Blitzphysik und Blitzschutz

Blitze sind natürliche Phänomene, welche die Menschheit seit Jahrtausenden faszinieren. Ihre gewaltigen optischen, akustischen und elektrischen Wirkungen waren lange Zeit nur durch übernatürliche oder göttliche Kräfte erklärbar. Die Forschung rund um den Blitzschutz hat in den vergangenen drei Jahrhunderten verschiedene Schutzkonzepte hervor gebracht die in nationalen und internationalen Normen aufgearbeitet sind und gut funktionieren. Der technische Fortschritt ermöglicht es, mit Kameras oder der Interferometrie immer wieder neue Einblicke in den Blitzmechanismus zu gewinnen. Es gibt jedoch noch immer sehr viele ungeklärte Phänomene, für die es keine befriedigenden Erklärungen gibt. Im Zuge der Energiewende werden immer mehr Windparks errichtet. Diese hohen Strukturen provozieren viele Aufwärtsblitze und in der Folge Schäden an den Rotorblättern oder der Gondel.

Im Flugzeug- und Fahrzeugbau kommen immer neue Materialien zum Einsatz, die zwar leichter oder fester sind, jedoch keine besondere Blitzstromtragfähigkeit mehr aufweisen oder gar nicht mehr elektrisch leitfähig sind und somit keinen faradayschen Käfig mehr darstellen.
Der Klimawandel führt überdies zu einer globalen Erwärmung, was letztlich zu einer größeren Energie in der Atmosphäre führt und so ebenfalls zu einem Anstieg der globalen Gewitterhäufigkeit führen kann.
Die Vorlesung soll zum einen das aktuelle Wissen über die Physik einer Blitzentladung zusammenfassen und erklären, welche technischen Möglichkeiten bestehen, um Blitze zu orten und zu beobachten. Die Vorlesung soll zum anderen auch erklären, wie Blitzschutz in Deutschland und weltweit funktioniert. Die Blitzforschung ist eine interdisziplinäre Wissenschaft und greift Themen aus der theoretischen Elektrotechnik, Messtechnik, Messdatenverarbeitung, Hochspannungstechnik und Starkstromtechnik auf.

• Gewitter- und Wolkentypen, deren Entstehung, Elektrifizierung
• Blitze, Terminologie, Typen, Ladungstransfers, typische Kenndaten
• Streamer-Leaderprozess bei großen Schlagweiten
• Elektrische und magnetische Felder bei Blitzentladungen
• Modellvorstellung des Hauptblitzes, Behandlung der Ladung im Blitzkanal und dessen Neutralisierung.
• Berechnungsmöglichkeiten mit der „finite difference time domain“-Methode
• Blitzortung, Technische Ausnutzung der Feldinformationen bei einem Blitzeinschlag
• Spezielle Blitzphänomene und Behandlung von Mythen
• Blitzschäden und Folgen
• Blitzschutz und Bedrohungsgrößen, Geschichtliche Darstellung zur Vermeidung von Blitzschäden sowie Darstellung der heute gängigen normativen Konzepte.
• Äußerer Blitzschutz, Fang-, Ableit- und Erdungseinrichtungen, sowie Potentialausgleich und Trennungsabstände.
• Innerer Blitzschutz, Staffelschutz, Installation von Überspannungsschutz in den verschiedenen Installationstopographien
• Freileitungsblitzschutz, Fehlermöglichkeiten und Effekte, sowie Möglichkeiten zur Verbesserung der Blitzschutzes
• Blitzschutz an Windenergieanlagen

• Blitz und Blitzschutz, F. Heidler, K. Stimper,
  ISBN 978-3-8007-2974-6
• Handbuch für Blitzschutz und Erdung, P. Hasse, J. Wiesinger, W. Zischank,
  ISBN 978-3-7905-0657-0
• Blitzschutzanlagen: Erlauterungen zu DIN 57 185/VDE 0185, VDE-Verlag,
  ISBN 978-3-8007-1303-9
• Lightning, Physics and Effects, V.A. Rakov, M.A. Uman,
  ISBN 978-0-521-03541-5
• Lightning Physics and Lightning Protection, E.M. Bazelyan, Y.P. Raizer,
  ISBN 978-0-750-30477-1
• Electromagnetic Computation Methods for Lightning Surge Protection Studies, Y. Baba, V.A. Rakov,
  ISBN 978-1-118-27563-4
• Lightning Electromagentics, V. Cooray,
  ISBN 978-1-84919-215-6
• Lightning: Principles, Instruments and Application, H.D. Betz, U. Schumann, P. Laroche,
  ISBN 978-1-4020-9078-3

Prüfungsform 2023

Bis zu einer Anmeldungszahl von 10 Personen finden mündliche Prüfungen statt und darüber hinaus schriftiliche Prüfungen. Eine entsprechende Ankündigung folgt im Anfangsteil der Vorlesungen.

Im Falle einer schriftlichen Prüfung findet diese am 05. September um 9:00 Uhr statt (Dauer 120 Minuten). Im Fall von mündlichen Prüfungen findet im laufe der Vorlesungen eine direkte Absprache dazu statt.

Eine mündliche Prüfung dauert 30 Minuten mit anschließender zehnminütiger Notendiskussion, nach der die Bewertung bekannt gegeben wird.