Quelle: Elektropraktiker, Berlin 66 (2012) 9 - J. Wettingfeld, KrefeldMit freundlicher Genehmigung der Huss-Medien GmbH, Berlin

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724 Elektropraktiker, Berlin 66 (2012) 9

FÜR DIE PRAXIS Blitz- und Überspannungsschutz

1

Nationales Vorwort

Zusätzlich zu den normativen Neuerungen ist das nationale Vorwort zu beachten, das wich-tige Hinweise des Normenkomitees zur An-wendung der Norm enthält.

1.1 Erweiterte Defi nition der Blitzschutz-Fachkraft

Im nationalen Vorwort zur 1. Ausgabe der DIN EN 62305-3 (Oktober 2006) wurde erstmalig der Begriff Blitzschutz-Fachkraft umfassend durch das K 251 beschrieben. Im aktualisier-ten Vorwort sind die erforderlichen Anforderun-gen an eine Blitzschutz-Fachkraft jetzt für den Bereich „Tätigkeiten in explosionsgefährdeten Bereichen“ ergänzt. In Anlehnung an die Normenreihe DIN VDE 0165 [2] gelten für eine Blitzschutz-Fachkraft für Tätigkeiten in ex-gefährdeten Bereichen folgende Anforderun-gen:Planer, Handwerker und Prüfer von Blitzschutz-Maßnahmen in ex-gefährdeten Bereichen müs sen ihre Kompetenz beweisen und den Nachweis erbringen, dass sie die nachstehend festgelegten Anforderungen erfüllen und Fach-kenntnisse besitzen:a. Verständnis der allgemeinen Prinzipien des

Explosionsschutzes.b. Verständnis der allgemeinen Prinzipien der

Schutzarten und der Gerätekennzeichnung.c. Verständnis von Gesichtspunkten der Ge-

räte konstruktion, die das Konzept der Blitz-schutzmaßnahmen beeinfl ussen.

d. Verständnis des Inhalts von Zertifi katen und der einschlägigen Teile der relevanten Nor-men (u. a. der Normenreihe VDE 0165 und der DIN EN 62305-3) und der Technischen Regeln für betriebliche Sicherheit (TRBS).

Aktualisierte Blitzschutz-norm DIN EN 62305-3J. Wettingfeld, Krefeld

Die für den Blitzschutz gültige Norm DIN EN 62305-3 liegt seit Oktober 2011 als Edition 2 in deutscher Übersetzung vor [1]. Das Ziel der Überarbeitung bestand darin, Erfahrungen aus der Praxis und neue Erkenntnisse zu berücksichtigen, damit sich der Normeninhalt nicht zu sehr vom aktuellen Stand der Technik entfernt. Schwerpunkte der Normenarbeit im Zeitraum 2006 bis 2011 konzentrierten sich auf die Berechnung des Trennungsabstands und den Blitzschutz für explosionsgefährdete Bereiche.

AutorDipl.-Ing. Jürgen Wettingfeld ist Ge schäfts -führer der Firma W. Wettingfeld GmbH + Co. KG, Krefeld, und Mitglied im K 251, Leiter des Arbeitskreises AK 251.02 (Blitzschutz für ex-gefährdete Bereiche) und des AK 251.07 (Blitz schutz für bauliche Anlagen) sowie Mit arbeiter bei IEC TC 81.

e. Allgemeines Verständnis der Prüf-, Wartungs- und Instandsetzungsanforderungen und Ver-trautheit mit den besonderen Techniken und Geräten, die zu berücksichtigen sind.

f. Verständnis dafür, dass die Arbeitserlaub-nissysteme und die sichere elek trische Trennung hinsichtlich des Explosionsschut-zes sehr wichtig sind.

Der Nachweis entsprechender Kenntnisse kann durch eine nationale Weiterbildungsmaß-nahme erfolgen, die die Inhalte der Punkte a) bis f) enthält und sollte durch geeignete Maß-nahmen bewertet und dokumentiert werden [s. DIN EN 60079-14 (VDE 0165-1): 2009-05, Anhang F, insbesondere F.3 und F.4]. Vergleich-bare Qualifi kationen sind möglich.

1.2 Stahlbewehrung und deren messtechnische Prüfung

In der Praxis kann sich die Notwendigkeit ergeben, die Bewehrung für Blitzschutzmaß-nahmen zu nutzen. In [1] Abschnitt 4.3 und Anhang E, werden die Rahmenbedingungen für die Nutzung der Stahlbewehrung beschrie-ben. Diese Nutzung kann von Vorteil sein, wenn es darum geht, den Trennungsabstand einzuhalten oder die Bewehrung unter Ge-sichtspunkten der elektromagnetischen Ver-träglichkeit als Gebäudeschirmung zu nutzen. Die Qualität dieser Maßnahmen, insbesondere von Anschlusspunkten an die Bewehrung, muss durch geeignete Methoden messtech-nisch überprüft werden. Das K 251 gibt in der Erläuterung zum Anhang E, Abschnitt E.4.3.1, daher folgende Hinweise (s. Bild ):

Der Messstrom soll vorzugsweise ungefähr 10 A betragen, da zu niedrige Messströme zu Fehlern führen können. Durch zwei unter-schiedliche Messungen ist zu ermitteln, dass• von einem Anschlusspunkt der Bewehrung

zum nächsten ein Widerstandswert von <10 m eingehalten wird sowie

• von den Anschlusspunkten an die Beweh-rung gegenüber H-PAS (Haupt-Potentialaus-g leichsschiene) ein Widerstandswert von <10 m je Meter Gebäudehöhe eingehalten wird.

Der Wert von 10 m pro Meter Gebäudehöhe erlaubt eine „integrale Aussage“ der Eignung der Bewehrung für Blitzschutzzwecke und sollte sicher erreicht oder unterschritten wer-den. Für Messungen ist eine Gleichstrom quelle zu verwenden, damit der ggf. störende Einfl uss von „vagabundierenden“ veränderlichen Strö-men verhindert wird.

1.3 Gefährdung durch Schritt- und Berührungsspannungen

Kritisch betrachtet das K 251 die Aussagen in [1], Abschnitte 8.1 und 8.2, die das Thema Verringerung der Gefährdung durch Berüh-rungs- und Schritt spannungen behandeln. Als eine der Maßnahmen wird in diesen Abschnit-ten ausgeführt, dass eine Lebensgefahr auf „ein annehmbares Maß verringert werden kann, wenn ein System von mindes tens zehn natürlichen Ableitungen vorhanden ist“. Die Berechtigung dieser Aussage kann von den Experten des K 251 nicht nachvollzogen werden. Anwendern dieser Norm wird daher empfohlen, diese Maßnahme zur Vermeidung von Berüh rungs- bzw. Schrittspannungen nicht anzuwen den und nach anderen Lösungen zu suchen! Eine Möglichkeit ist eine andere normative Maßnahme, die Gefährdung durch einen hohen Übergangswiderstand der oberfl ächlichen Bodenschicht innerhalb von 3 m um die Ab-leitungen, die nicht kleiner als 100 k ist, zu reduzieren. Gemäß normativer Anmerkung reduziert eine Schicht Isolierstoff, z. B. Asphalt mit einer Dicke von 5 cm (oder eine Schicht Kies mit einer Dicke von 15 cm), im Allgemei-nen die Gefahr auf ein annehmbares Maß. Weitere alternative, physikalisch begrün dete Lösungen sind zurzeit in der Diskussion.

Anschluss an Bewehrung

Fang-einrichtung

Bewehrung

Fundamenterder

a aa

PAS

< 10 m

Durchgangsmessung (Ω):a) Punkt zu Punkt < 10 m Ωb) Ableitungssystem < 10 m Ω/m

b

Messung der Bewehrung

Aktualisierte Blitzschutznorm DIN EN 62305-3

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1.4 Hinweise zur Positionierung von Fangeinrichtungen

Verschiedene Schadensfälle aus den Jahren 2010 bis 2012 (s. [3][4][5][6]) unterstrei chen den nachdrücklichen Hinweis des K 251 zur Positionierung von Fangeinrichtungen:• 5.2.1: Für alle Arten der Fangeinrichtungen

dürfen nur die tatsächlichen Abmessungen der metallenen Fangeinrichtungen berück-sichtigt werden, um eine Stromaufteilung sicherzustellen.

• Anhang A, A.1.1: Für die Bestimmung des geschützten Volumens sind nur die realen Maße der metallenen Fangeinrichtungen zu berücksichtigen.

1.5 Hinweise zur Installation von Fundamenterdern

Das K 251 weist in einer Erläuterung zu An-hang E, E.5.6.2.2.2, ausdrücklich darauf hin, „es ist sicherzustellen, dass ein Fundament-erder allseits mit mindestens 50 mm Beton umhüllt ist. Kann dies nicht sichergestellt werden, dann ist Kupfer oder rostfreier Stahl der geeignete Werkstoff für den Erder (siehe Abschnitt 5.6.2 und Tabelle 7). Hinweis: Für Fundamenterder gilt, dass DIN 18014:2007-09 [7] und DIN 18015-1:2007-09 [8] zu beachten sind.“

2 Bauteile

und Materialauswahl

Bauteile müssen nach [1], Abschnitt 5.5.1, den elektromagnetischen Wirkungen des Blitz-stroms und vorhersehbaren zufälligen Bean-spruchungen ohne Schaden standhalten. Dies kann durch die Verwendung von Bau tei len erreicht werden, die erfolgreich nach der Reihe EN 50164 geprüft wurden (Die Normenreihe EN 50164 [9] löst die früher geltende Normen-reihe DIN 48801 ff. ab).Zusätzlich zu den in [1], Tabelle 6, angegebe-nen elektrischen und mechanischen Mindest-vor aussetzungen, müssen bei der Auswahl der Werkstoffe die Korrosionseigenschaften be rücksichtigt werden. In diesem Zusammen-hang ist der Abschnitt E.5.6.2.2 Korrosions-schutz zu beachten: • Aluminiumleiter sollen nicht direkt auf

Gebäuden mit kalkhaltiger Oberfl äche wie Kalkstein oder Kalksteinputz und niemals im Erdboden verlegt werden.

• Darüber hinaus sollten Leiter aus Aluminium nicht direkt in Erde verlegt werden oder einbetoniert oder direkt an und auf Beton angebracht werden, es sei denn, sie sind vollständig mit einem dauerhaften eng um-schließenden Isoliermantel umhüllt.

• Die praktische Erfahrung zeigt : Aluminium sollte nie für Erder verwendet werden.

Nach Abschnitt E.5.6.2.2.2 ist in Stahlfaser-beton die Verwendung von Erdungsleitungen aus Stahl nicht zulässig, wenn nicht gewähr-leistet werden kann, dass die Erdungsleitun-gen allseits mit mindestens 50 mm Beton

umhüllt sind. In der Praxis bedeutet dies, dass in der Regel nichtrostender Stahl (Werkstoff-Nr. 1.4571) verwendet wird.

3

Trennungsabstand

Die Berechnung und Einhaltung des Trennungs-abstands ist eine wesentliche normative For-derung, um gefährliche Funkenüberschläge zu vermeiden. Die Erfahrungen der Praxis zur Berechnung des Trennungsabstandes wurden in die internationalen Beratungen beim IEC TC 81 eingebracht. An der eigentlichen Berech-nungsformel für den Trennungsabstand s hat sich nichts geändert:

s = kikckm

l

ki abhängig von der gewählten Schutzklasse des LPS (s. Tabelle 10)

kc abhängig vom (Teil-)Blitzstrom, der durch die Fangeinrichtungen und Ableitungen fl ießt (s. Tabelle 12 und Anhang C)

km abhängig vom elektrischen Isolierstoff (s. Tabelle 12)

l die Länge, in Meter, entlang der Fangein-richtung oder der Ableitung von dem Punkt, an dem der Trennungsabstand ermittelt werden soll, bis zum nächstliegenden Punkt des Potentialausgleichs oder der Erdung (s. Anhang E, E.6.3).

Änderungen ergeben sich für die Berechnung von kc. Es stehen jetzt zwei Ansätze zur Ver-fügung:• vereinfachter Ansatz – führt zu Resultaten,

mit denen man auf der sicheren Seite ist• detaillierter Ansatz.Der einfachste Ansatz zur Berechnung des Trennungsabstandes geht von einem kc = 1 aus. Das heißt, man nimmt an, dass über die Leitung 100 % des Blitzstroms geführt wird.Der detaillierte Ansatz berücksichtigt bei einem Blitzschutzsystem mit vermaschter Fangein-richtung oder untereinander verbundenen Ringleitern, dass Fangeinrichtungen oder Ab-leitungen aufgrund der Stromauf teilung unter-schiedliche Stromwerte haben, die durch die Leitungen fl ießen. In diesen Fällen wird eine genauere Bewertung des Trennungsabstandes s durch die folgende Gleichung vorgenommen:

s =

kikm

kc1 l1 +kc2 l2 + ...+kcn ln( )Die kc-Werte können gemäß den nachfolgen-den Schritten bestimmt werden (s. Bild ),wenn das Fangeinrichtungssystem eine wei test gehend symmetrische Vermaschung (z. B. eine Maschenweite von 15 m × 15 m bei Schutzklasse III) aufweist. Dabei sind folgen de Schritte einzuhalten:1. Es wird der kürzeste Pfad für den Blitzstrom

zur Erdungsanlage festgelegt.2. Der Grenzwert 1/n wird festgelegt. Hinweis: Die in den folgenden Schritten an-

ge gebene Stromaufteilung wird so lange

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Aktualisierte Blitzschutznorm DIN EN 62305-3

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fortgesetzt, bis der berechnete Grenz wert unterschritten wird. Alle weiteren Berech-nungen erfolgen mit dem Grenzwert.

3. Nach Einkopplung des Blitzstroms in den ersten Knoten teilt sich der Blitzstrom ent-sprechend der Anzahl der Fortleitungen auf, beispielsweise ist bei zwei Fortleitungen kc1= 0,5, bei drei Fortleitungen kc1 = 0,33, bei vier Fortleitungen kc1 = 0,25 usw.

4. Für alle weiteren Knoten reduziert sich der Strom (kc1 ... kcn) um die Hälfte.

4 Blitzschutz für ex-gefährdete

Bereiche – Anhang D

4.1 Einhalten der BetrSichVBei baulichen Anlagen mit ex-gefähr deten Be-reichen sind die Forderungen der gesetz lich vorgeschriebenen Betriebssicherheitsverord-nung (BetrSichV) [10] einzuhalten. Die Kon-kretisierung der BetrSichV hinsichtlich der Ermittlung und Bewertung von Gefährdungen sowie der sich daraus ergebenden Ableitung von geeigneten Maßnahmen erfolgt durch „Technische Re geln für Betriebssicherheit (TRBS)“, die den Stand der Technik, der Arbeits medizin und Hygiene und sonstige gesicherte arbeitswissenschaftliche Erkennt-nisse für die Bereitstellung und Benutzung von Arbeitsmitteln sowie für den Betrieb über-wachungsbedürf tiger Anlagen wiedergeben. Die Anforderungen der TRBS zum Blitzschutz sind in der TRBS 2152 Teil 3 [11] beschrie-ben.Diese technische Regel konkretisiert die An-forderungen der BetrSichV zur Vermeidung der Entzündung einer ge fähr lichen explosionsfähi-gen Atmosphäre in Folge des Wirksamwerdens von Zündquellen. Der Blitzschlag ist eine dieser Zündquellen, die hierbei zu beachten ist.

Blitz schutzmaßnahmen müssen nach DIN EN 62305-3 [1], Abschnitt 5.8.2, für alle Zonen mindestens die folgenden Anforderungen er-füllen:• Der Blitzeinschlag in eine explosionsfähige

Atmosphäre ist zu verhindern, da es sonst zu einer Entzündung der explosionsfähigen Atmosphäre kommt.

• Die Ableitwege des Blit zes müssen so ausgeführt werden, dass eine Erwärmung oder zündfähige Funken bzw. Sprühfunken nicht zur Zündquelle der explosionsfähigen Atmosphäre werden können.

• Die schädlichen Auswirkungen auf ex-gefähr-dete Bereiche müssen vermieden werden, auch von Blitzeinschlägen, die in größerer Entfernung erfolgen,.

• Anlagen sind durch geeignete Blitzschutz-maßnahmen zu schützen, wenn Gefahren durch Blitzeinschlag zu erwarten sind. Die Maßnahmen sind mindestens so zu tref-fen, dass eine Blitzkugel mit einem Radius von 30 m beherrscht wird.

Diese Vorgaben berücksichtigt in der DIN EN 62305-3 der Anhang D.

4.2 Änderungen im Anhang DNach Abschnitt D.5.3 „Bauliche Anlagen mit Zonen 1 und 21“, müssen Trennfunkenstre-cken und Isolierstücke außerhalb der ex-ge-fährdeten Bereiche angeordnet werden. Diese Aussage gilt allerdings nicht für den Einsatz von zugelassenen Ex-Funkenstrecken.Die meisten Änderungen wurden im Abschnitt D.6 „Instandhaltung und Prüfung“ vorgenom-men. Alle Blitz schutz systeme an Anlagen mit Ex-Gefährdung müssen demnach sorgfältig instandgehalten und geprüft werden. Für die installierten Schutzsysteme muss ein War-tungs- und Prüfplan entwickelt werden. Mit Abschluss der Installation von Blitzschutz-systemen sind Wartungsrichtlinien zu erstellen oder in bestehenden Plänen zu ergänzen.Damit die Anlagen in einem zufriedenstellenden Zustand erhalten werden, der den ununter-brochenen Betrieb ermöglicht, müssen

Zahl der Ableitungenn = 241/n = 0,042

Fangleitung,MaschenweitegemäßSchutzklasse

Ableitung

0,25 0,125 0,0625

0,5 B

0,250,1250,06250,042

0,5

0,250,125

1,0

A

C

kc-Faktor

s = ki (kc1∙ l1+kc2∙ l2+ … + kcn∙ ln)

Werte des Koeffi zienten kc im Falle eines Systems aus mehreren AbleitungenQuelle: DIN EN 62305-3,

Ed. 2, Bild C.5

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Aktualisierte Blitzschutznorm DIN EN 62305-3

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• regelmäßig wiederkehrende Prüfungen und/ oder

• eine ständige Überwachung durch Fach-kräfte und, wenn erforderlich, eine Wartung durchgeführt werden.

Nach jeder Einstellung, Wartung, Reparatur, Beanstandung, Änderung oder jedem Ersatz von Bauteilen müssen die Anlagen oder die betref fenden Anlagenteile einer Prüfung unterzogen werden. Das Prüfpersonal muss die Prüfung unabhängig von den Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten ausführen und muss in der Lage sein, unvoreingenommen über die Ergebnisse der Prüfung zu berichten. Eine Zugehörigkeit zu einer externen unabhängigen Organisation wird nicht gefordert.Neu ist im Abschnitt D.6.4.2 das Konzept der ständigen Überwachung durch fachkundiges Personal (wird schon in der Normenreihe DIN VDE 0165 als Möglichkeit genannt).Ziel der ständigen Überwachung ist es, eine frühzeitige Erkennung auftretender Mängel und deren nachfolgende Behebung zu ermög-lichen. Dazu wird das vorhandene fachkundige Personal eingesetzt, das die Anlage im Rah-men seiner Arbeiten (z. B. Montagearbei ten, Änderungen, Inspektionen, Wartungsarbeiten, Fehlersuche, Reinigungsarbeiten, Kon troll-gänge, An- und Abklemmarbeiten, Funkti ons- prüfungen, Messungen) betreut und seine Fähigkeiten dazu nutzt, Mängel und Verände-rungen frühzeitig zu erkennen.Die ständige Überwachung durch fachkundiges Personal hebt die Anforderung nach Erst- und Stichprobenprüfung nicht auf. Voraussetzung für die Umsetzung dieses Konzeptes ist na-türlich, dass das Personal die Anforderungen an eine Blitzschutz-Fachkraft erfüllt.Im Abschnitt D.6.5 werden folgende Prüf-fristen vorge ge ben:• Die Blitzschutzanlage ist elektrisch alle 12

(+2) Monate zu prüfen oder• es ist der bedarfsgerechte Zeitabstand für

die wiederkehrenden Prüfungen voraus-schau end zu bestimmen; dieses ist eine komplexe Angelegenheit.

Die Prüftiefe und die Intervalle zwischen den wiederkehrenden Prüfungen müssen festgelegt sein, wobei die Art der Geräte, die Hinweise des Herstellers (falls vor-handen), die die Abnutzung beeinfl us-senden Faktoren und die Ergebnisse vorheriger Prüfungen zu berücksichtigen sind.

In diesem Abschnitt wird ausgeführt, dass Zeitabstände zwischen wiederkehrenden Prü-fungen, die größer als drei Jahre sind, im Aus-nahmefall denkbar sind und auf einer Ab schät- zung basieren sollten, die alle wesent lichen Informationen enthält. Diese Mög lichkeit wider spricht der BetrSichV, § 15, Wiederkeh-rende Prüfungen: „Bei Anlagen in ex-gefähr-deten Berei chen im Sinne des § 1 Abs. 2 Satz 1 Nr. 3 müssen Prüfungen im Betrieb spätes-tens alle drei Jahre durchgeführt werden“ und kann daher in der Praxis nicht angewendet werden.

Prüfungen dürfen nur mit Messgeräten durch-geführt werden, die IEC 61557-4 entspre chen. Der Gleichspannungswiderstand jedes einzel-nen an die Blitzschutzanlage ange schlos senen Objekts darf 0,2 nicht überschreiten. Die Messgeräte müssen ordnungsgemäß gewartet und nach den Herstelleranweisungen kalibriert sein. Falls möglich, muss das Drei-Punkt-Erd-widerstandsmessverfahren zur Messung des Erdwiderstands in ex-gefährdeten Einrichtun-gen verwendet werden.Für Überspannungsschutzgeräte gilt: „Über -span nungsschutzgeräte (und deren Mittel zur Isolierung, falls vorhanden) müssen nach den Herstelleranweisungen in Intervallen von nicht mehr als 12 Monaten geprüft werden oder immer dann, wenn eine elektrische Prüfung des Blitzschutzsystems durchgeführt wird. Über-spannungsschutzgeräte müssen auch nach jedem vermuteten Blitzschlag in die bauliche Anlage geprüft werden.Werden Mängel festgestellt, dann hat das Instandhaltungspersonal sicherzustellen, dass alle während der Prüfung festgestellten Mängel innerhalb eines angemessenen Zeitrahmens behoben werden. Alle Hinweise auf einen Blitz-schaden an der Anlage oder dem zugehörigen Blitzschutz sind unverzüglich zu dokumentie-ren und zu berichten. Wartungs- und Prüf-berichte sind für jede Anlage zum Zweck der Trendanalyse aufzubewahren.

Literatur [1] DIN EN 62305-3 (DIN VDE 0185-305-3):2011-

10 Blitzschutz – Teil 3: Schutz von baulichen Anlagen und Personen.

[2] DIN EN 60079-17 (DIN VDE 0165-10-1):2008- 05 Explosionsfähige Atmosphäre – Teil 17: Prüfung und Instandhaltung elektrischer Anla-gen.

[3] Hartono, Z. A.; Robiah, I.: Death at the stadium, report on the fatal use of an early streamer emmission lightning rod in Malaysia, März 2012.

[4] Hartono, Z. A.; Robiah, I.: Adventure Island light-ning incident report on the deadly failure of an early streamer emission lightning rod (Revision 1), April 2012.

[5] Kutá , J.; Martínek, Z.; Mikeš, J.: Biogas plant explosion protected early streamer emission (ESE) air terminal. ELEKTRO (2011)11.

[6] Hartono, Z. A.; Robiah, I.: The bell tower incident at Sigolsheim: A very compelling evidence for the failure of the early streamer emission tech-nology & standard, September 2010.

[7] DIN 18014:2007-09 Fundamenterder – Allge-meine Planungsgrundlagen.

[8] DIN 18015-1:2012-04 Elektrische Anlagen in Wohngebäuden – Teil 1: Planungsgrundlagen.

[9] EN 50164 Blitzschutzbauteile.[10] Betriebssicherheitsverordnung – BetrSichV:

Verordnung über Sicherheit und Gesundheits-schutz bei der Bereitstellung von Arbeitsmit-teln und deren Benutzung bei der Arbeit, über Sicherheit beim Betrieb überwachungsbedürf-tiger Anlagen und über die Organisation des betrieb lichen Arbeitsschutzes.

[11] Technische Regeln für Betriebssicherheit (TRBS) 2152 Teil 3:2009-11: Gefährliche explosionsfähige Atmosphäre – Vermeidung der Entzündung gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre.

[12] Montage-Handbuch Blitzschutz. Herausgeber: Verband Deutscher Blitzschutzfi rmen e. V. (VDB), Köln. ■

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