Sicherer Netzbetrieb durch Erkennung von betriebsgefährdenden
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Sicherer Netzbetrieb durch Erkennung von betriebsgefährdenden Zuständen in Hoch- und Mittelspannungs-Betriebsmitteln unter Verwendung von integrierbaren faseroptischen Sensorsystemen („Monalisa“) Förderkennzeichen: 03EK3531 Projektsprecher: Prof. R. Plath, TU Berlin MOTIVATION & ZIELSETZUNG • Früherkennung auftretender Schädigungen • Verringerung der Ausfallzeiten, Erhöhung der Zuverlässigkeit, Ausnutzung der zulässigen Betriebsparameter durch integriertes Betriebsmittel-Monitoring: Erfassung von Temperatur, Feuchte, Dehnung/Vibration Detektion von Teilentladungen in Schalt- und Kabelanlagen III. II.a I. • • Zum Nachweis der Integrierbarkeit 1. wird die Rückwirkung eingebetteter optischer Fasern auf die elektrische Festigkeit und die Funktion der Garnitur untersucht, Eingebettete Sensoren II.b Lokale Sensorik Anordnung in transparentem Silikon Silikon Dielektrische Charakterisierung neuartiger Silikon-Elastomere für Hochspannungsisolierungen MATERIALUNTERSUCHUNGEN II. Entwicklung innovativer faseroptischer Sensortechnologien LOKALE (a)/ VERTEILTE (b) SENSORIK III. Diagnose mittels Datenmanagementsystem ZENTRALE DIAGNOSE-EINHEIT Zentrale Diagnose-Einheit MATERIALUNTERSUCHUNGEN Ermittlung der elektrischen Festigkeit des neuartigen, hochtransparenten Silikonmaterials für Garnituren Spannungssteigerungsversuche an Prüfkörpern mit inhomogener Feldbelastung bei variabler Spitze-PlatteFrequenz der Prüfspannungen HochspannungsKugelelektrode I. Durchschlagversuche an Prüfkörpern mit quasihomogener Feldbelastung und an mechanisch belasteten Prüflingen; Übertragung der modellbasierten Messergebnisse auf Kabelgarnituren Masseelektrode 2. werden Raumladungsuntersuchungen zur Einschätzung der dielektrischen Grenzflächenphänomene infolge der Einbettung von Sensoren durchgeführt. Eindimensionale orts- und zeitaufgelöste Raumladungsmessungen an Plattenprüflingen; Rückschluss auf das Raumladungsverhalten der zu untersuchenden Muffen und Endverschlüsse II.a LOKALE SENSORIK • Lokale faseroptische Messung von Störungen in Schaltanlagen und Kabelgarnituren, z. B. Teilentladungen (TE), Alterung und Temperatur Integration und optimale Positionierung von Sensoren in Komponenten mit erhöhter Ausfallwahrscheinlichkeit • Erfassung durch TE verursachter Schallwellen anhand dynamischer Längenänderungen einer auf einem nicht komprimierbaren Kern aufgewickelten Glasfaser (Faseroptischer Ultraschall-Übertrager) Interferometrische Messung der Längenänderung (Sagnac-Interferometer) Verteilte Sensorik II.b VERTEILTE SENSORIK • Ortsaufgelöste faseroptische Messung an Hochspannungskabeln (einschl. Seekabeln) über die gesamte Länge von >50 km für mögliche Störungsszenarien, wie Kabelfreispülung, kritische Deformationen durch Ankerwurf, Grundschleppnetze und Seegräben • Örtlich und zeitlich aufgelöste Messung ermöglicht die Bestimmung des Verursachers im Schadensfall • Erfassung von Dehnung, Temperatur, Vibrationen und Feuchte zur Last- und Strukturüberwachung in Hochspannungskabel integrierte Glasfasern 1. Kohärente optische Zeitbereichsreflektometrie basierend auf Rayleigh-Streuung 2. Optische Frequenzbereichsreflektometrie basierend auf Brillouin-Streuung • Entwicklung von Messkonzepten • Untersuchungen zur Integration und zum Faserdesign hinsichtlich Funktionstauglichkeit und Optimierung der Sensitivität III. Lokale akustische Störung Verteilt-faseroptisch gemessenes komplexes akustisches Signal auf einem 38 m langen Faserabschnitt einer ca. 15 km langen Sensorfaser ZENTRALE DIAGNOSE-EINHEIT • Entwicklung eines Diagnosesystems zur zentralen Auswertung dezentral auflaufender Messdaten • Mustererkennung z. B. auf Basis eines neuronalen Netzes • Klassifizierung schädigender Vorgänge nach Art, Stärke und Gefährdungspotential mittels Expertensystems • Frühzeitige Erkennung schädigender Prozesse, direkte Warnung an verantwortliches Personal • Optimale Ausnutzung der Leistungsparameter der Stromnetze durch steuerungstechnische Maßnahmen und sicherheitsrelevante Entscheidungen Struktur der Diagnose-Einheit Prüfstand zur Gleichspannungsmessung Sensor („Spule“) Patent angemeldet, DE 10 2013 104155 • Untersuchungen zur Empfindlichkeit der optischen Teilentladungsmessungen mittels integriertem Lichtwellenleiter mit angeschlossenem optisch-elektrischen Wandler • Validierung im Vergleich zu konventioneller elektrischer Messtechnik AUSBLICK • Aufbau eines Demonstrators an einer ausgewählten Netzanlage • Funktionstest, Optimierung und Überleitung in die kommerzielle Nutzung Assoziierte Partner:
