Lightning-Monitoring-System Blitzströme erfassen und messen

Lighting-Monitoring-System
Lighting-Monitoring-System

Blitzeinschläge verursachen verheerende Beschädigungen an Gebäuden und Anlagen. Abhängig von der mitgeführten Energie des einschlagenden Blitzes kommt es zu massiven -Zerstörungen oder zu Beschädigungen, die weitere Folge-schäden verursachen können. Ein neues Messsystem auf der Grundlage des Faraday-Effektes erkennt und bewertet Blitzeinschläge zuverlässig.

Zu besonders blitzgefährdeten und exponiert gelegenen Anlagen zählen Windkraftanlagen, Energieerzeugungsanlagen, großflächige Industriebetriebe und Bahnanlagen. Bei derartigen Anlagen ist eine lückenlose Blitzschutzmaßnahme grundsätzlich sehr schwierig bis unmöglich umzusetzen. Für die Erfassung und Auswertung von Blitzeinschlägen in derartigen Systemen hat Phoenix Contact das Lightning-Monitoring-System LM-S entwickelt. Es besteht aus einer Auswerteeinheit und einem Sensor, der auf die Ableitung einer Blitzschutzanlage montiert ist. Das Messsystem nutzt den Faraday-Effekt bzw. den magnetooptischen Effekt, um die Stärke und die Flussrichtung von Blitzstoßströmen zu analysieren, die in Blitzableitungen auftreten.

Optisches Messprinzip, optische Signalübertragung

Die Messstrecke selbst besteht aus einem transparenten Dielektrikum mit beidseitig angeordneten Polarisatoren oder Polfiltern. Die Messstrecke ist so angeordnet, dass sie zur Stromflussrichtung in der Ableitung einen Winkel von 90° einnimmt. So liegt die Ausbreitungsrichtung einer Lichtwelle in der Messstrecke parallel zum Magnetfeld des Stoßstromes in der Ableitung.

In der Messvorrichtung wird Licht mit definierter Lichtstärke durch den Lichtwellenleiter geschickt. Der Polfilter am Eingang der Messstrecke polarisiert das Licht linear. Ein externes Magnetfeld dreht nun die Polarisationsebene der Lichtwelle in der Messstrecke. Dabei bestimmt die Richtung des Magnetfeldes die Drehrichtung, die Stromstärke wiederum die Größe des Drehwinkels. Am Ausgang der Messstrecke ist der zweite lineare Polfilter in einem Winkel von 45° zum Eingangspolfilter angeordnet. Wird die Polarisationsebene der Lichtwelle nicht beeinflusst, treten nur 50 Prozent der Lichtmenge durch den Ausgangspolfilter. Abhängig von der Drehung der Polarisationsebene lässt der Ausgangspolfilter mehr oder weniger Licht durch. So entsteht ein messbares und auswertbares Lichtsignal.

Die Signalübertragung zwischen Sensor und Auswerteeinheit erfolgt über einen Lichtwellenleiter. Im Vergleich zu einer Signalübertragung per Kupferleitung hat das entscheidende Vorteile. Blitzströme, die im Umfeld des Messsystems auftreten, können das Signal nicht mehr beeinflussen oder sich in die Übertragungsstrecke einkoppeln. Damit steht an der Elektronik der Auswerteeinheit ein verlässliches und unter EMV-Gesichtspunkten unbedenkliches Signal zur Verfügung.