Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie untersuchte Pfiffner Instrument Transformer gemeinsam mit Forschenden der FHNW die Möglichkeit eines Stromsensors mit erweitertem Frequenzbereich bis 150 kHz für Mittelspannungsleitungen, der mittels Energy Harvesting aus der Leitung mit Strom versorgt werden soll.

Technologien:

• Stromsensoren
• Energy Harvesting
• Drahtlose Datenübertragung

Ausgangslage

Die Umwandlung der Energieversorgung von zentraler zu dezentraler Versorgung (u.a. mit Wind, Solar) führt zu erhöhten Störpegeln in den elektrischen Netzen und damit zu erhöhten Anforderungen an das Monitoring und die Steuerung dieser Netze. Die Ursachen dafür sind u.a. der Einsatz von leistungselektronischen Betriebsmitteln und gleichzeitig die Abnahme der Kurzschlussleistung, was in letzter Konsequenz dazu führt, dass Oberschwingungsströme genauer überwacht werden müssen.

Ziele

Klärung der Machbarkeit für einen Stromsensor für Mittelspannungsleitungen mit folgenden Spezifikationen:

• Signalbandbreite 150 kHz
• kompakter Sensor
• misst an Ströme im Bereich von 100 A bis 1000 A bei Spannungen bis 33 kV
• Energieversorgung durch Energy Harvesting aus der Leitung
• Drahtlose Übertragung der Rohdaten (~5 Mbit/s)
• Datenaufzeichnung und -aufbereitung in der Cloud

Ergebnisse

Im Rahmen der Machbarkeit konnten die kritischsten Punkte beleuchtet werden. Eine schnelle Sensorik mit Abtastraten in der Grössenordnung von 500 kHz scheint machbar zu sein. Die Hauptherausforderung ist die hohe Datenrate, die drahtlos übermittelt werden muss, da diese mit einer Leistung von ~1 W für > 90% des erwarteten Verbrauchs verantwortlich ist. Dies wiederum stellt das Energy Harvesting in den Mittelpunkt. Durch erste Versuche konnte ermittelt werden, dass ~1 W an Leistung aus dem elektromagnetischen Feld gewonnen werden kann, wenn der Strom 100 A beträgt.