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Blitzableiter [1]

[83] Blitzableiter, Vorrichtung zur Abwendung der zerstörenden Wirkungen des Blitzes von Gebäuden, Schiffen, elektrischen Anlagen u.s.w.

Die in den Gewitterwolken durch irgendwelche, noch nicht genügend aufgeklärte Ursachen angesammelte Elektrizität wirkt durch Influenz verteilend auf die Elektrizitäten der Erde, indem sie die ihr ungleichnamige Elektrizität anzieht und die gleichnamige abstößt. Wird die Spannung dieser beiden Elektrizitäten so stark, daß der Widerstand der zwischenliegenden Luft den plötzlichen Spannungsausgleich nicht mehr aufhalten kann, so tritt letzterer in Gestalt eines Blitzes ein, der zwischen der Wolke und dem nächstgelegenen Punkt der Erdoberfläche (einem über dieselbe sich erhebenden Gebäude, Baume oder sonstigen Gegenstande) überspringt.

Gebäudeblitzableiter. Während der Blitz die Luft und ein Gebäude durchschlägt, findet er überall Widerstand, wobei sich seine elektrische Energie in Wärme, Licht, Bewegung, Schall, mechanische und chemische Energie umsetzt. Hierbei können Mauern und Hölzer zerspalten, leicht entzündliche Stoffe entzündet, schwache Metallteile geschmolzen, Menschen und Tiere getötet oder gelähmt werden. Größere Metallteile aber werden kaum merklich erwärmt und erleiden keinerlei Schaden. Darauf beruht die schützende Wirkung metallischer Blitzableiter. Indem durch letztere dem Blitz ein viel geringerer Widerstand entgegengesetzt wird als auf jedem andern Weg, den er in dem Gebäude nehmen könnte, folgt er dem Blitzableiter, und das Gebäude und sein Inhalt bleiben vor Schaden bewahrt.

Der Gebäudeblitzableiter besteht aus den Auffangvorrichtungen, den Gebäudeleitungen und den Erdleitungen.[83]

Die Auffangvorrichtungen sind Metallkörper von beliebiger Form, die in den erfahrungsgemäßen Blitzeinschlagstellen (den Turm- und Giebelspitzen, Firstkanten des Daches, hochgelegenen Schornsteinköpfen und andern emporragenden Gebäudeteilen) oder in der Nähe derselben und sie überragend angebracht werden. Es ist also nicht immer nötig, Auffangstangen anzuwenden. Die Art ihrer oberen Endigung ist nicht von Bedeutung, sie kann spitzig oder dumpf sein. Die frühere Annahme, daß durch spitzige Auffangstangen das Zustandekommen eines Blitzes verhütet werden kann, hat sich nicht als zuverlässig richtig erwiesen.

Die Gebäudeleitungen bilden eine zusammenhängende Verbindung der Auffangvorrichtungen unter sich und mit den Erdleitungen. Im Augenblick der Blitzentladung entstehen namentlich in zusammenhängenden Metallmassen, z.B. in den eisernen Dach- und Gebäudekonstruktionen, Gas- und Wasserleitungen, elektrischen Licht- und Telephonleitungen u.s.w. elektrische Schwingungen, die eine solche Stärke annehmen können, daß aus einer Metallmasse in die andre Funken überspringen, die sowohl gefährliche Wirkungen an Menschen und Tieren als auch eine Entzündung leicht brennbarer Stoffe hervorrufen. Ebenso ist das Abspringen des Blitzes vom Blitzableiter selbst in das Innere des Gebäudes möglich, insbesondere wenn dieses bedeutende Metallmassen enthält. Es empfiehlt sich daher, möglichst alle größeren Metallmassen untereinander und mit den Gebäudeleitungen metallisch zu verbinden. Auch die in den Blitzleitungen auftretende Selbstinduktion kann Anlaß zu einem Abspringen des Blitzes oder zu Seitenentladungen geben; es sind deshalb Spiralen, spitze Winkel sowie Auf- und Abbewegungen in der Leitung tunlichst zu vermeiden, und selbst bei den kleinsten Gebäuden füllten statt einer mehrere Leitungen von den Auffangvorrichtungen zur Erde führen. Für kurze Verbindungsstrecken zwischen einzelnen Auffangvorrichtungen und den (verzweigten) Gebäudeleitungen kann man sich mit einfachen Leitungen begnügen. Verzweigte Leitungen aus Eisen sollen nach [1] nicht unter 50 qmm, unverzweigte nicht unter 100 qmm stark sein. Für Kupfer ist die Hälfte dieser Querschnitte ausreichend. Zink ist mindestens vom anderthalbfachen, Blei vom dreifachen Querschnitt des Eisens zu wählen. Die Leitungsverbindungen sind fest, dicht und großflächig herzustellen. Soweit die an den Gebäuden vorhandenen Metallteile (z.B. Metalldächer, Dachrinnen, Regenabfallröhren, Gas- und Wasserleitungen) diesen Anforderungen entsprechen, können sie an die Stelle besonderer Gebäudeleitungen treten.

Die Erdleitungen bestehen aus Metall und schließen an den unteren Enden der Gebäudeleitungen an; sie sollen sich hier unter Bevorzugung feuchter Stellen möglichst weit und großflächig ausbreiten, um einen möglichst widerstandslosen Uebergang der Blitzentladung zur Erde zu vermitteln. Die unterirdischen Rohrnetze der Gas- und Wasserleitungen, die in besonders ausgedehnter und großflächiger Berührung mit der Erde flehen, bilden erfahrungsgemäß die besten Erdleitungen und sollten deshalb, wo immer möglich, an den Blitzableiter angeschlossen werden. Es ist aber darauf zu achten, daß die Verbindungsstelle dauerhaft, fest und metallisch dicht hergestellt wird.

Gebäude, die ganz oder im wesentlichen aus Eisen bestehen (z.B. eiserne Bahnhofshallen, Wellblechschuppen und eiserne Schiffe) sind durch ihre großen Eisenmassen gegen Blitzschaden so gut geschützt, daß hier besondere Blitzschutzvorrichtungen in der Regel entbehrlich sind. Auch bei den Wohngebäuden gewöhnlicher Art mit harter Dachung ist die Blitzgefahr eine lehr geringe; dieselben werden äußerst selten vom Blitz entzündet, und unter zwei Millionen Menschen wird jährlich kaum einer innerhalb eines Wohngebäudes vom Blitz erschlagen. Es besteht daher bei dieser Art von Gebäuden ein Bedürfnis zur Anbringung von Blitzableitern im allgemeinen nur, soweit sie frei und exponiert auf erhöhten Punkten gelegen sind. Kirchtürme sind der Gefahr des Blitzschlages etwa 20 mal mehr ausgesetzt als Wohngebäude, weshalb sich die Anbringung von Blitzableitern an Kirchen und ähnlichen hohen Gebäuden sowie auch an hohen Fabrikschornsteinen empfiehlt. Gefüllte Scheunen und andre zur Aufbewahrung oder Verarbeitung größerer Mengen leicht entzündlicher Stoffe dienende Gebäude werden durch den Blitzschlag in der Regel entzündet und zerstört. Es ist deshalb die Anbringung von Blitzableitern an solchen Gebäuden besonders begründet. Die größte Vorsicht ist geboten bei Gebäuden zur Herstellung und Lagerung explosiver Stoffe. Solche Gebäude umgibt man mit einer vollständigen metallischen Hülle, oder man gestaltet den Blitzableiter nach Art eines Faradayschen Käfigs, von dem bekannt ist, daß bei genügend kleiner Maschenweite keine Elektrizität ins Innere des Käfigs dringt. Bei den besonders gefährlichen Gebäuden zur Herstellung nitroglyzerinhaltiger Sprengstoffe werden neuerdings zwei Blitzableitersysteme nebeneinander angewendet: 1. ein äußeres Netzsystem, das etwa 2 m über dem höchsten Punkte des Gebäudes wagerecht ausgebreitet, seitlich in größerem Abstand von dem Gebäude durch freistehende eiserne Stangen unterstützt und mit einer guten Erdleitung versehen ist; 2. ein weiteres Netzwerk von Drähten, unmittelbar an dem Gebäude angebracht, das den Zweck hat, einen vom äußeren System etwa nicht genügend aufgefangenen Blitz oder eine Teilentladung aufzunehmen, unschädlich abzuleiten und insbesondere das Innere des Gebäudes von elektrischen Spannungen frei zu halten. Außerdem werden die metallenen Gegenstände, die Rohr- und elektrischen Leitungen, im Innern des Gebäudes so angeordnet, daß elektrische Spannungen zwischen den einzelnen Teilen nicht vorkommen und durch die Leitungen nicht ins Innere geführt werden können.

Um den Blitzableiter dauernd in gutem Zustande zu erhalten, sind wiederholte Untersuchungen durch Sachverständige erforderlich, wobei auch zu beachten ist, ob inzwischen Aenderungen an dem Gebäude vorgekommen sind, die entsprechende Aenderungen oder Ergänzungen des Blitzableiters bedingen. Die übliche Messung des elektrischen Leitungswiderstandes der Gebäudeleitungen und des Uebergangswiderstandes der Erdleitung mit dem Galvanometer oder der Wheatstoneschen Brücke hat einen gewissen Wert, wenn sie von richtigen Sachverständigen vorgenommen wird; namentlich bei Anschlüssen an unterirdische Rohrleitungen kann mit Hilfe dieser Messungen ohne das umständliche Geschäft der Bodenaufgrabung gefunden[84] werden, ob die Verbindungsstellen noch gut leitende metallische Kontakte besitzen. Es ist aber nicht rätlich, sich ausschließlich auf das Ergebnis dieser Messungen zu verlassen. Das Resultat kann ein günstiges sein, wenn die Leitungsteile nur noch mit einer Faser zusammenhängen, die aber für den Durchgang des starken Blitzstromes zu schwach ist; umgekehrt kann bei einem schlechten Resultat doch ein so fester Zusammenhang vorhanden und der Uebergangswiderstand im Vergleich zu demjenigen der übrigen möglichen Blitzwege immerhin so gering sein, daß der Entladungsstrom dem vorgezeichneten Weg sicher folgt. Zu berücksichtigen ist, daß bei Vorhandensein mehrerer Erdleitungen zur Messung des Uebergangswiderstandes jeder einzelnen die sämtlichen unter sich zusammenhängenden Gebäudeleitungen bis auf eine von den Erdleitungen getrennt werden müssen, was in vielen Fällen, insbesondere dort, wo metallene Gebäudeteile als Leitungen benutzt werden, mit großen Schwierigkeiten verbunden oder unmöglich ist. Auch flößt die Herstellung der zur Messung des Uebergangswiderstandes einer Erdleitung erforderlichen Hilfserdleitungen häufig auf Schwierigkeiten. Das Sicherste sind wiederholte sachverständige Berichtigungen der Leitungen, nötigenfalls unter Anwendung eines Fernrohrs, und, soweit Zweifel über die Güte der Erdleitung bestehen, das Aufgraben des Bodens und Bloßlegen der Leitung.

Die allgemeine Literatur über Gebäudeblitzableiter findet sich in [2]; Anleitungen zur Vornahme galvanometrischer Messungen sind in [3] gegeben. Im Erscheinen begriffen ist das Werk des Verfassers: Findeisen, Praktische Anleitungen für die Herstellung von Gebäudeblitzableitern, Berlin (Springer).

Blitzableiter elektrischer Schwach- und Starkstromanlagen. Telegraphen- und Telephonleitungen sowie elektrische Leitungen für Beleuchtung und Kraftübertragung sind (insofern sie als Freileitungen auf Stangen geführt werden) dem Blitzeinschlag je nach der örtlichen Lage mehr oder weniger ausgesetzt; viel häufiger aber kommen ohne eigentlichen Blitzschlag elektrostatische Ladungen der Freileitungen durch die atmosphärische Elektrizität vor, oder es können plötzliche elektrische Ströme in denselben dadurch induziert werden, daß irgendwo in der Nähe ein Blitz zur Erde geht oder eine Entladung zwischen zwei über der Leitung befindlichen Gewitterwolken stattfindet. Durch direkte Blitzschläge in die Leitungen können die Drähte geschmolzen und zerrissen, die Isolatoren durchschlagen, die Leitungsstangen zersplittert, die Gebäude, in welche die Leitungen führen, beschädigt oder entzündet, die elektrischen Maschinen und Apparate zerstört und Menschen gefährdet werden, während infolge der obengenannten indirekten Blitzwirkungen gewöhnlich nur Beschädigungen an den Maschinen und Apparaten und lästige Betriebsunterbrechungen vorkommen.

Zur Verhütung dieser Gefahren werden besondere Blitzableiter oder Blitzschutzvorrichtungen für elektrische Schwach- und Starkstromanlagen angewendet. Wegen der verhältnismäßigen Seltenheit von wirklichen Blitzschlägen in elektrische Leitungen verzichtet man in der Regel auf einen Schutz der Leitungsdrähte selbst; nur an besonders blitzschlagreichen Orten wird zuweilen ein besonderer Blitzdraht über den Leitungsdrähten hinweg und in gewissen Abständen von den Leitungsstangen zur Erde geführt. Wenn bei Starkstromanlagen das Drei- oder Mehrleitersystem mit Nulleiter zur Anwendung kommt, läßt sich ein einfacher Blitzschutz dadurch erzielen, daß der Nulleiter, an höchster Stelle geführt, als Blitzdraht verwendet und mit Abständen von ca. 100 m an Erde gelegt wird. – Die Telephonständer auf Häusern werden zum Schutz der letzteren und der Telephonleitungen in der Regel mit gewöhnlichen Gebäudeblitzableitern versehen.

Die Konstruktion der Schwach- und Starkstromblitzableiter beruht im wesentlichen darauf, daß in von der Betriebsleitung abzweigende Ableitungen zur Erde eine oder mehrere kleine Unterbrechungsstellen eingeschaltet werden. Da solche Unterbrechungsstellen dem Uebergang des hochgespannten Entladungsstromes der atmosphärischen Elektrizität zur Erde einen erheblich geringeren Widerstand darbieten als die von der Erde isolierten elektrischen Leitungsdrähte und die eine große Selbstinduktion besitzenden Drahtwicklungen der Maschinen und Apparate, so überspringt die atmosphärische Elektrizität jene Unterbrechungsstellen und läßt die elektrische Anlage unbeschädigt. Durch Einschaltung von Induktionsspulen zwischen den Funkenstrecken und den zu schützenden Apparaten, also durch künstliche Erhöhung der Selbstinduktion in der Betriebsleitung, wird die Wirksamkeit der Blitzschutzvorrichtung erhöht. Bei Starkstromanlagen ist jedoch noch eine weitere wichtige Vorsichtsmaßregel erforderlich. Denn wenn hier in Leitungen verschiedener Polarität gleichzeitig Funkenübergänge durch atmosphärische Entladungen an den Blitzschutzvorrichtungen stattfinden, so ist das Leitungsnetz über den Erdleitungen der Blitzschutzvorrichtungen kurz geschlossen; infolgedessen entstehen Lichtbögen an den Funkenstrecken; dauern diese eine Zeitlang an, so hat dies wegen Abschmelzens der Schmelzsicherungen eine Betriebsstörung und eine Zerstörung der Blitzschutzvorrichtung zur Folge. Es müssen daher die Starkstromblitzableiter Einrichtungen erhalten, durch welche der obenerwähnte Lichtbogen verhindert oder, wenn er entstanden ist, so schnell wie möglich ausgelöscht oder abgerissen wird. Diese Blitzschutzvorrichtungen werden in der Regel beim Uebergang der Freileitungen in die Gebäude innerhalb der letzteren in der Nähe der Stromerzeuger und -verbraucher, der Transformatoren und Apparate angebracht.

Ganz unterirdisch verlaufende elektrische Leitungen bedürfen keines Blitzschutzes; dagegen sind Blitzableiter überall da anzubringen, wo eine Freileitung in ein unterirdisches Kabelnetz übergeht. Jede einzelne Hausinstallation, die an die Freileitung einer elektrischen Zentrale angeschlossen ist, zu schützen, erscheint nicht nötig; es genügen in der Regel Blitzableiter an den Verteilungspunkten der Leitung und an den Enden der Ausläufer. Bei langen exponierten Leitungen in gewitterreichen Gegenden empfiehlt sich jedoch die Anbringung einer größeren Anzahl von Blitzschutzvorrichtungen auch auf der Leitungsstrecke. Da die Starkstromblitzableiter insbesondere bei Hochspannungsanlagen leicht versagen, sind die elektrischen Maschinen, Transformatoren und Apparate an feuersicherem Ort aufzustellen.[85]

Elektrische Signal- und Telephonleitungen sowie elektrische Lichtleitungen mit eignem Stromerzeuger, die ausschließlich im Innern eines Gebäudes verlaufen, bedürfen keines besonderen Blitzschutzes. Es kommen zwar selbst bei Vorhandensein guter Gebäudeblitzableiter öfters Beschädigungen durch Induktionswirkungen vor, doch sind diese in der Regel geringfügiger Natur, und es genügt, daß leicht entzündliche oder explosible Stoffe von den Leitungen und Apparaten, insbesondere von den Unterbrechungsstellen ferngehalten werden. Bei Gebäuden zur Herstellung und Lagerung sehr leicht explosibler Sprengstoffe wird die Einführung elektrischer Leitungen ins Innere der betreffenden Räume womöglich ganz vermieden; andernfalls empfiehlt es sich, wenigstens bei der Einführungsstelle in das Haus oder den Raum eine Vorrichtung anzubringen, durch die beim Anzug eines Gewitters und während der ganzen Dauer desselben die sämtlichen inneren Leitungen von den äußeren vollständig getrennt werden können. Näheres über die Herstellung von Blitzableitern für elektrische Anlagen s. [4].

Literatur: [1] Leitsätze des Elektrotechnischen Vereins über den Schutz der Gebäude gegen den Blitz, Berlin 1903; Neuere Abhandlungen über Blitzableiter in der Elektrotechnischen Zeitschrift 1897, S. 457; 1898, Heft 50 und 51; 1900, S. 323, 340 und 583; 1901, S. 330, 389, 569 und 603; 1902, S. 525. – [2] Rousseau, E.M., Electricité statique, Paratonnerres, Brüssel 1882; Melsens, M., Paratonnerres, notes et commentaires, Brüssel 1882; Report of the lightning rod conference, London 1882; Meidinger, H., Geschichte des Blitzableiters, Karlsruhe 1888; Courtoy, R., und Boulvin, R., De la foudre et des moyens d'en prévenir les dangers, Brüssel 1889; Lecher, E., Neues über Blitzableiter, Wien 1891; Weber, L., Die Blitzgefahr, Nr. 1, Mitteilungen und Ratschläge, betr. die Anlage von Blitzableitern für Gebäude, herausgegeben im Auftrage des Elektrotechnischen Vereins, Berlin 1891; Der Anschluß der Gebäudeblitzableiter an Gas- und Wasserleitungen, Denkschrift des Verbandes deutscher Architekten- und Ingenieurvereine, Berlin 1893; Anleitung für die Anlage von Blitzableitern auf Militärhochbauten einschließlich der Friedenspulvermagazine, Berlin 1893; Findeisen, F., Ratschläge über den Blitzschutz der Gebäude unter besonderer Berücksichtigung der landwirtschaftlichen Gebäude, Berlin 1899; Neesen, F., Die Blitzgefahr, Nr. 2: Einfluß der Gas- und Wasserleitungen auf die Blitzgefahr, herausgeg. im Auftrage des Elektrotechnischen Vereins, Berlin und München 1901; Gemeinfaßliche Belehrung über die zweckmäßige Anlegung von Blitzableitern, im Auftrage des K. sächs. Ministeriums des Innern neu bearbeitet von der K. Technischen Deputation, Dresden 1901. – [3] Nippold, W.A., Die Entstehung der Gewitter und die Prinzipien des Zweckes und Baues der Blitzableiter, mit einem Anhang über die Methoden der Blitzableiterprüfungen, Frankfurt 1897; Anschluß von Blitzableitern an Wasser- und Gasleitungen, Gutachten der K. Akademie des Bauwesens, Zentralblatt der Bauverw. 1898, S. 13; Meidinger, H., Die Anlage der Blitzableiter, Karlsruhe 1899; Lindner, M., Prakt. Anleitung zur Projektierung, Herstellung und Prüfung von Gebäudeblitzableitern, Leipzig 1901. – [4] Neesen, F., Die Sicherungen von Schwach- und Starkstromanlagen gegen die Gefahren der atmosphärischen Elektrizität, Braunschweig 1899; Benischke, Die Schutzvorrichtungen der Starkstromtechnik gegen atmosphärische Entladungen, Braunschweig 1902.

F. Findeisen.