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Bild: mrfiza, iStock

Überwachung von Freileitungen Durchgehender Strom

07.11.2017

Durch neue Netzstromsensoren können Stromversorger ihre Freileitungen permanent überwachen. So kann unter anderem die Kapazität maximiert und die Zuverlässigkeit nachhaltig verbessert werden – der Wirkungsgrad des Mittelspannungs-Verteilungsnetzes steigt.

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Durch den Einsatz von Scada und von Energiemanagementsystemen ist das Hochspannungs-Übertragungsnetz bereits hoch automatisiert und gut überwacht. Im Unterschied dazu ist das Mittelspannungs-Verteilungsnetz mit sehr begrenzten Kontroll- und Steuerungsmechanismen ausgestattet – Stromversorgern gelingt in der Regel nicht, ihre zahlreichen Mittelspannungsunterwerke lückenlos zu überwachen. Ein Grund dafür sind die Kosten für die Nachrüstung der heutzutage gängigen Lösungen sowie die Zeit, die für Planung und Bauausführung aufgewendet werden muss.

Die Implementierung herkömmlicher Überwachungstechnik in Unterwerken erfordert eine aufwendige Technik. Dazu gehört der Einsatz von Außenstationen (Remote Terminal Units) mit neuen Kabelkanälen für die Verdrahtung von Relais und Stromwandlern. Die Techniker müssen Abschaltungen planen, um die Speiseleitungen zu trennen. Das nimmt Zeit in Anspruch und ist nur zu Zeiten möglich, an denen weniger Strom verbraucht wird. Sobald neue Hardware-Komponenten installiert werden, muss der Stromversorger die gesamte Hardware in ein komplexes Scada-System einprogrammieren und integrieren. Das ist für viele Stromversorger eine umfangreiche und schwierige Aufgabe. Daher sind bessere Möglichkeit zwingend erforderlich.

Fernüberwachung mit Lücken

Unterhalb der Speiseleitungsebene fehlt die Fernüberwachung. Einzige Ausnahme sind die Messpunkte für die Abrechnung beim Kunden. Hier setzen sich zunehmend intelligente Messgeräte zum Ablesen, Überwachen und Steuern durch. Jedoch erfassen diese intelligenten Messgeräte lediglich Spannung, Strom und Energiedaten sowie Schein-, Wirk- und Blindleistung, anstatt spezifische Daten zur Netzqualität. Dazu würden unter anderem Leistungsfaktor, Oberschwingungen (THD), Flicker, Spannungseinbrüche, Transiente und Augenblickswerte zählen. Das intelligente Messgerät sammelt also nicht viele Daten, die sich außerhalb seiner auf die Abrechnung gerichteten Funktion befinden. Verteilerstationen und Stromleitungen sind für Stromversorger zwei der wertvollsten Anlagengüter. Sie erfordern wichtige Daten über den Energiefluss, um den zuverlässigsten Service bereitstellen zu können. Die relevantesten Daten im Verteilnetz sind die, die etwas über Ort und Ursache von Fehlern sowie von Nichtfehlerereignissen aussagen sowie Informationen zu hochohmigen Fehlern, Verbrauchsspitzen, Transport von verteilter erneuerbarer Energie, das Aufladen von Energieversorgungsleitungen und Ausfällen von Speiseleitungen enthalten. Dies alles sind Daten von hohem Wert, die von den aktuell im Einsatz befindlichen Systemen nicht erfasst werden.

Überlandleitungen überwachen

Heute ist die Überwachung von Überlandleitungen schneller, einfacher und kostengünstiger möglich. Grund dafür sind die Telekommunikationsnetze des Internets der Dinge, wie NB-IoT und LPWAN. Durch den Leitungssensor, der zwischen zwei Mittelspannungsmasten installiert ist, kann der Stromnetzbetreiber den Stromfluss in Echtzeit visualisieren, um so die Kapazität der Stromleitung zu verbessern und mehr Elektroenergie zu verteilen. Der drahtlose Leitungssensor sendet Daten über ein Telekommunikationsrelais an eine gesicherte Datenbank, die in eine Cloud eingebunden ist oder sich auf dem Firmengelände des Energieversorgers befindet.

Die Energiemanagementplattform ist in der Lage die Verteilung zu regeln, sowie bei Bedarf das Wartungsteam zu alarmieren oder zu benachrichtigen. Neue Leitungssensoren nutzen nun die Rogowski-­Spule ART (A) von LEM für das Messen des Stroms, für die Suche nach Alterungserscheinungen an den Leitungen in Abhängigkeit vom Strompegel sowie zur Priorisierung von Leitungskapazitäten. Außerdem bietet der Leitungssensor für Mittelspannungsnetze bis 35 kV periodische, zeitsynchronisierte Messungen, um eine bessere Wahrnehmung der Situation und einen besseren Betrieb zu ermöglichen: Strommessungen, Messungen der Temperatur an der Leiteroberfläche sowie das Erkennen von Fehlerzuständen ermöglichen eine rasche Identifizierung und Benachrichtigung.

Der Leitungssensor steuert den Stromfluss, indem er die Impedanz einer Leitung mit Hilfe eines Split-Core-Stromwandlers verändert. Dieser Prozess lässt sich nun mit einer ART-Split-Core-­Rogowski-Spule steuern. ART ist mit einer praktischen Stromschleife in Einheitsgröße, ohne sättigbaren Kern, einer hohen Genauigkeit, einem einfachen, sicheren Millivolt-Ausgang und einer wasserfesten Spule ausgestattet.

ART-Ferritkern

Neueste Entwicklungen haben die Eigenschaften von Ferriten bei 50 und 60 Hz aufgezeigt, was viele Vorteile mit sich bringt. Diese neue Ferritart hat eine höhere Permeabilität und wird in dieser ART-Rogowski-Spule eingesetzt. ART nutzt die Vorteile, die sich durch den Einsatz dieses speziellen Ferrits ergeben:

  • Hohe Genauigkeit und Linearität, selbst bei niedrigen Stromstärken.

  • Keine Phasenverschiebung zwischen Eingangs- und Ausgangsstrom.

  • Keine Luftspalte und praktisch unempfindlich gegenüber Alterung und Temperaturschwankungen.

  • Geringer positionsabhängiger Fehler in der Nähe der Spulen-Schließen.

  • Geringe Kosten verglichen mit Rogowski-Spulen mit Potentiometer-Abgleich.

Fazit und Ausblick

Die ART-Rogowski-Spule der Klasse 0,5 ermöglicht kleine, einfache, empfindliche und flexible Strommessungen in Mittelspannungsnetzen. Die wichtigsten Verbesserungen im Konstruktions- und Fertigungsprozess haben die Empfindlichkeit der Spulenpositionierung um das Primärkabel reduziert. Die Menschen verbrauchen mehr Elektroenergie als jemals zuvor und erwarten, dass sie ohne Störungen oder Unterbrechungen mit Elektrizität versorgt werden. Der Leitungssensor bietet einen besseren Einblick in die Verteilnetze. Das ermöglicht den Energieversorgern den Betrieb auf der Basis der vorherrschenden Bedingungen durchzuführen und auf dieser Basis zu reagieren.

Das System schickt vorausschauend Patrouillen und Wartungstrupps zu den betroffenen Stellen im Netz. Das hilft den Energieversorgern kurz oder lang andauernde Versorgungsunterbrechungen abzuwenden. Das System verringert die Häufigkeit der Stromausfälle, was im Ergebnis zu einer Reduzierung des Momentary Average Interruption Frequency Index sowie des System Average Interruption Frequency Index führt. Beide Indizes sind wertvolle Indikatoren bei der Bewertung von Leistung und Zuverlässigkeit des Energieversorgungsunternehmens. Einige Länder haben bereits Vorschriften erlassen, die von einem Energieversorger verlangen, dass Kunden für lang andauernde Versorgungsunterbrechungen entschädigt werden.

Wenn der Einbau mit Steckverbinder-Systemen oder mithilfe von isolierten Elektrikerhandschuhen auf der Überlandleitung erfolgt, ist die ART-Rogowski-Spule von LEM – im Unterschied zu schweren und kostenintensiven Stromwandlern – eine einfache, bequem zu installierende, leichte aber robuste Alternative zur Durchführung von Strommessungen.

Bildergalerie

  • Der Leitungssensor (1) zwischen zwei Mittelspannungsmasten (2) visualisiert den Stromfluss in Echtzeit. Der drahtlose Leitungssensor (1) sendet Daten über ein Telekommunikationsrelais (3) an eine Datenbank in der Cloud (4). Die Energiemanagementplattform (5) übernimmt die Regeln und die Alarmierung von Wartungsteams. Neue Leitungssensoren nutzen nun die Rogowski-Spule ART (A) von LEM.

  • Ohne die Sichtbarkeit des Netzes, konnte es früher sein, dass die erzeugte erneuerbare Energie, die über Überlandleitungen verteilt wurde, zu einer Überlast geführt hat (rot). Dank des Leitungssensors kann die überschüssige Energie nun auf benachbarte Leitungen (schwarz) umgeleitet, wodurch die Kapazität der ursprünglich vorgesehenen Leitung (blau) auf ein akzeptables Niveau reduziert wird. Insgesamt wird die Ausgabekapazität damit maximiert.

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