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Unwetter nehmen an Zahl und Heftigkeit zu. Damit steigt auch die Wahrscheinlichkeit eines Blitzschlags. Yachten fordern mit ihren Masten diesen regelrecht heraus und bei fehlendem Blitzschutz können die Schäden leicht den Wert des Schiffes übersteigen. Michael Herrmann zeigt, mit welchen Maßnahmen Eigner und Werften Schiff und Crew vor den Auswirkungen dieser Naturgewalt schützen können. Vom äußeren Blitzschutz, der verhindern soll, dass der Blitz Schäden an Rigg und Rumpf verursacht, über den inneren Blitzschutz bis hin zum Schutz von Geräten und Anlagen werden alle Maßnahmen beschrieben, mit denen kapitale Schäden verhindert werden können. Besonderes Augenmerk kommt dem Potenzialausgleich und - nicht zuletzt - dem Schutz vor den Auswirkungen von Einschlägen in der Umgebung der Yacht zugute.
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Startseite » Blitz- und Überspannungsschutz für Yachten
Erstellt von: Glen Zhu | Aktualisiertes Datum: 23. Dezember rd , 2023
Haben Sie sich jemals gefragt, wie Sie sich beim Segeln vor Blitzen schützen können? Oder ist es unnötig, Vorkehrungen zu treffen, um Blitzeinschläge zu verhindern?
Das Verständnis des Auftretens von Blitzen hilft bei der Beantwortung der Frage. Man kann sich den Blitzeinschlag als einen Kurzschluss zwischen der Wolke und der Erde vorstellen. Während eines Gewitters sammeln sich positive Ladungen an der Spitze der Wolke und negative Ladungen im Wasser an. Wenn die elektrische Feldstärke ausreichend ist, bildet sich in der Wolke ein gestufter leitfähiger Kanal, der letztendlich zu Blitzen führt.
Der gesamte Strom innerhalb der Wolke fließt durch diesen Kanal und gelangt durch den Mast und den Bootskörper ins Wasser, wobei alle Sensoren am Mast beschädigt werden. Zerstörung von Antennen, Radios und Kabeln; Dadurch werden die Batterien im Inneren beschädigt, der Motor geht kaputt und es kommt zu einem Brand.
Das heißt, ein Blitzeinschlag ist unvermeidlich, wenn eine aktive Gewitterwolke mit elektrischen Ladungen in ausreichend geringer Höhe über uns hinwegzieht.
Das Blitzschutzsystem funktioniert tatsächlich, indem es als „bester“ Kurzschluss zwischen der Wolke und dem Wasser fungiert und den Blitz sicher zum Boden leitet. Wie wir wissen, bietet ein Blitzschutzsystem einen sicheren Weg zum Schutz vor physischen Schäden.
Während moderne Yachten aus elektrischen Komponenten bestehen, die zwischen dem Wasser und den darüber liegenden Bereichen installiert sind, ist zum Schutz elektrischer Geräte ein Überspannungsschutz erforderlich.
Mithilfe der Rolling-Sphere-Methode wird sichergestellt, dass die Flugterminals strategisch platziert sind, um potenzielle Blitzeinschläge abzufangen und so das Risiko direkter Blitzeinschläge in die Struktur zu minimieren.
Indem man einen Ball um ein Objekt oder eine Gruppe von Objekten herumrollt und verfolgt, wo der Ball in Kontakt bleibt, sind die Erreichenspunkte die Stellen, an denen der Blitz einschlagen würde, und es sollte ein Blitzschutzsystem eingesetzt werden.
Yachten verfügen häufig über am Mast montierte Geräte wie Antennen und Sensoren. Die Rolling-Sphere-Methode berücksichtigt das Risiko von Blitzeinschlägen auf diese erhöhten Komponenten und bietet eine umfassende Schutzstrategie.
Abbildung 1 – Anwendung der Rolling-Sphere-Methode auf der Yacht
Der Rollkugelradius hängt von verschiedenen Faktoren ab, einschließlich der Höhe und Konfiguration der zu schützenden Struktur. Je kleiner der Kugelradius ist, desto höher ist das Schutzniveau.
Klasse III wird typischerweise für Yachten verwendet, bei denen das blitzbedingte Risiko sehr gering und die Folgen minimal sind. Große Yachten können andere Schwachstellen aufweisen als kleinere. Die Form und Konfiguration der Yacht kann das Risiko eines Blitzeinschlags beeinflussen.
Der größte rollende Kugelradius beträgt 60 m. Bei Bauwerken, die höher als 60 m sind, kann es jedoch zu Seitenschlägen kommen. Bei Bauwerken mit einer Höhe von weniger als 60 m ist die Wahrscheinlichkeit dieser Seitenschläge vernachlässigbar.
Tabelle 1 – Rollkugelradius entsprechend der LPS-Klasse
Mit Hilfe der Rolling-Sphere-Methode wird die Schutzstufe für Yachten in LPS III eingestuft. Der Mast einer Yacht ist der Punkt, an dem der Blitzeinschlag leicht zu erreichen ist und Blitzströme zum Deck wandern und dann über Gesamtkabel in das Innere des Schiffes eindringen und das gesamte System der Yacht beeinflussen.
Um das Blitzschutzsystem richtig zu installieren, ob Metallmast oder nicht, muss zunächst geklärt werden.
Für diejenigen mit Metallmasten, die selbst als natürliche Blitzableiter dienen könnten. Es müssen keine zusätzlichen Maßnahmen ergriffen werden, da die Wahrscheinlichkeit besteht, dass alles mit Metallstrukturen verbunden wird. Der Großteil des Lichtstroms wird über den Mast abgeleitet und ein Teil des Blitzstroms wird über die Stagnation zum Rumpf und zum Wasser geleitet.
Abbildung 2 – Blitzstromverteilung auf einer Yacht nach einem Blitzeinschlag in den Mast
Die Maße sind anders als bei Yachten mit Holz- oder GFK-Körper. Im Gegensatz zu Metallkonstruktionen sollte bei nicht-mentalen Yachten darüber nachgedacht werden, wie ein direkter Weg für den Blitzdurchgang geschaffen werden kann. Diese Materialien sind nicht leitend, können aber dennoch statische Aufladung ableiten. Durch die Installation von Luftanschlüssen, Ableitungen und Erdungsanschlüssen entsteht ein umfassendes Blitzschutzsystem.
Wenn der Mast aus Holz besteht, muss eine Fangstange mit einer Dicke von mindestens 12 mm mindestens 300 mm aus dem Mast herausragen. Durch den Abstand zwischen Mast und Flugterminals kann sichergestellt werden, dass der Blitz zuerst in das Flugterminal und nicht in den Mast einschlägt.
Die Ableitung sollte aus Kupfer bestehen und einen Mindestquerschnitt von 70 mm haben 2 . Es muss im Außenbereich der Yacht verlegt und mit der aus Kupfer oder einer anderen seewasserfesten Erdungsplatte verbunden werden. Zwischen diesen Erdplatten muss ein ausreichender Abstand eingehalten werden, um einen Funkenüberschlag zu verhindern.
Wenn ein Blitz in die Fangstange am nichtmetallischen Mast einschlägt, müssen die Blitzströme über die Ableitung am Mast und über die Wanten, Abspannungen und Kettenplatten zur Erdplatte abgeleitet werden.
Zur einfachen Umsetzung gibt es auch ein mobiles Blitzschutzsystem, die Wirkung muss jedoch noch bestätigt werden, da Potenzialausgleich und Trennungsabstand außer Acht gelassen werden. Ein Kugelzapfen am unteren Teil des Aluminiummastes dient als Ableitung mit aufgeschraubter blitzführender Klemme.
Das Terminal ist mit zwei weiteren und zwei geflochtenen Kupferbändern verbunden, die mindestens 1.5 Meter ins Wasser reichen. Alle Bauteile und Verbindungen müssen blitzstromtragfähig und korrosionsbeständig sein.
Abbildung 3 – Mobiler Blitzschutz für eine Yacht
Ein vollständiges Blitzschutzsystem begegnet diesem Problem durch die Verbindung oder Verbindung metallischer Gebäudesysteme mit dem Blitzschutzsystem, um ein gemeinsames Erdpotential zu schaffen.
Alle Schutzleiter der Bordelektronik und alle Metallteile von Yachten müssen an den gemeinsamen Potenzialausgleich angeschlossen werden, der gefährliche Berührungsspannungen/Funkenbildung verhindert.
Wenn geerdete Systeme miteinander verbunden sind, gibt es keinen Grund dafür, dass der Blitz unseren vorgesehenen Strompfad verlässt, da es keine willkürlichen Lichtbogenüberpunkte gibt. Die Maßnahme verhindert einen Stromschlag und sorgt für eine sichere elektrische Umgebung.
Leiter sollten korrosionsbeständig sein und aus Materialien bestehen, die der rauen Meeresumgebung standhalten. Korrosionsschutzleiter sind für die Aufrechterhaltung der Integrität und Funktionalität elektrischer Systeme auf einer Yacht unerlässlich. Die ständige Einwirkung von Salzwasser, Feuchtigkeit und anderen korrosiven Elementen kann herkömmliche Materialien schnell beschädigen, was zu einem höheren Risiko eines Stromausfalls führt.
Obwohl ein externer Blitzschutz die Möglichkeit bietet, den Blitz sicher auf den Boden zu leiten, könnte an anderer Stelle gefährliche Spannung erzeugt werden, die zu Lichtbögen und seitlichen Blitzen führen, das Boot und die Besatzung gefährden und elektronische Geräte zerstören kann.
Durch Überspannungen verursachte Schäden an kritischen Systemen auf einer Yacht, wie z. B. Navigations- oder Kommunikationsgeräten, können die Sicherheit des Schiffes und seiner Insassen gefährden. Der Überspannungsschutz trägt zur allgemeinen Sicherheit der Yacht bei.
Der Überspannungsschutz, der direkt in das Stromnetz eingebaut wird, ist eine der wichtigsten Schutzmaßnahmen. Die Stromquelle für Yachten könnte eine Land- und Offshore-Stromversorgung sein.
Beim Segeln auf See sind Yachten auf interne oder alternative Stromquellen angewiesen, um den an Bord benötigten Strom zu erzeugen. Durch den Anschluss an die Landstromversorgung haben Yachten Zugang zu einer stabilen und kontinuierlichen Stromversorgung, die den Betrieb verschiedener Systeme und Geräte ermöglicht.
Blitze können vorübergehende Überspannungen und elektrische Ströme hervorrufen, die sich durch das elektrische System der Yacht ausbreiten können. Wenn der Blitz in die Landstromversorgung einschlägt, wirkt sich der Ausfall der Landstromversorgung nicht direkt auf die Offshore-Stromversorgung einer Yacht aus, sondern möglicherweise indirekt.
Die Installation von Trenntransformatoren trägt dazu bei, das elektrische System der Yacht vor Problemen mit der Landstromversorgung zu schützen. Ein isolierter Transformator ist so konzipiert, dass er eine elektrische Trennung zwischen seinen Eingangs- und Ausgangskreisen gewährleistet.
Es kann eine Isolierung zwischen der Yacht und der Landstromversorgung aufbauen, die die Übertragung von Streuströmen, potenziellen Fehlern oder Spannungsunregelmäßigkeiten vom elektrischen System des Yachthafens auf die Yacht verhindert. Die Verteidigung sorgt für eine konsistente und zuverlässige Stromquelle für die elektrischen Systeme des Schiffes und ermöglicht gleichzeitig die Kompatibilität mit verschiedenen Generatoren.
Abbildung 4 – Verwendung eines Trenntransformators zur Vermeidung von Korrosion
Aus Korrosionsschutzgründen darf der Schutzleiter der Landstromversorgung nicht mit den geerdeten Metallteilen der Wasserfahrzeuge verbunden werden.
Zum Schutz von Personen auf der Yacht vor elektrischem Schlag ist der Schutzleiter der Landstromanlage nicht erforderlich, da ein Trenntransformator auf der Yacht in Verbindung mit einer Fehlerstrom-Schutzeinrichtung den Schutz vor elektrischem Schlag gewährleistet.
Abbildung 5 – Überspannungsschutzgeräte für eine Yacht
Wenn ein Blitz in die Fangstange oder den Metallmast der vor Anker liegenden Yacht einschlägt, die mit Strom versorgt wird, erhöht sich das Potenzial dieser Yacht über den Anschluss des Landstromnetzes.
Ein Teil des Blitzstroms wird an das Wasser weitergeleitet und je nach Leitfähigkeit des Wassers kommt es zu einem Überschlag in das Stromnetz. Dieser Funkenüberschlag kann die Kabel/Ausrüstung auf der Yacht beschädigen und einen Brand verursachen.
Noch wahrscheinlicher ist es jedoch, dass eine vor Anker liegende Yacht, die mit Strom versorgt wird, von einem Blitzeinschlag an Land bedroht ist. In diesem Fall fließt der Blitzstrom in Richtung der Yacht und verursacht den oben genannten Schaden.
Ein zusätzlicher Überspannungsschutz ist erforderlich, obwohl im Stromversorgungssystem Überspannungsschutzgeräte installiert sind. Bei der Installation eines Überspannungsschutzes vom Typ 1 sind Vorkehrungen zu treffen, um Korrosion durch die Verbindung zwischen dem Erdungs-/Potenzialausgleichssystem der Yacht und dem Schutzleiter des landseitigen Stromversorgungssystems zu verhindern.
Überspannungsschutzgeräte sind so konzipiert, dass sie Polaritätsänderungen berücksichtigen, die in geerdeten Steckdosen typisch sind. Bei Blitzeinschlägen, beispielsweise durch Einschläge in Seefunkantennen oder mastmontierte Windsensoren, besteht die Gefahr, dass Anlagen und nachgeschaltete Geräte beschädigt werden, obwohl sie sich in einem geschützten Raum befinden.
Abbildung 5 zeigt geeignete Überspannungsschutzgeräte für solche Szenarien. Darüber hinaus muss auf induzierte Überspannungen und Schaltüberspannungen von Bordgeneratoren und USV-Systemen geachtet werden, wofür Überspannungsableiter vom Typ 2 im Verteiler empfohlen werden.
Überspannungsschutzgerät Typ 1 FLP25-275/2S
Überspannungsschutzgerät Typ 2 SLP40-275/1S+1
UKW-Funk ist ein wichtiges Kommunikationsgerät für die Schiff-zu-Schiff- und Schiff-zu-Land-Kommunikation und unterstützt Wetteraktualisierungen, Navigationswarnungen und andere Notfälle. Windsensoren messen die Windgeschwindigkeit und überwachen die Windbedingungen in Echtzeit für einen sicheren Betrieb der Segel.
Sowohl UKW-Funkgeräte als auch Windsensoren arbeiten nach dem Prinzip elektrischer Signale. Für einen zuverlässigen Betrieb wird ein zusätzlicher Überspannungsschutz empfohlen.
Für UKW-Funkgeräte wird ein Überspannungsschutzgerät zum koaxialen Schutz eingebaut, um den Kontaktabbrand durch die großflächige Kontaktfläche der Gasentladungsröhre zu minimieren.
HF-Koaxial-Überspannungsschutz DS-UHF F/M
Die FRD4-Serie zeichnet sich durch den Schutz von vier Einzelleitungen mit gemeinsamem Referenzpotenzial sowie unsymmetrischen Schnittstellen aus. FRD4-24 wird installiert, um den Betrieb von Windsensoren zu überwachen und die korrekte Übertragung von Navigationsanweisungen beim Segeln sicherzustellen. Der Überspannungsschutz FRD4-30 mit höherer Spannung schützt das Stromversorgungssystem des Navigationssystems.
Signalüberspannungsschutzgerät FRD4-24
Datenleitungs-Überspannungsschutz FRD4-30
Die Lösung für Yachten und Segelboote besteht darin, ein wirksames äußeres Blitzschutzsystem zum Schutz vor direkten Blitzeinschlägen zu errichten und einen Überspannungsschutz für elektrische Geräte zu implementieren.
Bedeutet das, dass wir unsere Yachten ohne Blitzeinschläge vollständig schützen könnten?
Es gibt keine blitzgeschützte Yacht, sondern nur eine blitzgeschützte Yacht. Ein Blitzschutzsystem dient nicht dazu, einen Blitzeinschlag zu verhindern, sondern vielmehr dazu, einen sicheren Entladungsweg für den Blitz zu schaffen, was es zur praktikabelsten und effektivsten Lösung macht.
Das System kann immer noch Probleme bereiten, wenn es unsachgemäß oder nur teilweise installiert ist. Das Antennenkabel führt den Blitzstrom, wenn der Luftdurchlass tiefer als eine benachbarte Antenne installiert ist.
Wenn der Ableiter außerdem mit dem Erdungspotentialausgleichssystem und nicht direkt mit einem speziellen Erdungsanschluss verbunden ist, kann der Blitzeinschlag das gesamte Potentialausgleichssystem unter Spannung setzen, bevor er sich ins Wasser auflöst.
Ein weiterer häufiger Fehler besteht darin, den Blitzableiter an einer anderen Verkabelung zu befestigen. Der erhebliche Strom eines Einschlags durch die Ableitung kann Spannungsspitzen in diesen benachbarten Drähten hervorrufen und zusätzliche Schäden an Geräten verursachen, die ansonsten vom Blitzeinschlag verschont geblieben wären.
In Kombination mit der korrekten Installation jedes Systems könnten unsere Yachten den besten Schutz vor Blitzschlag erhalten. Notwendige persönliche Schutzausrüstung sollte getragen werden, sich aufgrund von Potenzialunterschieden nicht an Deck aufhalten und von Stangen oder anderen Metallgegenständen fernhalten.
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