Fehlersuche im Hoch- und Mittelspannungsnetz - Einsatz von Koronakamera und Hexakopter

Vor dem Hintergrund zunehmender Digitalisierung gilt es, die Netz- und damit die Versorgungsstabilität mit steigendem Energieverbrauch und größerem Anteil von Stromeinspeisern auf dem gewohnten Niveau zu halten. Um diesem Anspruch auch zukünftig trotz steigendem Kostendruck gerecht zu werden, ist unter anderem eine detaillierte Überprüfung des Stromnetzes, insbesondere der Komponenten in den Schlüsselpunkten wie Umspannwerke, Schaltanlagen und Netzstationen in angemessener Regelmäßigkeit und Gründlichkeit erforderlich. Dabei steht die Gewährleistung einer maximalen Arbeitssicherheit an oberster Stelle.

Versorgungsausfällen vorbeugen

Ein Indikator für sich anbahnende Störungen oder Ausfälle technischer Betriebsmittel sind Teil- oder sogenannte Koronaentladungen. Dabei handelt es sich um elektrische – meist unerwünschte – Gasentladungen, die durch Ionisierung der Luft aufgrund hoher oder inhomogener Feldstärke auftreten können, so beispielsweise an Kanten, Ecken, Spitzen und Drähten. Dadurch entstehen Ozon und Stickstoffoxide, die vor allem bei hoher Luftfeuchtigkeit zu Korrosion an metallischen Oberflächen (z. B. Isolatoren) führen können. Begünstigend wirkt sich zudem ein geringer Luftdruck aus. Mit dem erhöhten Aufladen der Staubteilchen in der Luft steigt die Gefahr von Störlichtbögen, vor allem bei Arbeiten unter Spannung. Neben den vorhandenen Energieverlusten gelten auch Funkstörungen und knisternde Geräusche als eindeutige Vorboten für eine ernstzunehmende Teilentladung. Tatsächlich kann es durchaus zu Kundenbeschwerden wegen Geräuschen oder der Beeinträchtigung des Funkverkehrs kommen. Koronaentladungen treten im ultravioletten und damit nicht sichtbaren (unteren) Wellenlängenbereich auf und sind daher thermografisch nicht messbar.

Steigerung der Arbeitssicherheit

Das Abschalten von Anlagen aufgrund ihrer Priorität im Versorgungsnetz ist entweder gar nicht, nur nachts oder am Wochenende möglich. Daher werden notwendige Arbeiten häufig unter Spannung ausgeführt. Arbeitende Personen berühren hierbei bewusst mit Körperteilen oder Werkzeugen aktive Teile oder gelangen in die Gefahrenzone. Generell sollten Arbeiten unter Spannung als letzte Möglichkeit gewählt werden, da sie das größte Verletzungspotential durch elektrische Energie mit sich bringen. Auch hier gilt der Grundsatz, dass diese nur durchgeführt werden dürfen, wenn die Arbeitssicherheit gewährleistet ist. Ohne Schutzmaßnahmen ist eine Verletzung durch elektrische Energie sehr wahrscheinlich [1]. Da Koronaentladungen Vorboten von Lichtbögen sind, ist deren Ankündigung sensibel zu behandeln. Werden vor Beginn der Arbeiten unter Spannung die auffälligsten Indikatoren von Teilentladungen, nämlich knisternde Geräusche und Ozongeruch, festgestellt, werden Arbeiten nicht durchgeführt. Bei dem Energieversorgungsunternehmen N-ERGIE folgt in diesem Fall eine Kombinationsmessung aus Infrarot- und Koronamessung.

Seit 2013 Koronakamera im Einsatz

Das Energieversorgungsunternehmen N-ERGIE bedient sich zur Lösung dieser Aufgabe seit Juli 2013 einer knapp fünf Kilogramm schweren Koronakamera vom Typ DayCor Superb (Bild 1) des isralischen Unternehmens OFIL Systems. Diese besteht aus zwei Kamerasystemen: Zum einen mit Empfindlichkeiten im ultravioletten Bereich und zum anderen im für das menschliche Auge sichtbaren Wellenlängenbereich. Durch Überlagerung dieser zwei Spektralbereiche können die Quellen der Teilentladungen in der Luft punktgenau angezeigt werden. Aufgrund spezieller Filter sind die Messungen bei vollem Tageslicht möglich. Die praktische Anwendung erfolgt prinzipiell wie mit einer Infrarotkamera: berührungsfrei und mit direktem Sichtkontakt zum Messobjekt. Das Messergebnis ist sofort erkennbar und kann als Foto- oder Videoaufnahme für Auswertungs- und Dokumentationszwecke gespeichert werden [2]. Im Netzgebiet der N-ERGIE werden die Schaltanlagen und Umspannwerke im Dreijahresrhythmus thermografisch untersucht. In Verdachtsfällen kommt die Koronakamera zum Einsatz (Bild 1). Da der beauftragte Thermograf diese generell mitführt, hält sich der zusätzliche Aufwand in Grenzen. Nach einer intensiven Testphase wurden bisher in 45 untersuchten Mittelspannungsschalt- und 30 Hochspannungsanlagen insgesamt 50 Teilentladungen detektiert, im Rahmen eines Messprotokolls ausgewertet und dokumentiert sowie entsprechende Handlungsempfehlungen für den Anlagenbetreiber formuliert. Das Ergebnis  einer „erfolgreichen“ und typischen Teilentladungsmessung an elektrischen Betriebsmitteln zeigt Bild 2. Die Komponenten wurden zeitnah ausgetauscht. In einem speziellen Fall kam es in Stationen mit hoher Luftfeuchtigkeit an bestimmten Sicherungsauslösegestängen und Anschlaghebeln wiederholt zu denselben Messergebnissen und der Erkenntnis, dass es sich hierbei um eine potenzielle und systematische Schwachstelle handelt. Dies führte zu der Entscheidung des Netzbetreibers, die betroffenen Typen und Baujahre sukzessive im Rahmen von Turnusarbeiten auszutauschen. Auch wurde die Koronamessung zur Nachweisführung zur Beantwortung einer bei der Bundesnetzagentur (BNetzA) eingegangenen Kundenbeschwerde über Funkstörungen verwendet [3]. Literatur: [1] Erlbacher, Th.: Bachelorthesis – Kosteneinsparpotential und Steigerung der Arbeitssicherheit durch die Korona-Messung, 2016, Hochschule für angewandte Wissenschaften Ansbach, N-ERGIE Service GmbH Nürnberg.
[2] Christl, H.-J.; Ruhland, H.: Innovative Fehlersuche im Netz, Netzpraxis – Magazin für Energieversorgung, 54 (2015) 12, EW Medien und Kongresse GmbH.
[3] Eckpunktepapier zur Ausgestaltung des Qualitätselements Netzzuverlässigkeit Strom im Rahmen der Anreizregulierung, Konsultationsfassung 15.12.2010, Bundesnetzagentur für Elektrizität, Gas, Telekommunikation, Post und Eisenbahnen. Bild rechts: Detektion einer Teilentladung mit der Koronakamera (Bild: Hagen Ruhland; N-ERGIE Service GmbH)Autor: H. Ruhland Der vollständige Artikel ist in unserem Facharchiv nachzulesen.