Teure Ausfallzeiten und Reparaturen vermeiden

Blitzschutz: Voraussetzung für die Amortisierung von Windkraftanlagen

22. November 2012, 14:35 Uhr | Peter Respondek
© DEHN+Söhne, Neumarkt

Blitzeinschläge gefährden Windenergieanlagen in besonderem Maße. Der richtige Blitz-und Überspanungsschutz vermeidet teure Ausfallzeiten und Reparaturen. Damit stellt er sicher, dass die Anlagen ihre Amortisation über die Lebenszeit erreichen.

Megawatt-WEAs werden im Durchschnitt alle 12 Monate einmal von einem direkten Blitz getroffen
Megawatt-WEAs werden im Durchschnitt alle 12 Monate einmal von einem direkten Blitz getroffen
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Windenergieanlagen sind aufgrund ihrer exponierten Lage und ihrer Höhe häufig direkten Blitzeinwirkungen ausgesetzt. Die Einschlagsgefahr nimmt quadratisch mit der Bauhöhe zu. Aufgrund der Bauhöhe und der Lage ist bei Bauwerken über 60 m Höhe neben Wolke-Erde-Blitzen zusätzlich mit sog. Aufwärtsblitzen (Erde-Wolke) zu rechnen. Das bedeutet, dass eine Megawatt-Anlage im Durchschnitt alle 12 Monate einmal von einem direkten Blitz getroffen wird.

Stillstand und Reparatur sind bei den hohen Investitionen in eine Windenergieanlage teuer – ein umfassender Blitz- und Überspannungsschutz ist erheblich günstiger.

Für die Auslegung des Schutzkonzeptes der Anlage gelten die Normen der IEC, der DIN EN, von VDE und der Versicherungen (1). Dazu wird in einer Risikonanalyse der Gefährdungspegel (Lightning Protection Level, LPL) der Anlage ermittelt. Nach diesem Pegel bestimmten sich die Blitz-Schutzzonen und die Maßnahmen für das Äußere Blitzschutzsystem und den Überspannungsschutz. (2)

Unterteilung in Blitzschutz-Zonen

Der Blitzschutz von Windkrafträdern unterscheidet sich hinsichtlich des Blitzschutzes von allen anderen Anlagen dadurch, dass zwei Teilsysteme einbezogen werden müssen: Erstens die Rotorblätter und der mechanische Antriebsstrang, zweitens die elektrischen Geräte, Anlagen und Betriebsmittel, deren Störfestigkeit in die Betrachtung einfließen muss. Zunächst werden die Maßnahmen ermittelt, die erforderlich sind, um das Schutzkonzept und die elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) fest zu legen. Dazu wird das Objekt im Rahmen des Blitzschutz-Zonenkonzepts in Schutzzonen unterteilt. Dann werden die für diese Schutzzonen notwendigen Schutzgeräte ausgesucht und installiert.

Wie bei jeder Schutzmaßnahme kommt der Erdungsanlage besondere Bedeutung zu, weil sie die Grundlage für den Personenschutz, den EMV Schutz und den Blitzschutz bildet. Sie verteilt Blitzströme und verhindert zusammen mit den Schutzgeräten die Zerstörung von Anlagenteilen oder der gesamten Windenergieanlage.

Auf Basis des Schutzpegels und der Störfestigkeit der Betriebsmittel findet die Auswahl der Schutzgeräte für den Blitz- und Überspannungsschutz statt. Dabei muß darauf geachtet werden, dass feldgebundene und leitungsgebundene Störungen auftreten können. Das Blitzschutz-Zonenkonzept hilft dabei ausnahmslos alle in das Objekt führenden Leitungen zu berücksichtigen und mit einzubeziehen. Nur so ist das Konzept sinnvoll und nur so kann es schützen.

Besondere Beachtung sind dabei der Energietechnik, der 230/400 V Versorgung, der Flugbefeuerung, der 400/690-V-Versorgung, dem Schutz der Generatorleitungen und der Kommunikations- und Informationstechnik zu widmen. Die zum Schutz dieser Leitungen einsetzbaren Geräte unterscheiden sich nach mechanischer und elektrischer Schnittstelle, nach Leistungsfähigkeit und Qualität. Es ist sinnvoll für eine Windenergieanlage die Geräte nur eines Herstellers zu verwenden.

Dabei ist zu berücksichtigen, dass dem Thema Anlagenverfügbarkeit und Zustandsüberwachung aufgrund der Lage – etwa Offshore – besondere Bedeutung zukommt. Geräte, die den Zustand der Maschinen überwachen (Condition Monitoring) erlauben es, Serviceeinsätze gezielt zu planen und helfen damit, Kosten einzusparen.

 


  1. Blitzschutz: Voraussetzung für die Amortisierung von Windkraftanlagen
  2. Integration von WEA ins Europäische Verbundnetz

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