Blitzschutz für Kleinwindanlagen

Da ein Windrad möglichst hoch angebracht werden sollte ist es natürlich auch ein gutes Ziel für Blitze. Die Gefahr steigt dabei in etwa quadratisch mit der Bauwerkhöhe. Hier im Forum gibt es mehrere Berichte über Blitzeinschläge z.B.:

Forum/cf3/topic.php?t=889

Beim Schutz muss man zwischen dem Schutz des Windrades und dem Schutz anderer Anlagenteile, wie Wechselrichter oder Akkubank unterscheiden.

Der Schutz des Windrades selbst ist recht kompliziert. Als optimale Lösung gilt ein separater geerdeter Mast, der über das Windrad hinausragt. Dieser dient als Blitzfang. Alle Geräte die interhalb eines 60°-Winkels unterhalb der Spitze liegen gelten als relativ sicher. Als Material ist verzinktes Rohr gut geeignet. Möchte man das nicht verwenden, sollte man mindestens 16mm² Aluleitung wählen.
Nun hat nicht jeder den Platz und die Mittel so einen Mast aufzustellen. Außerdem bietet auch dieser keine absolute Sicherheit. Deswegen setzen die meisten Kleinwindanlagenbetreiber auf andere Techniken.

Grundlage für einen wirksamen Schutz ist eine ordentliche Erdung des Mastes, über die die Energie des Blitzes abgeleitet werden kann. Die Idee dahinter ist, dass man dem Blitz einen Weg anbietet, der attraktiver ist, als der Weg ins Haus, wo in der Regel die restliche Elektronik sitzt. Im Idealfall fließt der Wind also über den Mast direkt in die Erde und das Hausnetz bekommt keine Spannungsspitzen ab.
Laut einer Firma, die Blitzschutzanlagen baut, ist ein sinnvoller Blitzschutz nur mit einem Erder ab 8 m Tiefe möglich. Entscheidend ist ein niedriger elektrischer Übergangswiderstand. Den kann man auch mit mehreren flacheren Kreuzerdern erreichen und so das schlimmste verhindern. Die Gefahr ist aber dass nicht die komplette Energie tief genug abgeleitet wird.
Von doppelter Erdung, also an Mast und Haus, wird meist abgeraten. Es gesteht nämlich die Gefahr, dass man sich sonst den Blitz, den man am Mast abgeleitet hat, über die Erdung am Haus wieder einfängt.
Gleichstromsysteme sollten übrigens nicht geerdet werden, da es sonst zu Elektrolyse kommen kann.

Häufiger als zu einem direkten Einschlag kommt es zu Spannungsspitzen durch die statische Entladung eines Blitzes in der Nähe. Jedes Metallteil wirkt wie eine Fangstange für solche statisch aufgeladenen Felder. Ein Generator, Wechselrichter oder auch sonstige Elektronik die mit am Netz hängt kann bei so einer Entladung schnell zerstört werden.
Man muss für den Schutz der Elektronik also einen weiteren Mechanismus vorsehen. Dabei handelt es sich um einen Überspannungsschutz. Dieser wird leitend wenn die Spannung einen bestimmten Wert überschreitet. Er wird von Firmen wie Dehn, Phönix oder Bettermann hergestellt und als z.B. Gasableiter, Solar-Blitzschutz, Überspannungs-/Blitzschutz oder Überspannungsableiter angeboten. Man kann ihn aber auch selbst über Zündkerzen realisieren. Jede Spannungsführende Phase wird jeweils über so ein Bauteil gegen Erde angeschlossen.

Zwischen Überspannungsschutz und erstem Verbraucher kann man noch eine Sicherung einbauen. Diese sollte auf den Maximalstrom des Generators ausgelegt sein.

Die Erdung des Mastes schützt aber nicht das Windrad selbst. Hierzu wäre ein galvanischer Käfig um das Windrad herum nötig. Es gibt auch jemanden, der sich so etwas gebaut hat. Ich bin aber skeptisch, ob das (in dieser Ausführung) gut funktioniert: http://www.mindchallenger.com/wind/wgpage17.html
Alternativ kann man eine Fangstange an der Gondel des Windrades selbst anbringen und elektrisch mit dem Mast verbinden. Problematisch ist, dass so eine Fangstange über die Flügelenden hinaus ragen muss. Das sorgt aber für Verwirbelungen und somit für einen Wirkungsgradverlust. Da diese Fangstange mit dem Windrad mitschwenkt müsste man Schleifringe oder eine vergleichbare Konstruktion verwenden und diese bieten keinen sicher niedrigen Übergangswiderstand. Restinduktionsspannungen in Kabel oder Generatorwicklung können außerdem trotzdem die Elektrik, die direkt am Windrad angeschlossen ist zerstören. Für Windräder mit Helikoptersturmsicherng wäre dieses System deutlich schwieriger umzusetzen als für Windräder, die seitlich aus dem Wind drehen.
Es ist also fraglich ob sich der Aufwand für den Schutz des Windrades selbst wirklich lohnt. Ein Alternative wäre, am Mast eine Fangstange leitend in ausreichendem Abstand vom Windrad fest zu installieren.

Weiterführende Informationen zum Thema:

http://www.dehn.de/design07_fr…_mar09.pdf
http://www.dehn.de/design07_frame/pdf/ds/SD_70_install.pdf
http://www.dehn.de/www_DE/PDF/…_09_16.pdf
http://pdf.directindustry.de/p…-_842.html
http://www.phoenixcontact.de/ueberspannungsschutz/50225.htm
http://de.rs-online.com/web/se…ter_Phrase

Beeindruckend und Schade. Überlegst du, sie zu reparieren?

Hallo,
die Windgeschwindigkeit weiß ich leider nicht, aber es waren schon stärkere Stürme, da hat es keine Probleme gegeben.
Vermutlich werde ich die Anlage nicht ersetzen, bin jetzt 64 Jahre alt, auf den Mast bin ich die letzten Jahre nicht mehr raufgestiegen und immer die Feuerwehr belästigen möchte ich auch nicht.
Werde dann den Mast einmal abbauen, die großen Batterien 14 Stück 2Volt, über 600Ah aus dem Keller raufholen, das wird ein Kraftakt, eine Zelle hat ca. 50kg. Für den Schrotthändler sind die eigentlich zu schade, eventuell will sie jemand haben. Auch ein Einspeiser 1500 Watt und der Harbarth-Generator 1000 Watt, sowie der Gleichrichter sind noch zu verwerten.
Leider ist dann mein Wahrzeichen, das die ganze Bevölkerung in unserem Ort kannte, weg.

Da von allgemeiner Wichtigkeit lässt Windfried ausrichten:

Bei kleinen WKAs ist wohl die zündende Idee , eine Fangstange auf der Gondel an zu bringen und mit schwenken zu lassen. In Verlängerung der Schwenkachse oder etwas weiter hinten, ca. 30 cm höher als die Blattspitzen oder eben so, dass im 60°-Winkel alles Schützenswerte darunter verschwindet. (Geht aber nicht bei Helikopter-Sturmsicherung.)

Übebrückung am Schwenklager durch schleifendes Kupfergeflecht, mid. 25 mm². Sonst gibt es nach Blitzschlag weiche Kugeln oder gar Verschweißungen.

Kohlefaser in den Flügeln bringt nichts, da zu wenig leitfähig. Kupferband oder Geflecht geht, bei kleinen Blättern aber nicht zu machen.
Ob bei GFK der Blitz durch den Flügel rauscht, oder drum herum, ist eine gute Frage.

Wenn der Mastfuß auch anständig geerdet ist, kann man erwarten, dass die Isolationsspannungen aller Komponenten (4 kV i.A.) nicht durchschlagen werden.
Stahlbeton vom Fundament genügt als Erdung nicht!
Im Anhang ein Foto, wo am Mastfuß sowohl ein Fundamenterder als auch ein zusätzlicher vorgesehen wurde. Einer von beiden genügt i.A.

Wenn eine WKA durch Blitzschlag aus der Schwenklagerung hüpft, befürchte ich, dass die Lager einfach nur lose ins Rohr gesteckt wurden.

Bliebe noch zu bemerken, dass der Günter vielleicht sogar Glück gehabt hat.
Wenn es die WKA mit Mast nicht gegeben hätte, wäre möglicherweise das Haus dran gewesen. Eine Blitzschutzanlage ist nicht erkennbar.

Grüße, W.

Hallo zusammen,

XXLRay beschreibt in seinem Post den Schutz von Kleinwindanlagen schon recht gut. Vom Überspannungsschutz durch Zündkerzen würde ich jedoch abraten, da diese Zwar ähnlich zu Funkenstrecken sind, jedoch keinen Schutz ausreichenden bieten. Bei professionellen Blitzschutz-Ableitern werden getriggerte Funkenstrecken verwendet, d.h. diese werden durch eine elektronik aktiv gezündet und leiten daher auch Überspannungen ab, welche die Funkenstrecke wie z.B. bei der vorgeschlagenen Zündkerze noch nicht überwinden.
Ein Schutz des Wechselrichters ist aber auf jeden Fall nötig, da der Blitz bei Einschlag in die KWEA auch einen Spannungsabfall am Erdungswiderstand erzeugt, auch wenn dieser optimal abgeleitet wird.
Hier ein einfaches Rechenbeispiel:
Blitzstrom= 100kA
Erdungswiderstand = 1 Ohm (sehr guter Wert)
Wenn man nun ganz einfach über das ohmsche Gesetz U=R*I mit diesen Werten rechnet, bekommt man einen Spannungsabfall von 100kV, welche dann am Potentialausgleich anliegen.
Diese 100kV beschreiben den Unterschied zwischen den Leitungen, welche ja über den Wechselrichter am Netz hängen und der Erde, bzw. des PE.
Um hier einen Potentialausgleich zu realisieren muss eine Blitzstromableiter mit Funkenstrecke eingesetzt werden, welche beide Poteantiale anpasst und dadurch verhindert, dass sich der Blitzstrom seinen eigenen Weg sucht

Zum Schutz der Anlage an sich eignet sich wie oben schon beshrieben eine Fangstange, welche über die Flügel hinausragt und über Schleifringe oder Funkenstrecken mit dem Turm, welcher geerdet ist, ableiten.

Ein Beispiel wie es bei Großanlagen gemacht wird findet ihr hier:
Schutzvorschlag DEHN

Schöne Grüße,
Bernhard