrankerdungverbunden. Die übrigenSchutzmaßnahmen entsprechenDIN VDE 0100.• Der Neutralleiter (N) von NS-Anlagen soll in denSchaltanlagen nicht geerdet werden (TN-S-Netzform,vgl. Abschnitt 2.3.11).• NS-Motoren sowie alle anderen NS-Verbraucherbrauchen nicht gesondert geerdet zu werden, wennim Leistungskabel ein Schutzleiter (PE) mitgeführtund angeschlossen ist (Schutzleiter-Querschnittentsprechend VDE 0100, Teil 540). Eine zusätzlicheErdung kann aus EMV-Gründen sinnvoll sein (Pumpen,sonstige Aggregate).2.3.9 Sonstige Metallkonstruktionen(Klimaanlagen/ Rohre)Metallene Konstruktionen, die in das Gebäude eintreten,werden direkt am Gebäudeeintritt nach Abschnitt2.2.3 geerdet.Metallene Konstruktionen im Innenbereich (Länge > 1m) werden mindestens einmal an die Bewehrung bzw.das Innenerdungsnetz angeschlossen. Bei längerenKonstruktionen sind Verbindungen mit der Bewehrungbzw. dem Innenerdungsnetz im Abstand von ca. 20 mvorzunehmen.2.3.11 Netzformen der PLT-Spannungsversorgungen2.3.11.1 500 V TN-NetzDie 500 V-Wechselstrom-Netze sind vorzugsweiseals TN-S-Netze auszuführen (Bild 28). Dazu wird derNeutralleiter (N) nur am Transformator geerdet (vgl.Abschnitt 2.3.8). Ist dies nicht möglich, so ist zumindesteine letztmalige Erdung des Neutralleiters (N) inder Schaltanlage anzustreben. Danach in RichtungVerbraucher erfolgt keine weitere Erdung des Neutralleiters(N). Dies entspricht der Netzform TN-C-S.2.3.11.2 500 V IT-NetzDas gesamte 500 V-Netz hat keine direkte Erdverbindung,sondern ist nur indirekt über das Erdschluss-Überwachungssystem mit Erde verbunden. Aus Sichtder EMV bestehen keine weiteren Anforderungen.2.3.11.3 230 V TN-NetzDie 230 V-Wechselstrom-Netze sind vorzugsweiseals TN-S-Netze auszuführen (Bild 28). Dazu wird derNeutralleiter (N) nur am Transformator geerdet (vgl.Abschnitt 2.3.8). Ist dies nicht möglich, so ist zumindesteine letztmalige Erdung des Neutralleiters (N) inder Schaltanlage anzustreben. Danach in RichtungVerbraucher erfolgt keine weitere Erdung des Neutralleiters(N). Dies entspricht der Netzform TN-C-S.2.3.10 MesswartenWartenpulte und Wartentafeln einschließlich derGrundrahmen sind zu behandeln wie unter Abschnitt2.3.5 für Schränke beschrieben (Bild 27). Die Anforderungenan die Leveltrennung nach Abschnitt 2.2.1 sindauch im Bereich von Wartenpulten und Wartentafelnzu berücksichtigen.Bild 27: Ausführung Erdung WartentafelBild 28: TN-S-Netzform von NiederspannungsnetzenVerfasser: Prof. Dr.-Ing. Alexander Kern, Manfred Weinig Stand 05/2012

15.2Seite 14 von 20EMV-orientiertes Konzept für Blitzschutz undErdung von Anlagen der Chemieindustrie2.3.11.4 230 V IT-Netz2.4 ProduktionsanlagenDas gesamte 230 V-Netz hat keine direkte Erdverbindung,sondern ist nur indirekt über das Erdschluss-Überwachungssystem mit Erde verbunden. Aus Sichtder EMV bestehen keine weiteren Anforderungen.2.3.11.5 24 V-SpannungsversorgungDie redundante 24 V-Spannungsversorgung einesProzessleitsystems wird wie folgt aufgebaut:• Das gesamte 24 V-Spannungssystem hat keine direkteErdverbindung, sondern ist nur indirekt überdas Erdschluss-Überwachungssystem mit Erde verbunden.• Die 0 V-Ausgänge der beiden Netzteile A und B sindauf kurzem Wege miteinander zu verbinden. DerKabelquerschnitt muss mindestens dem Kabelquerschnittdes 0 V-Ausgangs vom Netzteil entsprechen.• In den 0 V-Leitungen des Haupt- und Unterverteilersdürfen niemals Sicherungen eingebaut werden. EinTrennschalter ist jedoch zulässig.• Parallel zum Netzteil A und B wird je eine aus-reichenddimensionierte Stützbatterie eingebaut.2.3.12 PLT-SignalleitungenDie Verkabelung im Innenbereich ist bevorzugt mit geschirmtenKabeln (üblicherweise Folienschirm) auszuführen.Das gilt besonders dann, wenn die Kabel denRaum verlassen und zu einem anderen (Schalt-)Raumführen.Die Folienschirme sind im Schrank, am Rangierverteilerbzw. am Endgerät auf dem kürzestmöglichen Wegan der Schirmschiene anzuschließen. Von dort wirdeine kurze Verbindung zur Schrankmasse und damitzur Bewehrung hergestellt.An Unterverteilern sind alle Schirme der Sammelkabelund Stichkabel über eine Schirmschiene anzuschließen.Dieser Abschnitt behandelt alle Maßnahmen, die demEMV-gerechten Aufbau elektrischer Geräte und derenVerkabelung in der Produktionsanlage dienen.Ist die Anbindung der Produktionsanlage mit demMesswarten- bzw. Schaltraumgebäude gemäß Abschnitt2.5 ausgeführt, gelten für die Verkabelungzwischen Anlage und Gebäude ebenfalls die unter Abschnitt2.4 beschriebenen Maßnahmen.2.4.1 Äußerer Blitzschutz2.4.1.1 FangeinrichtungenIn den Produktionsanlagen werden üblicherweise keinegesonderten Fangeinrichtungen errichtet. Ein direkterBlitzeinschlag in die metallenen Kom-ponentender Produktionsanlagen ist grundsätzlich zulässig.Bestehen für einzelne Komponenten diesbezüglichbesondere Anforderungen, so sind ent-weder Fangleitungenbzw. maschenförmige Fangeinrichtungen nachAbschnitt 2.1.1.1 oder teiliso-lierte Fangeinrichtungenzu errichten (Bild 13).Befinden sich innerhalb der Produktionsanlagen Gebäudemit wichtigen Einrichtungen der PLT, die derSchutzklasse I nach DIN EN 62305-3 / VDE 0185-305-3 Okt. 2006 zugeordnet werden, gelten die Anforderungenaus Abschnitt 2.1.2.4.1.2 AbleitungenIn den Produktionsanlagen werden üblicherweise keinegesonderten Ableitungen errichtet. Die ge-samteStahlkonstruktion der Produktionsanlage wird so ausgeführt,dass sie den Blitzstrom führen kann.2.4.1.3 ErdungssystemUnter der Produktionsanlage ist ein Erdungsmaschennetzmit einer Maschenweite von ca. 10 m x 10m aus Cu-Seilen 70 mm² in einer Tiefe von mindestens0,5 m zu verlegen.An dieses Erdungsmaschennetz sind die Funda-menterderder Stahlkonstruktionen, der Rohr-brücken undder Produktionsanlagen selbst sowie die Fundamenterderbzw. Ringerder der ggf. vor-handenen Gebäudeim Abstand von ca. 10 m anzuschließen (Bilder 29 bis31).Verfasser: Prof. Dr.-Ing. Alexander Kern, Manfred Weinig Stand 05/2012

15.2Seite 15 von 20EMV-orientiertes Konzept für Blitzschutz undErdung von Anlagen der ChemieindustrieDie Fundamenterder (FE) der Stahlkonstruktionen,der Rohrbrücken, der Produktionsanlagen und derggf. vorhandenen Gebäude sind nach DIN 18014 zuerrichten. Es gelten die Anforderungen aus Abschnitt2.1.1.3.2.4.2 StahlbauBild 29: Ausführung Anschluss Produktionsstätte überAnschlussfahne an FundamenterderDie Stahlkonstruktionen der Produktionsanlagen einschließlichder Produktionsstätten sind miteinanderelektrisch sicher leitend zu verbinden. Dies gilt für alleVerbindungsstellen bzw. Kreuzungsstellen von Stahlkonstruktioneninnerhalb der Produktionsanlagen undinsbesondere für die Rohrleitungsbrücken. Schweißverbindungensind Klemmverbindungen grundsätzlichvorzuziehen.Die Stahlkonstruktionen sind an den Fundamentenmit den an den Fundamenterdern angeschlossenenErdungsfestpunkten oder Anschlussfahnen zu verbinden.Damit erfolgt eine Anbindung der Stahlkonstruktionen(im Rastermaß von ca. 10 m x 10 m) an dasErdungsmaschennetz aus Abschnitt 2.4.1.3.2.4.3 Kabeltragkonstruktionen (Kabelbahnen)Kabeltragkonstruktionen sind im gesamten Verlaufkomplett über kurze Verbindungselemente durchzuverbinden.Dies gilt auch für Gitter- und Rohr-bahnen.Es gelten die Anforderungen aus den Abschnitten2.2.1 bzw. 2.3.2 (Bilder 8 bis 10).Bild 30: Ausführung Anschluss Tragkonstruktion überAnschlussfahnen an FundamenterderKabeltragkonstruktionen sind an allen Auflagestellenmit der Stahlkonstruktion der Produktionsanlage zuverbinden.Führen Kabeltrassen in eine Stahlkonstruktion derProduktionsanlage hinein, sind die Kabeltragkonstruktionenan der Kabeldurchführung auf kürzestem Wegemit der Stahlkonstruktion und ggf. mit den Kabeltragkonstruktionenim Innenbereich zu verbinden.Führen Kabeltrassen in ein Gebäude in einer Produktionsanlagehinein, sind die Kabeltragkonstruktionenan den Gebäudegrenzen auf kürzestem Wege mit derBewehrung oder der Metallfassade und mit den Kabeltragkonstruktionenim Innenbereich zu verbinden.2.4.4 Kabel in ProduktionsanlagenBild 31: Ausführung Anschluss Stahlbetonträger überAnschlussfahne an FundamenterderAußerhalb von Gebäuden dürfen nur Elektronikkabelmit einem elektrisch ausreichend leitfähigen Schirmmit ausreichender Stromtragfähigkeit (z.B. Geflecht)verwendet werden (Ausnahme: Kabellänge außerhalbdes Gebäudes < 1m). Es wird empfohlen, im Außenbereichnur doppelt geschirmte Elektronikkabel mit Folienschirmund zusätzlichem stromtragfähigen Schirmeinzusetzen.Verfasser: Prof. Dr.-Ing. Alexander Kern, Manfred Weinig Stand 05/2012

15.2Seite 16 von 20EMV-orientiertes Konzept für Blitzschutz undErdung von Anlagen der ChemieindustrieWeiterhin wird empfohlen, außerhalb von Gebäudenund Kabelkanälen auch nur geschirmte NS-Kabel zuverwenden.Die Kabel sind grundsätzlich so zu verlegen, dass sienicht direkt vom Blitz getroffen werden können. DieKabel sind möglichst bis direkt zum elektrischen Gerätauf den Kabeltragkonstruktionen zu führen. Dies giltinsbesondere für Kabel zwischen der Produktionsanlageund dem Schaltraum. Um direkte Blitzeinschlägein das Kabel bzw. das elektrischen Gerät auszuschließen,kann die Installation einer teilisolierten Blitzfangeinrichtungsinnvoll sein.• Handelt es sich um doppelt geschirmte Kabel (Kabelmit Folienschirm und zusätzlichem stromtragfähigenSchirm), sind die zusätzlichen stromtragfähigenSchirme gemäß der obigen Darstellung zu behandeln,d.h. ohne wirksame Unterbrechung bis zumPLT-Gerät zu führen und sowohl am Unterverteilerals auch am PLT-Gerät aufzulegen. Der Folienschirmist dagegen lediglich am Elektronik-Schrankaufzulegen.Auch die Schirme von NS-Kabeln sind nach der obigenDarstellung aufzulegen, d.h. an den Unterverteilernund an den jeweiligen Endgeräten sind Anschlüssevorzunehmen.Es wird empfohlen, nach Möglichkeit LWL-Kabel füralle elektronischen Verbindungen zwischen räumlichgetrennten Gebäuden und Produktionsanlagen zuverwenden. In diesen Fällen ist darauf zu achten, dassdie LWL-Kabel keine metallenen Aufbauelemente enthalten(Stahlseele, Metallschirme).2.4.5 Schalt- und ElektronikschränkeSchränke in den Produktionsanlagen sind direkt mitder Stahlkonstruktion zu verbinden. Die Schränke sinddabei an mindestens zwei Punkten mit der Stahlkonstruktionzu verschweißen oder zu verschrauben.Für Schränke, die in Gebäuden in Produktionsan-lageninstalliert werden, gelten die Anforderungen ausAbschnitt 2.3.5.2.4.6 UnterverteilerBild 32: Erdung der Schirme von PLT-Kabeln Doppeltgeschirmte Kabel für den Außenbereich mit Folienschirmund stromtragfähigem GeflechtschirmDie Kabelschirme der PLT-Kabel sind wie folgt zu behandeln(Bild 32):• Handelt es sich um einfach geschirmte Elektronikkabelmit Geflechtschirm, sind die Kabel-schirmeam Unterverteiler über die PG-metallene Verschraubungaufzulegen, von dort ohne Unterbrechung biszum PLT-Gerät weiterzuführen und dort wiederumaufzulegen. Der Unterverteiler und das PLT-Gerätsind auf kürzestem Weg mit der Stahlkonstruktionder Produktionsanlage zu verbinden.Die metallenen Unterverteiler sind bei Wandmonta-geauf kurzem Wege mit der Stahlkonstruktion der Produktionsanlagezu verbinden. Sind Unterverteiler aufeinem Montagegestell montiert, so ist dieses ebenfallsmit der Stahlkonstruktion zu verbinden.2.4.7 PLT-GerätePLT-Geräte (Geber, Messumformer,etc.) sind grundsätzlichwie die Unterverteiler zu erden. Sind PLT-Geräte auf (geerdeten) Rohrleitungen oder anderenMetallkonstruktionen montiert, so sind elektrische Anschlüsse,ggf. über flexible Verbindungen, zu schaffen.Bei Wandmontage ist eine kurze Verbindung zur Stahlkonstruktionherzustellen.2.4.8 Starkstromtechnische KomponentenEs gelten die Anforderungen aus Abschnitt 2.3.8.Verfasser: Prof. Dr.-Ing. Alexander Kern, Manfred Weinig Stand 05/2012

15.2Seite 17 von 20EMV-orientiertes Konzept für Blitzschutz undErdung von Anlagen der Chemieindustrie2.4.9 Sonstige Metallkonstruktionen (Rohrleitungen).Sonstige metallene Konstruktionen in den Produktionsanlagensind, unabhängig von deren Länge, andie Stahlkonstruktion anzuschließen. Bei längerenKonstruktionen sind Verbindungen mit der Stahlkonstruktionim Abstand von ca. 10 m vorzunehmen. Diesgilt insbesondere für alle Rohrleitungen auf den Rohrleitungsbrücken.Gleisanlagen, Kranschienen, Beladestationen mitWiegeeinrichtungen, etc. sind direkt mit dem Erdungsmaschennetzzu verbinden.2.4.10 NäherungenIm Bereich der Produktionsanlagen bestehengrundsätzlichkeine Anforderungen an Sicherheitsabstände.Die Stahlkonstruktionen und Produktionsstätten selbstführen bei Blitzeinschlag Teil-Blitzströme, deren Scheitelwertedurch die vielfachen und sehr engmaschigenVerbindungen dereinzelnen Metallteile sehr geringsind. Damit bestehen Anforderungen an Sicherheitsabständenur imeinige mm-Bereich, die durch die Kabelisolierungenausreichend gewährleistet werden.Die Unterverteiler, PLT-Geräte, Schränke und andereKomponenten werden direkt mit der Stahlkonstruktionverbunden (Blitzschutz-Potentialausgleich), so dasshier keine Anforderungen an Sicherheitsabstände existieren.Im Bereich von zusätzlich errichteten Fangeinrichtungennach Abschnitt 2.4.1.1 für spezielle Komponentenist ein Trennungsabstand von 0,25 mzwischen den zuschützenden elektrischen Komponenten bzw. metallenenKonstruktionen und denFangleitungen bzw. Fangstangeneinzuhalten. Der o.g. Wert von 0,25 m ist alsgrundlegender Standardwert zu betrachten. Im Einzelfallkann eine genauere Berechnung des TrennungsabstandsnachDIN EN 62305-3 / VDE 0185-305-3 Okt.2006 erforderlich sein.2.4.11 Schutz vor direkten BlitzeinschlägenEin direkter Blitzeinschlag in die Kabeltragkonstruktionenist zu vermeiden. Dies sollte zunächst durch baulicheMaßnahmen gewährleistet werden, z.B. durch dieAnordnung der Kabeltrassen innerhalb des Stahlbaus.Lässt sich dies nicht realisieren, ist ggf. der Einsatzteilisolierter Fangeinrichtungen erforderlich.Bei Kabelverbindungen zwischen elektrischen Geräteninnerhalb der Produktionsanlage und Geräten imSchaltraum ist ein Überspannungsschutz nicht erforderlich,wenn:• die Produktionsanlage gemäß Abschnitt 2.5 mit dem(Schaltraum-)Gebäude verbunden ist,• die Kabeltrassen gemäß Abschnitt 2.4.3 durch-verbundensind,• Kabel gemäß Abschnitt 2.4.4 verwendet und verlegtwurden und• die Kabelschirme gemäß Abschnitt 2.4.4 angeschlossensind.Kabelverbindungen zwischen elektrischen Gerätendiediese Bedingungen nicht erfüllen, müssen mit Überspannungs-Schutzgerätengemäß Abschnitt 2.6 versehenwerden.2.5 Anbindung der Produktionsanlagenund GebäudeDieser Abschnitt behandelt alle Maßnahmen, die demEMV-gerechten Aufbau elektrischer Geräte und derenVerkabelung zwischen• Produktionsanlage und Messwarten- bzw. Schaltraumgebäude,• Produktionsanlage und benachbarter Produktionsanlageoder• Gebäude und Gebäude dienen.Ist diese Anbindung gemäß Abschnitt 2.5 ausgeführt,gelten für die Verkabelung zwischen Anlage und Gebäudealle unter Abschnitt 2.4 beschriebenen Maßnahmen.2.5.1 ErdungssystemZwischen Gebäuden und Produktionsanlagen isteinErdungsmaschennetz mit einer Maschenweitevon ca.20 m x 20 m aus Cu-Seilen 70 mm² in einer Tiefe vonmindestens 0,5 m zu verlegen. Die-ses Erdungsmaschennetzist an die Ringerder umdie Gebäude und andie Erdungsmaschennetzeunter den Produktionsanlagenanzuschließen.An dieses Erdungsmaschennetz sind die Funda-menterderder Stahlkonstruktionen und Rohr-brücken, dieGebäude und Produktionsanlagen ver-binden, im Abstandvon ca. 20 m anzuschließen. Es gelten die Anforderungenaus den Abschnitten 2.1.1.3 und 2.4.1.3.2.5.2 Stahlbau2.4.12 Überspannungs-Schutzgeräte inProduktionsanlagenÜberspannungs-Schutzgeräte sind nur dort einzusetzen,wo die passiven Schutzmaßnahmen nicht ausreichen.Die Stahlkonstruktionen zwischen Gebäuden und Produktionsanlagensind miteinander elektrischsicher leitendzu verbinden. Es gelten die Anforderungen aus2.4.2Verfasser: Prof. Dr.-Ing. Alexander Kern, Manfred Weinig Stand 05/2012

15.2Seite 18 von 20EMV-orientiertes Konzept für Blitzschutz undErdung von Anlagen der ChemieindustrieBemerkung:- Halfeneisen an den Enden miteinanderverschweißt- Oben gezeigte Anordnung aufbeiden Seiten des Brattbergrahmens- Wenn der Brattbergrahmen vonbeiden Seiten zugänglich ist, kanndieser auch auf beiden Seiten mitder Bewehrung verbunden werden.Bild 33: Dehnfugen-Überbrückung durch Brattbergrahmen2.5.3 Dehnfugen-ÜberbrückungBei aneinanderstoßenden Gebäuden mit Kabelverbindungenist es erforderlich, die Dehnfugen zuüberbrücken. Dazu sind die Gebäude im Bereich derKabeldurchführungen durch die Brattbergrahmen miteinanderzu verbinden (Bild 33). Zusätzlich dazu sind,falls vorhanden, Metallfassaden und Dachgitter zuüberbrücken.2.5.4 KabelkanäleFür Kabelkanäle gilt für die Schirmwirkung prinzipielldas gleiche wie bei Gebäuden nach Abschnitt 2.1.2.Kanäle aus Ortbeton sind durchgehend bewehrt. DieDehnfugen im Kanalverlauf und zu den Gebäudenbzw. Produktionsanlagen werden im Abstand von ca.0,5 m mit Cu-Seilen 70 mm² überbrückt (Bild 34). Anden Dehnfugen werden die Bewehrungsstäbe an beidseitigvorhandene, umlaufende Anschlussringe (z.B.Halfeneisen) angeschlossen.Kanäle aus Fertigteilen bestehen aus U-förmigen bewehrtenSegmenten. Die Abdeckplatten sind ebenfallsbewehrt. Die Dehnfugen zwischen den U-Segmentenund den Abdeckplatten sind nicht überbrückt. DieKabelverlegung gilt als Erdverlegung (vgl. Abschnitt2.5.5).Bild 34: Dehnfugen-Überbrückung bei KabelkanälenEine Alternative zur zusätzlichen, engeren Über-brückungvon vielen Dehnfugen bei langen Kabel-kanälenist die Verlegung von Elektronikkabeln in geschlossenenMetallrohren, Metallwannen oder flexiblen Kabelschutzschläuchen(Bild 12). Damit wird die erforderlicheelektromagnetische Schirmwirkung von den beidseitigan die Gebäudeschirmungen angeschlossenenRohren, Wannen bzw. Schutzschläuchen erreicht.2.5.5 ErdkabeltrassenBei der Erdverlegung sind die Kabel in PE-Rohren zuverlegen. Elektronikkabel dürfen nicht mit NS-oderMS-Kabeln in einem gemeinsamen Rohr verlegt werden.Zwischen den PE-Rohren sind ausreichende Abstände(vgl. Abschnitt 2.2.1) einzuhalten.Über den erdverlegten Kabeln ist ein Cu-Seil 70 mm²zu verlegen (Bild 35). Bei breiten Erdkabeltrassen sindggf. mehrere Cu-Seile erforderlich. Die Cu-Seile sindan beiden Enden an die Gebäude-Ringerder bzw. dasErdungsmaschennetz der Produktionsanlage anzuschließen.Endet das Kabel an einem einzelnen Gerätim Gelände, so ist das Cu-Seil dort anzuschließen undauch mit dem Erdungsmaschennetz zu verbinden.Verfasser: Prof. Dr.-Ing. Alexander Kern, Manfred Weinig Stand 05/2012

15.2Seite 19 von 20EMV-orientiertes Konzept für Blitzschutz undErdung von Anlagen der Chemieindustrie2.6.1 ErdungssystemEntfernte Gebäuden und/oder entfernte Produktionsanlagenkönnen nicht überein Erdungsmaschennetzmiteinander verbundenwerden. Um die Potentialdif-ferenzzwischen denGebäuden so gering wiemög-lich zu halten, ist derPotentialausgleich dieserGebäude mit möglichstvielen zwischen den Gebäudenvorhandenen elektrischenLeitern zu realisieren(Cu-Seile der Erdkabel,Kabeltragkonstruktionen,Rohrbrücken, Rohrleitungen).2.6.2 ErdkabeltrassenBild 35: Verlegung von ErdkabeltrassenVerwendung stromtragfähiger Kabelschirme,Cu-Seil zum Schutz vor direkten BlitzeinschlägenBeim Gebäude ist der stromtragfähige Schirm unmittelbarhinter dem Gebäudeeintritt zu erden.Dazu ist der Schirm auf kürzestem Wege induktionsarman eine Schiene anzuschließen, die direkt mitder Gebäudebewehrung zu verbinden ist (Bild 11),anschließend ohne Unterbrechung bis z.B. zum Elektronikschrankzu führen und an der Schirmschiene anzuschließen.In der Produktionsanlage ist der stromtragfähigeSchirm am Unterverteiler und am PLT-Gerät anzuschließen.2.6 Zwischen entfernten Gebäuden und ProduktionsanlagenDieser Abschnitt behandelt alle Maßnahmen, die beiKabelverbindungen zwischen entfernten Gebäudenund/oder Produktionsanlagen für einen EMV-gerechtenAufbau einzuhalten sind. Als entfernt sind alle Gebäude/Produktionsanlagenzu betrachten, die nichtgemäß Abschnitt 2.5 verbunden sind bzw. verbundenwerden können.Es gelten grundsätzlichdie Anforderungen aus Abschnitt2.5.5.Bei geschirmten Kabeln istder Geflechtschirm unmittelbarhinter dem Gebäudeeintrittzu erden. SofernKabel mit Folienschirm verlegtwurden, ist der Folienschirm gemeinsam mit demBeidraht unmittelbar hinter dem Gebäudeeintritt zuerden. Der Schirm ist auf kürzestem Wege induktionsarman eine Schiene anzuschließen, die direkt mit derGebäudebewehrung zu verbinden ist. Anschließendwird der Schirm ohne Unterbrechung bis z.B. zumElektronikschrank weitergeführt und an der Schirmschieneangeschlossen.2.6.3 Überspannungs-SchutzgeräteÜberspannungs-Schutzgeräte sind nur dort einzusetzen,wo durch primäre Maßnahmen, wie z.B. durchEinsatz von geschirmten Kabeln, durch Einsatz vonMetallrohren oder geschlossenen Metallwannen oderdurch andere Abschirmungsmaßnahmen, kein ausreichenderSchutz erreicht werden kann. Das gilt nebenden PLT-Kabeln auch für alle anderen Elektronikkabel,in die bei ungenügendem Schutz unzulässige Überspannungeneinkoppeln können, wie ggf. auch für NS-Kabel.Verfasser: Prof. Dr.-Ing. Alexander Kern, Manfred Weinig Stand 05/2012

15.2Seite 20 von 20EMV-orientiertes Konzept für Blitzschutz undErdung von Anlagen der ChemieindustrieBeim Einsatz von Überspannungs-Schutzgeräten geltengrundsätzlich die Anforderungen aus Abschnitt2.2.6. Die Überspannungs-Schutzgeräte für ein Kabelsind in einem gemeinsamen Gehäuse (Blitzschutzkasten)einzusetzen (Bild 15). Zur Verringerung der beiBlitzeinschlag auftretenden Potentialdifferenzen istnoch Folgendes zu beachten:• Der Erdungsanschluss der Überspannungs-Schutzgeräteist direkt über die C-Schiene auf das Gehäusedes Blitzschutzkastens zu führen (ohne Verdrahtung).• Die Ein- und Ausgänge der Überspannungs-Schutzgerätesind räumlich getrennt zu verdrahten.• Alle Adern sind zu beschalten.• Der Blitzschutzkasten ist auf kürzestem Wege induktionsarmmit der Stahlkonstruktion zu verbinden.3. Prüfung und QualitätssicherungPrüfungen sind eine der Grundbedingungen für die bestimmungsgemäßeWirksamkeit und die zuverlässigeInstandhaltung eines Blitzschutzsystems. TechnischeAnlagen, die der Umwelt ständig ausgesetzt sind, verlierendurch äußere Beanspruchung, z.B. Korrosion,bzw. durch bauliche Veränderungen oft ihre Wirksamkeit.Zu diesen technischen Anlagen gehört naturgemäßauch das Blitzschutzsystem:Äußerer Blitzschutz:• Fangeinrichtung,• Ableitungseinrichtung,• Erdungsanlage,• Gebäude (Raum-; Geräte-, Leitungsschirmungen).Innerer Blitzschutz:• Blitzschutzpotentialausgleich,• Näherungen,• Überspannungsschutz elektrischer Geräte.Die Qualitätssicherung ist durch die Maßnahmen derPlanung, fachgerechte und handwerkliche Ausführungsowie eine einwandfreie Dokumentation - unter Berücksichtigungder im Literaturverzeichnis aufgeführtenNormen, Vorschriften und Richtlinien - sicherzustellen.Verfasser: Prof. Dr.-Ing. Alexander Kern, Manfred Weinig Stand 05/2012