Schutzeinrichtungen schützen Windkraftanlage vor Blitzen

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Fraunhofer Institut für Windenergie und Energiesystemtechnik - IWES

Systemspannungen in Windenergieanlagen steigen immer mehr

Ebenso wichtig wie der äußere Schutz ist aber der innere Blitzschutz, insbesondere da die Systemspannungen der WEA immer mehr steigen. „Der Trend geht zu 690 und 1.000 Volt bei TN-Systemen, um den Kabelquerschnitt bei großen Anlagen gering zu halten“, so der Experte. „Das bedeutet für den Ableiter besondere Anforderungen, etwa was die bauliche Gestaltung angeht. Hier muss auf die Luft- und Kriechstrecken für diese Systeme geachtet werden.“ Auch die Leistungsfähigkeit des Ableiters ist für die Sicherheit des Windrads entscheidend. Da Windräder mit einer Nabenhöhe von über 60 Metern nach Blitzschutzklasse II betrachtet werden, muss hier das Blitzstoßstrom-Summenvermögen der Ableiter mindesten 75 Kiloampere betragen. Bei symmetrischer Verteilung bedeutet das 25 Kiloampere für jeden Ableiter. Bei WEA von 600 Kilowatt bis 2,5 Megawatt treten beim Einsatz von Funkenstrecken Kurzschlussströme zwischen acht und 30 Kiloampere auf, weshalb nur Funkenstrecken mit hohem Folgestromlöschvermögen in Frage kommen. Leutron setzt daher zum Beispiel im Übergang von Blitzschutzzone 0 zu 1 in der Hauptverteilung am Turmfuß einen speziell abgestimmten Kombiableiter für 400/690 Volt-Systeme mit einem Blitzstoßstromvermögen von 50 Kiloampere pro Pol ein, der auch Netzfolgeströme selbständig löschen kann. Bei der verwendeten Ableiter-Technologie handelt es sich um hermetisch dichte, mit Edelgas gefüllte Funkenstrecken, mit denen selbst noch höhere Systemspannungen einfach realisiert werden können. Da es keine Ausblasöffnung gibt, sind auch bei der Installation keine Sicherheitsabstände nötig. Zudem enthält die Komponente keine sensible Triggerelektronik und ist unabhängig von Luftdruck und Luftfeuchtigkeit – vor allem offshore ein wichtiges Kriterium.

Elektrische Komponenten müssen besonders geschützt werden

Zusätzlich rät Linder bei WEA nicht allein das Blitzschutzzonenkonzept anzuwenden, sondern es mit dem ‚Single Entry Point’-Prinzip (SEP) zu verbinden: „Das bedeutet, lokale Schutzinseln zu bilden und umzusetzen.“ Alle Leitungen, die in eine Zone eintreten, werden dazu an einem zentralen Punkt verlegt, wo auch der Überspannungsschutz montiert wird. Dadurch sind die Anlagen innerhalb der Zone besser gegen Einkopplungen und verschleppte Potenzialdifferenzen geschützt. Gleichzeitig sinken die Kosten für die Ableiter, und der Wartungsaufwand wird minimiert.

Jeder Ausfall bedeutet einen schweren Verlust

Der innere Blitzschutz ist insofern besonders wichtig, als er die Elektrik nicht nur gegen direkte Einschläge, sondern auch gegen Überspannung aus Blitzschlägen in Leitungen oder Störungen durch elektromagnetische Felder abschirmt. Wie empfindlich gerade dieser Bereich ist, zeigt eine Statistik des ISET: Über 50 Prozent aller Störungen an WEA zwischen 1992 und 2008 fanden sich in der Elektrik, den elektronischen Regelungseinheiten oder der Sensorik. Zwar lassen sich diese Schäden in der Regel schneller beheben als beispielsweise ein zerstörter Rotor, in ihrer Häufigkeit sind sie allerdings ein entscheidender Aspekt der Wirtschaftlichkeit. Für die Windenergiebranche, die in der derzeitigen Lage ohnehin mehr zu kämpfen hat als etwa der Solarsektor, ist jeder Ausfall ein schwerer Verlust. „Verfügbarkeit ist deshalb oberstes Gebot“, sagt Blitzschutzexperte Linder. „Schutzmaßnahmen können zwar den Blitz nicht verhindern, wohl aber den Schaden.“ (jus)

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