Gas in Öl

Entwicklung neuer grundlegender Methoden für die Entgasung und Messung von Gasen in Öl auf Basis fotoakustischer Sensorik

Projektstatus
Begonnen
Überblick angewendeter Maßnahmen. Bild: EMH Energie-Messtechnik GmbH

In Folge des Energiekonzepts der Bundesregierung sowie der Entscheidungen zum Energiepaket ist künftig mit einer noch höheren Einspeisung erneuerbarer Energien in die Netze zu rechnen. Diesem begegnen die Übertragungs- (ÜNB) und Verteilnetzbetreiber (VNB) mit deutlich steigenden Investitionen in die Netzinfrastruktur. Bei den Maßnahmen zur Netzoptimierung liegt der Einbau von Mess- und Monitoringtechnik im vorderen Bereich der präferierten Maßnahmen. Dabei kommt den Leistungstransformatoren als kostenintensivsten Betriebsmitteln der Übertragungs- und Verteilnetze eine besondere Bedeutung zu, da deren Lebensdauer maßgeblich von der Höhe und Dauer der Überlastphasen bestimmt wird.

Die Gas-in-Öl-Analyse gilt als eines der leistungsfähigsten Verfahren zur Beurteilung des Zustands des Isolationssystems von Leistungstransformatoren. Während in der Vergangenheit im Wesentlichen Offline-Verfahren in Form von Ölprobennahme mit darauffolgender Laboranalyse angewendet wurden, kommen seit den 1970er-Jahren auch Online-Verfahren zum Einsatz: Einerseits einfache Systeme zur Überwachung einzelner Schadgase oder Gesamtgasgehalte zur Trendanalyse, andererseits komplexe Systeme zur Erfassung aller Gase, die für erweiterte Analysemethoden erforderlich sind. Die komplexen Systeme mit ihren diversen mechanischen Komponenten weisen derzeit gegenüber elektronischen Komponenten um ein vielfaches höhere Fehlerraten auf und erfordern einen erhöhten Wartungsaufwand.

Im Rahmen dieses Forschungsvorhabens sollen daher Thermokonvektions-Membran-Entgasungs-verfahren mit neuen träger- und kalibriergasunabhängigen Infrarot-Messverfahren in Kombination gebracht werden, um ein wartungsfreies Entgasungs- und Messsystem zur Erfassung gelöster sogenannter Schadgase im Isolieröl von Leistungstransformatoren zu entwickeln.

Neuheit des Lösungsansatzes

Gegenüber der konventionellen nicht-dispersiven Infrarotmesstechnik (NDIR), bei der das zu messende Gas zwischen eine Infrarot-Strahlungsquelle und einen mit einem spektralen Filter ausgerüsteten Detektor gebracht wird, soll bei diesem Projekt eine photoakustische Detektion (PAS) entwickelt werden. Diese bisher noch sehr aufwändige und komplizierte Technik kann mittlerweile durch Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung, welche die Entwicklung von MEMS-Mikrophonen für Mobiltelefone ermöglicht haben, deutlich vereinfacht werden. Bei dem Verfahren wird eine kleine, im Detektor eingeschlossen Probe eines Gases durch modulierte Infrarotstrahlung zu Druckänderungen angeregt, die von einem Mikrophon in ein elektrisches Signal umgesetzt werden. Das zu messende Gas im Lichtweg, zwischen Strahlungsquelle und Detektor, schwächt die auf die Probe einfallende Strahlung ab, so dass sich entsprechend der Konzentration eine Abschwächung des photoakustischen Signals ergibt. Durch den Ersatz des optischen Filters sowie des Pyrodetektors können die teuersten Komponenten der NDIR-Technik durch potentiell günstigere Komponenten ersetzt werden. Zugleich stellt die photoakustische Detektion einen passgenauen spektralen Detektor für das jeweilige Gas dar, so dass im Vergleich zum NDIR Verfahren die auftretenden Querempfindlichkeiten deutlich reduziert werden können.

Das laufende Projekt

Vergleich NDIR-Messtechnik mit Photoakustischen Verfahren. Bild: EMH Energie-Messtechnik GmbH

Seit Projektstart wurden das Konzept entwickelt sowie die Anforderungen an das Lastenheft und technische Spezifikationen festgelegt. Außerdem wurden Voruntersuchungen durchgeführt und benötigte Testaufbauten konzipiert und erstellt, womit der erste Meilenstein erreicht wurde. Momentan beschäftigen wir uns mit der Vorauswahl und Erprobung von Separationsmembranen zur Realisierung des Entgasungskonzeptes sowie der Auswahl und Bewertung von Komponenten zur photoakustichen Detektion.

Mit ersten Ergebnissen rechnen wir nicht vor Mitte 2017.

Die Projektpartner

Die EMH Energie-Messtechnik GmbH, gegründet 1984 in Hamburg, hat ihren Firmensitz im niedersächsischen Brackel. Das mittelständische Unternehmen ist spezialisiert auf die Entwicklung, Fertigung und Vermarktung von elektronischen Präzisionssystemen zur Messung und Erzeugung elektrischer Größen. Im Rahmen der Prüfung von Elektrizitätszählern werden diese bei eichrechtlich zugelassenen Prüfstellen und bei Energieversorgern sowie bei Herstellern von Elektrizitätszählern verwendet. Das Produktsortiment umfasst tragbare Prüfgeräte für die Vor-Ort-Prüfung sowie stationäre, vollautomatische Mess- und Prüfanlagen für Serienprüfungen.

Bereits 2001 begann EMH mit der Entwicklung von Messverfahren und Produkten zur Analyse gelöster Gase im Isolieröl elektrischer Betriebsmittel. 2004 erfolgte die Markteinführung der HYDROCAL-Produktlinie, die seitdem laufend erweitert wurde.  Im Jahr 2009 konnten erste Umsätze im Bereich der komplexen Multigasin- Öl-Analyse realisiert werden. Im Rahmen des begonnenen Forschungsprojekts sollen mit der Erweiterung der Produktlinie weitere Umsatzpotentiale für die Zukunft erschlossen werden. EMH ist im Projekt für das Separartionsverfahren sowie für alle damit in Verbindung Aufgaben zuständig.

Die m-u-t GmbH wurde 1995 gegründet. Sie entwickelt, produziert und vertreibt Sensoren und Messgeräte im Bereich der Photonik, wie z.B. Spektrometer, sowie Automatisierungssysteme in den Life Sciences. Hauptumsatzträger sind Entwicklungen und Produktionen von kundenspezifischen komplexen Systemen und Geräten als OEM-Zulieferer. Durch den Ausbau der OEM-Produktpalette wächst die Gesellschaft stetig; von den aktuell 120 Mitarbeitern der Kerngesellschaft sind ca. 50 im Engineering und der Produktentwicklung beschäftigt. Hauptinnovationen der letzten drei Jahre sind die Systeme Prozess-Spektrometer, NDIR-Gasanalysesystem, Farberkennungssystem und Laborsortierautomaten. m-u-t ist im Projekt für alle Aufgaben im Bereich der Photoakustik zuständig.

Projektlaufzeit

10/2015 - 09/2017

Kontakt

Dipl.-Ing. Bernd Riepenhusen
Projektkoordinator EMH Energie-Messtechnik GmbH
Vor dem Hassel 2
21438 Brackel

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.

Basisinformationen

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