Intelligente Energiekabel

// Datenübertragung // Elektronik und Elektrotechnik // Energieübertragung // Mess- und Regeltechnik
Ref-Nr: 16194

Einleitung / Abstract

Die Erfindung betrifft ein faseroptisches Messsystem für die verbesserte Überwachung von Stromkabeln im Bereich der Energieversorgung.

Abb. 1: Schematische Darstellung von zwei Kabelenden, die über eine Kabelmuffe verbunden sind. Jedes Kabelteilstück wird autark über die integrierten Kommunikations- und Messeinrichtungen überwacht. Der Austausch der Daten zwischen den benachbarten Kabelenden erfolgt z.B. drahtlos.

Hintergrund

Der Ausbau sowie die Erneuerung des Stromnetzes ist das Herzstück einer neuen Energieinfrastruktur zur zukünftigen Sicherstellung der Energieversorgung. An die Stromnetze werden dabei eine Reihe von Anforderung gestellt, um beispielsweise auf schwankende Stromerzeugung aus Wind und Solarenergie effektiv reagieren zu können. Neben einer optimalen Systemsteuerung durch intelligente Messsysteme und ein intelligentes Lastmanagement ist auch das sorgfältige Überwachen der Betriebsmittel von Hochspannungs- und Mittelspannungsnetzen für die Versorgungsunternehmen von essentieller Bedeutung.

Problemstellung

Moderne Energiekabel sind bereits ab Werk mit Lichtwellenleitern bestückt. Sie dienen der Kommunikation oder lassen sich als Sensorfaser zur punktgenauen Erfassung von Größen wie Temperatur, Feuchtigkeit, mechanische Beanspruchung usw. verwenden. Die Distanz, über die man ein Energiekabel überwachen kann, ist jedoch aufgrund der genutzten Messprinzipien begrenzt. Erschwerend wirkt sich aus, dass die Energiekabel in Stücken gefertigt werden, die beim Verlegen vor Ort verbunden werden müssen. Für eine Sensorfaser bedeutet dies, dass die Faserenden gespliced werden müssen, was eine erhebliche technische Herausforderung in Anbetracht der Umweltbedingungen darstellt, unter denen Energiekabel oft verlegt werden müssen (z.B. auf hoher See). Das hier präsentierte Patent löst sowohl das Reichweitenproblem faseroptischer Sensoriken als auch das Problem der Kopplung von Kabelteilstücken.

Lösung

De neue Technologie sieht vor, dass in einem Energiekabel nicht nur die Lichtwellenleiter ab Werk integriert werden, sondern zusätzlich die Mess- und Kommunikationseinrichtungen. Sie werden jeweils im Zwickel an den beiden Enden eines Kabelteilstücks d.h. in der Nähe der Kabelmuffen untergebracht (siehe Abb. 1). Die Energieversorgung der Mess- und Kommunikationseinrichtungen erfolgt, indem man z.B. Prinzipien des Energy-Harvestings zum Einsatz bringt. Somit ist jedes Kabelteilstück in der Lage sich messtechnisch autark zu überwachen, wobei die im Kabel integrierten faseroptischen Sensoren genutzt werden. Um die Messdaten über große Distanzen zu einer Leitzentrale zu übertragen, werden diese zunächst zwischen den Mess- und Kommunikationseinrichtungen an den Kabelenden eines einzelnen Teilstücks ausgetauscht. Hierbei können die in das Kabel integrierten Lichtwellenleiter oder alternativ die für die Messung verwendeten Sensorfasern genutzt werden. Der Datenaustausch zwischen den Kabelteilstücken erfolgt anschließend drahtgebunden oder drahtlos. So ist in Abb. 1 die drahtlose Kommunikation der Mess- und Kommunikationseinrichtungen angedeutet. Sie verbindet das linke mit dem rechten Kabelende. Da sich auf diese Weise beliebig viele Teilstücke aneinander reihen lassen, können die Daten über große Distanzen transportiert werden.

Vorteile

Intelligente Kabel unterscheiden sich äußerlich nicht von herkömmlichen Kabeln. Dementsprechend wird beim Verlegen weder spezielles Werkzeug noch spezielles Know-How benötigt. Die Messdaten können über beliebige Distanzen übertragen werden. Dies ist z.B. für Seekabel bedeutsam, da ein sonst erforderlicher Mittelabgriff schwer zu realisieren ist. (Mit faseroptischen Messprinzipien lassen sich heute Distanzen von maximal 100km überwachen.) Werden die Kommunikationseinrichtungen an den Kabelenden mit Funktechnik untereinander gekoppelt, ist es möglich auch vor Ort auf Messdaten zuzugreifen. Auf diese Weise werden Wartungsarbeiten unterstützt. Die Integration von Hardware in Energiekabel ist eine Schlüsseltechnik zur Lösung zukünftiger Anforderungen einer digitalen Gesellschaft.

Anwendungsbereiche

Energieversorgung, Energieübertragung, Messtechnik, Sensorik

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