Blitz- und Überspannungsschutz
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Blitzschutz von Funkanlagen mit isolierter Ableitung
ep12/2004, 2 Seiten
Blitzschutz von Funkanlagen des GSM/UMTS-Netzes Für den Ausbau des UMTS-Netzes werden für die Errichtung der Funkanlagen vor allem bestehende Gebäude genutzt. Die Infrastruktur der genutzten Gebäude ist zu beachtet und beim Planen der Funkanlage zu berücksichtigen. So verfügen bestehende Gebäude oftmals schon über Blitzschutzanlagen. Für eine normengerechte Planung und Ausführung der Funkinfrastruktur ist es notwendig, die vorgefundene Situation bei der Planung zu berücksichtigen. Dabei wird streng nach der angewandten Norm unterschieden. Eine Vermischung von DIN V VDE V 0185 Teil 3 (Schutz der baulichen Anlage) und DIN VDE 0855 Teil 300 (Schutz der Funkanlage) ist wegen der unterschiedlichen Normenziele nicht zugelassen. Grundsätzlich lassen sich drei Ausstattungszustände dieser Gebäude hinsichtlich des Blitzschutzes unterscheiden. 1.1 Gebäude ohne Blitzschutzanlage Die Funkanlage wird entsprechend der DIN VDE 0855 Teil 300 aufgebaut. Es handelt sich hierbei um die Erdung der Funkanlage. Entsprechend dem Überspannungs-Schutzkonzept der Netzbetreiber wird im Zählerfeld ein zusätzlicher Überspannungsschutz eingebaut. 1.2 Gebäude mit funktionsunfähiger Blitzschutzanlage Die Funkanlage wird entsprechend der ermittelten Blitz-Schutzklasse (BSK) an den äußeren Blitzschutz angeschlossen. Die für die Funkanlage benötigten Blitzstromwege werden untersucht und bewertet. Zur Blitzstromableitung benötigte, nicht funktionsfähige Teile der vorhandenen Anlage wie Fangleitung, Ableitung und Anschluss an die Erdungsanlage werden dabei ersetzt. Visuell erkannte Mängel der nicht benötigten Anlagenteile werden dem Gebäudeeigentümer schriftlich mitgeteilt. 1.3 Gebäude mit funktionsfähiger Blitzschutzanlage Wird eine Funkanlage auf einem Gebäude mit funktionsfähigem äußeren Blitzschutz aufgebaut, gilt für die Errichtung der Anlage die jeweilige Blitzschutznorm, die zum Zeitpunkt der Errichtung der baulichen Anlage (entsprechend der Reihe VDE 0185 mit der ausgeführten BSK) gültig war. In diesem Fall kann die DIN VDE 0855 Teil 300 nur für den Potentialausgleich der Antennenkabel herangezogen werden. Für den Aufbau und die Einbindung der Funkanlage darf nur die aktuelle Blitzschutznorm verwendet werden. Näherungen sind entsprechend der BSK zu berechnen. Alle verwendeten mechanischen Teile müssen dem zu erwartenden Blitzteilstrom standhalten. Sämtliche Stahl-und Antennenhaltekonstruktionen müssen bei der Deutschen Funkturm Gmb H aus Standardisierungsgründen für die BSK I ausgeführt sein. Die Anbindung soll auf dem kürzesten Weg erfolgen, was jedoch aufgrund der meistens maschenförmig ausgeführten Fangleitungen auf Flachdächern kein Problem ist. Die DIN VDE 0855 Teil 300 beschreibt deshalb auch die Anbindung nur mit einem Satz. Grundsätzlich gilt: Befindet sich auf dem Gastgebäude eine funktionsfähige Blitzschutzanlage, so hat diese eine höhere Priorität gegenüber einer Antennenerdungsanlage. Bei Anlagen der BSK I und II wird die Umgebung der Anlage fotografisch festgehalten, damit bei späteren Näherungsproblemen die Situation zum Aufbauzeitpunkt bewiesen werden kann. Ist die Blitzschutzklasse nicht bekannt, so wird meistens nach BSK III aufgebaut. Dieses zeigt die Erfahrung. Bei hochwertigen Gebäuden finden regelmäßige Überprüfungen statt, über die Protokolle vorhanden sein sollten. Das Einbeziehen der Mobilfunkanlage entsprechend der ermittelten BSK kann geplant werden. Bei der Aufbaubesprechung wird aufgrund der Planungsart festgelegt, welche Art von Blitzschutz ausgeführt wird: · Befindet sich die Systemtechnik mit auf dem Dach, wird eine Verlegung des Elektrokabels auf der Außenseite des Gebäudes bevorzugt. · Befindet sich die Systemtechnik auf dem Dach und ist ein Aufbau mit Zentralmast geplant, wird die Anlage mit getrenntem Blitzschutz ausgestattet. · Befindet sich die Systemtechnik innerhalb des Gebäudes, wird der Aufbau einer getrennten Blitzschutzeinbindung bevorzugt. Dabei wird auf eine geometrisch kleine Ausführung der Funk-Infrastruktur geachtet, damit die Kosten für den getrennten Blitzschutz wirtschaftlich vertretbar sind. Erfahrungsgemäß sind in vielen Fällen bei bestehenden Blitzschutzanlagen Altmängel vorhanden, welche die Wirksamkeit der Anlage beeinträchtigen. Diese Mängel führen dazu, dass es trotz ordnungsgemäßer „Anbindung“ der Funkanlage an den Äußeren Blitzschutz zu Schäden im Gebäude kommen kann. Auch in schwierigen Situationen stand bisher nur der getrennte Blitzschutz mit horizontalen Abstandshaltern zur Verfügung (Bild ). Von einer architektonisch ästhetischen Ausführung der Antennenanlage konnte dabei nicht die Rede sein. Insbesondere bei Standorten mit optisch ansprechenden Antennen scheiden solche Fangeinrichtungen aus. Aus diesem Grund kommt vermehrt die HVI-Leitung zum Einsatz. Mit ihr bestehen für den Errichter von Blitzschutzanlagen neuartige Gestaltungsmöglichkeiten für die Einhaltung des Trennungsabstands. Elektropraktiker, Berlin 58 (2004) 12 988 FÜR DIE PRAXIS Blitz- und Überspannungsschutz Blitzschutz von Funkanlagen mit isolierter Ableitung H. Bartels, Oldenburg; T. Clausen, Münster; K.-P. Müller, Neumarkt Bei Erweiterungen und Neubauten von Antennenanlagen stehen Blitzschutzbauer häufig vor dem Problem, dass die normengerechte Installation nicht den ästhetischen Ansprüchen ihrer Kunden genügt. Mit dem Einsatz einer neuartigen isolierten Ableitung bieten sich nun Alternativen. Der Beitrag behandelt den Aufbau und die Anwendung dieser Neuentwicklung. Autoren Holger Bartels, Bartels Gmb H, Oldenburg; Thomas Clausen, Deutsche Funkturm Gmb H, Münster; Dipl.-Ing.(FH) Klaus-Peter Müller, Dehn + Söhne, Neumarkt. Getrennte Fangeinrichtung mit Distanzhaltern einer Antennenanlage Innenleiter Isolierung Näherung Prinzipielle Entwicklung einer Gleitentladung an einer isolierten Ableitung ohne Spezialmantel HVI-Ableitung 2.1 Gleitüberschlag Ohne Zusätzliche Maßnahmen verursachen Impulsspannungen über 250 kV bei Isolierstoffen Überschläge entlang der Oberfläche. Dieser bekannte Effekt ist als Gleitüberschlag bekannt. Wird die sogenannte Gleitentladungs-Einsetzspannung (typischerweise > 250 kV) überschritten, wird ein Oberflächenüberschlag initiiert (Bild ), der eine Strecke von einigen Metern problemlos überschlagen kann. Um den Einsatz von Gleitentladungen zu vermeiden, ist die HVI-Leitung mit einem speziell dotierten äußeren Spezialmantel ausgestattet. Dieser gestattet es, die blitzbedingten, hohen „Impuls-Spannungen“ gegen ein Bezugspotential „abzusteuern“. Funktionsbedingt muss dazu in einem definierten Abstand (1,40 bis 1,60 m von der Einspeisestelle) eine Verbindung des äußeren Spezialmantels mit dem Potentialausgleich geschaffen werden (Bilder und ). Eine Verbindung mit Teilen der Fangeinrichtung und Ableitung darf nicht erfolgen. 2.2 Aufbau der HVI-Ableitung Die koaxial aufgebaute HVI-Leitung besteht aus einem 19 mm2 Kupferdraht, einer dickwandigen, hochspannungsfesten Isolierung und einem äußeren witterungsbeständigen, dotierten Spezialmantel. Die vorkonfektionierte HVI-Leitung ist werkseitig an der Einspeisestelle mit einem angepassten Anschlusselement versehen. Erdseitig ist ein angepasstes Anschlusselement vorgesehen, welches jedoch vor Ort auf die HVI-Leitung aufmontiert werden kann (im Lieferzustand erdseitig montiert). Dadurch kann die Länge der HVI-Leitung vor Ort gekürzt werden. Um energieschwache Überschläge aufgrund von kapazitiven Verschiebungsströmen zu vermeiden, kann die HVI-Leitung im Verlauf der Leitungsverlegung zusätzlich an den Potentialausgleich angeschlossen werden. Diese Anschlüsse müssen nicht blitzstromtragfähig ausgeführt werden, da die kapazitiven Verschiebeströme energiearm sind und nicht zu einer gefährlichen Funkenbildung führen. Umfangreiche Messungen zeigen, dass die HVI-Ableitung mit ihrer hohen Spannungsfestigkeit ein äquivalenter Trennungsabstand in Luft von s = 0,75 m zugeordnet werden kann. Durch die Spezifikation eines äquivalenten Trennungsabstands in Luft von s = 0,75 m ergeben sich in Abhängigkeit des Schutzpegels der Blitzschutzanlage und des Stromaufteilungskoeffizienten kc maximale Kabellängen. Durch Verbesserung der Stromaufteilung auf mehrere Ableitungen (Reduzierung von kc) ist bei vorgegebenem Schutzpegel für eine bauliche Anlage eine Vergrößerung der maximalen Kabellänge möglich. Montagebeispiele 3.1 Anwendung Mobilfunk Mobilfunkanlagen werden vielfach auf Gastgebäuden errichtet. Zwischen dem Betreiber der Mobilfunkanlage und dem Eigentümer der baulichen Anlage besteht in der Regel die Vereinbarung, dass die bauliche Anlage nicht zusätzlich gefährdet werden darf. In Bezug auf den Blitzschutz bedeutet dies insbesondere, dass bei einem Blitzeinschlag in die Tragwerkskonstruktion kein Blitzteilstrom in die bauliche Anlage verschleppt werden darf. Ein Blitzteilstrom im Inneren der baulichen Anlage würde insbesondere die elektrischen und elektronischen Einrichtungen gefährden. Bild zeigt eine Lösungsvariante für die „Getrennte Fangeinrichtung“ an einer Antennen-Tragwerkskonstruktion. Die Fangspitze muss isoliert durch ein Stützrohr aus nicht leitendem Werkstoff an der Antennentragwerkskonstruktion befestigt werden. Die Höhe der Fangspitze richtet sich nach der Anforderung, dass die Tragwerkskonstruktion und evtl. vorhandene elektrische Einrichtungen der Mobilfunkanlage (Basis Transceiver Station - BTS) im Schutzbereich der Fangspitze angeordnet sind. Bei baulichen Anlagen mit mehreren Antennensystemen sind mehrfach „Getrennte Fangeinrichtungen“ zu installieren. 3.2 Dachaufbauten Metallene und elektrische Dachaufbauten überragen die Dachebene und sind somit exponierte Punkte für Blitzeinschläge. Durch leitfähige Verbindungen mit Rohrleitungen und elektrischen Leitungen, die ins Innere der baulichen Anlage führen, besteht auch hier die Gefahr der Verschleppung von Blitzteilströmen. Um dies zu verhindern und um den notwendigen Trennungsabstand für die gesamte bauliche Anlage auf einfache Art zu beherrschen, ist die Installation einer Fangeinrichtung mit Anschluss an die isolierte Ableitung wie im Bild gezeigt, vorteilhaft. Sind auf dem Dach mehrere Dachaufbauten positioniert, sind entsprechend der prinzipiellen Darstellung im Bild mehrere getrennte Fangeinrichtungen zu installieren, so dass alle dachüberragenden Aufbauten in einem blitzeinschlaggeschützten Bereich (Blitz-Schutzzone 0B) angeordnet sind.. Elektropraktiker, Berlin 58 (2004) 12 989 Blitz- und Überspannungsschutz FÜR DIE PRAXIS Antenne Fangspitze Stützrohr GFK/AL Endverschluss Isolierte Ableitung s 0,75 m in Luft s 1,50 m in Mauerwerk zur Erdungsanlage Potentialausgleich zur Base Transceiver Station s = Trennungsabstand _ _ Anschlusselement: Erdanschluss Anschluss Potentialausgleich 1,40 m < x < 1,60 m Erdungsklemme Leitungshalter Erdungsrohrschelle Anschlusselement: Einspeisestelle HVI-Leitung Getrennte Fangeinrichtung mit spannungsgesteuerter isolierter Ableitung a) an einem Antennenstandrohr montierte Fangeinrichtung b) Bauteilekomponenten der HVI-Leitung getrennte Fangeinrichtung metallene Attikaabdeckung im Schutzbereich getrennter Fangeinrichtung Trennungsabstand s Isolierte Ableitung s 0,75 m in Luft s 1,50 m in Mauerwerk Fundamenterder Kabelkanal Kabelkanal Armierung metallener Dachaufbau 1,40 m < x < 1,60 m Anschluss PA Einhalten des notwendigen Trennungsabstands mit spannungsgesteuerter isolierter Ableitung a) b)
Autoren
- H. Bartels
- T. Clausen
- K.-P. Müller
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