Sensorbasiertes Monitoring von Energieanlagen

Forschungsprojekt  
Bild: Die beigefügte Abbildung zeigt den Aufbau der Testanlage im Hochspannungslabor.

Wie altern Hochspannungskabelsysteme im Betrieb? «Brugg Eye», eine Sensor- und Monitoringplattform, ermöglicht wichtige Einblicke für Netzbetreiber.

Die Brugg Kabel AG, ein weltweit agierender Anbieter von Hochspannungskabeln und Anschlusszubehör, strebt die Entwicklung von Sensor- und Monitoring-Lösungen für Energiekabel an. Das Ziel besteht darin, durch den Einsatz moderner Sensortechnologie die Restlebensdauer von Kabelsystemen abzuschätzen, die Netzsicherheit der Stromnetzbetreiber zu erhöhen und datenbasierte Entscheidungen zu ermöglichen. Die Sensorplattform «Brugg Eye» soll Netzbetreibern detaillierte Einblicke in ihre Energiesysteme verschaffen.


Technologien:

Das Forschungsprojekt nutzt drei Haupttechnologien:

  1. Distributed Acoustic Sensing (DAS):
    Prinzip: DAS nutzt Lichtwellenleiter, um akustische Signale im Kabelsystem zu erfassen. Ein Laser sendet periodische Lichtimpulse durch den Lichtwellenleiter, und Veränderungen in der Rückstreuung des Lichts werden gemessen und interpretiert.
    Anwendung im Projekt: DAS ermöglicht die kontinuierliche Überwachung von Vibrationen im Hochspannungskabelsystem. Abweichungen von normalen Schwingungsmustern können auf potenzielle Probleme wie mechanische Belastungen oder externe Einflüsse hinweisen.
  2. Distributed Thermal Sensing (DTS):
    Prinzip: DTS basiert ebenfalls auf Lichtwellenleitern und misst kontinuierlich die Temperaturverteilung entlang des Kabels. Die Veränderungen der reflektierten Lichtimpulse werden in Temperaturprofile umgewandelt.
    Anwendung im Projekt: DTS ermöglicht die Echtzeitüberwachung der Temperatur an jeder Stelle im Kabelsystem. Dies ist entscheidend, um Hotspots zu identifizieren, die auf Überlastungen oder andere thermische Anomalien hinweisen können. Zudem kann die Übertragungsleistung durch diese Daten vom Betreiber optimiert werden.
  3. Teilentladungsmessung mit High Frequency Current Transformer:
    Prinzip: Ein High Frequency Current Transformer misst die Teilentladungen, die während des Betriebs von Hochspannungskabeln, Anschlüssen und Muffen auftreten können. Teilentladungen sind elektrische Entladungen, die auf Defekte im Isolationsmaterial hinweisen können.
    Anwendung im Projekt: Die Teilentladungsmessung ermöglicht die frühzeitige Erkennung von potenziellen Isolationsproblemen. Dies ist entscheidend, um Schäden zu vermeiden und die Lebensdauer der Kabelsysteme zu verlängern.

Ziele

Das Hauptziel besteht darin, einen Prototyp der «Brugg Eye»-Plattform zu entwickeln und sowohl im Labor als auch in einem Schweizer Verteilnetz zu testen. Durch die Zusammenführung und Auswertung unterschiedlichster Sensordaten wie Temperatur, Vibrationen und Teilentladungen sollen neue Erkenntnisse über Betrieb und Alterung von Kabelsystemen gewonnen werden.


Ergebnisse

Im Rahmen des Projekts wurde die Software-Plattform «Brugg Eye» aufgebaut und mit den genannten Sensortechnologien ausgestattet. Typen- und Stresstests wurden im Labor an einem Hochspannungskabelsystem durchgeführt, gefolgt von einem mehrmonatigen Feldversuch an einem 110-kV-Kabelsystem. Dies ermöglichte die Sammlung wertvoller Erkenntnisse über den Einsatz solcher Systeme und der zugehörigen Softwareplattform.


Projektteam und Dauer

Die Forschung wird von der FHNW durchgeführt, genauer gesagt vom Institut für Elektrische Energietechnik und dem Institut für Mobile und Verteilte Systeme. Das Projekt erstreckt sich über den Zeitraum von 2020 bis 2023.


Auftraggeber und Förderung
Die Brugg Kabel AG ist der Auftraggeber des Projekts, das von Innosuisse gefördert wird.


Fazit

Im Rahmen des Forschungsprojekts wurde erfolgreich eine Sensorplattform entwickelt, die durch den Einsatz verschiedener moderner Sensortechnologien Netzbetreibern ermöglicht, detaillierte Einblicke in ihre Energiekabelsysteme zu erhalten. Die gesammelten Erkenntnisse tragen nicht nur zur Verbesserung der Netzsicherheit bei, sondern auch zur beschleunigten Weiterentwicklung von Verlegungstechniken sowie zur Optimierung der Energieverteilung und Integration erneuerbarer Energien.

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