Um blitzbedingte Schäden und daraus resultierende Anlagenstillstände zu vermeiden, ist ein durchgängiges Blitzschutzkonzept nach IEC 61400-24 unabdingbar.

Erde-Wolke-Blitze stets im Blick Optimierte Wartung per Blitzstrommessung

30.11.2020

Mehr als 50 Prozent der Blitzereignisse an hohen Objekten wie Windenergieanlagen sind sogenannte Aufwärtsblitze. Mit Blitzstrom-Messsystemen lassen sich auch die dabei auftretenden gefährlichen Langzeitströme zuverlässig detektieren.

Weltweit sinkende Einspeisevergütungen für erneuerbare Energien bringen die Windbranche sowohl On- als auch Offshore zunehmend unter Druck. Trotz niedriger Vergütungen müssen sich die hohen Investitionskosten einer Windenergieanlage in wenigen Jahren amortisieren. Um die Effizienz der Anlagen zu erhöhen gilt es also, die Betriebs- und Wartungskosten zu senken. Stillstandzeiten sowie Reparaturkosten sind möglichst zu vermeiden.

Dementgegen steht, dass Windenergieanlagen aufgrund ihrer exponierten Lage und Bauhöhe häufig durch direkte Blitzeinwirkungen beansprucht werden. Um blitzbedingte Schäden und daraus resultierende Anlagenstillstände zu vermeiden, ist ein durchgängiges Blitzschutzkonzept nach IEC 61400-24 unabdingbar. Eine kontinuierliche Anlagenüberwachung hilft zusätzlich, die Anlagen wirtschaftlich zu betreiben. Über Sensoren können Betriebsdaten und Zustandsänderungen erfasst werden. Diese Informationen sind notwendig, um eine präventive Service- und Wartungsplanung vornehmen zu können. Gerade bei Offshore-Anlagen ist es wichtig, immer über den aktuellen Zustand der Anlage informiert zu sein, um so unnötige Inspektionen vor Ort bestenfalls vermeiden zu können.

Blitzereignisse häufig unerkannt

Hierbei unterstützen Blitzstrom-Messsysteme wie „ DEHNdetect“. Ein durch einen Blitz verursachter Schaden führt nicht zwangsläufig zu einem sofortigen Ausfall der Anlage. Daher bleiben Blitzereignisse auch oft unerkannt. Gerade bei Aufwärtsblitzen fließt ein einleitender Langzeitstrom von wenigen 100 A, der die Hauptursache für Ausschmelzungen an Rezeptoren von Rotorblättern oder auch Lagerschäden sein kann. Durch den Weiterbetrieb der Anlage können daraus dann schwerwiegende Folgeschäden resultieren.

Neben Wolke-Erde-Blitzen treten bei modernen Windenergieanlagen mit einer Bauhöhe von rund 200 m häufig sogenannte Aufwärtsblitze auf. Wissenschaftliche Messungen zeigen auf, dass es sich bei mehr als 50 Prozent der Blitzereignisse an hohen Objekten wie Windenergieanlagen um Erde-Wolke-Blitze handelt. Das besondere hierbei ist, dass es sich bei einem Großteil dieser Blitzereignisse um sog. ICC-only-Events handelt (ICC – Initial Continuous Current). Das heißt, der einleitende Langzeitstrom ist weder von Impulsströmen überlagert, noch folgen diesem keine durch Folgeblitze entstandenen Stoßströme. Der Stromwert eines solchen ICC-only-Events liegt häufig unter 1 kA. Trotzdem kann der nach Blitzschutzklasse LPL I vorgegebene Gesamtladungsinhalt von 300 C bei weitem überschritten werden und es können Schäden entstehen. Deshalb ist es notwendig Blitzstrom-Messsysteme einzusetzen, welche auch diese gefährlichen Events messen können.

Detaillierte Auswertung des Stromverlaufs

Das Blitzstrom-Messsystem DEHNdetect bietet einen Messbereich von 60 A – 250 kA und erfasst in diesem Bereich neben Stoßströmen auch die gefährlichen Langzeitströme, das heißt auch ICC-only-Events werden gemessen. Um in Echtzeit über das Blitzereignis informiert zu werden, können die ermittelten Messdaten über vorhandene Schnittstellen in die IT-Infrastruktur der Windenergieanlage eingebunden werden. Die Daten können dann einfach ausgelesen und über SCADA-Systeme verwaltet werden. Ist eine direkte Einbindung nicht machbar, besteht die Möglichkeit, die Daten in eine Cloud zu übertragen. In dieser Web-Applikation kann der Stromverlauf detailliert ausgewertet werden. So sind die Betreiber der Anlagen jederzeit über alle auftretenden Blitzereignisse informiert und können diese Informationen in Ihre Wartungs- und Serviceplanungen einfließen lassen. Werden beim Serviceeinsatz kleinere Schäden rechtzeitig erkannt und behoben, können schlimmere Folgeschäden und dadurch sehr kostspielige Reparaturen sowie lange Ausfallzeiten vermieden werden.

Nachrüstung jederzeit möglich

Die Vielzahl an verschiedenen Windenergieanlagen erfordert vor allem für die Nachrüstung flexible Systeme sowohl in Bezug auf die Installationsmöglichkeiten als auch auf die Art und Weise, wie Daten abgerufen werden können. Nachträgliche Kabelverbindungen etwa zwischen der Gondel und Nabe über entsprechende Schleifringe sind häufig nicht oder nur mit großem Aufwand und hohen Kosten zu realisieren. Auch eine nachträgliche Integration von Fremdsystemen in die vorhandene Informationstechnologie-Struktur kann sehr aufwendig sein.

Ein modulares System wie „DEHNdetect“ ist hier aufgrund seiner Flexibilität von großem Vorteil und kann jederzeit nachgerüstet werden. So stehen alle wesentlichen Informationen über ein Blitzereignis auch für Bestandsanlagen zur Verfügung, um Wartungs- und Serviceeinsätze zu optimieren und somit die Anlageneffizienz zu erhöhen. Neben Blitz- und Überspannungsschutz sind Blitzstrom-Messsysteme ein wesentlicher Baustein, um Betriebs- und Servicekosten sowie Stillstandzeiten auf ein Minimum zu reduzieren. Um dies sicherzustellen, ist es notwendig, alle Blitzströme zu erfassen, d.h. Impulsströme bis mindestens 200 kA, aber auch Langzeitströme von wenigen 100 A. Nur so sind alle Informationen über das Blitzereignis verfügbar, um entsprechende Maßnahmen definieren zu können.

Bildergalerie

  • Dehn-Komponenten in der Windturbine und wo sie zu finden sind.

    Bild: Dehn + Söhne

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