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Überprüfung des Blitzschutzsystems von Windkraftanlagen – was Betreiber beachten sollten

Eine Pressemitteilung des Bundesverband WindEnergie e.E. sollte alle Betreiber von Windenergieanlagen interessieren, weshalb wir diese unseren Lesern ungekürzt präsentieren wollen vom 29.6.2021:

Aufgrund der Höhe und exponierten Lage sind Windkraftanlagen besonders gefährdet, vom Blitz getroffen zu werden. Für Betreiber ist die Prüfung der Blitzschutzanlage daher umso wichtiger. Mit der überarbeiteten „Technischen Richtlinie zur Prüfung der Blitzschutzanlage“ des BWE sind Sie auf der sicheren Seite.

Der Blitzinformationsdienst von Siemens registrierte im Jahr 2019 329.000 Blitzeinschläge in Deutschland. Die Stromstärke der Entladung beträgt durchschnittlich etwa 30 Kiloampere (kA), seltener können jedoch mehrere 100 kA erreicht werden – Jahr für Jahr entstehen Millionenschäden. Blitze schlagen bekanntlich bevorzugt in hohe Gebäude ein, die Blitzeinschlagsgefahr wächst quadratisch mit der Bauwerkshöhe – denkbar schlechte Voraussetzungen für WEA. Die gute Nachricht: Anlagen verfügen über ein Blitzschutzsystem, welches sowohl die bauliche Struktur als auch die elektronische Ausstattung vor Überspannung schützt. So ist Blitzschlag nur selten die Ursache für einen längeren Stillstand der Anlage. Generell gilt: Um im Schadensfall rundum abgesichert zu sein, müssen Sie das Blitzschutzsystem ihrer Anlage regelmäßig prüfen lassen.

Schadensfälle bei älteren Anlagen

Aber was folgt daraus für den Betrieb älterer WEA? Eine zentrale Frage bezieht sich auf die Durchgangswiderstände. Lassen sich diese aus später noch dargestellten Gründen bei älteren WEA nicht ermitteln, würde der Blitzschutz laut Versicherer nach herkömmlichen Prüfverfahren als nicht funktionsfähig gelten. Das wiederum bringt ein Problem für Betreiber mit sich, da Schadensfälle nicht von allen Versicherern zweifelsfrei gedeckt werden. Deswegen wird in der „Technischen Richtlinie zur Prüfung der Blitzschutzanlage“ vom BWE beschrieben, was Sie zum Thema Blitzschutz beachten müssen. Nachfolgend fassen wir die wichtigsten Punkte für Sie zusammen – was eine Lektüre der technischen Richtlinie keinesfalls ersetzt, aber als Orientierung genutzt werden kann.

Um die Gefahrensituation durch einen Blitzeinschlag kompetent beurteilen zu können, sind einige Hintergrundinformationen hilfreich. Die Richtlinie bezieht sich auf die Prüfung der äußeren Blitzschutzanlage von WEA, welche gemäß dem zertifizierten Blitzschutzkonzept durchgeführt werden. Dafür sollten Unterlagen wie der Inspektionsplan des Herstellers, die Beschreibung der Erdungsanlage und die Stellungnahme eines Sachverständigen beachtet werden (mehr dazu in der Richtlinie). Da WEA in der Regel nach dem höchsten Gefährdungspegel LPL I und der entsprechenden Blitzschutzklasse I eingestuft werden, sind jährliche Sichtprüfungen sowie vollständige Inspektionen im 2-Jahresturnus durchzuführen.

Inspektion der äußeren Blitzschutzanlage

 Ein wichtiger Schritt zur Schadens-Prävention ist die visuelle Prüfung der Blitzschutzanlage auf stattgefundene Blitzeinwirkungen an zugänglichen Teilen. Bei den Rotorblättern gehören dazu die Fangeinrichtungen (Rezeptoren) und die Ableitungsstrecke, im Maschinenhaus die Funkenstrecken und Fangeinrichtungen (Instrumentenbaum und Gondelaußenseite), die Ableitungsstrecke vom Maschinenhaus zum Turm und zu guter Letzt im Turmfuß die Erdungsanlage bzw. Erdanschlussfahnen. Die konkrete Vorgehensweise dieser Prüfung können Sie der technischen Richtlinie entnehmen.

Messung der äußeren Blitzschutzanlage

Versteckte Gefahrenquellen verbergen sich in den nicht einsehbaren Bereichen der Blitzschutzanlage. Hier wird der Durchgangswiderstand gemessen.

Die Messungen sollen in den folgenden Teilabschnitten ausgeführt werden:

  • Abschnitt 1: Von den Rezeptoren der Rotorblätter bis zu den Blattflanschen.
  • Abschnitt 2: Von den Blattflanschen bis zum Potentialausgleichssystem im Maschinenhaus. Bei unterbrochener Ableitungsstrecke durch Funkenstrecken oder Schleifkontakten am Übergang zur Nabe müssen die einzelnen Teilstrecken gemessen werden.
  • Abschnitt: 3 Fangeinrichtungen (Instrumentenbaum, Gondelaußenseite) bis zum Potentialausgleichssystem im Maschinenhaus.
  • Abschnitt 4: Vom Potentialausgleichssystem im Maschinenhaus bis zur Erdanschlussfahne im Bereich des Turmfußes.

 

Es kann alternativ auch eine zusammenfassende Messung von den Rezeptoren der Rotorblätter, bzw. der metallischen Rotorblattspitze direkt bis zur Erdanschlussfahne am Turmfuß durchgeführt werden. Dabei können auch Verbindungen über Schleifkontakte oder Funkenstrecken kurzgeschlossen werden, um eine zusammenhängende Durchgangsmessung von Teilstrecken der Blitzschutzanlage durchzuführen.

Einschlag meist in der Blattspitze

Gibt es eine Grundregel für die WEA-Gefährdung bei Blitzeinschlag? Ja, die deutlich überwiegende Anzahl an Blitzeinwirkungen erfolgt in den Rotorblättern, im Bereich der Blattspitzen. Und: viel hilft viel: Verfügt die Blitzschutzanlage über eine Vielzahl an Fangeinrichtungen (Rezeptoren), ist davon auszugehen, dass auch bei teilweise fehlendem Durchgang einzelner Rezeptoren, sofern sich diese nicht im Bereich der Blattspitzen befinden, von der korrekten Funktion der Blitzschutzanlage ausgegangen werden kann.

Rost never sleeps – erhöhte Widerstandswerte

Der Zahn der Zeit macht auch vor WEAs keinen Halt: Korrosion tritt auf (die Reaktion eines Werkstoffs mit seiner Umgebung) – das wohl bekannteste Korrosionsprodukt ist der Rost. Erfahrungsgemäß können erhöhte Widerstandswerte bis zu 10 Ω gemessen werden, da die im Rotorblatt realisierten Ableitungssysteme oft eine Vielzahl von Verbindungs- und Anschlussstellen aufweisen. Lokale Korrosion kann zu erhöhten Widerstandswerten beitragen, ohne dass die Blitzableitung dadurch beeinträchtigt sein muss. In bestimmten Fällen (z.B. bei Ausführung der Ableitung im Rotorblatt durch Aluminiumschienen) kann die vorhandene Korrosion an den entsprechenden Verbindungs- und Anschlussstellen so stark ausgeprägt sein, dass bei entsprechender Durchgangsprüfung entsprechend der empfohlenen Normen kein Durchgangswiderstand ermittelbar ist. Aber, und das ist ein wichtiger Punkt für Anlagenbetreiber: Daraus kann nicht automatisch eine Einschränkung oder ein Ausfall der Blitzschutzanlage abgeleitet werden. In diesem Fall kommen alternative Prüfmethoden ins Spiel.

Alte Anlagen – alternative Prüfmethoden

Ein mögliches Verfahren ist die Messung mittels Prüfstoßspannung, bei der geringfügige Korrosion und andere Unterbrechungsstellen überbrückt werden können. Voraussetzung der Zulässigkeit und Anerkennung alternativer Prüfmethoden ist eine erfolgreiche, unabhängige Validierung und Verifizierung des Verfahrens mit Bewertungsvorgaben und Beschreibung des Einsatzbereichs unter Beachtung der Einflüsse auf die Konstruktion durch eine akkreditierte Stelle oder die Zulassung des Anlagenherstellers.

 

Dieser Artikel nimmt Bezug auf die „Technische Richtlinie zur Prüfung der Blitzschutzanlage an Windenergieanlagen“ – für vollumfängliche Informationen raten wir Ihnen den Download der originalen Richtlinie. Diese steht kostenlos im Downloadbereich des BWE zur Verfügung. BWE-Mitglieder finden darüber hinaus noch viele andere exklusive Informationen zu Brennpunktthemen im Mitgliederbereich.






Leipzig 29.06.2021
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Photo Ulrich Knöll
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