Suchen

Blitzstrom-Messsystem Ein Denkmal für die Windkraft

Autor / Redakteur: Achim Zirkel* / Dipl.-Ing. (FH) Monika Zwettler

Alle äußeren Einflüsse auf eine Windkraftanlage genau zu kennen – das ist für Betreiber unerlässlich. Auch die Hersteller von Windrädern haben ein Interesse daran, die Belastungen und deren Folgen genau zu kennen. Das Lightning Monitoring System LM-S misst Blitzströme und liefert detaillierte Informationen über die tatsächlichen Einwirkungen – am Hermannsdenkmal und in Windenergie-Anlagen

Firmen zum Thema

(Bild: Phoenix Contact)

Die Umweltbedingungen, denen jede Windkraftanlage standhalten muss, gelten zum größten Teil auch für die einzelnen Komponenten. So müssen etwa Monitoring-Systeme mit den extrem hohen und auch niedrigen Temperaturen an den verschiedenen Einsatzorten sowie mit den zum Teil hohen Temperaturschwankungen zwischen Tag und Nacht zurecht kommen. Hinzu kommen die Belastungen durch Vibrationen während des Betriebs. Und nicht zuletzt muss jede Elektronik, die in der Nabe oder in einem Rotorblatt einer Windkraftanlage verbaut ist, auch der hohen Dauerbelastung durch Millionen von Rotationen über die gesamte Betriebsdauer trotzen. Hier muss ein Blitzstrom-Messsystem nicht nur Stromstärken im Bereich einiger Tausend Ampere verlässlich messen, es darf auch bei Strömen von mehr als 200 kA nicht beschädigt oder gar zerstört werden.

Einsatz im Teutoburger Wald

Oft weht der Wind mit hoher Geschwindigkeit über den ostwestfälischen Teutberg hinweg. In der Nähe des 385 m hohen Gipfels befindet sich der Einsatzort des Blitzstrom-Messsystems LM-S von Phoenix Contact: Das Hermannsdenkmal. Erbaut zwischen 1838 und 1875, bietet das 54 m hohe Denkmal eine beeindruckende Rundumsicht auf das nahe gelegene Städtchen Detmold und das Umland. Im Juli 2012 wurden am Hermannsdenkmal drei Sensoren und eine Auswerteeinheit installiert, die die Blitzströme in den drei Erdungsleitungen der Kupferstatue überwachen. Da im oberen Teil des Denkmals nur wenig Elektronik installiert ist, wurde dort ein separater Schaltschrank montiert. Darin untergebracht wurde das Messsystem, das GSM-Modem zur autarken Kommunikation sowie die Stromversorgung und der Überspannungsschutz. Die Sensoren befinden sich außen am Denkmal, knapp unterhalb der Kupferstatue. Hier im Außenbereich spielt die UV-Beständigkeit der Sensoren und der Lichtwellenleiter eine wichtige Rolle. Da das Hermannsdenkmal an sich kaum Schäden durch Blitzeinschläge befürchten muss, dient die Messung der Blitze hier vor allem der Statistik und der Blitzforschung.

Bildergalerie

Identischer Aufbau, unterschiedliche Applikationen

Die gleiche Hardware wird in identischer Kombination in Windkraftanlagen eingesetzt, und auch die Sensoren werden wie am Hermannsdenkmal installiert. Sie werden direkt auf den Blitzableitungen montiert und über Lichtwellenleiter mit der Elektronik in der Nabe verbunden. Bei der Windkraftanlage liegen die Ableitungen allerdings nicht außen, sondern im Inneren des Rotorblattes. Die Temperatur-Anforderungen zwischen den beiden Anwendungen decken sich nur teilweise. Liegen die monatlichen Minimal- und Maximal-Temperaturen in Detmold durchschnittlich bei -2 bis 22° C, muss das Blitzmesssystem in Windkraftanlagen Temperaturen von -30 bis 60° C bewältigen.

Die Nutzung der gewonnenen Informationen unterscheidet sich ebenfalls. Detaillierte Kenntnisse über die aktuelle Belastung durch direkte Blitzeinschläge können generell zur Abschätzung von direkten oder potentiellen Folgeschäden genutzt werden. Dabei reicht eine Betrachtung der maximalen Stromstärke jedoch nicht aus. Erst eine weiter reichende Betrachtung der Ladung und Anstiegszeit des Blitzstroms ermöglicht eine umfassende Charakterisierung des Blitzeinschlags.

Auf der Basis der gewonnenen Informationen können Wartungs- uns Reparatur-Einsätze optimiert werden. Hier zahlt sich der Einsatz des Messsystems schnell aus - besonders bei Windkraftanlagen an abseits gelegenen Orten oder bei Offshore-Anlagen. Die Inspektion der Rotorblätter vor Ort auf Schäden durch Blitzeinschläge ist häufig nicht ohne kostenintensive Anreise möglich. Diese Sachlage wird sich in Zukunft weiter verschärfen. Denn die besten Standorte für Windkraftanlagen werden bereits genutzt, und neue Anlagen entstehen an immer schwieriger zugänglichen Orten.

Auch die Hersteller von Windkraftanlagen oder Komponenten nutzen solche Daten. Hier liegt der Fokus allerdings stärker auf Forschung und Entwicklung. Um die Einzelteile der Anlage stetig zu verbessern und für die Einsatzbedingungen zu optimieren, müssen diese hinlänglich bekannt sein. Eine breite Basis an Daten ist hier hilfreich.

(ID:42437882)