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Kurzfassung

Die Betreiberverantwortung in der Energie- und Elektrotechnik hat in den letzten Jahren zugenommen. Die hier vorgestellte Erfindung dient der Überwachung langer Energiekabel. Dazu wird ein faseroptischer Sensor in den Bereichen Endverschluss, Kabelmuffe, allgemein in den Garnituren der Hochspannungskabel eingelassen. Schädigende Prozesse werden anschließend mit Hilfe einer Auswerteelektronik (Rechner) punktgenau erfasst und gemeldet.

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Hintergrund

Systeme für das umfassende Monitoring von Betriebsmitteln aller Art sind bereits heute an vielen Punkten des Stromversorgungsnetzes im Einsatz. Trotzdem gibt es zahlreiche Anforderungen, die durch die konventionellen Ansätze bisher nicht erfüllt werden können. Besonders herauszustellen ist, dass bisher kein flächendeckendes Monitoring möglich ist.

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Bilder & Videos

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Lösung

Im Verbundprojekt Monalisa wurden Untersuchungen an fluoreszierenden polymeroptischen Fasern durchgeführt (im Folgenden als f-POF bezeichnet). Die optischen Emissionen von Teilentladungen werden von der Faser absorbiert und führen zur erneuten Abstrahlung von Licht einer materialtypischen Wellenlänge. Die f-POF ist bereits Gegenstand eines Patents (BAM oder Fa. Polymerix). Für das hier vorgestellte Verfahren sind allerdings auch andere Fasertypen geeignet, die in der Lage sind, photonische Emissionen aufzunehmen und axial gerichtet weiterzuleiten. Es wurde ein Impulsdetektor im FPGA realisiert, der die Pulsbreite erfasst. Wie sich zeigte, ist die Impulsbreite ein Maß für die Stärke von Teilentladungen. Der Ansatz bietet außerdem den Vorteil, deutlich einfacher und auch kostengünstiger zu sein. Dieser Lösungsansatz ist als neu zu bezeichnen und findet sich in der einschlägigen Fachliteratur nicht wieder. Die Genauigkeit der Pulsbreitenmessung hängt von der Taktfrequenz des FPGAs ab. Da das FPGA im Demonstrator mit 192 MHz getaktet wird, werden die Pulsbreiten hier mit einer Genauigkeit von ca. 5 ns erfasst. Ohne Änderungen an der Konfiguration des FPGAs konnten Teilentladungen deshalb mit bis zu 64 Stufen (entsprechend 6 Bit) aufgelöst werden. Für den Praxiseinsatz reicht dies bereits aus. Das Verfahren lässt sich nicht nur für die f-POF einsetzen, sondern kann auf andere Sensoren, insbesondere elektrisch arbeitende Sensoren, übertragen werden. Hierzu ist es erforderlich, das Messsignal mittels Hüllkurvendetektor geeignet aufzubereiten.

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Vorteile

• Die eingesetzte Technik ist deutlich einfacher zu realisieren und auch preiswerter im Vergleich zu optischen Detektionssystemen, die zusätzlich auch noch Stromerfassungen benötigen.

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Anwendungsbereiche

Diagnostik elektrischer Betriebsmittel