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Aufwärtsblitz
Aufwärtsblitze – eine Gefahr für Windenergieanlagen

Was sind Aufwärtsblitze?

Bei einem Aufwärtsblitz startet der Leitblitz am Boden - bzw. an einem hohen Objekt - und wächst nach oben hin zur Gewitterwolke. Er wird deshalb auch als Erde-Wolke-Blitz bezeichnet und ist am markanten Erscheinungsbild, der aufwärts gerichteten Verästelung, zu erkennen.

 

Wie entstehen sie?

Aufwärtsblitze entstehen an sehr hohen, exponierten Objekten wie z.B. Windenergieanlagen, Bauwerken, Funktürmen oder Antennenanlagen. Verantwortlich für ihre Entstehung ist die Verzerrung des elektrischen Felds am exponierten Objekt. Dieses führt zu einer hohen elektrischen Feldstärke und ruft eine Blitzentladung hervor.  

Ein Beispiel: An den Rotorblattspitzen einer Windenergieanlage baut sich der Leader eines Blitzereignisses auf. Dieser bewegt sich dann nach oben in Richtung Wolke und bildet damit einen Aufwärtsblitz.

Aufwärtsblitz
Aufwärtsblitz - Szenario 1

Aufwärtsblitz - Entstehungsmöglichkeit 1

Entladungsmechanismus eines positiven Aufwärtsblitzes, dem sogenannten Erde-Wolke-Blitz

Aufwärtsblitz
Aufwärtsblitz - Szenario 2

Aufwärtsblitz - Entstehungsmöglichkeit 2

Entladungsmechanismus eines negativen Aufwärtsblitzes, ebenfalls als Erde-Wolke-Blitz bezeichnet.


Wussten Sie schon? 

An hohen Objekten handelt es sich bei 50% - 90% aller Blitzereignisse um Aufwärtsblitze – so Ergebnisse von wissenschaftlichen Untersuchungen *

(*Quelle: Diendorfer, G.; Pichler, H.; Mair, M.: Some Parameters of Negative Upward-Initiated Lightning to the Gaisberg Tower (2000 – 2007), IEEE Trans. Electromagn. Compat., vol. 51, no. 3, pp. 443 – 452, August 2009)

Welche Typen von Aufwärtsblitzen gibt es?

Bei Aufwärtsblitzen fließt ein einleitender Langzeitstrom (ICC – initial continuous current). Dieser Langzeitstrom kann nachfolgende Stoßströme, sogenannte Return Strokes (RS) aufweisen oder auch von kurzen Stoßströmen überlagert sein. Aufwärtsblitze werden hierdurch in 3 Typen eingeteilt:

ICC RS info

ICCRS

Dem ICC folgen ein oder mehrere Return Strokes (RS)
RS werden von LLS geortet

ICCP info

ICCP

Dem ICC folgen keine RS, aber es sind dem ICC Pulse > 2 kA überlagert
Einige der ICC-Pulse werden von LLS geortet

ICC only info

ICConly

Dem ICC folgen keine RS und es treten keine Pulse > 2 kA auf
Werden von LLS nicht geortet

Untersuchungen haben gezeigt, dass in der Praxis sehr häufig das sogenannte ICCOnly – Events vorkommt. Der Stromwert eines solchen ICCOnly- Events liegt häufig unter 1 kA, was deutlich unter den lt. DIN EN 62305-1 [3] geforderten 200 kA bei Blitzschutzklasse LPL I (Lightning Protection Level) liegt. Trotzdem kann der nach Blitzschutzklasse LPL I vorgegebene Gesamtladungsinhalt von 300 C bei weitem überschritten werden. Es gilt zu beachten, dass ICCOnly – Events aufgrund des fehlenden Impulstromes von Blitzortungssystem nicht erfasst werden können.

Warum sind ICConly-Events so gefährlich für Windenergieanlagen?

Moderne Windenergieanlagen weisen Gesamthöhen von bis zu 200 Meter auf. Damit triggern sie Aufwärtsblitze - häufig reine ICCOnly. Einleitende Langzeitströme weisen eigentlich einen niedrigen Stromwert auf. Dennoch kommt es bei dieser Form von Blitzereignis häufig zu Schäden.  

Wie ist das möglich?

Grund hierfür ist der hohe Ladungsgehalt. Er ist die Hauptursache für Materialausschmelzung und den Abtrag von Material am Lichtbogen-Fußpunkt. Je häufiger eine Komponente, z.B. ein Rotorblatt-Rezeptor von einem Aufwärtsblitz getroffen wird, umso mehr Material wird nach und nach abgetragen. Der Schaden weitet sich also schleichend und oft unbemerkt aus. Und kann langfristig zu teuren Anlagenausfällen führen.

Schadensbild
Materialausschmelzung nach 1 Blitzentladung mit einem Landungsgehalt von 300 C
Schadensbild
Materialausschmelzung nach 5 Blitzentladungen mit einem Landungsgehalt von je 300 C

Wie beugen Sie Schäden und Ausfällen vor?

Mit DEHNdetect. Das Blitzstrom-Messsystem erfasst alle Arten von Strömen: Impulsströme und gefährlichen Langzeitströme gleichermaßen. Damit unterscheidet sich DEHNdetect deutlich von üblichen Messsystemen. Diese erfassen häufig den niedrigen Stromfluss von Aufwärtsblitzen nicht oder nur unvollständig.

 

Mit DEHNdetect sind Sie über jedes Blitzereignis zuverlässig informiert. Dies ermöglicht Ihnen Reparatur- oder Serviceeinsätze zielgerichtet und frühzeitig zu planen.

Ihr Vorteil: Sie vermeiden teure Folgeschäden oder gar lange und unnötige Ausfallzeiten.

Der digitale BLITZPLANER

Mehr Info erhalten Sie auch im BLITZPLANER, dem Standardwerk zu allen Fragen im Blitz- und Überspannungsschutz. Das Thema Aufwärtsblitze finden Sie im Kapitel 2.1.

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Marjan Valand - Ansprechpartner DEHNdetect

Haben Sie Fragen?

Marjan Valand

Phone: +49 9181 906 1505

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