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Blitz- und Überspannungsschutz für Windenergieanlagen

| Autor/ Redakteur: Timo Konieczny / Ines Stotz

Der Windenergie-Sektor wächst mit großer Dynamik innerhalb der regenerativen Energien. 2008 belief sich die Leistung von Windenergieanlagen (WEA) auf weltweit 121 188 MW – das sind 29 Prozent mehr als im Jahr davor. Bei den leistungsstärkeren Windturbinen der Offshore-Anlagen erhöhen vorbeugende Wartung sowie ein auf einander abgestimmtes Blitz- und Überspannungsschutz-Konzept die Wirtschaftlichkeit und Akzeptanz der Anlagen.

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Ein umfassendes Blitz- und Überspannungsschutz-Konzept kann die Anlagenverfügbarkeit erhöhen und das Risiko eines Ausfalls bei Blitzeinschlag und Überspannungen reduzieren
Ein umfassendes Blitz- und Überspannungsschutz-Konzept kann die Anlagenverfügbarkeit erhöhen und das Risiko eines Ausfalls bei Blitzeinschlag und Überspannungen reduzieren
( Archiv: Vogel Business Media )

Lag der Entwicklungsschwerpunkt der Hersteller vor einigen Jahren noch bei Anlagen der 1,5 MW-Leistungsklasse, so geht es heute bereits um Kapazitäten von sieben MW und mehr. Um diese Windturbinen effizient betreiben zu können, werden immer höhere Türme errichtet. Denn in größeren Höhen weht der Wind stärker und zudem gleichmäßiger. Höhere Naben sowie die Verlagerung vom Onshore- zum Offshore-Windpark sichern die Energieproduktion und deren Einspeisung ins öffentliche Netz.

Schub durch gesetzliche Vorlagen

Auf der Basis des „Erneuerbare-Energien-Gesetzes“(EEG) soll im Jahre 2020 19 Prozent der benötigten Energie aus Windkraft gewonnen werden. Dadurch sollen konventionelle Kraftwerke ersetzt und der Ausstoß des umweltschädlichen Treibhausgases CO2 verringert werden. Da die Onshore-Potenziale nahezu ausgeschöpft sind, liegt die Zukunft der Windenergie im Ausbau der Offshore-Nutzung. Für die Installation einer solchen Anlage kommen nur wenige Tage im Jahr in Frage, da das Wetter gut und die See ruhig sein muss. Und weil die Anlagen auch bei laufendem Betrieb aufgrund der – ja durchaus gewünschten – rauen Wetterverhältnisse nur mit hohem Aufwand erreichbar sind, hat die Vermeidung von Störungen und ungeplanten Stillständen einen hohen Stellenwert. Eine vorbeugende Wartung spielt daher eine zentrale Rolle. So setzen die Anlagenhersteller hier auf Überwachungsmechanismen wie Condition-Monitoring sowie Sicherheitseinrichtungen, zu denen ein fundiertes Blitz- und Überspannungsschutz-Konzept gehört.

Normung für Blitz- und Überspannungsschutz in der Windindustrie

Grundlage sind die einschlägigen Normen und Richtlinien:

  • IEC 61400: Wind turbine generator systems — Part 24: Lightning protection 2009;
  • DIN EN 62305 „Blitzschutz” aus 2006/10;
  • Germanischer Lloyd(GL): Guideline for the certification of wind turbines, Edition 2003, with supplement 2004 Electrical installations: 8.9 Lightning protection Guideline for the certification of offshore wind turbines, Edition 2005: Electrical installations Lightning protection

In diesen Normen werden unterschiedliche Gefährdungsbereiche festgelegt – von LPZ 0 bis LPZ 3 (LPZ = Lightning protection zone)

LPZ 0A

  • Direkter Blitzeinschlag ist möglich,
  • volle Auswirkung des Blitzstroms und des elektromagnetischen Feldes durch den Blitz.

LPZ 0B

  • Gegen direkte Blitzeinschläge geschützt,
  • volles elektromagnetisches Feld des Blitzes,
  • Blitzteilströme treten auf.

LPZ 1

  • Stoßströme werden durch Stromaufteilung und Überspannungsschutz-Geräte (SPD) an den Zonenübergängen begrenzt,
  • das elektromagnetische Feld des Blitzes kann durch räumliche Schirmung gedämpft sein.
  • LPZ 2…n
  • Stoßströme sind durch Stromaufteilung und durch zusätzliche Überspannungsschutz-Geräte an den Zonenübergängen weiter begrenzt,

das elektromagnetische Feld des Blitzes kann durch zusätzliche räumliche Schirmung weiter gedämpft sein.

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