Wie das Internet of Things Enervie bei der Überwachung von Kurzschlussanzeigern hilft

Yannick Hoffmann
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Inhalt

Herzlich Willkommen zu unserem ersten USECASEFACTORY Blogpost! 
Wir möchten Ihnen mit diesem Format einen Einblick in die bunte Welt von digitalen Lösungen geben. Hier finden Sie Beispiele für Projekte, die wir zusammen mit unseren Kunden umgesetzt haben. Machen Sie sich selbst ein Bild von dem Mehrwert der Digitalisierung und lassen Sie sich inspirieren! 

Durch neue Technologien ergeben sich immer wieder neue Möglichkeiten, Ihr Unternehmen wettbewerbsfähiger oder effizienter aufzustellen. Eine dieser neuen Technologien ist LoRaWAN. LoRaWAN steht für Long Range Wide Area Network und ermöglicht ein energieeffizientes Senden von Daten über lange Strecken, und es ist im Bereich der Internet of Things Technologien (IoT) einzuordnen. Wir bei ECBM sind Experten in dem Bereich, denn wir planen, installieren und betreiben eines der größten LoRaWAN Netzwerke gemeinsam mit Enervie in Deutschland. Dadurch, dass LoRaWAN Sensoren batteriebetrieben sind, ermöglicht diese Technologie die Überwachung von Geräten an Orten, wo das bis dato nicht möglich war. Fun fact: Nicht zuletzt werden sogar mit Hilfe von LoRaWAN Daten aus dem All gesendet. In diesem Artikel lernen Sie alles über die Überwachung von Kurzschlussanzeigern durch LoRaWAN. Überzeugen Sie sich von den Vorteilen der automatisierten Überwachung mithilfe des Internet of Things!

Wichtige Begrifflichkeiten:

Internet of Things kurz IoT, beschreibt die Vernetzung von verschiedenen Geräten untereinander und mit dem Internet. Das kann im Haushalt der Kühlschrank sein, der an das Smartphone des Besitzers meldet, dass keine Milch mehr da ist. Im Industrieumfeld können Maschinen drahtlos gesammelte Daten an die Mitarbeiter des Unternehmens senden und so zeitaufwendige Prozesse effizienter gestalten. 

LoRaWAN ist eine frei verfügbare Funktechnologie mit großer Reichweite (1-11km) und sehr geringem Energiebedarf. Dadurch können Daten an schwer zugänglichen Punkten ohne Stromversorgung erhoben werden.

Kurzschlussanzeiger sind in unseren Energieversorgungsnetzen verbaute Melder, die in den Unterstationen den Facharbeitern vor Ort den Kurzschluss und sein zugeordnetes Stromnetz anzeigen.

Der Kunde

Enervie Vernetzt ist ein Strom-, Gas-, und Wasserversorger mit insgesamt 9.000km Strom-Verteilernetz in den Regionen Südwestfalen und dem Märkischen Kreis. Über 1.000 10-Kv Stationen sorgen für die Spannungsversorgung der Haushalte in den Kommunen. Wir arbeiten schon seit 2018 mit Enervie zusammen am LoRaWAN Netzausbau und unterschiedlichen Anwendungsfällen, wie zum Beispiel der Tür- und Raumüberwachung in Umspannwerken. 

Das Problem

In Deutschland, einem modernen Industriestandort, sind Stromausfälle leider keine Seltenheit. Laut Bundesnetzagentur betrug die durchschnittliche Dauer der Stromausfälle im Jahr 2018 je nach Bundesland zwischen 8 und 30 Minuten. Bei einem Stromausfall sind nicht nur private Haushalte, sondern auch Unternehmen und Dienstleistungen betroffen. Denn ohne Strom geht in unserer Arbeitswelt schon lange nichts mehr. Sie können nicht nur eine Produktion oder den Verkehr zum Stillstand bringen, sondern stellen auch eine akute Sicherheitsgefahr dar. Aber wie kommt es überhaupt zu Kurzschlüssen und wie überwachen wir diese in Deutschland? 


Im Normalbetrieb werden die Kunden von Energieversorgern konstant durch die Versorgungsinfrastruktur mit 230V/400V beliefert und versorgt. Diese Versorgungsinfrastruktur unterliegt der Entropie (Verwitterung, mechanische Abnutzung, thermischer Verfall). Dadurch und durch weitere äußere Einflüsse kann es schon im Versorgungsnetz zu Kurzschlüssen kommen. Die Versorgungsnetze sind in den über 1.000 10-kV-Stationen im Netz der Enervie Vernetzt mit Sicherungen gegen solche Kurzschlüsse ausgerüstet, um bei Ausfällen nur Teile des Versorgungsnetzes abzuschalten. Falls eine Störungsmeldung bei der Netzbetriebsführung von Enervie eingeht, schickt Enervie seine*n beste*n Instandsetzer*in raus, um den Fehler zu finden. Dazu fährt der/die Instandsetzer*in verschiedene Standorte an, an denen er/sie den Fehler vermutet. Kein einfaches Unterfangen, denn das Versorgungsnetz der Enervie Vernetzt erstreckt sich über 1000 Quadratkilometer mit über 4000 Mittelspannungsstationen. Auch wenn der Kurzschluss auf einen Teil des Netzes schon eingeschränkt werden kann, sind die Fahrten zwischen den Standorten sehr zeitaufwendig. Im besten Fall ist der Fehler gleich schon im ersten Streckenabschnitt vorzufinden. Den schlimmsten Fall können Sie sich bestimmt selbst denken – er/sie fährt und fährt und fährt…

Dieses systematische Abfahren der Stationen kostet den/die Mitarbeiter*in viel Zeit, da die defekte Kabelstrecke  „systematisch“ von Station zu Station abgefahren werden muss, um die Fehlerstelle zu lokalisieren. Die im Netz installierten Kurzschlussanzeiger können den Kurzschluss nicht per Funk fern melden. In den betroffenen Mittelspannungsstationen wird ein Kurzschlussstrom nur optisch angezeigt.   

Unsere Lösung für Enervie

Die Lokalisierung von Kurzschlüssen im Netz gestaltet sich momentan als sehr zeitaufwendig da in einem Kabelstrang ca. 15 Mittelspannungsstationen eingebunden sind, die im schlimmsten Fall alle abgefahren werden müssen. Während des Netzausbaus mit Enervie kamen die Beteiligten auf die Idee, dieses Problem anzugehen: Die Ausfallzeiten kann man doch bestimmt mit LoRaWAN Sensoren verkürzen? 

Bilder zur Installation:

Kurzerhand nahmen sich unsere Entwickler ein LoraWAN Modul und verbanden dieses testweise mit einem Kurzschlussanzeiger. Es zeigte sich: Der Zustand der Kurzschlussanzeiger konnte mithilfe eines geeigneten LoRaWAN Moduls ermittelt und übertragen werden. Nachdem die funktionalen Tests abgeschlossen waren, entwickelten wir gemeinsam mit Enervie Vernetzt ein übersichtliches Dashboard zur Auswertung und Darstellung der Daten. Dieses Dashboard können die Instandhalter*innen von Enervie nutzen, um den Fehlerort schnell zu lokalisieren. Außerdem können sie per SMS und E-Mail über Ausfälle und Standort des Kurzschlusses sofort informiert werden. 

Sollte ein Kurzschluss eintreten, wird das zuständige Wartungspersonal bei Enervie sofort benachrichtigt und der/die zugeteilte Mitarbeiter*in rückt aus. Er/Sie kann ein Register von laufenden Bauarbeiten in der Nähe der Fehlerquelle abrufen, da dies häufig Ursache für eine gemeldete Störung ist. Er/Sie kann außerdem einen Alternativplan aufrufen, der die Umleitung des Stromes über das intakte Stromnetz beschreibt. 
 
Mit ECBM kann Enervie die Meldung seiner Kurzschlussanzeigerzustände an die Leitstelle vollautomatisch übermitteln und anzeigen lassen. Die Leitstelle übernimmt dann die Koordination der weiteren Vorgehensweise. So kann Enervie Vernetzt das Suchen nach der Fehlerquelle verbessern und erhebliche Kosten senken. 

Kurzschlussanzeiger sind nur ein Beispiel der Zustandsüberwachung mittels dem Internet der Dinge, in diesem Fall mit LoRaWAN. Nicht nur die Zustandsüberwachung, sondern auch vorausschauende Wartung ist mit LoRaWAN und anderen Internet der Dinge Technologien möglich. Weitere Informationen dazu finden Sie in unserem neuen E-Book zum Thema Predictive Maintenance.

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