DGUV Information 214-038 - Gewitter auf dem Vorfeld von Verkehrsflughäfen Gefähr...

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Abschnitt 1.3, Gefährdungen durch Blitzereignisse
Abschnitt 1.3
Gewitter auf dem Vorfeld von Verkehrsflughäfen Gefährdungen und Schutzmaßnahmen (bisher: BGI/GUV-I 5144)
Titel: Gewitter auf dem Vorfeld von Verkehrsflughäfen Gefährdungen und Schutzmaßnahmen (bisher: BGI/GUV-I 5144)
Normgeber: Bund
Amtliche Abkürzung: DGUV Information 214-038
Gliederungs-Nr.: [keine Angabe]
Normtyp: Satzung

Abschnitt 1.3 – Gefährdungen durch Blitzereignisse

Bei möglichen Gefährdungen durch Gewitter und Blitzereignisse wird überwiegend nur an die Verletzung oder Tötung von Personen durch direkten Blitzeinschlag gedacht. Leider ist diese Denkweise auch bei vielen Gefährdungsbeurteilungen anzutreffen, woraus sich gravierende und sicherheitsrelevante Versäumnisse ergeben können.

Gefährdungen durch Gewitter und Blitzereignisse werden verursacht durch elektrische und nicht-elektrische sowie direkte und indirekte Wirkungen auf den Menschen.

1.3.1
Elektrische Gefährdungen

Elektrische Gefährdungen bei Gewittern und Blitzereignissen beruhen im Wesentlichen auf Durchströmungen des menschlichen Körpers mit elektrischem Strom. Daher sind Erkenntnisse von Elektrounfällen auf direkte und indirekte Blitzunfälle weitgehend übertragbar.

Direkte Wirkungen:

Wesentlicher Unterschied zum normalen Wechselstromunfall ist der schnelle zeitliche Ablauf eines Blitzereignisses, wobei der Scheitelwert des Blitzstroms bereits nach circa 10 µs erreicht wird.

Der größte Teil des Blitzstroms dringt daher nicht in den menschlichen Körper ein sondern fließt über dessen Oberfläche ab (Skineffekt). Nur ein geringer Teil führt zur eigentlichen Körperdurchströmung die zur Reizung von Nerven-, Muskel- und Sinneszellen sowie zur Beeinflussung der Herzaktion führen kann. Je nach Höhe des Körperstroms können sich reversible oder irreversible biologische Wirkungen ergeben.

Reversible Gesundheitsschädigungen sind z.B. Taubheitsgefühl und Lähmungserscheinungen in den betroffenen Körperteilen, Störungen des Gleichgewichtssinns und vorübergehende Bewusstseinsstörungen.

Bei höheren Stromstärken, die an den Ein- und Austrittstellen am Körper so genannte "Strommarken" hinterlassen können, kann es zu Herzkammerflimmern, bis hin zu dauerhaften Schäden des zentralen Nervensystems und des Herzens kommen. Möglich ist auch ein akuter Atem- und Herzstillstand oder der Tod des Betroffenen.

Indirekte Wirkungen:

Indirekte Gefährdungen bei Gewittern können aufgrund von Influenz- und Induktionswirkungen durch die bei Blitzereignissen auftretenden raschen Veränderungen in den elektrischen und magnetischen Feldern - auch über große Distanzen - hervorgerufen werden.

Abb. 3 Indirekte Gefährdungen an leitfähigen Objekten in Bodennähe aufgrund von Influenz

Influenzwirkungen

Durch die elektrische Ladung der Gewitterwolke werden am Boden und auf allen in Bodennähe befindlichen Objekten Ladungen influenziert.

Die negative Wolkenladung ruft an der Oberseite des Flugzeugs eine positive Influenzladung hervor - siehe Abbildung 3a) - die an der Unterseite des Flugzeugs durch eine gleich große negative Spiegelladung kompensiert wird. Das Flugzeug ist trotz dieser erzwungenen Ladungstrennung weiterhin potentialfrei. Die am Erdboden auftretende positive Influenzladung wiederum kompensiert die an der Flugzeugunterseite vorhandene negative Ladung.

Über vorhandene Leckwiderstände, wie z.B. Fahrwerk und angeschlossene Versorgungsleitungen, können sich die bodennahen Ladungen ganz oder teilweise aufheben - siehe Abbildung 3b).

Die an der Oberseite des Flugzeugs vorhandene positive Ladung wird jedoch weiterhin durch die entsprechende Ladung der Gewitterwolke fixiert. Wird jedoch durch eine - auch weit entfernte - Blitzentladung die Ladung der Gewitterwolke verringert oder entfernt, so bleibt ein geladenes Flugzeug zurück, an dem gefährliche Berührungsspannungen und -ströme auftreten - siehe Abbildung 3c). Diese können ähnliche Gefährdungen wie ein direkter Blitzschlag für Personen in unmittelbarer Nähe des Luftfahrzeugs oder die mit ihm in Kontakt stehen, zur Folge haben.

Induktionswirkungen

Gemäß dem Induktionsgesetz rufen zeitlich veränderliche Magnetfelder in leitfähigen Gebilden Spannungen hervor, die umso höher sind je schneller die zeitliche Änderung erfolgt und je höher das Magnetfeld ist. Da die Stromstärke dem auftretenden Magnetfeld proportional ist und Blitzereignisse gleichzeitig mit hohen Stromänderungsgeschwindigkeiten und damit schnellen zeitlichen Änderungen des Magnetfelds einhergehen, können an allen leitfähigen Gebilden gefährliche Berührungsspannungen und -ströme auftreten. Auch hier ergeben sich ähnliche Gefährdungen wie beim direkten Blitzeinschlag für alle Personen die mit diesen Gebilden in Kontakt stehen oder sich in deren unmittelbaren Umgebung befinden.

Spannungstrichter

Abb. 4 Spannungstrichter nach Blitzentladung

Schlägt der Blitz in den Erdboden ein oder wird über Objekte oder Blitzableiter in den Boden abgeleitet, so bildet sich aufgrund der begrenzten Leitfähigkeit des Erdreichs und der hohen Blitzströme ein so genannter "Spannungstrichter" im Erdboden aus - siehe Abbildung 4. Dabei können auch zwischen zwei unmittelbar benachbarten Punkten gefährliche Spannungsdifferenzen auftreten.

Befindet sich eine Person in der Nähe eines solchen Einschlagspunktes, so können sich bereits durch den Abstand der Füße, die so genannte "Schrittspannung US", lebensgefährliche Körperspannungen und -ströme ergeben. Gleiches gilt für die beim Berühren von Objekten oder anderen Personen auftretende Berührungsspannung UB siehe Abbildung 4.

1.3.2
Nicht-elektrische Gefährdungen

Gewitter und Blitzentladungen sind auch mit erheblichen nicht-elektrischen Gefährdungen verbunden.

Aufgrund der extremen Temperaturen im Blitzentladungskanal können bei einem direkten Blitzeinschlag in eine Person zum Teil erhebliche Verbrennungen an der Körperoberfläche auftreten.

Abb. 5 Betonschaden durch Blitzentladung

Zu den indirekten Wirkungen dieser hohen Temperaturen gehören die Entzündung von brennbaren Stoffen sowie die Blendwirkung durch die Abstrahlung eines blendend weißen Lichtes.

Explosionsartig verdampfendes Wasser aufgrund von Blitzeinschlägen in Bäumen oder Gebäuden aus z.B. Beton, Mauerwerk oder Holz kann zur Zersplitterung dieser Stoffe und einer daraus resultierenden Personengefährdung führen, siehe Abbildung 5.

Gleichzeitig werden durch die schnelle und starke Aufheizung des Blitzentladungskanals starke Druckwellen ("Donner") in der umgebenden Luft mit extrem hohen Schalldrücken ausgelöst, die zu Knalltraumata und Schreckreaktionen führen können.