Blitz- und Überspannungsschutz
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Elektrotechnik
Überspannungschutz in Arztpraxen
ep5/2006, 5 Seiten
Elektropraktiker, Berlin 60 (2006) 5 387 Blitz- und Überspannungsschutz FÜR DIE PRAXIS Planungsgrundlagen Drei wichtige Punkte, die berücksichtig werden müssen: 1.Wurden alle Maßnahmen getroffen, damit die zu schützenden Geräte auch im Falle eines Falles wirklich zerstörungsfrei und verfügbar bleiben? 2.Wurden wirklich alle wichtigen Systeme erfasst und entsprechend mit Schutzgeräten beschaltet? 3.Erfüllen die verwendeten Schutzgeräte mindestens alle Qualitäts- und Sicherheitsanforderungen entsprechend dem heutigen Stand der Technik und Normung? Gefährdungen können nicht nur durch Blitzentladungen entstehen, sondern auch durch statische Aufladungen oder Schaltvorgänge von elektrischen Verbrauchern. Auch diese Vorgänge können Überspannungen von mehreren tausend Volt erzeugen und die angeschlossene Medizintechnik (Bild ) gefährden. Auch wenn für diesen Fall eine Elektronikversicherung abgeschlossen wurde, sollte berücksichtigt werden: · Wurden die Auflagen der Sachversicherer bezüglich der notwendigen Überspannungsschutzmaßnahmen, z. B. VdS-Richtlinie 2031, berücksichtigt? · Wurde der Sachversicherer über den kompletten Sachwert aller Systeme informiert? Sicher ist: Die Ausfallkosten der Anlage sowie die Verärgerung der Kunden bezahlt die Versicherung nicht! Überspannungsquellen Es bestehen vier Hauptursachen für die Einkopplung von Überspannungen (Bild ): 1.Blitzeinschlag in ein Gebäude ohne Äußere Blitzschutzanlage (direkte Blitzeinwirkung). 2.Blitzeinschlag in ein Gebäude mit Äußerer Blitzschutzanlage (direkte Blitzeinwirkung). 3.Blitzeinschlag im Umfeld des Gebäudes (indirekte Blitzeinwirkung). 4.Induktive und kapazitive Blitzeinwirkung sowie Schalthandlungen induktiver Lasten. 2.1 Blitzeinschlag in ein Gebäude ohne Äußere Blitzschutzanlage Bei einem Gebäude ohne Äußere Blitzschutzanlage kann der Verlauf der Blitzenergie nicht konkretisiert werden. Überspannungsschutzmaßnahmen gegen diese Art der Bedrohung sind nicht möglich. Im Gebäude können Überspannungs-Schutzmaßnahmen nur vor Bedrohungen anderer Entstehungsarten schützen (induktive Einkopplungen, Schalthandlungen, Blitzeinschlag im Umfeld des Gebäudes). 2.2 Blitzeinschlag in ein Gebäude mit Äußerer Blitzschutzanlage Gemäß DIN V VDE V 0185:2002-11 wird bei einem Blitzeinschlag in die Äußere Blitzschutzanlage ein großen Teil der Blitzenergie über die Erdungsanlage abgeleitet. Die Annahme, dass bei einem Gebäude mit einer Äußeren Blitzschutzanlage auch die Elektronik geschützt ist, stimmt nicht. Der Blitzstrom, der über die Erdungsanlage in das Erdreich eingekoppelt wird, erzeugt über dem Erdungswiderstand einen Spannungsfall zwischen der Erdungsanlage und einer „fernen Erde“ von mehreren hunderttausend Volt. Hierdurch können bis zu 50 % der Blitzenergie über den Potentialausgleich in das Gebäude eingeführt und dann über die verbundenen Zuleitungen (Metall, z. B. die eingeführte Stromversorgungsleitung) zum Transformator bzw. Nachbargebäude weitergeleitet werden. 2.3 Blitzeinschlag im Umfeld des Gebäudes Bei einem Blitzschlag im Umfeld des Gebäudes (z. B. in die Blitzschutzanlage des Nachbargebäudes) wird ein Blitzteilstrom über diese Leitung in das zu schützende Gebäude eingekoppelt. Auch wenn diese Leitung nicht direkt vom Blitz getroffen wird (z. B. durch unterirdische Verlegung), wird trotzdem ein sehr gefährlicher Teilbereich der Blitzenergie in abgeschwächter Form in das Gebäude eingekoppelt. Überspannungschutz in Arztpraxen M. Weinig, Bergisch-Gladbach; H. König, Menden Bei der Anschaffung neuer medizinischer Geräte wird die Wirtschaftlichkeit dem Anschaffungspreis gegenübergestellt. Zudem machen neue Verordnungen oder Vorgaben seitens der Krankenkassen bzw. Ärztekammern neue Technologien und daher auch Investitionen notwendig. Zu wenig wird jedoch an das Thema Überspannungsschutz gedacht. Im Beitrag wird dargelegt, welche Maßnahmen in einer Arztpraxis zu berücksichtigen sind. Autor Manfred Weinig ist Mitarbeiter Firma Blitzableiter-Bau B. Graff & Co., Bergisch-Gladbach; Dipl.-Ing. Andreas König ist Mitarbeiter der Firma OBO Bettermann, Menden. Überspannungsschutzkonzept gemäß DIN V VDE V 0185 Teil 4 bei einem Gebäude mit Äußerer Blitzschutzanlage Ultraschallgerät Volusion 730 Pro Wiederbeschaffungswert 100 000 , Lieferzeit mehrere Wochen EP0506-387-391 20.04.2006 15:56 Uhr Seite 387 Elektropraktiker, Berlin 60 (2006) 5 388 FÜR DIE PRAXIS Blitz- und Überspannungsschutz 2.4 Blitzeinwirkung, Schalthandlungen Auch Systeme, die nicht mit der Außenwelt verbunden wurden, z. B. über eine Datenleitung, oder bereits mit Blitzstrom- bzw. Überspannungsableitern vorab beschaltet sind, können von induktiven und kapazitiven Einkopplungen durch direkte und indirekte Blitzeinwirkungen zerstört werden. Statische Entladungen sowie Schalthandlungen großer induktiver Lasten in benachbarten Leitungen gefährden die Endgeräte ebenfalls. 2.5 Schutzkonzept Als Abhilfe gegen diese Bedrohungen sind Überspannungs-Schutzkonzepte mit Überspannungsableitern in der Hauptverteilung, in der Unterverteilung sowie Feinschutzgeräte direkt am Endgerät geeignet (Bild ). Wichtig: · Nur die Umsetzung eines vollständigen Überspannungs-Schutzkonzepts kann vor Schäden durch Überspannungen schützen! Wenn nach einem Überspannungsereignis ein Gerät ausgefallen ist, interessiert den Kunden die Ursache wenig. Nur das Resultat zählt. · Die Zerstörung einer Systemkomponente bedeutet für mehrere Tage oder Wochen einen Verzicht auf diese Dienstleistung. In manchen Fällen ist der Betrieb der Praxis in Frage gestellt und Kunden werden verärgert. Dringende medizinische Behandlungen können nicht durchgeführt werden. Die Folgekosten sind nicht bewusst. Hier ist Aufklärungsbedarf vorhanden. Dieses bedeutet: Wirklich alle möglichen Gefahrenpotentiale (Überspannungsbedrohungen) müssen systematisch erfasst und entsprechend mit geeigneten Überspannungsmaßnahmen versehen werden. Dazu gehört die Stromversorgungszuleitung, die Datenleitung sowie die Telekommunikationsleitung. Praxisgerechtes Überspannungs-Schutzkonzept Überspannungs-Schutzkonzepte sind gemäß dem Blitzschutzzonenkonzept nach DIN V VDE V 0185 Teil 4 definiert. Danach wird hier die Lösungen in vier Schritten dargestellt: 1.Überspannungsschutz in der Unterverteilung 2.Überspannungsschutz der Endgeräte/medizinische Systeme (Stromversorgung) 3.Überspannungsschutz der Telekommunikationsanlage 4.Überspannungsschutz Netzwerktechnik 3.1 Überspannungsschutz in den Verteilungen Es muss unterschieden werden zwischen: · Gebäuden ohne Äußeren Blitzschutz · Gebäuden mit Äußerem Blitzschutz. 3.1.1 Gebäude ohne Äußeren Blitzschutz Sinnvolle Überspannungs-Schutzkonzepte sollten direkt bei der Einspeisung der Stromversorgung beginnen. Da jedoch Arztpraxen häufig eine Etageneinheit innerhalb eines größeren Gebäudekomplexes darstellen, fehlt meistens der direkte Zugriff auf die Haupteinspeisung. Daher werden in diesem Falle die Überspannungs-Schutzmaßnahmen als Insellösung für die einzelne Arztpraxis betrachtet. Als Bedrohungswert wird hier nur eine Einkopplung von Überspannungen durch das nähere Umfeld angenommen (Blitzeinschlag im Nachbargebäude, Induktive Einkopplung durch Naheinschläge) . Bedrohungswert: bis zu 20 000 Ampere, Impulsform 8/20 s Lösung: Überspannungsschutzgeräte vom Typ 2 (Klasse C) in der Arztpraxis (Bild , Ableiter Typ 2 in Verteilung). 3.1.2 Gebäude mit Äußerem Blitzschutz Bei einem Gebäude, welches mit einer Äußeren Blitzschutzanlage ausgestattet ist, können bei einem direkten Blitzeinschlag bis zu 50 % der Blitzenergie in das Gebäude eingekoppelt werden. Um diese großen Energien sicher zu beherrschen, sind spezielle Überspannungs-Schutzmaßnahmen im Bereich des Übergabepunktes notwendig. Konkreter Einbauort: Direkt hinter dem Hausanschlusskasten (HAK) bzw. in der Niederspannungshauptverteilung. Wichtig: Das Erstellen dieser Überspannungs-Schutzmaßnahmen ist ein unverzichtbarer Grundbestandteil des Blitzschutz-Potentialausgleichs gemäß aktueller DIN-Normen. Ist das Gebäude mit einer Äußeren Blitzschutzanlage ausgestattet, so muss gemäß DIN V VDE V 0185 Teil 3 bereits durch den Gebäudebesitzer der Überspannungsableiter Typ 1 (Grobschutz) in der Hauptverteilung installiert sein. Vor Installation in der Arztpraxis ist dieses zu überprüfen. Befindet sich hinter dem HAK bzw. in der NS-Hauptverteilung kein Grobschutzableiter (Typ 1), so muss entsprechend nachgerüstet werden. Bedrohungswert: Bei Überspannungsschutzgeräten des Typs 1 für diesen Anwendungsbereich: 50 000 A und 100 000 A, Impulsform 10/350s. 3.1.3 Überspannungsschutz in der Unterverteilung Jede Unterverteilung ist mit einem Schutzgerät vom Typ 2 (Mittelschutz) zu beschalten. Zu beachten sind folgende Punkte: · Ist bereits ein Schutzgerät vom Typ 1 (Grobschutz) in der Hauptverteilung vorhanden: Abstand (Leitungslänge) zwischen Typ 1-Ableiter zur Unterverteilung ist zu ermitteln und mit dem notwendigen Mindestabstand zu Typ 2-Ableitern gemäß dem Datenblatt vom Typ 1-Ableiter zu vergleichen. Sollten keine Unterlagen vom Ableiter vorhanden sein, so ist der Schutzpegel UC vom Blitzstromableiter Typ 1 (alte Bezeichnung: Ableiterklasse B) abzulesen (siehe Typenschild). Als Übersicht gilt Tafel . · Ist der Abstand nicht einzuhalten, so ist gegebenenfalls der Typ1-Ableiter gegen einen geeigneten Ableiter auszuwechseln. Ist bereits in der Hauptverteilung ein Typ 2-Ableiter bzw. ein Kombiableiter (Typ 1+2) installiert, so gilt: Sollte der Abstand zwischen vorgeschaltetem Ableiter und der Unterverteilung größer 10 m sein, ist aufgrund der Gefahr einer induktiven Einkopplung ebenfalls wieder ein Schutzgerät vom Typ 2 in der Unterverteilung notwendig. 3.1.4 Allgemeine Hinweise zum Einsatz der Ableiter vom Typ 1 und Typ 2 Der vom Hersteller der Überspannungsableiter angegebene Vorsicherungswert der Ableiter ist zu beachten! Sollte die vorgeschalte- Kompletter Schutzkreis HAK Verdrahtung von Überspannungsableitern bei TT-, TN-C-, TN-C-S- und TN-S-Systemen Ableiter Typ 2 in einer Verteilung EP0506-387-391 20.04.2006 15:57 Uhr Seite 388 te Sicherung in der Verteilung größer sein als der Wert, der vom Hersteller des Schutzgeräts angegeben ist, so gilt: · Separate Vorsicherung im Abgangszweig der Ableiter. Anmerkung: Übliche Schutzgeräte vom Typ 2 können in der Regel bis 125 A ohne zusätzliche Vorsicherung eingesetzt werden. Ableiter vom Typ 1 ermöglichen höhere Absicherungswerte. · Netzsystem der Verteilung: Spezielle, vorkonfektionierte Überspannungsableiter (sogenannte 3+1 Schaltung) können universell für TN-C-, TN-S-, TN-C-S-sowie auch für TT-Systeme eingesetzt werden (Bild ). · Die Länge der Anschlussleitung zwischen Ableiter und Anschlussklemme darf nicht mehr als 0,5 m betragen. Dieser Wert gilt für den Außenleiter, Neutralleiter und PE-Leiter. Alternativ ist eine V-Verdrahtung, also das Durchschleifen der Leitungen über den Ableiter möglich (Bild ). Hinweis: Überspannungsschutzgeräte namhafter Hersteller weisen Qualitätskennzeichnungen auf, z. B. VDE-geprüft. 3.2 Überspannungsschutz der Endgeräte/medizinische Systeme Alle elektronischen Endgeräte (z. B. Computer, Ultraschallgeräte) sind mit Feinschutzgeräten zu beschalten. Ziel ist es, dadurch induktive Einkopplungen sowie die noch übrig gebliebenen Spannungsspitzen unmittelbar am zu schützenden Gerät herauszufiltern. Sehr geeignet sind Schutzgeräte, welche in Unterputzdosen oder direkt mit den Steckdosen verschraubt werden können. Vorteil: Versehentliches Entfernen oder Diebstahl der Schutzelemente wird dadurch ausgeschlossen. Hinweis: Verwendet werden sollten nur geprüfte Schutzgerätelösungen namhafter Herstellern. Nicht der Norm entsprechende Schutzgeräte haben meist nicht nur Mängel in der Schutzfunktion, sondern können sogar im Einsatzfall einen Brand verursachen. 3.3 Überspannungsschutz der Telekommunikationsanlage Die Telefonzentrale ist in einer Arztpraxis der kommunikative Mittelpunkt. Hier werden Termine mit Kunden vereinbart, Beratungsgespräche geführt, der Kontakt mit den Lieferanten aufrecht erhalten, der Zahlungsverkehr von Kredit- und CE-Karten koordiniert sowie auch eine eventuelle Einbruch- und Brandmeldeanlage gesteuert. Ein Ausfall dieser Anlage 389 Blitz- und Überspannungsschutz FÜR DIE PRAXIS Schutzleiterschiene Hauptpotentialausgleichsschiene oder -klemme Hauptpotentialausgleichsschiene oder -klemme oder Schutzleiterschiene 0,5 m 0,5 m Verdrahtung von Überspannungsableitern Tafel Erforderlicher Abstand zwischen Ableitern vom Typ 1 und Typ 2 Ableiter Typ 1 Räumlicher Abstand zwischen Überspannungsableiter Ansprechspannung UC Typ 1 und UV (Leitungslänge) UP = 3 kV bis 4 kV Abstand größer 10 m notwendig UP = 2 kV bis 2,5 kV Abstand größer 5 m notwendig UP = < 1,5 kV (z. B. sog. Kombiableiter) Kein Abstand notwendig EP0506-387-391 20.04.2006 15:57 Uhr Seite 389 kann teuer werden. Entsprechende Reparaturkosten sind zusätzlich zu betrachten. Um sich vor den Energien einer Blitzeinkopplung zu schützen, sind dirket am Gebäudeeingang Grobschutzmaßnahmen notwendig. Sollten diese Maßnahmen nicht möglich sein, ist der Einsatz von Kombinationsschutzgeräten (Basis- und Feinschutz, Bild ), direkt vor den NTBA-Eingängen bzw. der ISDN-Telefonanlage notwendig. Häufig erhalten Kreditkarten-Terminals sowie Brand- und Einbruchmeldeanlagen einen separaten NTBA bzw. einen Analog-Telefon-Zugang. Entsprechend sind hier ebenfalls die gleichen Schutzmaßnahmen vorzunehmen. Bild zeigt eine Auswahlhilfe auf. Feinschutzgeräte für die Stromversorgung sind natürlich ebenfalls zu installieren. 3.5 Überspannungsschutz Computernetzwerk Wie abhängig heutzutage auch bereits kleine Betriebe und Arztpraxen von der EDV sind, dürfte spätestens jedem durch die Verseuchung des Internets durch Computervieren deutlich geworden sein. Ein völliges „Aus des EDV-Systems“ ist jedoch bei einer Überspannung zu erwarten. Die Ausfallzeit dieser Anlage ist abhängig von der Wiederbeschaffungszeit, den Kenntnissen der EDV-Spezialisten sowie vom letzten Sicherungsstand (Backup). Notwendig sind folgende Überspannungs-Schutzmaßnahmen: Server/ Hub: Die Zentraleinheit benötigt die höchste Priorität bezüglich der notwendigen Überspannungs-Schutzmaßnahmen in der EDV. Ein Schutzgerät allein in der Steckdose oder eine USV hilft dort nicht. Hier ist wichtig: Alle eingeführten Zuleitungen (außer LWL) sind beim Server zu beschalten. Wird eine Seite vergessen, ist der Schutz gegen Überspannung nicht gegeben. Konkret Maßnahmen sind: · Überspannungsfeinschutz an der Stromversorgung (Typ 3) · Datenleitungsfeinschutzgerät z. B. bei CAT. 5/6 an der Netzwerkkarte(n) · Feinschutzgerät für eventuelle DSL und/ oder Modem-Eingänge Arbeitplatz-PC: Jeder wichtige Arbeitsplatz-PC ist mit Feinschutzgeräten zu beschalten, um ebenfalls induktive Blitzeinkopplungen abzuleiten. Die Priorität der Schutzmaßnahme sollte mit der Ersetzbarkeit des PC's bewertet werden. Reine Netzwerk-Terminals könnten daher mit Rücksprache des Kunden aus dem Konzept herausgenommen werden. Wichtig: PC's, die zur Steuerung mit technisch hochwertigen medizinischen Geräten verbunden sind, sollten ebenfalls umfassend vor Überspannungen abgesichert werden. (Auswahlhilfe siehe Bild ).Konkret gilt hier: · Überspannungsfeinschutz an der Stromversorgung (Typ 3) · Datenleitungsfeinschutzgerät z. B. CAT. 5/ 6 an der Netzwerkkarte(n) · Feinschutzgerät für eventuelle DSL und/ oder Modem-Eingänge · Überspannungsschutz für eventuelle Verbindungsleitungen zu medizinischen Geräten. Fazit Über die kompletten Ausmaße der Probleme und Kosten, die durch eine Überspannung in einer Arztpraxis entstehen können, ist leider nicht jeder Arztpraxisinhaber hinreichend informiert. Die „Praxis“ zeigt, dass die Abhängigkeit der Geschädigten von den elektronischen „Helfern“ doch größer ist als es den Laien bewusst war. Billige Überspannungsschutzgeräte aus dem Baumarkt beruhigen (bei Laien) sicherlich das Gewissen. Wird jedoch solch ein Gerät durch eine Überspannung belastet, kann eine mangelhafte Funktion für schmerzhafte Erfahrungen sorgen. Eine Übersicht zur Auswahl von Überspannungsableitern gibt Bild , einen Überblick der Auswahlkriterien von Ableitern des Typs 1 und Typs 2 bietet Bild . Literatur [1] DIN VDE 0185-1:1982-11 Blitzschutzsysteme; Teil 1: Allgemeines für das Errichten. [2] DIN VDE 0185-1:2002-11 Allgemeine Grund- Elektropraktiker, Berlin 60 (2006) 5 390 FÜR DIE PRAXIS Blitz- und Überspannungsschutz Einsatz von Feinschutzgeräten in einer Telefonzentrale Auswahlhilfe für Überspannungs-Schutzlösungen bei Telekommunikationsanlagen Auswahlhilfe Netzwerksystem EP0506-387-391 20.04.2006 15:57 Uhr Seite 390 sätze für Gesamtkonzept Blitz- und Überspannungsschutz. [3] DIN VDE 0185-2:2002-11 Risiko-Management: Abschätzung des Schadensrisikos für bauliche Anlagen. [4] DIN VDE 0185-3:2002-11 Schutz von baulichen Anlagen und Personen. [5] DIN VDE 0185-4:2002-11 Elektrische und elektronische Systeme in baulichen Anlagen von baulichen Anlagen und Personen. [6] DIN V VDE V 0100-534:199-04 Elektrische Anlagen von Gebäuden, Teil 534 Auswahl und Errichten von Betriebsmitteln, Überspannungs-Schutzeinrichtungen. Elektropraktiker, Berlin 60 (2006) 5 Übersicht zur Auswahl von Überspannungsableitern für Haupt- und Unterverteilungen Überspannungsschutz für Arztpraxen Gebäude mit äußerer Blitzschutzanlage? Prfung: Ableiter Typ 1 am Gebäudeeintritt? Nachrüstung Ableiter Typ 1 Bei Insellösungen „Schutz von Arztpraxen“ (bei eigener UV der Arztpraxis) ist am Gebäudeeintritt kein Ableiter Typ 2 in der HV notwendig. Überprüfung Koordination Ableiter Typ 1: Up: 3-4 kV Up: 2-2,5 kV Up: < 1,5 kV Räumlicher Abstand zwischen Überspannungsableiter Typ 1und UV: (Leitungslänge) 10-15 m 5 m kein Abstand notwendig Hinweis: Wenn Abstand nicht einzuhalten: Ableiter Typ 1 gegen geeigneten Ableiter austauschen Überspannungsableiter Typ 2 (Klasse C) in jeder Unterverteilung der Arztpraxis. Wichtig: · Beachtung Vorsicherungswert Ableiter · Anschlussleitung Ableiter < 0,5 m · Beschaltung Ableiter 3+1 ist für TT-, TN-S- und TN-C-System geeignet · Bei Verwendung eines Kombiableiter (Typ 1+2) kann bis zu einem Abstand zur Unterverteilung von < 10 m in der Unterverteilung auf einen Überspannungsschutzableiter (Typ 2) verzichtet werden · Überspannungsfeinschutz (Typ 3) direkt am Endgerät einsetzen · Überspannungsschutz für Telefonanlage (Telekom-Einspeisung) · Überspannungsschutz für Modem (ISDN, DSL) Anbindung · Überspannungsschutz für Datenleitungen (Koaxial, Cat. 5/6 usw.) nein Überblick der Auswahlkriterien von Überspannungs-Schutzgeräten Typ 1 und 2 EP0506-387-391 20.04.2006 15:57 Uhr Seite 391
Autoren
- M. Weinig
- H. König
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