Blitzortungssensor – Lightning Sensor

Blitzortungssensoren sind grundlegender Bestandteil von Blitzortungssystemen, mit denen die Blitzaktivitäten erfasst und örtlich zugeordnet werden können.

Der vor dem Energie Zentrum Graz im Haus Inffeldgasse 18 aufgestellte IMPACT (IMProved Accuracy using Combined Technology) Sensor vom Typ Model 141-T ALDF besteht im Wesentlichen aus Antennen zur Messung zeitlich veränderlicher magnetischer und elektrischer Felder, einer GPS zeitsynchronisierten Uhr und einem elektronischen Teil zur Messsignalanalyse.

Grundsätzlich dienen Blitzortungssensoren der Detektion und Klassifizierung elektromagnetischer Felder von Blitzentladungen. Die Daten mehrerer Blitzortungssensoren zum jeweils gleichen Blitzereignis sind Basis für die Bestimmung eines Blitzorts und der Blitzkenngrößen. Abstände zwischen Sensoren sollten bei dieser Technologie maximal 370 km betragen. Der mittlere Sensorabstand beträgt in Österreich ca. 150 bis 200 km. Bei der IMPACT Technologie kommen das Magnetic Direction Finding (MDF) und das Time Of Arrival (TOA) Verfahren zum Einsatz.

  • Aus den mit Plattenantennen gemessenen elektrischen Feldern wird die Polarität eines Blitzes bestimmt.
  • Aus den von zwei orthogonal aufeinanderstehenden magnetischen Rahmenantennen des Sensors gemessenen Magnetfeldern kann die Richtung der Signalquelle bestimmt werden.
  • Aus den exakten Zeitpunkten, an denen die Signale an verschiedenen Sensoren empfangen werden, können Hyperbeln bestimmt werden, entlang derer sich die Signalquelle (Blitz) befunden hat.

Durch die Kombination von MDF und TOA kann ein Blitzort mit Daten von lediglich zwei Sensoren bei hoher Ortungsgenauigkeit bestimmt werden.

Die in Österreich betriebenen Blitzortungssensoren sind im österreichischen Blitzortungssystem ALDIS (Austrian Lightning Detection and Information System) zusammengefasst, welches Mitglied von EUCLID (European Cooperation for Lightning Detection) ist. Betrieben wird das System von der OVE Service GmbH, einer 100-%-Tochter des OVE (Österreichischer Verband für Elektrotechnik).

Blitzortungsdaten und die Erfassung des Blitzgeschehens dienen der Blitzforschung und werden insbesondere im Bereich der elektrischen Energieübertragung und Verteilung, im Schadensermittlungs- und Versicherungsbereich sowie in der Meteorologie genutzt. Am Institut für Hochspannungstechnik und Systemmanagement werden seit vielen Jahren Forschungsarbeiten in speziellen Bereichen der Blitzforschung, insbesondere im Bereich Effizienz und Genauigkeit von Blitzortungssystemen, durchgeführt (e.g. Poelman et al. 2012; Vergeiner et al., 2013 ; Schulz et al., 2014 ). Derzeit werden am Institut Forschungsarbeiten zum Thema "Blitzentladungen in alpinen Regionen" bearbeitet und betreut sowie zahlreiche Lehrveranstaltungen zu diesem Fachbereich angeboten.

Besonderer Dank gilt den Kollegen vom Französischen Blitzortungssystem Météorage, die diesen Sensor dem Institut zur Verfügung gestellt haben.


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© TU Graz/IHS

Blitzortungssensor am Campus Inffeldgasse

Seit Jänner 2015 ist vor dem Haupteingang des Energiezentrums Graz – Haus Inffeldgasse 18 – ein Blitzortungssensor vom Typ IMPACT Model 141-T ALDF ist montiert. Dieser Sensor war für einen Zeitraum von rund 10 Jahren im Sensornetzwerk des französischen Blitzortungssystems Météorage integriert. Er ist frei zugänglich und bietet allen interessierten die einzigartige Möglichkeit einen fundamentalen Bestandteil von Blitzortungssystemen hautnah sehen zu können.


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© TU Graz/IHS

Sensorik des Blitzortungssensors

Die Sensorik des IMPACT Sensors besteht im Wesentlichen aus einer Plattenantenne, zwei um 90° versetzten magnetischen Rahmenantennen und einer GPS Antenne mit GPS Uhr. Zeitlich veränderliche elektrische Felder werden mit den beiden unteren, horizontal angeordneten Platten gemessen (Plattenantenne). Zwischen den Platten der Plattenantenne befinden sich die orthogonal aufeinander stehenden Rahmenantennen zur Messung zeitlich veränderlicher magnetischer Felder. Die oberste Platte erfüllt keine aktive Messfunktion im Sinne der Blitzdetektion und -ortung. Sie dient als Halterung der GPS Antenne und besitzt zudem eine Windrose um den Sensor bei der Montage geografisch auszurichten. Die geografische Ausrichtung der Rahmenantennen hat Einfluss auf den vom Sensor ermittelten Signalwinkel („Angle of Incidence“) und in weiterer Folge auf die Genauigkeit der Sensordaten.


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© TU Graz/IHS

Blitzortungssensor im Netzwerk

Damit ein Sensor optimal funktioniert werden Orte mit möglichst geringen elektrischen und magnetischen Störsignalpegeln gewählt. Da die Störpegel des relevanten Frequenzbandes im Nahbereich von Flugplätzen meist sehr niedrig sind, sind Flugplätze beliebte Sensorstandorte.


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Das ALDIS Blitzortungssensornetzwerk in Österreich

Das österreichische Blitzortungssensornetzwerk beinhaltet acht Sensoren. Im Jahr 2006 sind die „IMPACT“ Sensoren in Österreich durch Sensoren vom Typ „LS 7000“ vollständig ersetzt worden. Im Wesentlichen stellt die LS 7000 Sensortechnologie eine Weiterentwicklung und Verbesserung der IMPACT Sensoren dar.


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Kontakt
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Projektleitung

Ao.Univ.-Prof.Dr. Stephan Pack

Inffeldgasse 18, Raum HSEG022
8010 Graz

Tel.: +43 316 873 7416
Mail: packnoSpam@tugraz.at