Lightning Monitoring System - Blitzströme erfassen und auswerten. Dipl.-Wirt.-Ing. Achim Zirkel, Netz- und Signal-Qualität Trabtech, Phoenix Contact GmbH & Co. KG, Blomberg im Windmesse Newsletter

Die Verfügbarkeit von Windkraftanlagen spielt eine wichtige Rolle, denn außerplanmäßige Anlagenstillstände verursachen hohe Kosten. Ein häufiger Grund für Anlagenausfälle sind Blitzeinschläge. Elektrische und elektronische Komponenten sollten daher durch ein Überspannungsschutzkonzept wirksam abgesichert werden.

Die äußeren Strukturen, vor allem die Rotorblätter sind der hohen Energie von Blitzschlägen jedoch weiterhin ausgesetzt. Um den aktuellen Zustand der Anlagen zu bewerten, werden daher Informationen über die tatsächliche Belastung durch Blitzeinschläge benötigt. Je detaillierter diese Informationen sind, desto genauer kann der Zustand der Anlage bewertet und die Wartung kostenoptimiert gesteuert werden.

Anzahl der Blitzereignisse ist nicht ausschlaggebend

Zur Bewertung von Blitzeinschlägen sind aktuell zwei Methoden verbreitet. Eine ist die quantitative Auswertung mittels Ereigniszählern. Diese Zähleinheiten registrieren die Anzahl der Blitze. Die qualitative Bewertung beschränkt sich bei dieser Geräteklasse in der Regel auf die Aussage über den Ansprechbereich des Zählers.
Das zweite gängige Messprinzip ist ein System aus Magnetkarte und separater Auswerteeinheit. Dabei kann die jeweils stärkste Beeinflussung über einen Kartenleser ausgewertet werden. Eine Aussage über die Anzahl der Blitzereignisse ist mit dieser Messmethode nicht möglich.
Beide Methoden reichen zu einer detaillierten Betrachtung der Belastung durch Blitzströme nicht aus.

Blitzströme detailliert auswerten

Das polarimetrische Blitzmesssystem LM-S von Phoenix Contact erfasst jeden durch einen Ableiter fließenden Blitzstrom und wertet diesen anhand von blitzstromtypischen Kennwerten aus. Das Messsystem basiert auf dem Faraday-Effekt und damit auf einem rein optischen Messprinzip.
Bestehend aus einer Auswerteeinheit und bis zu drei optischen Sensoren, die direkt auf die Blitzstrom führenden Ableitungen montiert werden und einer hohen Robustheit, was die Umgebungsbedingungen angeht, ist das System für die speziell für den Einsatz in der Windenergie entwickelt worden.


Die Beeinflussung eines Lichtsignals wird kontinuierlich gemessen und ausgewertet. Bei einem Blitzereignis werden aus diesen Werten die Kennzahlen berechnet, die den Blitzstrom charakterisieren.
Die Blitzstromamplitude, die maximale Stromsteilheit sowie die Ladung und die spezifische Energie des Blitzstroms werden dann mit Datum und Zeit des Blitzereignisses in der Auswerteeinheit gespeichert.

Verfügbarkeit der Daten

Um gerade bei Offshore-Anlagen ein Ablesen und Auswerten vor Ort zu vermeiden, ist ein Zugang zu den Messdaten über Fernzugriff notwendig. Die Auswerteeinheit des Messsystems verfügt sowohl über einen Relaiskontakt, der über ein erfasstes Blitzereignis informiert, als auch über eine RJ45-Schnittstelle, über die auf Daten zugegriffen werden kann. Dabei kann entweder die bereits vorhandene Netzwerkstruktur genutzt werden, oder eine autarke Lösung mit separatem Modem installiert werden.


Eine ganzheitliche Betrachtung des Blitzstroms

Die Betrachtung der Belastung von Windkraftanlagen durch Blitzströme beschränkt sich bisher vorrangig auf die Anzahl der Ströme und eventuell deren maximale Amplitude. Die Ladung und die Anstiegszeit des Blitzstroms sind jedoch wesentliche Indikatoren für das Schadens¬potenzial. Der zu erwartende Schaden eines lang anhaltenden Blitzes mit geringer Amplitude (long duration strike) kann genauso groß sein, wie der Schaden eines Blitzes mit einer vielfach höheren Amplitude von wesentlich kürzerer Dauer. Häufige Blitzeinschläge mit kleinerer Amplitude stellen ebenfalls eine hohe Belastung für mechanische Strukturen dar. Will man dies berücksichtigen, muss man auch die kumulierte Ladung betrachten.

Fundierte Bewertung erhöht Wirtschaftlichkeit

Die detaillierte Blitzstromanalyse ermöglicht eine genauere Beurteilung des Anlagenzustands. Mit den zur Verfügung stehenden Informationen kann wesentlich fundierter beurteilt werden, ob und wenn ja welche Wartungseinsätze erforderlich sind. Bei gravierenden Schäden kann die Anlage kontrolliert abgeschaltet werden, um Folgeschäden vorzubeugen. Eine visuelle Prüfung der Anlage oder ein Ablesen der Messwerte vor Ort ist dazu nicht nötig. Die Kosten für Anfahrt und Inspektion werden reduziert, Ursachen für Folgeschäden werden frühzeitig erkannt und können behoben werden.