Blitzschutz für Amateurfunk-anlagen

Die meisten Funkamateure wissen wahrscheinlich nicht, welche Folgen ein Blitzeinschlag in Ihre Antennenanlage haben wird. Reichen die getroffenen Maßnahmen aus?

Wenn man übliche Wohngebäude betrachtet und berücksichtigt, dass Blitze bevorzugt in Dach überragende metallene Aufbauten wie Antennenanlagen einschlagen, kann man sagen, dass die Antennenerdung von Dachantennen de facto einen „Blitzschutz light“ für das Shack darstellen. Das ist eine zusätzliche Motivation, die Antennenerdung einer Dachantenne durchzuführen.

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FAQ

Wofür benötige ich einen Blitzschutz für meine Antenne?
Ein Blitzschutz ist notwendig, um Ihre Antenne vor den schädlichen Auswirkungen von Blitzen zu schützen. Dies kann beschädigte Geräte und Verluste von Daten oder Signalen vermeiden.
Wie installiere ich einen Blitzschutz für meine Antenne?
Die Installation eines Blitzschutzes für Ihre Antenne sollte fachgerecht durchgeführt werden. Der Blitzschutz wird direkt am Antenneneingang angeschlossen und mit dem Erdungssystem verbunden, um den Schutz zu gewährleisten.
Welche Art von Blitzschutz ist am besten für meine Antenne geeignet?
Die Art des Blitzschutzes, die am besten für Ihre Antenne geeignet ist, hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie dem Typ und der Größe der Antenne, dem Empfangsbereich und den lokalen Wetterbedingungen.
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Die für Funkamateure (in Gebäuden ohne Blitzschutzsystem) maßgebliche Norm DIN VDE 0800-300 "Funksende-/-empfangssysteme für Senderausgangsleistungen bis 1 kW – Teil 300: Sicherheitsanforderungen" wird derzeit unter Mitarbeit einiger Autoren dieses Beitrags überarbeitet. Die folgenden Ausführungen basieren auf dem aktuellen, noch nicht veröffentlichten Normentwurf, der voraussichtlich in 2024 veröffentlicht wird.

Dieser Beitrag führt in die technischen und organisatorischen Maßnahmen ein, um Antennenerdung und Blitzschutz für stationäre Amateurfunkstellen durchzuführen. Zusätzliche Überspannungsschutzmaßnahmen sind dann sinnvoll, wenn elektrische Geräte im Shack und ggf. im Shack geschützt werden sollen.

BEGRIFFE

  • Funkanlage (Amateurfunkstelle):

    Eine Funkanlage ist die Gesamtheit aus fest installierter Antennenanlage, Funkgeräten, Antennen- und Stromkabel, Stromversorgung, Systemtechnik und zugehöriger Infrastruktur.

  • Antennenerdung:

    Elektrische Verbindung einer Antennenanlage mit einer Erdungsanlage, damit die bei einem Blitzeinschlag in die Antennenanlage auftretenden Blitzströme in die Erde eingeleitet werden.

  • Potentialausgleich:

    Herstellen elektrischer Verbindungen zwischen leitfähigen Teilen wie z. B. Antennenmast, Schirme von Koaxkabeln, Metallgehäusen von Funkgeräten, um Potentialgleichheit zu erzielen. Geschieht dies zum Schutz von Personen, werden die Maßnahmen Schutzpotentialausgleich genannt.

  • Blitzschutz, Blitzschutzsystem:

    Schutzmaßnahmen gegen Auswirkungen von Blitzentladungen auf Personen, bauliche Anlagen und technische Einrichtungen. Die aufeinander abgestimmten Schutzmaßnahmen werden Blitzschutzsystem genannt.

  • Überspannungsschutz:

    Schutzmaßnahmen gegen die Auswirkungen von Überspannungen. Dazu gehören der Einsatz von Überspannungsschutzgeräten oder die Schirmung von Geräten und Kabeln.

Aus diesen Definitionen lassen sich bereits wichtige Aussagen ableiten:

  • Antennenerdung:

    Antennenerdungist weder Blitzschutz noch (Schutz-)Potentialausgleich, sondern das Einleiten von Blitzströmen von der Antenne in die Erde; dadurch werden Brand und Personenschaden durch Blitzströme verringert, Sachschaden z. B. an Elektrogeräten ist trotzdem wahrscheinlich.

  • Potentialausgleich:

    Potentialausgleich verringert Berührungsspannung und ist damit die wichtigste Maßnahme für den Personenschutz; Sachschaden z. B. an Elektrogeräten ist trotzdem wahrscheinlich.

  • Überspannungsschutz:

    Überspannungsschutz schützt Geräte + Technik; technisch gesehen wird ein Potentialausgleich für aktive Leiter mit Überspannungsschutzgeräten hergestellt.

HINWEIS

Dieser Beitrag enthält allgemeine technische Informationen zu Antennenerdung und Blitzschutz. Eine eigene Überprüfung der jeweils erforderlichen Handlungsweise durch die anwendende Person bleibt daher immer unentbehrlich. Die Autoren haben diese Information mit großer Sorgfalt verfasst. Dennoch können sie weder eine explizite noch eine implizite Gewährleistung für die Korrektheit, Vollständigkeit oder Aktualität des Dokuments übernehmen. Die Anwendung geschieht in dem Bewusstsein, dass die Autoren für Schäden oder Verluste jeglicher Art nicht haftbar gemacht werden können.

Beim Blitzschutz benötigt es keine Rechtsberatung. Hier sind Experten gefragt!

Blitzableiter für Antennen: Durch Erdung Sicherheit

Wichtiger Hinweis:Dieser Text betrifft nur Gebäude ohne Blitzschutzsystem. Wer eine Funkanlage in einem Gebäude mit Blitzschutzsystem betreibt, siehe Teil 3.

Amateurfunkantennen werden häufig oberhalb von Gebäudedächern installiert und sind damit bevorzugte Einschlagpunkte von Blitzen. Die Antennenanlage muss deshalb so aufgebaut sein, dass durch Blitze keine zusätzliche Brandgefahr entsteht und keine Teile abgesprengt werden können, die Personen oder Sachen gefährden.

Bild 2: Antennenerdung / DARC AK Antennenerdung

Bild 4: Antenne im Blitzeinschlag geschützten Bereich: (a) Fangstange, (b) an Gebäudewand, (c) außerhalb des Gebäudes, (d) im Gebäude / DARC AK Antennenerdung

Antenne

  1. Verwenden von blitzstromtragfähigen Antennen – im Amateurfunk unüblich
  2. Installation von Antennen in Blitzeinschlag geschützten Bereichen – für Ortsfunk, Relaisverbindungen oder QO100-Antennen möglich (Bild)
  3. Zulassen von Blitzeinschlägen in Antennen bei akzeptierbaren Sachschäden

Die letzte Vorgehensweise wird im Amateurfunk die häufigste sein. Dann kommt es zu Blitzüberschlägen zwischen Antennen und den nächsten geerdeten Teilen, in der Regel das Antennenkabel und der Antennenmast. Achtung: Brandgefahr durch Entfernen von brennbarem Material verringern!

Erdungsleiter

Der Erdungsleiter stellt eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen den Antennen und einer Erdungsanlage her. Dazu wird üblicherweise ein Kupferleiter mit mindestens 16 mm² Querschnitt genutzt. Er soll möglichst außerhalb des Gebäudes auf kürzestem Weg vom Antennenmast zur Erdungsanlage geführt werden.

Erdungsanlage

Im einfachsten Fall wird die Gebäudeerdungsanlage verwendet. Weitere Hinweise siehe Teil 5.

Bild 5: Potentialausgleich mit Überspannungsschutzgeräten für koaxiale Antennenkabel / DF4KJ

Potentialausgleich im Fokus: Schutzmaßnahmen verstehen

Der „Potentialausgleich“ ist die wichtigste Maßnahme zum Schutz von Personen und Technik: Alles Metallene wird direkt oder indirekt über Leiter oder Überspannungsschutzgeräte miteinander und ggf. mit der Erde (dem Erdpotential, der "fernen Erde") verbunden. Für den Personenschutz wird alles Metallene betrachtet, das mit ausgestreckten Armen berührbar ist und unterschiedliche Potentiale führen kann.

Potentialausgleichsleiter= Kupferleiter mit mindestens 4 mm² Querschnitt (bei geschützter Verlegung z. B. in einem Kabelschutzrohr 2,5 mm²) eingesetzt, für Leiter zwischen Potentialausgleichsschienen und der Haupterdungsschiene 6 mm².

Bild 6: Potentialausgleich an mehreren Stellen / DARC AK Antennenerdung

Wegen der hohen Blitzströme reicht der Potentialausgleich an der Haupterdungsschiene (im Keller) nicht aus! Deswegen muss zusätzlich ein örtlicher Potentialausgleich (Bild) durchgeführt werden, z. B.

  1. an der Antennenbefestigung
  2. beim Eintritt der Antennenkabel in das Shack
  3. im Shack
  4. bei freistehenden Antennenmasten und langen Kabeln am Mastfuß
    1. Diese zusätzlichen Potentialausgleichsschienen werden mit der Haupterdungsschiene verbunden.

Potentialausgleich im Shack

Bild 7: Potentialausgleich im Shack / DARC AK Antennenerdung

Shack: Optimale Blitzschutzanlage

Bild 9: Bestandteile eines Blitzschutzsystems nach VDE 0185-305-3 / VDE

Anwendungsfälle

1 Blitzschutzsystem behördlich gefordert, freistehender Antennenmast
Antennenmast
Antennenerdung + Potentialausgleich
Shack
  • Potentialausgleich mit SPDs*
  • nur durch Blitzschutz-Fachkraft
2 Blitzschutzsystem behördlich gefordert z. B. Hochhaus
Worst Case: nur durch Blitzschutz-Fachkraft
Antennenmast
Antennen durch Fangstangen vor Blitzeinschlag schützen
Shack
  • Ggf. isolierte Ableitungen verwenden
  • Temporärer Aufbau von Antennenanlagen
3Blitzschutzsystem freiwillig errichtet, Funkamateur alleiniger Nutzer
Wird Verringerung der Schutzwirkung des Blitzschutzes akzeptiert? Minimum: Antennenerdung + Potentialausgleich nach VDE 0855-300
4Blitzschutzsystem freiwillig errichtet, Mehrparteienhaus
wie 3., Vorgehensweise mit anderen Parteien abstimmen Tipp: Blitzschutz-Fachkraft einbeziehen

Weitere allgemeine Informationen zum Blitzschutz siehe z. B. VDE e.V. :

*SPD = Überspannungsschutzgerät

Überspannungsschutz: Funktechnik schützen

Bild 10: Überspannungsschutzgeräte für koaxiale Antennenkabel am Mastfuß / DF4KJ

Überspannungsschutzgeräte (Kurzbezeichnung SPD = (en) Surge Protective Device) müssen für den jeweiligen Anwendungsfall passend ausgewählt und installiert sein:

  1. Treten direkte oder indirekte Blitzströme auf? → Strom 10/350 µs oder 8/20 µs relevant
  2. Wie hoch ist schätzungsweise der Blitzstrom an dieser Stelle?
  3. Wie hoch ist der maximale Nennstrom oder die Nennleistung?
  4. Wie hoch ist die maximale Betriebsspannung?
  5. Welche Anschlüsse (Stecker/Buchse) muss das Überspannungsschutzgerät besitzen?
  6. Wie hoch ist die maximal erlaubte Überspannung (Spannungsfestigkeit)?

SPDs werden grob drei Anwendungsfällen zugeordnet:

SPDs Typ 1 / D1 = Blitzstromableiter: leiten Blitzströme zur Erde / Schutzleiter ab; die Ansprechspannung ist relativ hoch; maximale Höhe des Stoßstroms (10/350 µs bzw. 8/20 µs) laut Datenblatt beachten

SPDs Typ 2 / D2 = Überspannungsableiter: Leiten Überspannungen zur Erde / Schutzleiter ab; leiten geringe Blitzströme (8/20 µs) zur Erde / Schutzleiter ab; bei größeren Blitzströmen Zerstörung

SPDs Typ 3 / D3 = Überspannungsableiter: mit geringeren Ansprechspannungen, meist in Kombination mit SPD Typ 2 / D2

Tipp

Wenn ein Gerät geschützt werden soll, muss ein Überspannungsschutz für alle mit dem Gerät verbundenen Leitungen vorgesehen werden.

Wichtig

Erdungsanlage: Eine oder mehrere?

Bei einem freistehenden Antennenmast wird im Fundament meist ein Flacheisen als Fundamenterder eingelegt. Dieser Erder wird mittels einer Potentialausgleichsleitung mit der Haupterdungsschiene verbunden.

Bei Antennenmasten auf Gebäuden wird der Erdungsleiter vorteilhaft am Gebäude außen (ansonsten im Gebäude) installiert. 3 Möglichkeiten für den Anschluss an eine Erdungsanlage:

  1. Gebäudeerder z. B. über eine bereits vorhandene Anschlussfahne an der Außenmauer
  2. Haupterdungsschiene, mit dieser ist der Gebäudeerder verbunden
  3. separate Erdungsanlage; diese wird mit einer Potentialausgleichsleitung mit der Haupterdungsschiene des Shack verbunden.

Bild 11: Erdungsanlagen für Antennenerdung / DARC AK Antennenerdung

VDE-Normen:
Warum sie für Sicherheit sorgen

Bild 12: Deckblatt der Norm DIN VDE 0855-300:2008 Funksende-/-empfangssysteme für Senderausgangsleistungen bis 1 kW - Teil 300: Sicherheitsanforderungen / DKE

Es gibt kein Gesetz, keine Verordnung, dass Antennenerdung eine notwendige Pflicht wäre. Allerdings gilt der Grundsatz, dass VDE-Normen den anerkannten Stand der Technik widerspiegeln. Wer davon abweicht, muss im Schadensfall ggf. nachweisen, dass alle notwendigen und zumutbaren Vorkehrungen getroffen wurden, um Schäden anderer zu verhindern. Damit sind diejenigen Maßnahmen gemeint, die ein umsichtiger und verständiger, in vernünftigen Grenzen vorsichtiger Mensch für notwendig und ausreichend hält, um andere vor Schäden zu schützen (siehe Wikipedia - Verkehrssicherungspflicht). Das ist erfüllt, wenn die üblichen Schutzmaßnahmen wie Antennenerdung und Potentialausgleich ausgeführt sind. Ein solches Gebäude ist im Grunde besser gegen Blitzwirkungen geschützt als ohne Funkanlage.

In Anerkennung des experimentellen Charakters des Amateurfunks wurde in der Norm VDE 0855-300:2023-xx im Abschnitt 7 vermerkt, dass die in der Norm formulierten Schutzmaßnahmen nicht unbedingt vollumfänglich eingehalten werden müssen; die Maßnahmen des Schutzpotentialausgleichs sind jedoch bevorzugt umzusetzen. Damit sind Antennentypen gemeint, bei denen eine Antennenerdung nicht möglich ist. Oder es wird eine soeben selbstgebaute Antenne in einem temporären Aufbau getestet. Gleichwohl müssen die Schutzziele - Verringerung von Personengefährdung und Brand nach Blitzeinschlag - berücksichtigt und alternative Maßnahmen ergriffen werden. Zumindest sollte man sich darüber Gedanken machen und dies schriftlich dokumentieren.

Fazit:

Antennenerdung nach VDE 0855-300 ist - bis auf wenige Ausnahmen - keine gesetzliche / behördliche Pflicht, aber anerkannter Stand der Technik und somit grundsätzlich anzuwenden. Abweichungen müssen gut begründet und möglichst auch dokumentiert sein.

Wichtige Normen zu Antennenerdung und Blitzschutz

DIN EN 60728-11 (VDE 0855-1):2019-02 Kabelnetze für Fernsehsignale, Tonsignale und interaktive Dienste - Teil 11: Sicherheitsanforderungen (IEC 60728-11:2016 + COR1:2016); Deutsche Fassung EN 60728-11:2017 + A11:2018

DIN VDE 0855-300 (VDE 0855-300):2008-08 Funksende-/-empfangssysteme für Senderausgangsleistungen bis 1 kW - Teil 300: Sicherheitsanforderungen

DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3):2011-10 Blitzschutz - Teil 3: Schutz von baulichen Anlagen und Personen (IEC 62305-3:2010, modifiziert); Deutsche Fassung EN 62305-3:201

Weiterführende Informationen, Literatur

Baumanns, H.: Der falsch verstandene Überspannungsschutz. Funkamateur 10/2009, Box73 Amateurfunkservice

Bissinger, N.: Schutzmaßnahmen verstehen und anwenden. cq DL 8/2017, DARC-Verlag

Blauermel, R.: Blitzschutz für Antennenanlagen. Funkamateur 7/2019, Box73 Amateurfunkservice

Block, R.: Lightning Protection and Grounding Project at W2MMD. QST 7/2022

Ellison, T.: Grounding Systems in the Ham Shack – Paradigms, Facts and Fallacies. https://helpdesk.flexradio.com/hc/en-us/articles/204779159-Grounding-Systems-in-the-Ham-Shack-Paradigms-Facts-and-Fallacies (abgerufen am 20.02.2023)

Friese, W.: Blitze und Gewitter funktechnisch betrachtet (1)+(2). Funkamateur 4+5/2005, Box73 Amateurfunkservice

Hann, W.: Überspannungsschutz bei KW-Antennen. Funkamateur 11/2006, Box73 Amateurfunkservice

Heidler, F.; Stimper, K.: Blitz und Blitzschutz. VDE Schriftenreihe 128. VDE Verlag, 2009

Krischke, A.: Rothammels Antennenbuch, Kapitel 34.3 Blitz- und Erdungsgrundlagen. 13. Auflage, 2014. DARC-Verlag

Lechner, D.: Blitzschlag - sind Sie gerüstet?. Funkamateur 1/1972, Box73 Amateurfunkservice

Maneck, H.-J.: Blitzschutzsystem für die Amateurfunkstation. Funkamateur 3/1996, Box73 Amateurfunkservice

OBO Bettermann: Sicherer Blitz- und Überspannungsschutz (Video) https://www.youtube.com/watch?v=8basjDr0Ik0 (abgerufen 30.05.2023)

Österreichischer Verband für Elektrotechnik: Blitz- und Überspannungsschutz sowie Erdung von Antennen und Antennenanlagen. OVE-Fachinformation BL02. 2021-02-01

Patterson, R.: Lightning in Super Slow Motion (Video) https://www.youtube.com/watch?v=RLWIBrweSU8 (abgerufen 30.05.2023)

Raphael, T.: Blitzschutz und Antennenerdung. Funkamateur 1/2010, Box73 Amateurfunkservice

Roth, W.-D.: Blitzschutz - eine sinnvolle Basis für die Funkanlage. Funkamateur 6/2010, Box73 Amateurfunkservice

Schröder R.; Müller, K.-P.: Blitz-/Überspannungsschutz von Funkanlagen. cq DL 3/1992, DARC-Verlag

Sichla, F.: Blitz- und Überspannungsschutz: Für Antennen, Geräte und Anlagen. vth Verlag, 2011

Sichla, F.: Blitz- und Überspannungsschutz für Amateurfunkanlagen. Funkamateur 7/2009, Box73 Amateurfunkservice

Sichla, F.: Blitzschutz & Co: Funken – aber sicher! cq DL 5/1999, DARC-Verlag

Sichla, F.: Blitzschutz im Shack. cq DL 8/2017, DARC-Verlag

VDE e.V.: Schutz von Funkanlagen auf Gebäuden bei Blitzschlag - Leitfaden für die Anwendung von DIN VDE 0855-300 (Antennenerdung) und DIN EN 62305 (Blitzschutz). VDE Information Blitzschutz. www.vde.com/blitzschutz-funkanlagen (abgerufen am 20.01.2023)