Blitzeinschlag: Yachten-Schaden-Schutz durch Potenzialausgleich (DDCE)

Gewitter stellen ein ernstes Risiko für Yacht, Ausrüstung und Crew dar

Auf See ein Gewitter zu erleben, ist leider nicht immer vermeidbar. Diese Naturspektakel sind nicht nur beeindruckend anzusehen, sondern bergen auch erhebliche Gefahren für die Yacht, die Bordelektronik und die Crew. Anders als Häuser an Land sind Yachten auf See besonders exponiert und nur selten durch ein verlässliches Blitzschutzsystem geschützt. Schlägt der Blitz in den Mast, sucht er sich gnadenlos einen Weg durch das Boot in Richtung Wasser. Im besten Fall fällt dabei nur die Elektronik der Yacht aus, im schlimmsten Fall schlägt die Yacht leck, fängt Feuer oder ein Crewmitglied wird verletzt.

Nur ein durchdachtes Blitzschutzsystem kann Schäden durch Blitze weitgehend verhindern. Ein einfacher Blitzableiter auf dem Mast reicht dafür üblicherweise nicht aus. Benötigt werden spezielle, auf Yachten abgestimmte Systeme und eine fachgerechte Installation. Noch besser sind Systeme, die, anders als ein Blitzableiter, verhindern, dass die gewaltigen Stromstärken eines Blitzes überhaupt erst durch die Yacht abgeleitet werden müssen. Diesen Ansatz verfolgt das Blitzschutzsystem DDCE von dinnteco. Wie es funktioniert und welche weiteren Schutzvorrichtungen gegen Schäden durch Blitzschlag noch bedacht werden müssen, beschreibt dieser Beitrag.

Warum Blitze gerne in Masten einschlagen – das Zusammenspiel von Himmel und Erde

Bei einem Gewitter baut sich zwischen den meist negativ geladenen Gewitterwolken und der positiv geladenen Erde eine enorme elektrische Spannung auf. An einigen Stellen sammelt sich diese Ladung in besonders starken Spannungsfeldern. In diesen Spannungsfeldern entstehen Blitze. Aus den Wolken schießen zunächst sogenannte Vorentladungen, das sind negativ geladene, stufenweise nach unten wandernde Leitkanäle. Gleichzeitig treten am Boden Fangentladungen auf, insbesondere an hohen Objekten wie Kirchtürmen, Strommasten oder Geräteträgern, da die Ladungskonzentration dort besonders hoch ist.

Wenn eine Vorentladung aus der Wolke und eine Fangentladung vom Boden aufeinandertreffen, schließt sich der Blitzkanal und die Hauptentladung erfolgt. Oder anders formuliert: Der Blitz schlägt ein. Eine Hauptentladung besteht häufig aus mehreren aufeinanderfolgenden Teilentladungen, die nacheinander durch den gleichen Kanal rauschen und Stromstärken von bis zu 100.000 Ampere erreichen können.

Blitzschutz auf Yachten ist deutlich komplexer als an Land

An Land ist der Blitzschutz von Gebäuden vergleichsweise einfach zu realisieren. Meistens reicht ein einfacher Blitzableiter in Form eines Metallstabs auf dem Dach, der den Blitz abfängt und über eine Leitung in die Erde ableitet. Diese Form des Blitzschutzes ist auf Yachten herausfordernd. Grund dafür ist der geringe Platz. Während Gebäude an Land meist über ausreichende Abstände verfügen, um Blitzströme kontrolliert außen abzuleiten, sind auf Yachten Leitungen, Metallstrukturen wie das Rigg und empfindliche Bordelektronik auf engstem Raum installiert.

Die für einen zuverlässigen Blitzschutz notwendigen Abstände zwischen Blitzableitung und bordeigenen Systemen und Strukturen lassen sich daher praktisch kaum oder gar nicht einhalten. Die Folge sind häufig chaotische Überschläge von Blitzen oder starke induktive Nebeneffekte. Diese können insbesondere in der Yachtelektrik und -elektronik, aber auch an Personen an Bord oder dem Rumpf und den Aufbauten der Yacht erhebliche Schäden anrichten.

Erschwerend kommt bei der Blitzabwehr beziehungsweise dem Blitzschutz auf Yachten hinzu, dass anders als an Land auch ein Blitz, der nicht direkt, sondern in der Umgebung einschlägt, Schäden anrichten kann. Ein durch den Blitzeinschlag in der näheren Umgebung erzeugter elektromagnetischer Impuls (EMP) breitet sich über das Wasser wesentlich besser aus als über die Erde. So können beispielsweise die Motorwelle, die Erdungsplatten oder andere mit der Yachtelektrik verbundene Installationen indirekt einen Weg für einen Blitz, der eigentlich nur ins umgebende Wasser einschlägt, ins Innere der Yacht ermöglichen.

Selbst das Festmachen in einem Yachthafen kann eine Gefahr bei Gewitter darstellen. Grund dafür sind Fehler bei der Installation der Hafenelektrik. Im schlimmsten Fall kann ein Blitzeinschlag, der in die Elektrik an Land einschlägt, Teile seiner zerstörerischen Energie über den Landstromanschluss in die Yacht entladen. So gesehen ist es ratsam, bei einem Gewitter die Landstromverbindung präventiv zu entfernen.

Um eine Yacht vollständig vor Blitzeinschlag zu schützen, sind mehrere Systeme nötig

Das DDCE-System verhindert direkte Blitzeinschläge

Das „Electromagnetic Charge Compensation Device“ (DDCE – Elektromagnetische Ladungsausgleichsvorrichtung) arbeitet eher vorbeugend als eine Art elektromagnetische Schutzvorrichtung. Im Gegensatz zu einem Blitzableiter versucht diese, einen direkten Blitzeinschlag in die Yacht nicht umzuleiten, sondern schon im Vorfeld zu verhindern. Dies wird durch einen kontinuierlichen Potenzialausgleich zwischen Himmel und Erde ermöglicht.

Überschüssige negative Ladungen aus der umgebenden Luftschicht werden vom auf der Mastspitze installiertem DDCE aufgenommen, über ein Kabel zu einer Erdungsplatte am Rumpf weitergeführt und in das Wasser, also die Erdung, abgeleitet. Dadurch werden positiv geladene Aufwärtsströme unterbunden, also die Ströme, die den entscheidenden Verbindungskanal zwischen dem Boden und einer Gewitterwolke herstellen. Ohne diesen zuvor beschriebenen Blitzkanal kann sich innerhalb des Wirkungsradius des Geräts kein Blitz entwickeln.

Vor indirekten Blitzeinschlägen schützt ein Erdungsfilter

Um Schäden an der Bordelektronik durch einen in der Umgebung einschlagenden Blitz zu verhindern, ist es empfehlenswert, einen speziellen Filter in die Leitung zwischen der Erdungsplatte und der Weiterleitung durch die Yacht zu installieren. DINFIL-Erdungsfilter schützen, indem sie hochfrequente Impulse, die durch die Erdungsplatte aufgenommen wurden, herausfiltern. Zusätzlich leiten sie niedrigfrequente Ströme über einen Überspannungsschutz sicher zurück ins Wasser.

Eine spezielle Sicherung für den Landanschluss

Die im normalen Bordgebrauch verwendeten Schutzschalter am Landstromanschluss, wie Sicherungen und FI-Schalter, bieten bei einem Blitzeinschlag keinen ausreichenden Schutz. Selbst eine vollständige galvanische Trennung, wie sie häufig bei Yachten mit Metallrümpfen zum Einsatz kommt, kann nicht hundertprozentig verhindern, dass ein Blitz überspringt und Schaden anrichtet. Ein sogenannter „Search Protector” ist die sicherste Option. Dieser leitet im Extremfall die über den Landanschluss eingehende Spannung eines Blitzes auf die Erdungsplatte und damit ins Wasser um.

Blitzschutz auf Yachten: Installation und Planung

Der Installationsaufwand für die dinnteco-Blitzschutzvorrichtungen ist gering. Es muss keine aufwendige Elektronik installiert werden. Um einen zuverlässigen Schutz zu gewährleisten, sind jedoch Fachkenntnisse in den Bereichen Installation im Rigg, einfache GFK-Arbeiten und Elektrik erforderlich.

Die Masteinheit des DDCE muss stabil auf der Mastspitze montiert werden. Wichtig ist, dass sie der höchste Punkt der Yacht ist; die Funkantenne darf beispielsweise nicht über das DDCE hinausragen. Gegebenenfalls muss die Funkantenne daher an anderer Stelle installiert werden. Vom DDCE muss ein Kabel mit einem Kabelquerschnitt von mindestens 25 Quadratmillimetern zur Erdungsplatte verlegt werden. Das Kabel wird dazu im Normalfall durch den Mast gezogen.

Bei Yachten mit Metallrümpfen ist keine Erdungsplatte nötig; hier reicht es, das Kabel direkt an den Rumpf anzuschließen. Bei anderen Rumpfmaterialien wird die Erdungsplatte, ähnlich wie ein Borddurchlass für ein Seeventil, durch den Rumpf gebolzt, verschraubt und verklebt.

Grundsätzlich gibt es viele verschiedene Erdungsplatten für den Blitzschutz am Markt und keine klaren Vorschriften, was eine „richtige“ Erdungsplatte ist. Sehr gut funktionieren massivere Erdungsplatten mit einer Fläche von mindestens 0,1 Quadratmetern. Typischerweise haben diese Platten eine Abmessung von 0,5 mal 0,2 Metern. Bei Mehrrumpfyachten, wie Katamaranen oder Trimaranen, muss jeweils eine Platte pro Rumpf montiert werden. Dynaplates, beispielsweise für die Erdung einer Kurzwellen-Funkanlage, sind für den Blitzschutz ungeeignet.

Leider entstehen Ladungen, die von Blitzen ausgelöst werden können, nicht nur am höchsten Punkt einer Yacht. Es muss auch verhindert werden, dass sich an anderen Stellen, beispielsweise in den Wanten oder Stagen, Ladungen aufbauen. Dazu sind weitere Planungsschritte nötig. Mithilfe der Theorie der rollenden Kugel (Rolling Spheres) lässt sich ermitteln, welche Bereiche auf der Yacht noch im Gefahrenbereich liegen und ohne Potenzialausgleich einen Vorblitz oder Blitzkanal erzeugen können. Dazu wird ein imaginärer Kreis mit einem Radius von 20 Metern (Durchmesser 40 Meter, Blitzschutzklasse 1) gezogen. Dieser wird mit dem Rand an der Mastspitze angesetzt und um sie herumgerollt, bis er das Wasser berührt. Alle größeren elektrisch leitenden Teile, die den Kreis berühren, sind für den Potenzialausgleich relevant und müssen mit der Erdungsplatte verbunden sein. In den meisten Fällen ist das mindestens das Rigg.

Während bei Metallrümpfen meist automatisch eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Rumpf und Rigg besteht, muss bei Yachten aus Kunststoff eine zusätzliche Verbindung hergestellt werden. Normalerweise geschieht das über die innere Verschraubung der Püttinge oder den Mastfuß, die mittels eines Kabels mit einem Querschnitt von mindestens 16 Quadratmillimeter an die Erdungsplatte angeschlossen werden. Während bei leitenden Aluminiummasten mit Edelstahldrähten oftmals nur ein Kontaktpunkt des Riggs ausreicht, muss bei anderen Konstruktionen, beispielsweise Masten aus Carbon, genauer hingeschaut werden.

Tipp: Eine Widerstandsmessung mit einem Multimeter gibt Aufschluss darüber, ob alle für den Blitzschutz relevanten Teile mit der Erdungsplatte verbunden sind. Der Widerstand sollte dabei unter 10 Ohm liegen.

Je höher der Mast und je länger die Yacht ist, desto mehr würde sich die Kugel in Richtung Deck bewegen. Besteht an den Wanten und Stagen jedoch ein Potentialausgleich, kann die imaginäre Kugel weiter an ihnen hinab Richtung Wasser gerollt werden. Trotzdem muss aufgepasst werden: Alle weiteren elektrisch leitenden Aufbauten die mit der Kugel in Kontakt kommen, wie beispielsweise Geräteträger, Bugkorb oder Reling, benötigen ebenfalls einen Potentialausgleich.

Die DINFIL-Erdungsfilter zum Schutz vor indirekten Blitzeinschlägen werden bei der Installation in die Kabelwege zu den Erdungspunkten integriert. Dabei ist wichtig, dass jeder Erdungspunkt der Yacht mit einem separaten Filter geschützt wird.

Die Installation des „Search Protectors“ zum Schutz des Landstromanschlusses ist ähnlich einfach: Er wird in den bestehenden Landstromanschluss integriert und mit der Erdungsplatte verbunden.

Fazit

Gewitter sind schwer vorhersagbare Naturphänomene. Der Blitzschutz von Yachten ist zudem komplex und lässt sich nicht so einfach wie an Land – etwa bei einem Haus – lösen. Richtig umgesetzt, tragen die Vermeidung direkter Einschläge durch Systeme wie das DDCE von Elna, der Schutz vor indirekten Störungen mittels Erdungsfiltern und die Absicherung des Landanschlusses dazu bei, die Risiken für Yacht, Elektronik und Crew erheblich zu minimieren.

Beim Thema Blitzschutz können kleine Fehler schwerwiegende Folgen haben! Die Installation sollte deshalb am Ende immer von einer fachkundigen Person abgenommen werden. Nur so kann sichergestellt werden, dass die Yacht im Ernstfall auch wirklich vor einem Blitzeinschlag geschützt ist.

Mehr dazu ist auch hier zu finden: www.elna.de