EoW November 2007

deutsch Überwachungssystem für Kraft und Temperatur bei Starkstromleitungen von Reinhard Girbig und Norbert Fink, Draka Comteq Germany GmbH & Co KG, Mönchengladbach, Deutschland

1. Einleitung Die Deregulierung der Energiemärkte mit deren steigender Anzahl an Windparks und kleinen Kraftwerken zwingt Stromversorger zur Suche nach neuen Strategien bei der Planung und beim Betreiben von Freileitungen. Eine der Strategien liegt in der Optimierung der Stromübertragung durch die bestehenden Infrastrukturen. Bei derartigen Überlegungen stellen die Temperatur des Seils und die mechanischen Belastungen des Drahts die Hauptparameter dar. Diese Parameter bestimmen die vorhandenen Reserven bei der Übertragungskapazität, die durch die genehmigte Höchsttemperatur der Metalle und den kritischen Durchhang und der Bodenfreiheit eingeschränkt sind. Bisher fordert der Betrieb von Freileitungen Sicherheitsabstände für die Temperaturen,

die meistens durch fast schon als veraltet anzusehende Berechnungsverfahren und Annahmen ermittelt werden. Eine wirtschaftliche Nutzung der Reserven einer bestehenden Leitung ist kaum möglich. Das beschriebene faserbasierte Freileit- ungsüberwachungssystem ermöglicht die Online- und Fernmessung der Innentemperatur und der mechanischen Belastungen eines Seils. Die Anwendung eines solchen Systems bewirkt eine Kapitalrendite in sehr kurzer Zeit bei hochbelasteten Leitungen in einem Stromnetz. Hohe mechanische Belastungen aufgrund von Eis können ebenfalls erkannt werden und Vorbeugemaßnahmen ergriffen werden bevor die Maste zusammenbrechen. Darüber hinaus können anhand dieses Systems die Plandaten und -annahmen für den Bau von Netzerweiterungen überprüft werden. 2. Systembeschreibung 2.1 Allgemeine Übersicht Bestehende Techniken im Bereich Temperatur- und Kraftüberwachung für Phasenseile basieren entweder auf mechanischen oder Lichtwellenleiter- Systemen. Die erstgenannten haben eine begrenzte Lebensdauer sowie Zuverlässigkeit und sind ungenauer im Vergleich zu Lichtwellenleiter-Systemen. Bei Fasersystemen benutzt man bis heute Raman-Streuung, wo das Verhältnis der Intensität der Stokes-und Anti-Stokes-Linie des Streuungsspektrums der Temperatur proportional ist. Bei einem solchem System [1] muß das Phasenseil in der Regel durch eine komplette OPPC- (Optical Phase Conductor - Lichtwellenleiter Phasenseil) Kabellänge ersetzt werden, was das System wiederum teuer macht. Um die Installation eines neuen Kabels zu vermeiden, nutzt das beschriebene

Reflektive Indexvariationen

Reflektierte Wellenlänge (Bragg-Wellenlänge)

Reflektions- vermögen (dB)

Bild 2 : Faser-Bragg-Gitter – Prinzip

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System die Korrelation zwischen der Seiltemperatur und der Temperatur des Überbrückungskabels, das zwei Kabelabschnitte einer Leitung in einem Spannungsmast überbrückt. Statt eine ganze Kabellänge zu ersetzen, wird lediglich ein kurzes Überbrückungskabel benutzt, das eine Sensorfaser enthält. Im Gegensatz zum Raman-basierten Fasersystem wird der Sensor als ein Faser-Bragg-Gitter (FBG) erzeugt, mit Einsatz der thermooptischen Wirkung, um die Temperatur zu messen. Ein Ende des Überbrückungskabels läuft in einen Trenner, wo die Sensorfaser in eine normale Faser gespleißt wird und abwärts am Mast für weitere Datenübertragungen führt; das andere Ende ist wie immer am Phasenseil angeschlossen. Bild 1 zeigt das Prinzip des Temperaturüberwachungssystems. Durch das Hinzufügen von Dehnungs- sensoren, ebenfalls mit Einsatz der FBG- Technologie, und einer kleinen auf dem Mast montierten Wetterstation, wurde ein komplettes Überwachungssystem der Starkstromleitung realisiert. Die Signale aus den FBG-Sensoren können durch ein optisches erdverlegtes Kabel oder eine bestehende OPGW-Verbindung sowohl in einer kleinen am Mast montierten Einheit bearbeitet oder zu einem anderen Standort transportiert werden. In beiden Fällen kann ein Prozessor Signale aus verschiedenen Standorten behandeln.

Phasenseil

LWL-Anschlußkabel

Detail A

Datenverarbeitung

Trenner

Anschlußkabel

Überbrückungskabel mit Sensorfaser

Bild 1 : Temperaturüberwachung - Einstellung des Prinzips ▲

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EuroWire – November 2007