englisch
ISOSTROSE

Erdfehler an Hochspannungs-Freileitungen identifizieren

Projektstatus
Begonnen
Erdschlüsse können sowohl gefährlich für Menschen und Tieren als auch für den stabilen Netzbetrieb werden. Daher müssen sie schnell ermittelt und analysiert werden.
Bild: Nightman1965 - fotolia.com

Im Verbundprojekt ISOSTROSE erforschen und entwickeln die Projektpartner ein Monitoringsystem für Verteilnetztrassen. Das dient dazu, Erdfehler an Hochspannungsfreileitung präzise zu lokalisieren und ermöglicht es, Störungen im Stromnetz zügig zu beseitigen. Nach der theoretischen Phase realisieren die Wissenschaftler das Monitoring exemplarisch in einem Testgebiet. Die Ingenieure konzentrieren sich dabei auf alle Facetten der Aufgabenkette: Es steht einerseits eine beispielhafte, automatisierte Lösung mit Hard- und Softwarekomponenten an den Leitungsseilen im Vordergrund. Aber auch integrierte Informations- und Kommunikationstechnologien entlang der Netzleitungen, Übergabe der Informationen an die Netzleittechnik sowie automatisierte Instrumente und Verfahren bezüglich erforderlicher Maßnahmen zur Verkehrssicherungspflicht wie präventive Reparaturen stehen im Fokus der Entwickler.

Ziel des Forschungsprojektes ist es, ein sensorbasiertes Monitoringsystem zu erforschen. Dieses erkennt Erdschlussfehler und das Spannfeld des Erdschlusses in Echtzeit. Mit dieser Technik ist es möglich, die Fehlerstelle auf einige hundert Meter genau einzugrenzen. Darauf aufbauend können Maßnahmen zur Verkehrssicherungspflicht effektiv veranlasst und durchgeführt werden. Die Ausfallzeiten von Leitungen und damit verbundene Überlastungen des Netzes sinken in der Folge.

Der generelle Lösungsansatz besteht in einem autark arbeitenden Sensorsystem, dem sogenannten Erdschluss-Sensor. Diese Sensoren befinden sich direkt auf den Stromleitungen und messen kontinuierlich den örtlich fließenden Strom einschließlich der Richtung des Stromflusses. Unterschiedliche Stromflussrichtungen innerhalb eines Spannfeldes markieren den geografischen Ort des Erdschlusses. Entlang der Trasse besteht eine Funkverbindung, die die Daten über Umspannwerke an die Leittechnik des Netzbetreibers sendet. Bei der Lösung der Forschungsaufgabe greift das Konsortium auf die Erfahrungen des BMBF-Verbundprojektes „ASTROSE®“ zurück.

Erdschluss

Ein Erdschluss ist eine leitende Verbindung eines spannungführenden Betriebsmittels mit Erdpotential. Er fällt unter die einpoligen Fehler. Es kann zwischen stehendem Erdschluss und Erdschlusswischer unterschieden werden. Durch die spezielle Betriebsweise von 110-kV-Hochspannungsnetzen besteht die Möglichkeit, das Netz bei einem Erdschluss für eine gewisse Zeit weiter zu betreiben. Als Erdschlusswischer bezeichnet man einen kurzzeitigen Fehler im Bereich von Millisekunden bis hin zu wenigen Sekunden. Meist handelt es sich dabei um Lichtbogenfehler, welcher sich schnell von selbst wieder löschen. Grund hierfür können zum Beispiel Äste oder Vogelnester sein, die durch Wind in die Leitungen geweht werden und eine kurzzeitige leitende Verbindung herstellen. Durch die entstehende Hitze des Lichtbogens verbrennen die meisten Gegenstände, so dass sich die Fehlerursache von selbst beseitigt. Stehende Erdschlüsse müssen hingegen sofort erkannt und lokalisiert werden, da hier eine Gefahr für Dritte entstehen kann. Daher werden die betroffenen Leitung sofort abgeschaltet. Der Erdschlusswischer tritt im Gegensatz zum stehenden Erdschluss ungefähr 65 Mal so oft auf. Auch wenn es schwierig ist, den Fehler im Nachhinein zu ermitteln, gehen Netzbetreiber den Störungen nach um sicher zu gehen, dass sich auch hier sich keine Situation eingestellt hat, die eine Gefährdung für Mensch und Tier darstellt.

Nur eine kontinuierliche Erfassung der Erdschlüsse kann helfen

Eine zentrale Aufgabe bildet die Herausforderung einer zuverlässigen Erdschlussdetektion. Erdschlüsse dauern oft nur wenige Sekunden bis Minuten an. Die zu erforschenden Erdschluss-Sensoren müssen die Stromsignale daher zwingend kontinuierlich erfassen. Aus dieser Anforderung ergeben sich die wissenschaftlich-technischen Forschungsansätze des Verbundprojektes:

  • energieminimierte Sensorsysteme zur Messung des Erdschlusses bei kontinuierlichem Messbetrieb
  • neuartige effektivere Harvestingmodule zur kontinuierlichen Energieversorgung des Erdstromsensors aus dem stromführenden Leiterseil
  • Kommunikationsstrategien zur sicheren Datenübermittlung an die ASTROSE®-Sensoren, die die Weiterleitung der Messsignale übernehmen werden
  • energetisch optimierte Konzepte zur kontinuierlichen Erfassung der Messwerte und sicheren diskontinuierlichen Weitergabe von relevanten Messwerten über ein Funknetz
  • Weiterentwicklung der ASTROSE®-Kommunikationsstruktur zur sicheren diskontinuierlichen Übertragung der Erdschluss-Sensordaten an das Leitsystem
  • Modifikation aller Systemkomponenten des Sensornetzwerkes für eine Nutzung an 110-kV-Trassen
  • Weiterentwicklung der Methoden und Algorithmen zur sensorunterstützten Betriebsführung von Verteilnetzen
  • Weiterentwicklung der Werkzeuge zur Planung und Errichtung von Verteilnetztrassen mit lokalem sensorbasiertem Monitoring

Innovative Hard- und Softwareentwicklungen helfen dabei, diese Herausforderungen zu lösen. Zudem werden neue Ansätze für die Installation, den Einsatz und die Nutzung in der Praxis benötigt. Die Forschungsthemen konzentrieren sich auf Komponenten und Betriebsmittel, intelligente Netze, Netzplanung, modulare und vermaschte Netze und die Netzbetriebsführung.

Die nachfolgende Grafik verdeutlicht die Vernetzung der Projektpartner anhand ihrer Rolle in der Wertschöpfungskette „Energieverteilung“ bzw. des Einsatzes von ISOSTROSE für diese Wertschöpfung.

Die Vernetzung der Projektpartner. Bild: Forschungsverbund ISOSTROSE

Die Projektpartner haben im Projektverlauf zwei wichtige Meilensteine im Visier

  1. Die Systemkomponenten (Hard- und Software) sind im Detail erforscht, die Labortests der Komponenten und des Laborsystems sind erfolgreich abgeschlossen. Die Fertigungsfreigabe durch das Konsortium ist erfolgt.
  2. Das ISOSTROSE-Monitoring-System ist im Feld erfolgreich getestet. Die Tests sind ausgewertet. Eine Dokumentation des Systems und ein Vorschlag für die Überführung in eine Pilotanwendung liegen vor.

Projektlaufzeit

11/2014 – 10/2017

Kontakt

Egbert Grodofzig
Verbundkoordinator
Mitteldeutsche Netzgesellschaft Strom mbH
Magdeburger Str. 36
06112 Halle (Saale)
+49 345 216-3913
+49 345 216-3602

Forschungsförderung

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

Basisinformationen

Wer bestimmt wann und wo eine Leitung in Deutschland gebaut wird? Der Netzausbau ist streng geregelt. Hier gibt es einen Überblick über das Verfahren.

MEHR

Wie ist unser Stromnetz aufgebaut? Was für Netzformen gibt es? Was bedeuten Versorgungssicherheit und -qualität?

MEHR

Was bedeutet Gleich-, was bedeutet Wechselstrom? Wo sind die Unterschiede, was sind die Vor- und Nachteile?

MEHR

Virtuelle Kraftwerke, aktive Verteilnetze, intelligente Zähler und adaptive Schutzsysteme. Hier gibt es Informationen zu den wichtigsten Punkten eines Smart Grid.

MEHR

Die erzeugte Energie muss in einem Netz immer gleich der verbrauchten Energie sein. Das zu gewährleisten ist Aufgabe der Systemdienstleistungen.

MEHR