Temperaturdaten auf Anfrage: Die Temperatursensoren (unten) benötigen keine Stromversorgung und reagieren auf die Signale der Sende- und Empfangseinheit (oben).
Erschienen in: Energy 2.0 Juli 2011, S. 22
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Schaltanlagen-Temperaturen drahtlos erfassen

Temperaturdaten ohne Überschlag- und Kurzschlussrisiko

Eine kabellose Temperaturerfassungs-Lösung hat Vorteile für den Einsatz in Schaltanlagen und anderem Starkstrom-Equipment. *  Text: Daniel S. Stevens, Sabah Sabah, Shravan J. Jumani, Sengenuity Foto: Sengenuity  

Schaltanlagen sind wichtige Steuerorgane in Verteilungssystemen, Transformatoren und anderen Einrichtungen zur Übertragung und Verteilung elektrischer Energie. Störungen können hier auftreten, wenn die Temperatur wichtiger Komponenten der Schaltanlage unbemerkt ansteigt. Periodische Aufnahmen mit Wärmebildkameras können nur wenige Male im Jahr angefertigt werden. Insbesondere der Trend zum Smart Grid macht es jedoch notwendig, die Temperatur der Anlagen kontinuierlich im Blick zu behalten.

Chief Technology Officer von Sengenuity

Kontinuierliche Erfassung der Temperatur

Wenn sich Schaltanlagen unkontrolliert erwärmen, wächst die Wahrscheinlichkeit für interne Kurzschlüsse oder eine Zunahme des Kontaktwiderstands. Systemausfälle sind dann ebenso wenig auszuschließen wie Gefahren für das Bedienpersonal. Speziell in Schwellenländern wie China überfordert der rapide wachsende Energiebedarf die veraltete Stromversorgungs-Infrastruktur. Lokale Überhitzungen in Schalteinrichtungen lassen sich problemlos aufdecken, indem man mit Wärmebildkameras Aufnahmen von Kabeln, Isolatoren und Sammelschienen-Verbindungen anfertigt. Dieses berührungsfreie Messen trägt verschiedenen Sicherheitsbedenken Rechnung, die in Hochspannungs und Starkstromanlagen zum Tragen kommen. Allerdings hat die Wärmebild-Technik einige Nachteile:

  • Die Erfassung beschränkt sich auf einzelne Punkte.
  • Es entstehen hohe Kosten. 
  • Es sind Referenzbilder für Winter und Frühling erforderlich.
  • Schmutzablagerungen verfälschen die Darstellung.
  • Daten sind nicht in Echtzeit verfügbar.

Andere traditionelle Temperaturmessmethoden wie zum Beispiel batteriebetriebene Sensoren weisen ebenfalls Nachteile auf: Unter anderem sind die Batterien wenig umweltfreundlich und häufig nur mit großem Aufwand zu ersetzen.

Drahtlose Messung über Oberflächenwellen

Mit der SAW-Technik (siehe Kasten auf der nächsten Seite) lässt sich eine passive Temperaturmesslösung realisieren, also eine, die ohne Batterien oder Energy Harvesting auskommt und sich zudem drahtlos abfragen lässt. Die Sensoren werden an kritischen Stellen der Schaltvorrichtung platziert und vom Lesegerät in rascher Folge ausgelesen. Da sich die Antenne des Lesegeräts im Innern der Schaltvorrichtung befindet, sind die zum Auslesen verwendeten Sendesignale (TX) gut gegen die Außenwelt abgeschirmt. Das vor Ort mit Strom versorgte Lesegerät schickt kurze HF-Impulse in die Schaltanlage. Haben sie die Frequenz des Sensors, so werden sie vom Sensor empfangen, entsprechend der Temperatur modifiziert und zurückgesendet. Die zurückkehrenden Impulse enthalten daher Informationen über die Temperatur des Sensors.

Die Vorteile der SAW-Technik

Da zu den eigentlichen Messwertaufnehmern keine Leitungen verlegt werden müssen, verringert sich das Überschlag- und Kurzschlussrisiko erheblich. Ein SAW-basiertes Temperaturmesssystem weist gegenüber anderen Verfahren der Temperaturüberwachung mehrere Vorteile auf:

  • Kontinuierliche Überwachung: Schaltanlagen können ununterbrochen überwacht werden.
  • Kosten: SAW-basierte Systeme sind kostengünstiger als traditionelle Methoden der Temperaturüberwachung wie etwa die Infrarot-Thermografie.
  • Keine jahreszeitlich bedingten Effekte: Die nötige Kalibrierung beschränkt sich auf die einmalige Einstellung auf einen Softwareparameter, der fertigungsbedingte Variationen der Sensorelemente kompensiert. Die Kalibrierung der Sensoren kann bei beliebigen Temperaturen innerhalb ihres angegebenen Temperaturbereichs erfolgen. Jahreszeitlich bedingte Effekte haben somit keinen Einfluss. Die Kalibrierung auf eine Referenztemperatur ergibt eine gute Genauigkeit über den gesamten Betriebsbereich hinweg. Die meist bei der Installation erfolgende einmalige Kalibrierung reicht für einen jahrelangen Betrieb aus.
  • Staub: SAW-basierte Temperaturmesslösungen sind immun gegen die Folgen von Staubablagerungen.
  • Umweltfreundlichkeit: Drahtlose SAW-Sensoren arbeiten passiv (ohne Batterien).

Messung am neuralgischen Punkt

Was SAW-Systeme besonders auszeichnet, ist die Messung der Temperatur direkt am Ort des zu erwartenden Ausfalls, also an der Sammelschienen-Verbindung, am Kabelanschluss oder am Lasttrennschalter. Während andere Lösungen nur die Lufttemperatur im Innern der Schaltanlage messen, erfassen SAW-Systeme die Temperatur genau an den empfindlichsten Stellen der Anlage. Der entscheidende Nutzen liegt deshalb in der Fähigkeit, frühzeitig Anzeichen für bevorstehende Ausfälle zu registrieren.☐

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