Senkung Verluste durch kontinuierliche Teilentladungsüberwachung

In der modernen Energieverteilung ist eine der größten Herausforderungen die Minimierung von Energieverlusten. Dieser Artikel befasst sich mit den Arten von Verlusten in elektrischen Verteilungssystemen, hebt die Bedeutung der Überwachung von Teilentladungen hervor und untersucht die Rolle von Messfahrzeugen in der traditionellen Wartungspraxis.

Was sind die grundlegenden Arten von Energieverlusten?

Energieverluste in Verteilungsnetzen können in drei Haupttypen unterteilt werden:

• Joule-Verluste: Sie entstehen durch den Widerstand von Leitern und führen zu Wärmeabgabe. Diese Verluste können durch die Optimierung des Energieflusses innerhalb des Netzes reduziert werden, z. B. durch die Neukonfiguration von Verteilungsleitungen, um die widerstandsbedingte Energieabgabe zu minimieren.
• Verluste durch Koronaentladungen: Koronaentladungen, eine Art von Teilentladung, treten in ungleichmäßigen elektrischen Feldern auf. Faktoren wie die Krümmung des Leiters, Oberflächenverunreinigungen oder Eisbildung tragen zu ihrem Auftreten bei. Diese Entladungen führen zu Ladungsverlusten und verursachen Energieverluste, die unter bestimmten Bedingungen bis zu 150% der typischen Verlustwerte erreichen können.
• Leckverluste, die durch den Stromfluss entlang verunreinigter Isolatoren entstehen, die beispielsweise mit Staub oder Eis bedeckt sind. Diese Ströme werden von Teilentladungen begleitet, die die Isolierung verschlechtern und die Verluste erhöhen, indem sie leitende Pfade entlang der Isolatoroberfläche schaffen.

Wie kann die Überwachung von Teilentladungen mit Energieverlusten umgehen?

Die Installation von Teilentladungssensoren in der Nähe von Energieanlagen wie Umspannwerken oder Transformatoren ermöglicht die kontinuierliche Überwachung dieser Phänomene. Dieser Ansatz bietet mehrere entscheidende Vorteile:

• Krisenprävention: Teilentladungen weisen auf eine Verschlechterung der Isolierung hin, ermöglichen eine rechtzeitige Wartung und verringern das Risiko eines Geräteausfalls.
• Optimierung der Verluste: Die Identifizierung von Bereichen mit hoher Entladungsaktivität ermöglicht gezielte Upgrades, wie z.B. die Verwendung von halbisolierten Leitern, die die Koronaverluste verringern.
• Effiziente Wartungsplanung: Die Überwachung der Isolierung in Echtzeit kann herkömmliche Inspektionsmethoden ersetzen, wie z.B. die periodische Prüfung mit Kabelprüfwagen.

Traditionelle Inspektion mit Kabeltestfahrzeugen: taugt das was?

Bevor es kontinuierliche Überwachungssysteme gab, verließen sich die Wartungsteams in hohem Maße auf Kabelprüffahrzeuge, um den Isolationszustand elektrischer Geräte zu beurteilen. Diese Fahrzeuge sind in der Regel mit Hochspannungsmessgeräten ausgestattet und dienen als mobile Diagnoselabore. In der Praxis ist der Betrieb dieser Fahrzeuge mit erheblichen logistischen Herausforderungen verbunden.

Ein Fahrzeug kann durchschnittlich fünf Inspektionen pro Tag durchführen und deckt dabei oft große geografische Gebiete ab. E.ON betreibt zum Beispiel 19.623 Umspannwerke in der Tschechischen Republik, die jährlich etwa 4.000 Inspektionen erfordern, was etwa 20 Inspektionen pro Tag in allen Regionen entspricht.

Die Fahrzeuge müssen Rundfahrten zu verschiedenen Umspannwerken unternehmen, was den Kraftstoffverbrauch und die Betriebskosten erhöht. Diese Umspannwerke befinden sich oft sowohl in städtischen als auch in ländlichen Gebieten, wobei ländliche Standorte längere Fahrstrecken erfordern. Dies wirkt sich auf die Effizienz der herkömmlichen Wartung aus und unterstreicht die Vorteile des Einsatzes von Systemen zur kontinuierlichen Überwachung.

Die durchschnittliche Reisedistanz für eine Inspektion der Bahnhöfe in der Region Südböhmen mit Startpunkt in České Budějovice beträgt 36,8 Kilometer. Beachten Sie, dass während der gesamten Fahrt die Bordgeräte der Fahrzeuge durch den Motor angetrieben werden, was ebenfalls zum Energieverbrauch beiträgt.

Wetter: ein weiterer Faktor, der die Energieverluste erheblich beeinflusst

Untersuchungen zeigen, dass das Wetter das Auftreten von Teilentladungen erheblich beeinflusst. Während die durchschnittlichen Schadenswerte oft auf meteorologischen Daten beruhen, können lokale Bedingungen – wie häufiger Nebel, Frost in Bergregionen oder Industriestaub in der Nähe von Fabriken – zu höheren tatsächlichen Schäden führen.

Die folgenden Tabellen zeigen die gesamten technischen Verluste im mährischen Teil des Übertragungsnetzes, basierend auf dem aktuellen Wetter:

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Was sind die wirtschaftlichen Vorteile der Teilentladungsüberwachung?

Die Einführung von Systemen zur Überwachung von Teilentladungen bietet erhebliche finanzielle und betriebliche Vorteile:

1. Geringere Wartungskosten: Automatisierte Überwachungssysteme reduzieren den Bedarf an arbeitsintensiven Inspektionen mit Messfahrzeugen.
2. Erhöhte Betriebssicherheit: Die frühzeitige Erkennung von Problemen minimiert das Risiko von Ausfällen, die zu kostspieligen Reparaturen und Sicherheitsrisiken wie Bränden führen können.
3. Informierte Investitionsentscheidungen: Schadensdaten können die Einführung fortschrittlicher Technologien, wie z.B. isolierte Leiter in Gebieten mit hohen Verlusten, unterstützen.

Fallstudie: Energieverlustanalyse in der Tschechischen Republik

Der Energieversorger E.ON betreibt über 19.600 Umspannwerke in der Tschechischen Republik und führt jährlich etwa 4.000 Inspektionen mit Testfahrzeugen durch. Jedes Fahrzeug führt täglich fünf Inspektionen durch, wobei die Anlagen über große Regionen verteilt sind. Die Fahrzeuge müssen zu jedem Umspannwerk hin- und zurückfahren, wobei die durchschnittliche Fahrtdauer je nach Region variiert. Außerdem sind die Geräte an Bord auf den Motor angewiesen, was die Betriebskosten erhöht.

In ähnlicher Weise meldete ČEZ Distribuce im Jahr 2019 durchschnittliche Verluste von 41 kWh/km auf seinen Hochspannungsleitungen. Davon wurden etwa 20% auf Koronaentladungen zurückgeführt. Durch die Implementierung von Echtzeitüberwachung und die Modernisierung der Infrastruktur können solche Verluste deutlich reduziert werden.

Schlussfolgerung

Die Einführung der kontinuierlichen Überwachung von Teilentladungen ist ein wichtiger Schritt zur Verbesserung der Effizienz und Sicherheit von Energiesystemen. Diese Technologie minimiert nicht nur Verluste, sondern verbessert auch die Wartungsplanung und Investitionsentscheidungen. Da die Nachfrage nach nachhaltiger Energie steigt, wird die Einführung solcher Innovationen für die Bewältigung künftiger Herausforderungen unerlässlich sein.

Möchten Sie Ihre Energieverluste minimieren?