Einfangwirksamkeit von Rezeptor-basierten Blitzschutzsystemen von Windenergieanlagen Blättern

Abstract:
Moderne Multi-Megawatt Windenergieanlangen (WEA) finden in immer größerer Anzahl weltweit ihren Einsatz. Sie bestehen aus einer Vielzahl diversifizierter Komponenten, angefangen von High-Tech Materialien bis hin zu sensibler Elektronik und Sensorik. Aufgrund der baulichen Höhe und den meist exponierten Standorten sind die Anlagen auf ganz besondere Art und Weise dem Risiko eines Blitzschlages ausgesetzt. Hierbei können die verschiedensten Schadenstypen auftreten. Um die einzelnen Komponenten möglichst effektiv gegen Schäden durch Blitzschlag zu schützen müssen wirksame Blitzschutzsysteme integriert werden. Speziell Anlagen, die in Regionen mit besonders hoher Blitzaktivität installiert sind benötigen höchst effiziente Schutzsysteme. Mit steigender Anlagengröße muss verstärktes Augenmerk auf die GFK Blätter und die Elektronik in der Nabe gerichtet werden. Hier entstehen momentan die größten Schäden. Windenergieanlagen werden heute mit GFK Blättern bis zu einer Länge von 50 m ausgestattet. Obwohl GFK ein elektrischer Nichtleiter ist, bilden die Blätter häufige Einschlagsorte für Blitze. Moderne Blätter sind deshalb mit Blitzschutzsystemen ausgestattet. Eines der dabei am häufigsten zum Einsatz kommenden Systeme ist das Rezeptorsystem. Es besteht aus mehreren metallischen Rezeptoren welche blattintern miteinander elektrisch leitend verbunden sind und eine Erdverbindung über die Nabe-Wellen-Kombination haben. Die Positionierung des äußersten Rezeptors ist hierbei üblicherweise an der Blattspitze. Für Anzahl und Anordnung der sonstigen Rezeptoren gibt es aber bisher lediglich empirische Ansätze. Dieser Aufsatz beschreibt eine Analyse hinsichtlich der Einfangwirksamkeit der diskreten Rezeptoren eines Multi-Rezeptor GFK Blattes von Windenergieanlagen unter Einwirkung eines nahenden Leitblitzes. Basierend auf einem der neuesten theoretischen Leitblitzmodelle wurde eine FEM Simulation erstellt, anhand derer einerseits theoretisch die Einfangwirksamkeit untersucht werden kann und andererseits die Grundlage für äquivalente und möglichst realitätsnahe Laborversuche gebildet wurde.