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Blitzschlag
Wie alle Türme und Freileitungen sind auch Selbahnanlagen präsestiniert, von Blitzen getroffen werden.
Es wäre schön, Blitzentladungen oder Potentialdifferenzen der Erde zur CO2-neutralen Energiegewinnung zu nutzen, darum habe ich zu diesem Thema schon ausführlich recherchiert (das Einfangen der Blitze ist dabei nicht das Problem, sondern das kurzfristige und langfristige Speichern). Da möchte ich vorher ein bißchen ausholen, was Blitze sind, wie sie entstehen und das – hoffentlich – einfach erklären:
Entstehung von Blitzen
In einer Gewitterwolke stoßen Eiskristalle oder Eiskristalle und Regentropfen aneinander (zudem trifft kosmische Strahlung auf Teilchen in der Luft). Dabei wird Reibungselektrizität erzeugt wie beim Drüberstreichen mit der Hand über synthetische Kleiderstoffe. Die leichteren noch wasserreicheren Eiskristalle werden positiv geladen und die schwereren mit geringerem Wassergehalt negativ. Weil die schwereren Eisteilchen in der Wolke nach unten sinken, kommt es zu einer Ladungsverteilung innerhalb der Wolke. Dadurch entstehen elektrische Felder, der obere Teil der Wolke lädt sich positiv auf, der untere negativ.
Da der Boden der Erde samt seinen Aufbauten der Wolke gegenüberliegt, sammeln sich dort gegensätzlich geladene, also positive, Ladungsträger an der Oberfläche. Die den Erdboden und die Wolken umgebende Luft wird gleichzeitig durch Ionisation elektrisch leitfähig. Die Ladungsträger sammeln sich auf der Erde an, unabhängig ob dort ein gut den Strom leitender Stahlmast oder ein schlecht leitender (oder besser leitender regennasser) Baum oder Mensch steht (allerdings erfolgt die Blitzableitung eher über vorhandene Materialien, wenn deren elektrische Leitfähigkeit höher ist).
Werden die Potentialdifferenzen zu groß, kommt es zu einem Ladungsausgleich dieser Felder, den man als Blitz sieht. In dem Blitzkanal wird die Luft auf mehrere zehntausend Grad erhitzt ähnlich wie der Glühfaden in einer Glühlampe. Durch die Ausdehnung der Luft bei dieser schnellen Erhitzung entsteht der Lärm des Donners, den wir samt Echoeffekten hören.
Die entstehende Temperatur hängt dabei von der elekrischen Stromleitfähigkeit und vor allem von der Wärmeleitfähigkeit der Stoffe ab. Ein Blitz, der durch einen Metalldraht abgeleitet wird, erhitzt diesen nicht so stark, sonst würden alle Blitzableiter, Stahlmasten und Stahlseile, in die ein Blitz einschlägt sofort schmelzen, tun sie aber nicht. Darum kann man auch Papier leichter mit einer Kerzenflamme entzünden als einen durchaus brennbaren Eisendraht, weil der die Hitze besser ableitet und somit die Flammpunktstemperatur langsamer erreicht wird. Temperaturschäden treten am ehesten an der Blitzeinschlagstelle in ein Drahtseil auf, weil dort die Temperatur der umgebenden Luft sehr hoch ist und wegen des Übergangswiderstandes.
Ein Blitz, der in ein hölzernes (landwirtschaftliches) Gebäude ohne Blitzableiter oder in einen Baum einschlägt kann das Holz (oder darin eingelagerte ätherische Öle) zum Entflammen bringen. Da im menschlichen Körper (Herz-)Muskel- und Nervenaktivitäten durch zarte elektrische Ströme gesteuert werden, kann ein elektrischer Schlag wie durch einen Blitzschlag oder Berühren eines Stromleiters sowie die begleitende Erhitzung verheerendes bewirken .
Bei einer Blitzentladung einer Wolke nähern sich entgegengesetzte Ladungen an und mehrere Blitzströmungskanäle bilden sich gleichzeitig von oben als auch von unten , was sich später als Blitzverästelungen zeigt. Auf der Erde treten diese Vorentladungen aus spitzen Gegenständen, wie etwa Stahlspitzen, Masten, Bäumen, u.a.m. aus und zeigen sich (infolge Sauerstoff- und Stickstoff-Gasentladung mit dunkelblauer Farbe) als sogenanntes “Elmsfeuer”. Erst wenn ein durchgehender Blitzkanal durch solche “Vorblitze” oder “Fangblitze” geschaffen wurde, “wird im Himmel der große Schalter umgelegt” und der große Blitz schlägt durch. Mehrere Hauptentladungen hintereinander (in kürzeren Abständen als das Auge optisch trennen kann) ergeben das Flackern “eines” Blitzes.
Seilbahnen und Blitzeinschläge
Schlägt nun ein Blitz in den Masten/Stütze oder ins Seil einer Seilbahn ein, so erfolgt ein Potentialausgleich mit dem Erdboden. Der Strom fließt am besten dort ab, wo der elektrische Widerstand der Leiter am geringsten ist. Etwa durch einen kürzeren Blitzkanal von der Wolke zum Berg als durch einen längeren Blitzkanal von der Wolke zum Tal. Bei Tragseilen wird ein Blitzeinschlag über die Tragseilsattel direkt in den gut geerdeten Mast geleitet, bei Förderseilen und Zugseilen, die bei den Masten über gummibespannte Rollen laufen, zu den Stationen, wo der Blitzeinschlag Sensoren und andere elektrische durch elektrische Lichtbögen Einrichtungen ruinieren kann.
Allerdings können bereits die elektrostatischen Aufladungen der Seile vor dem Blitzeinschlag zu Überschlägen in den Stationen führen, wenn die Anlagen dort noch ein anderes Potential aufweisen. Potentialdifferenzen zwischen Masten und den in den Stationen geerdeten Seilen können auch auftreten, wenn der Mast nahe einer Stromfreileitung steht.
Der Auflagedruck der Seile auf die Rollen reicht (auch wegen des Seilfetts und der Gummiauflagen auf den Rollen) nicht aus, um eine gut stromschlüssige Verbindung herzustellen, auch wenn die Gummiauflagen der Rollen und der Seilumlenkscheiben aus mehr oder minder elektrisch leitendem Material bestehen. Bei alten Seilbahnanlagen werden vor einem Gewitter die Seile händisch mit einem zusätzlichen fest zu montierenden Erdungsstab geerdet, bei modernen Anlagen kann das vollautomatisch erfolgen.
Seilbahngondeln wirken wie Autos als “Faradaysche Käfige”, das heisst ein elektrischer Strom wird über die Außenhülle abgeleitet und im Inneren wirken keine elektrostatischen oder elektromagnetischen Felder. Das bedeutet, die Insassen einer Gondel bleiben von einem Blitz, der die Gondel oder ein Seil getroffen hat, verschont, vom Donner nicht. Die Hand sollte man dabei aber tunlichst nicht beim Fenster hinausstrecken.
( Bei Sesselliften ist es ähnlich, wie wenn Vögel auf einer Stromleitung sitzen. Der Blitz-Strom und die Wärme fließen da über den gut strom- und wärmeleitenden Draht ab, die zugehörigen starken elektrischen Felder können aber wohl Auswirkungen haben. Solche Anlagen werden üblicherweise bei Gewittern außer Betrieb gesetzt. Problematischer sind da noch Schlepplifte, da die Schifahrer dabei über die Schi und Stöcke und den nassen Schnee Erdschluß bewirken können. Glücklicherweise treten Gewitter im Winter nur selten auf – die Eiskristalle schneien mangels Auftrieb eher zu Boden, als dass sie lange in der Luft herumwirbeln – und sind im Sommer auf Gletscherschigebieten meist verbunden mit Regen, Sturm und schlechter Wetterlage, die das Schifahren sowieso verleiden. )
Ein Kupferkabel, das mittig an der höchsten Stelle von Seilbahnmast zu Seilbahnmast gespannt ist, kann Blitzeinschläge in die Trag- und Zugseile verhindern, verteuert aber die ganze Seilbahnanlage. Alle Seilbahnstützen werden gut geerdet und die Erdung wird (behördlich vorgeschrieben) regelmäßig überprüft.
Schäden durch Blitzeinschlag treffen vor allem exponiert angebrachte Windmesser und zugehörige elektrische Leitungen (ohne Blitzableiter in der Nähe) und sonstige elektrische und elektronische Komponenten in den Stationen, bei denen Überschläge, Durchschläge und Lichtbögen auftreten können. Es ist aber noch nie vorgekommen, dass ein Blitzschlag ein Seilbahnseil zum Reissen gebracht hat, möglich sind Beschädigungen einzelner Litzen.
Die Isolationswirkung von Stützrollen wird für die (kapazitive oder galvanische) Seilüberwachung genützt. Dazu wird ein Frequenzsignal oder ein schwacher Strom bei einer Station aufgegeben und in der anderen Station ausgelesen. Änderungen dabei deuten auf beschädigte Litzen oder Erdschluss infolge Entgleisungen der Seile (mit Kontakt zur Seilbahnstütze). Abweichungen vom Sollwert führen da zum Abbremsen des Zugseils und einem Nothalt des Systems. Zudem können beschädigte oder gebrochene Litzen durch Sensoren beim Seildurchlauf während des Betriebs geortet werden.
Urbane Seilbahnen sollten in der Regel über redundante doppelte Antriebe verfügen und – eben wegen der Gefahr von Beschädigungen durch Blitzschläge – über eine doppelt ausgeführte Elektronik bzw. über verbesserte Überspannungsableitungssysteme. Da urbane Seilbahnanlagen wesentlich höhere Passagierzahlen als nur halbjährlich betriebene Wintersportbahnen aufweisen, amortisieren sich solche Zusatzausrüstungen eher und längere Betriebsstopps müssen auf alle Fälle vermieden werden. Auch wenn innerhalb der Gondeln keine Gefahr durch Blitze besteht, werden die Passagiere sicherlich Verständnis aufbringen, wenn die Beförderung durch eine innerstädtische Seilbahn bei einem üblicherweise kurzem Gewitter für diese kurze Zeit außer Betrieb gesetzt wird.
Bei urbanen Seilbahnen wäre es ja auch vorteilhaft, wenn einzelne Seilabschnitte durch getrennte Antriebe angetrieben werden, damit bei einem Zwischenfall in einer Station nicht das gesamte Netz gestoppt werden muss. Bei einem Mittelstationsabstand von maximal 600 Metern müssen die Seile ja nicht zwingend 7 km lang sein. Dadurch braucht auch etwa in den fahrgastarmen Abendstunden nicht das ganze Netz mit leeren Seilen auf Höchstgeschwindigkeit fahren, können Reparaturen einzelner Abschnitte leichter durchgeführt werden und Seilbahn-Netzwerke können so modular erweitert werden. Und wenn ein Gewitter über die Stadtfläche dahinzieht muss nicht das ganze Netz lahmgelegt werden. Bei einem Stationsabstand von maximal 600 Metern kann ein Abschnitt bei einer Seilgeschwindigkeit von 7,5 m/s = 27 km/h innerhalb von 80 Sekunden leergefahren werden und diese 8 Gondeln in der Station garagiert werden (nach meinen Konzepten sollte jede Mittelstation eine kleine Gondelgarage aufweisen, damit frühmorgens das System schneller hochgefahren werden kann und abends in jeder Zwischenhaltestelle eine Gondel bereitstehen kann, um nur bei Bedarf zu starten).
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