T00029 Sichtweitenmessung 1

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1 Einfluss der Befeuerung von Windkraftanlagen auf die Sichtweitenmessung zur Reduzierung der Lichtstärke bei guter Sicht Inhaltsverzeichnis 1 Fragestellung: Ergebnis: Das Sichtweitenmessgerät Wie das Sichtweitenmessgerät Typ: SVSI Sentry@ Visibility Sensor arbeitet Bauart des Sichtweitenmessgerätes Messaufbau: Einfluss von Gefahrenfeuer auf die Sichtweitenmessung Ergebnis: Einfluss von Gefahrenfeuer auf die Sichtweitenmessung Bewertung Version 1.0 Dipl. Phys. Wilfried Richter Lanthan Gesellschaft für technische Entwicklungen mbh & Co. KG D Bremen info@lanthan.eu P01822 Untersuchung Sichtweitenmessung

2 Fragestellung: Anlässlich des Schreibens vom 15. Mai 2013 des Deutschen Wetterdienstes (DWD) zum Thema Überprüfung der Anerkennung als Sichtweitenmessgerät für Windkraftanlagen legt Lanthan hiermit die Ergebnisse ihrer Untersuchung dar, die zeigen, welchen Einfluss die Hinderniskennzeichen von Windenergieanlagen auf die Sichtweitenmessung nehmen, wenn diese in der Nähe der Sichtweitenmessgeräte (RVS * ) aufgebaut sind. Zum Hintergrund führt der DWD folgendes aus: Windkraftanlagen werden durch blinkende Hinderniskennzeichen befeuert, um den Flugverkehr vor Hindernissen zu warnen. Auf Windkraftanlagen werden die Messdaten der darauf montierten Sichtweitenmessgeräte dafür verwendet, bei guter Sicht die Blinklichter auf bis zu 10% der maximal möglichen Lichtstärke herabzudimmen. Aus diesem Grunde dürfen die Sichtweitenmessgeräte aus Sicherheitsgründen niemals zu gute Sichtweiten melden, sondern immer nur die exakte oder schlechtere Sichtweiten ausgeben, damit die Blinklichter für den Flugverkehr unter allen Sichtbedingungen immer gut sichtbar sind. (Quelle. Deutscher Wetterdienst) ( * RVS: Ranges Visibility Sensor) Ergebnis: Der Einfluss von Licht auf die Sichtweitenmessung ist nachgewiesen. Nach unserer Auffassung kann das Streulicht-Sichtweitenmessgerät SVS1 Sentry@ Visibility Sensor jedoch bedenkenlos eingesetzt werden. Die Montageanleitung ist einzuhalten. Von einem Feuer ausgehende Lichtemission wird durch den Sensor des RVS als zusätzliches Streulicht interpretiert und somit grundsätzlich eine geringe Sichtweite als tatsächlich bestehend ausgegeben. Das System ist bezüglich der Messung ausfallsicher (Fail save) Das Sichtweitenmessgerät Messverfahren: Sichtweitenmessgerät nach dem Prinzip der Streulichtmessung. Sichtweitensensor Typ: SVS1 Sentry@ Visibility Sensor Ausführung SVS1-AC.MA-H SVS1.AG.MB.H SVS1-AC.MF-H SVS1.DG.MA.H SVS1-DC-MB.H SVS1.DC-MF.H 3.1 Wie das Sichtweitenmessgerät Typ: SVSI Sentry@ Visibility Sensor arbeitet Das RVS nutzt das Prinzip der Vorwärtsstreuung wie in der Abbildung 1 unten. Das optische System ist derart ausgebildet, dass das von dem Sender (TX) projizierte Infrarotlicht das Sichtfeld des Empfängers (RX) mit einem Winkel von 42 schneidet. Der Bereich der Kreuzung ist das

3 Probenvolumen. Der 42 Winkel nach vorn sorgt für einen weiten Messbereich von Partikelgrößen im Probenvolumen einschließlich Rauch, Staub, Dunst, Nebel, Regen und Schnee (Abb. 1). Wenn die Luft klar ist, wird sehr wenig Licht gestreut, da nur wenige Partikel in dem Probevolumen sind. Der Sensor detektiert das Streulicht. Mit abnehmender Sichtweite erhöht sich die Zahl der Teilchen in dem Probenvolumen, die Menge des von dem Empfänger erfassen Streulichtes erhöht sich. Mit anderen Worten, die empfangene Signalstärke ist umgekehrt proportional zu der Sichtbarkeit Abbildung 1: Messvolumen der Sichtweitenmessung (Quelle: Logotronic) 3.2 Bauart des Sichtweitenmessgerätes Das Sichtweitenmessgerät ist in einer besonderen Art gebaut mit der Maßgabe die Sichtweitenmessung vor äußeren Lichteinflüssen zu schützen. Die Bauweise ist in der unteren Skizze (Abb. 2) veranschaulicht und zeigt das Gerät bestehend aus einer Box mit der Elektronik, einem Sender und einem Empfänger, die jeweils an den Enden eines Auslegers montiert sind. Der Sender (TX) strahlt ein IR-Signal (860 nm) aus, der Strahl kreuzt sich im Streuvolumen vor der Box mit dem Detektor- Strahlengang (RX). Durch die Positionierung von Sender und Empfänger bilden die Strahlengänge einen Winkel von 42 zueinander. (Abb. 2) Abbildung 2: Messvolumen - Volumenelement gebildet aus dem Empfänger-Strahl (RX) und Sender- Strahl (TX) an der "Vorderseite" des Sichtweitenmessgerätes

4 Um horizontale Störstrahlung zu vermeiden, sind RX- und TX-Strahl beide um 18 zum Horizont geneigt. Ein Schirm mit einer Länge von 120 mm verhindert die Einstrahlung von störenden Strahlen in den Strahlengang aus der Horizontalen. Unter Beachtung der Montageanleitung können durch die Bauart des Sichtweitenmessgerätes keine horizontalen parallelen Strahlen direkt auf den Sensor treffen Messaufbau: Einfluss von Gefahrenfeuer auf die Sichtweitenmessung Nach der Montagevorschrift des Herstellers ist ein Halbkreis mit 5 m-radius vor dem RVS frei von Objekten zu halten. Zur Messung der Störung der Sichtweite werden vier Positionen um das Sichtweitenmessgerät (RVS) definiert. Position 1 ist senkrecht in Richtung Vorne zum RVS, Position 2 ist in Richtung der optischen Achse des Empfängers (RX) und die Positionen 3 und 4 jeweils dazu entgegengesetzt. Mit einem Abstand von 3 Metern zwischen den Positionen und dem RVS sind alle Positionen innerhalb des 5 m Bereiches. (Abb. 3). Das Streulicht-Messvolumen aus Abb. 2 ist als Kreuz vor dem RVS eingezeichnet. P3 P4 P2 P Abbildung 3: Versuchsaufbau mit vier Messpositionen der Gefahrfeuer im Bereich des Sichtweitenmessgerätes

5 Untersucht wird an den vier Positionen der Einfluss der Strahlung von vier unterschiedlichen Feuern: 1. Typ Lanthan HF2kCr0: ICAO-Feuer Medium Intensity Obstacle Light Type C, Lichtstärke cd rot, permanent leuchtend 2. Typ Lanthan HF20kAr0: ICAO-Feuer Medium Intensity Obstacle Light Type A, Lichtstärke cd weiss, blinkend 3. Typ Lanthan HF170r1: Feuer W, rot, Lichtstärke 100 cd rot, blinkend 4. Typ Dialight L-810 Typ RTO CR08001: Infrarotfeuer, Lichtstärke 9000 mw/sr (Herstellerangabe, gemessen 231 mw/sr) bei 860 nm, permanent (Bemerkung: nur das IR- Feuer ist in Betrieb) In der Messreihe werden die Gefahrenfeuer nacheinander an den vier Positionen aufgestellt und der Einfluss auf die Sichtweitenmessung dokumentiert. Die Höhe des RVS über Grund ist 1900 mm, die Feuer sind mm hoch aufgebaut. Der Abstand zwischen Feuer und Sichtweitenmessgerät beträgt jeweils 3000 mm. Nach den Einbaubedingungen ist ein Halbkreis mit 5 m-radius vor dem RVS frei von störenden Aufbauten zu halten (Grauer Bereich). Objekte im grünen Bereich, also an der Rückseite stören die Messung nicht (Abb. 3) Ergebnis: Einfluss von Gefahrenfeuer auf die Sichtweitenmessung In den folgenden vier Diagrammen sind die Sichtweitenmessungen zum zeitlichen Verlauf aufgezeichnet. Während der Messung wird das Feuer von Position P1 bis P4 bewegt. An jeder Position wird etwa 4 Minuten gemessen. Der Beginn der Messung an der Position1-4 ist immer mit einem Pfeil in dem Diagramm gekennzeichnet. So ist die Störung der Sichtweitenmessung immer der Änderung der Position des jeweiligen Feuers zuzuordnen.

6 Abbildung 4: Einfluss von Licht von dem ICAO-Feuer Medium Intensity Obstacle Light, Type C (2000 cd rot), aus vier Positionen auf die Sichtweitenmessung Abbildung 5: Einfluss von Licht von dem ICAO-Feuer Medium Intensity Obstacle Light, Type A (20000 cd weiss) aus vier Positionen auf die Sichtweitenmessung 127

7 Abbildung 6: Einfluss von Licht von dem Infrarotfeuer 860 nm aus vier Positionen auf die Sichtweitenmessung Abbildung 7: Einfluss von Licht von dem Feuer W, rot aus vier Positionen auf die Sichtweitenmessung Der Einfluss von Licht aus Richtung Pos. 2 ist signifikant. Licht aus anderen Richtungen beeinflusst das Ergebnis nicht. Das Ergebnis lässt sich für alle vier Feuer nachweisen.

8 Bewertung Der Einfluss von Störlicht auf die Sichtweitenmessung ist nachgewiesen. Die Sichtweitenmessung wird aber nur gestört, wenn das Störlicht in Richtung des Sensors (RX) auf das RVS strahlt. Das Ergebnis der Sichtweitenmessung ist dann kleiner als die wirkliche Sichtweite (Fail save). Durch die Einhaltung der Montageanleitung wird dieser Einfluss ausgeschlossen. Dementsprechend müssen die Feuer an der Rückseite der RVS aufgebaut werden. Die Anordnung ist durch die Messung an der Position 3 und 4 wiedergegeben. Ein Einfluss der Lichtemission von den vier relevanten Feuern auf die Sichtweitenmessung ist in dieser Lage nicht nachweisbar. Die Störung der Messung der Sichtweite entsteht unter der Voraussetzung, der höheren, additiven Lichteinwirkung auf das Streuvolumen so wie es von Pos. 2 vorhanden ist. In diesem Fall führt mehr Licht, wie auch sonst mehr Partikel zu einer höheren Streuintensität. Die Störung durch die Lichteinwirkung verändert das Ergebnis der Sichtweitenmessung hin zur geringeren Sichtweite als tatsächlich vorhanden. Die Störung beeinflusst nicht das Sicherheitsniveau, da bei Nichteinhaltung der Einbaubedingungen die Feuer heller leuchten, als es für die Sichtweite erforderlich ist. In der letzten Abbildung (7) ist das Feuer W, rot als das lichtschwächste Feuer untersucht. Der Effekt der Minderung in der Sichtweite durch Störlicht aus Pos. 2 ist schwach erkennbar. Es wird deutlich, dass die Intensität der Störstrahlung hoch sein muss, um die Messung der Sichtweite zu beeinflussen. Das bestehende Sicherheitsniveau für den Luftverkehr wird durch die Nutzung des hier untersuchten Sichtweitenmessgerätes aufrechterhalten.