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BlitzmesssystemBlitz schnell auswerten

Blitze sind ein beeindruckendes, aber auch gefährliches Naturschauspiel. Kein Wunder: Beträgt ihre Spannung doch bis zu 100 Millionen Volt und ihre Stromstärke bis zu 100.000 Ampere. Treffen sie industrielle Anlagen, entstehen erhebliche Schäden. Das Messsystem Lightning Monitoring System LM-S erfasst und analysiert Blitzströme und hilft dabei Kontroll- und Wartungseinsätze zu optimieren – und somit Kosten zu sparen.

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Blitzmesssystem: Blitz schnell  auswerten

Die Verfügbarkeit industrieller Anlagen gewinnt über alle Branchen hinweg ständig an Bedeutung, denn ungeplante Anlagenstillstände verursachen hohe Kosten. Ein häufiger Grund für Anlagenausfälle sind Blitzeinschläge. Und hier lässt sich Abhilfe schaffen: Mithilfe eines Überspannungsschutz-Konzepts lassen sich elektrische und elektronische Komponenten wirksam absichern. Äußere Strukturen und Blitzschutzeinrichtungen sind der hohen Energie der Blitzschläge jedoch weiterhin ausgesetzt. Neben Schäden, die sich direkt auf den Betrieb der Anlage auswirken, gibt es auch solche, die nach einem Blitzeinschlag erst im weiteren Betriebsverlauf entstehen. Derartige Schäden lassen sich vermeiden, wenn man ihre Ursache rechtzeitig erkennt und beseitigt oder den Folgen entgegengewirkt. Um den aktuellen Zustand von betriebenen Anlagen zu bewerten, benötigen die Anlagenbetreiber Informationen über die tatsächliche Belastung durch Blitzeinschläge. Je detaillierter diese Informationen sind, desto genauer lässt sich der Zustand der Anlage bewerten und die Wartung kostenoptimiert steuern.

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Zahl der Blitze ist nicht ausschlaggebend

Zur Bewertung von Blitzeinschlägen sind zwei Methoden verbreitet. Eine ist die quantitative Auswertung mittels Ereigniszählern. Diese Einheit, die direkt an den Blitzableitern montiert werden, registrieren die Menge der Blitze anhand des Magnetfelds der Blitzströme. Die Anzahl der registrierten Blitze ist vor Ort ablesbar. Die qualitative Bewertung beschränkt sich bei dieser Geräteklasse in der Regel auf die Aussage über den Ansprechbereich des Zählers. Das zweite gängige Messprinzip ist ein System aus Magnetkarte und separater Ausleseeinheit. Die Magnetkarte wird mittels Halterung am Blitzableiter montiert, die elektromagnetische Wirkung von Blitzströmen beeinflusst den Magnetstreifen der Karte. Die jeweils stärkste Beeinflussung lässt sich über einen Kartenleser auswerten. Dies geschieht entweder vor Ort, oder die Karten werden gesammelt und im Labor ausgewertet. Eine Aussage über die Anzahl der Blitzereignisse ist mit dieser Messmethode nicht möglich. Blitzzähler reduzieren die Betrachtung der Blitzereignisse auf die Anzahl. Bei der Auswertung der Amplitude des maximalen Blitzstroms bleiben alle weiteren Blitzereignisse unberücksichtigt. Die tatsächliche Belastung der betrachteten Anlage durch Blitzströme hängt jedoch weder allein von der Anzahl, noch allein von der Amplitude des maximalen Stroms ab. Dauer und Steilheit eines Blitzstroms und die daraus resultierende Ladung und Energie spielen ebenfalls eine wichtige Rolle. Wie stark eine Anlage tatsächlich belastet ist, lässt sich mit den oben beschriebenen Methoden nur bedingt abschätzen.

Blitzströme detailliert auswerten

Das polarimetrische Blitzmesssystem LM-S von Phoenix Contact erfasst jeden durch einen Ableiter fließenden Blitzstrom und wertet diesen anhand von blitzstromtypischen Kennwerten aus. Das Gerät basiert auf dem Faraday-Effekt. Dabei wird eine linear polarisierte Lichtwelle durch ein Dielektrikum geleitet. Wird das Dielektrikum von einem äußeren Magnetfeld durchsetzt, dreht sich die Polarisationsebene der geführten Lichtwelle in Abhängigkeit von der Magnetfeldstärke. Die Auswerteeinheit arbeitet mit bis zu drei optischen Sensoren, die direkt auf die Blitzstrom führenden Ableitungen montiert werden. Die Verbindung der Sensoren mit der elektronischen Auswerteeinheit erfolgt über Lichtwellenleiter. Das optische Messprinzip trennt die Elektronik von den zu messenden Blitzströmen. Dies verhindert Störungen und Beschädigungen der Elektronik. Die elektrooptischen Wandler in der Auswerteeinheit emittieren die für die Messung benötigten Lichtsignale und wandeln diese - nach dem Durchfließen des Sensors - wieder in elektrische Signale um. Ein Zwischenspeicher und ein Prozessor werten die Signale kontinuierlich aus. Bei einem Blitzereignis werden aus diesen Werten die Kennzahlen berechnet, die den Blitzstrom charakterisieren. Die Blitzstromamplitude, die maximale Stromsteilheit sowie die Ladung und die spezifische Energie des Blitzstroms werden dann mit Datum und Zeit des Blitzereignisses in der Auswerteeinheit gespeichert. Der Zugriff auf die Daten ist über eine Ethernet-Schnittstelle möglich, wodurch sich das System in die vorhandene Infrastruktur einbinden lässt. Über das integrierte Web-Interface lassen sich zum einen die gespeicherten Blitzstromdaten abrufen, zum anderen dient es zum Kalibrieren und Anpassen an die Gegebenheiten vor Ort. Die Ausprägung des magnetischen Feldes hängt neben der zu messenden Stromstärke vom Profil des Blitzstromableiters ab. Um die Kennwerte exakt berechnen zu können, ist eine Auswahl des Profils im Web-Interface der Auswerteeinheit implementiert. Im Speicher der Auswerteeinheit lassen sich bis zu 500 Datensätze erfassen und mit der Exportfunktion an externe Rechner übertragen. Auf diese Weise lassen sich die daten statistisch auswerten und archivieren.

Ganzheitliche Betrachtung des Blitzstroms

Die Betrachtung wie stark industrielle Anlagen durch Blitzströme belastet sind, beschränkt sich bisher vorrangig auf die Anzahl der Ströme und eventuell deren maximale Amplitude. Die Dynamik des Stroms wird also nicht berücksichtigt. Die Ladung und die Anstiegszeit des Blitzstroms sind jedoch wesentliche Indikatoren für das Schadenspotenzial. Der zu erwartende Schaden eines lang anhaltenden Blitzes mit geringerer Amplitude, ein so genannter long duration strike, kann genauso groß sein, wie der Schaden eines Blitzes mit einer vielfach höheren Amplitude von wesentlich kürzerer Dauer. Häufige Blitzeinschläge mit kleinerer Amplitude belasten mechanische Strukturen ebenfalls stark. Um dies zu berücksichtigen, muss man auch die kumulierte Ladung betrachten. Die Blitzstromanalyse mit dem Blitzmesssystem LM-S ermöglicht eine genauere Beurteilung des Anlagenzustands. Denn sie berücksichtigt die mit der Dynamik des Stroms verbundenen Kennwerte. Mit diesen Informationen lässt sich besser beurteilen, ob und wenn ja welche Wartungseinsätze erforderlich sind. Bei gravierenden Schäden kann man die Anlage kontrolliert abschalten, um Folgeschäden vorzubeugen. Eine visuelle Prüfung der Anlage oder ein Ablesen der Messwerte vor Ort ist dazu nicht nötig. Die Kosten für Anfahrt und Inspektion reduzieren sich, Ursachen für Folgeschäden lassen sich frühzeitig erkennen und beheben. Damit leistet das System einen Beitrag zum hochverfügbaren und wirtschaftlichen Betrieb industrieller Anlagen in unterschiedlichen Branchen.

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