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Gewittererkennung und Vermeidung von Blitzschäden: Was funktioniert?
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Die lokale Erkennung von Gewittern ermöglicht die Vermeidung von Unfällen durch Blitzeinschläge
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Die lokale Erkennung von Gewittern ermöglicht die Vermeidung von Unfällen, die durch Blitzeinschläge entstehen. Elektrische Gewitter können Tod und Verletzungen von Menschen verursachen. Das Risiko ist für Arbeiter im Freien erhöht. Neben dem Verlust von Leben und Gesundheit beschädigen Blitzeinschläge Immobilien, Infrastrukturen, Industrien, Kommunikationssysteme und das kulturelle Erbe. Blitze lösen viele Waldbrände aus, verursachen Ausfälle von Stromleitungen und können auch Umweltkatastrophen verursachen.
Die Umsetzung von Präventions- und Schutzmaßnahmen gegen Blitzeinschläge hat die Zahl der durch Blitzeinschläge getöteten oder verletzten Menschen kontinuierlich reduziert. Vorbeugende Maßnahmen sind zeitlich begrenzte Aktionen, die bei einer Blitzwarnung eingeleitet werden und wieder deaktiviert werden, sobald die Gefahr vorüber ist. Einige Beispiele sind die Evakuierung von Personal und das Stoppen oder Verschieben gefährlicher Aktivitäten usw.
Um diese temporären Maßnahmen ergreifen zu können, sollte ein zuverlässiges Gewittererkennungssystem1 vorhanden sein. Im Folgenden werden wir aufschlüsseln, welche Arten von Detektoren es gibt, welche Vor- und Nachteile sie haben und vor allem, ob sie für präventive Zwecke geeignet sind.
Detektoren, die auf der Überwachung des elektromagnetischen Feldes basieren: Wofür sind sie geeignet?
Detektoren, die auf der Überwachung des elektromagnetischen Feldes basieren, messen die elektromagnetische Strahlung, die von Blitzen erzeugt wird. Das heißt, sie benötigen einen ersten Download, entweder Wolke-Wolke oder Wolke-Boden, um ihre Warnung vor dem Blitzschlagrisiko abzugeben. Aus diesem Grund werden diese Systeme für die Analyse vergangener Ereignisse eingesetzt, sie sind jedoch nicht immer geeignet, um vorbeugende Maßnahmen zu ergreifen.
Detektoren, die auf der Überwachung des elektromagnetischen Feldes basieren, werden traditionell zur Ortung von Gewittern eingesetzt. Einer dieser aktuellen elektromagnetischen Detektoren (auch LLS, Lightning Location System genannt) muss in der Lage sein, alle Wolke-Boden-Blitzeinschläge beliebiger Polarität und Wolke-Wolke-Entladungen in verschiedenen Kategorien zu erfassen und auch innerhalb eines bestimmten Gebietes zu lokalisieren2. Darüber hinaus können diese Gewitterdetektoren die Intensität und Art der Blitze messen und sogar Gewitterzellen und die Entwicklung der elektrischen Ladungsstruktur in Echtzeit verfolgen3,4.
Gewitterdetektoren, die auf dem elektromagnetischen Feld basieren, sind nicht immer für präventive Zwecke geeignet, insbesondere in Fällen, in denen sich das Gewitter direkt über dem zu schützenden Ziel bildet.
LLS basieren ihren Blitzschlaggefahrenalarm auf dem Abstand zwischen den vorangegangenen Entladungen und dem zu schützenden Ziel. Auf diese Weise gehen sie davon aus, dass eine Entladung in der Nähe des zu schützenden Gebietes impliziert, dass der folgende Blitz in diesem Gebiet erzeugt wird. Tritt die Entladung weiter entfernt auf, würde sie ein geringeres Risiko für einen Blitzeinschlag in das Ziel mit sich bringen. Tritt jedoch die erste Gewitterentladung auf demselben Ziel auf, wird kein Voralarm ausgelöst und es werden keine notwendigen Präventivmaßnahmen ergriffen.
Laut einer Studie aus dem Jahr 20055 wurden 54 % der vom Blitz getroffenen Opfer nicht über die Bedrohung informiert, weil es im Umkreis von 20 km vor dem Einschlag keinen Blitzeinschlag gab. In anderen Fällen gab es weniger als 3 Blitze in einem Zeitraum von 2 Minuten, bevor die Person vom Blitz getroffen wurde, so dass die Opfer nicht genug Reaktionszeit hatten, um angemessenen Schutz zu suchen.
Elektromagnetisches Feld vs. elektrostatisches Feld
Im Gegensatz zu Gewitterdetektoren, die auf elektromagnetischen Feldern basieren, sind Sensoren für elektrostatische Felder in der Lage, die Entstehung elektrischer Gewitter über dem zu schützenden Gebiet zu erkennen und daher einen Gefahrenalarm mit einer ausreichenden Vorlaufzeit auszugeben, um vorbeugende Maßnahmen zu ergreifen.
In der Norm IEC 62793: 2020 über Sturmwarnsysteme werden vier Phasen in der Entwicklung eines elektrischen Gewitters festgelegt:
Phase 1: Anstieg des elektrostatischen Feldes.
Phase 2: Intra-Wolken- und Wolken-Wolken-Entladungen, wobei auch Wolke-Boden-Entladungen auftreten können.
Phase 3: Wolke-Wolke- und Wolke-Boden-Entladungen.
Phase 4: Verringerung der Download-Rate.
Auf elektromagnetischen Feldern basierende Sturmdetektoren können die Phasen 2, 3 und 4 erkennen, nicht aber Phase 1. Sie können weit entfernte Stürme orten, bei denen bereits Entladungen auftreten.
Elektrostatische Feld-basierte Detektoren sind die einzigen, die alle Phasen des Gewitters erkennen, da die Messung des atmosphärischen elektrostatischen Feldes der einzige direkte und eindeutige Indikator für das Risiko eines Blitzeinschlags ist, bevor dieser stattfindet. Die Detektion durch lokale elektrostatische Feldmessung bietet den einzigen robusten präventiven Schutz, da sie die allmähliche Entstehung eines Gewitters überwacht, von der Anfangsphase bis zum Schönwetter, wie in der IEC 62793: 2020 definiert.
Darüber hinaus verwenden auf elektromagnetischen Feldern basierende Gewitterdetektoren einen Countdown ab der letzten detektierten Entladung, um festzustellen, dass keine Gefahr eines Blitzschlags besteht: Wenn innerhalb einer bestimmten Zeitspanne keine Entladung auftritt, wird der Alarm beendet. Es kann jedoch Fälle geben, in denen das Risiko immer noch besteht und ein Blitz kurz nach dem definierten Zeitlimit eintritt oder sogar der Alarm länger als nötig andauert, was zu erheblichen finanziellen Verlusten führen kann.
Die Erkennung durch lokale elektrostatische Feldmessung bietet den einzigen robusten präventiven Schutz, da sie die allmähliche Entstehung eines Gewitters von der Anfangsphase bis zum guten Wetter überwacht, wie in der IEC 62793: 2020 definiert.
Letztendlich sind Gewitterdetektoren, die auf der Messung des elektrostatischen Feldes basieren, das einzige System, das das Risiko eines echten Blitzeinschlages bietet. Sie können alle Phasen des Gewitters erkennen und sowohl seine Entstehung oder Annäherung als auch seine Auflösung oder Entfernung anzeigen. Elektrostatische Feldsensoren ermöglichen die Annahme von Präventivmaßnahmen, die auf der Grundlage der objektiven Messung des elektrostatischen Feldes der Umgebung wirken.
Die auf dem elektromagnetischen Feld basierenden Detektoren hingegen sind, da sie ihre Risikowarnung auf die Nähe oder Entfernung einer früheren Entladung stützen, nicht immer für präventive Zwecke geeignet, obwohl sie die Lokalisierung und Analyse von Blitzen nach deren Einschlag ermöglichen.
detección de tormentas, caída de rayos
ATSTORM®, das Beste aus beiden Technologien
ATSTORM®, entwickelt und patentiert von Aplicaciones Tecnológicas, ist ein lokales Warnsystem zur Vorbeugung der Gefahr von Gewittern. Es besteht aus elektrostatischen Feldsensoren, vollelektronisch und ohne bewegliche Teile. Das Sturmerkennungssystem kann elektrische Feldschwankungen von sich über dem Zielgebiet bildenden Stürmen und / oder aktiven Stürmen bis zu einem Radius von 20 km wahrnehmen. Diese Technologie bietet mehrere Minuten Vorlaufzeit, bevor der erste Blitzeinschlag durch Auslesen des elektromagnetischen Feldes erkannt werden könnte.
ATSTORM® basiert seine Warnung auf der Messung des elektrostatischen Feldes, obwohl es auch über einen elektromagnetischen Sensor verfügt, der seinen Überwachungsbereich erweitert und die Definition eines Vorwarnstatus ermöglicht.
ATSTORM® verfügt zusätzlich über einen elektromagnetischen Sensor, der die Annäherung an den Sturm bis zu einem Radius von 40 Kilometern überwacht. Auf diese Weise wird der Überwachungsbereich erweitert und es kann eine Voralarmstatusmeldung definiert werden, falls sich entfernte aktive Stürme dem zu schützenden Ziel nähern.
Die Vermeidung von Unfällen durch Blitzschlag ist möglich, wenn Sie über einen Gewitterdetektor verfügen, der zu jeder Zeit zuverlässige und genaue Informationen über das Risiko von sich bildenden oder sich dem Ziel nähernden Gewittern bietet.
Den vollständigen Artikel können Sie hier herunterladen.
Für weitere Informationen zur Gewittererkennung und zur Vermeidung von Blitzunfällen können Sie unser Expertenteam unter diesem Link kontaktieren.
Referenzen:
Tamborero, J. M. & Polo, S. NTP-1.084: Prävention von Arbeitsunfällen durch Blitzeinschläge. (2017).
Rakov, V. A. Electromagnetic Methods of Lightning Detection. Surv. Geophys. 34, 731-753 (2013).
Cooper, M. A. & Holle, R. L. Reducing Lightning Injuries Worldwide. Springer Natural Hazards (2019).
Nag, A., Murphy, M. J., Schulz, W. & Cummins, K. L. Lightning locating systems: Insights on characteristics and validation techniques. Earth and Space Science vol. 2 65-93 (2015).
Lengyel, M. M., Brooks, H. E., Holle, R. L. & Cooper, M. A. Lightning casualties and their proximity to surrounding cloud-to-ground lightning. 85th AMS Annu. Meet. Am. Meteorol. Soc. - Comb. Prepr. 3185-3191 (2005).