Torsten Schulz, Dipl.-Ing. für Elektrotechnik und VDE-geprüfte Blitzschutzfachkraft

Torsten Schulz, Dipl.-Ing. für Elektrotechnik und VDE-geprüfte Blitzschutzfachkraft

Der Blitzableiter ist von Benjamin Franklin bereits 1750 erfunden worden und hat sich seitdem kaum verändert. In vielen Situationen ist dieser Blitzschutz technisch nicht möglich oder nicht mit vertretbarem Aufwand realisierbar. Mit dem neuen, aktiven Blitzschutz können Großveranstaltungen im Freien wie Flugshows und Festivals oder temporär aufgestellte Masten und Antennen einfach und sicher geschützt werden.

 

Passiver Blitzschutz besteht aus Fangstangen, Ableitungen und der Erdung. Dafür wird hauptsächlich dicker Eisendraht verwendet. Mit zunehmender Elektrifizierung wurde der Überspannungsschutz notwendig. Der wird immer wichtiger, weil die Technik kleiner und empfindlicher und gleichzeitig unsere eigene Abhängigkeit von dieser Technik immer größer wird. Passiver Blitzschutz ist ständig einsatzbereit und verbraucht keine Energie.

Aktiver Blitzschutz ist neu. Er wird aufgeteilt in Sensoren und Aktoren. Aktor ist in diesem Fall der dynamische Blitzschutz. Das hat den Vorteil, dass die Maßnahmen zum Blitzschutz wesentlich komplexer sein können. Sie werden nur eingeschaltet, wenn sie wirklich benötigt werden. Die neuesten Entwicklungen aus diesen Bereichen sollen kurz vorgestellt werden.

Es ist seit langem bekannt, dass durch Radioaktivität die Luft schneller ionisiert und damit leitfähig gemacht werden kann. Ein einfaches Schulexperiment an einer Influenzmaschine kann das beweisen. Die ersten Blitzableiter wurden mit radioaktiven Substanzen an den Fangstangen ausgerüstet. Heute ist das zum Glück verboten. Aber auch durch ultraviolettes Licht oder starke elektrische Felder kann eine Vorionisation der Luft erreicht werden. Nach diesem Prinzip sind neue Blitzableiter erfunden worden: die ESE-Fangstangen. ESE steht für Early Streamer Emission und soll den Blitz durch vorionisierte Luft früher einfangen. Die neuesten Entwicklungen nutzen das verstärkte elektrische Feld unter der Gewitterwolke, um die Luft um den Ableiter herum besser leitfähig zu machen. Sie sind dadurch Sensor und Aktor in einem Gerät. Die ESE-Fangstangen sind bereits auf dem Markt erhältlich. Auch in Deutschland können sie installiert werden. Nur dürfen die Blitzschutzsysteme mit ESE-Fangstangen normgerecht nicht anders ausgelegt werden, als wären Franklin’sche Fangstangen benutzt. Die Effektivität der ESE-Fangstangen konnte bisher nicht nachgewiesen werden. Untersuchungen wurden unter anderem an der TU Ilmenau durchgeführt. Wie bei allen unabhängigen Untersuchungen konnte keine bessere Wirkung der neuen Fangstangen nachgewiesen werden, als bei der 1750 erfundenen Eisenstange. Trotzdem die Theorie dieser neuen Erfindungen so einleuchtend ist, scheint sie in der Praxis noch nicht richtig zu funktionieren.

In der Meteorologie wird mit modernsten Satellitenüberwachungen und komplizierten Wettermodellen eine immer bessere Vorhersage für das Wetter ermöglicht. Auch die Gewitter werden präzise vorausgesagt. Direkt für den Blitzschutz werden diese Werte noch nicht verwendet.

Neue Sensoren werten die elektromagnetischen Impulse des Gewitters aus. An verschiedenen geografischen Punkten werden Sensoren aufgestellt, die diese Impulse messen und mit einem präzisen Zeitstempel versehen. Da sich die elektromagnetische Strahlung der Blitze mit Lichtgeschwindigkeit ausbreitet, erreicht sie die Sensoren zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Auch wenn der Unterschied nur wenige Mikrosekunden beträgt, ist damit eine exakte Berechnung des Einschlagsorts möglich. Die Daten werden an einen zentralen Server gesendet, der über das „Time-of-Arrival“-Verfahren jeden Einschlagsort bestimmt. Die Werte werden in einer Datenbank abgelegt, mit denen für kurze Zeiten brauchbare Prognosen erstellt werden.

Auswertungen des elektrischen Feldes können sogar extrem kurz vor dem Blitz ein Signal erzeugen. Die Erde an sich ist ein guter elektrischer Leiter. Auch die Ionosphäre, ab einer Höhe von etwa 50 km, ist ein guter elektrischer Leiter. Zwischen beiden Seiten befindet sich die Luftschicht der Troposphäre. Sie bildet als relativ schlechter elektrischer Leiter das Dielektrikum des übergroßen Kugelkondensators. Interessanterweise ist dieser Kondensator permanent geladen. Bei schönem Wetter wird am Erdboden ein Feld von etwa 120 V/m gemessen. Die Bewölkung verändert dieses elektrische Feld. Insbesondere in der Gewitterwolke bildet sich ein eigenes elektrisches Feld, das dem elektrischen Feld der Erde entgegenwirkt, so dass sich die Polarität des gemessenen Feldes kurzzeitig umkehrt. Das elektrische Feld der Atmosphäre wird mit einem Rotationsvoltmeter (genannt Feldmühle) gemessen. Kurz vor der Blitzentladung steigt die Spannung im Feld extrem an, bis bei etwa 25.000 bis 35.000 V/m der Blitz auslöst. Die Feldmühle kann sehr kurz vor dem Blitz noch Warnsignale versenden.

Wir haben also mittlere, kurze und ultrakurze Voraussagen für den Blitz. Aber müssen wir daraufhin immer Veranstaltungen absagen, Technik abschalten und den Betrieb unterbrechen? Welche Technologie hat wirklich die Chance, den aktiven Blitzschutz zu komplettieren, damit der Betrieb trotz akuter Gefahr weiter gehen kann?