Intelligente Fehlersuche mit LoRa-Kurzschlussanzeiger

22.09.2020 – Mit LoRa-Kurzschlussanzeiger im eigenen LoRaWAN-Netz will der Netzbetreiber ENERVIE Vernetzt die Fehlersuche beschleunigen und damit die Ausfallzeiten bei der Stromversorgung reduzieren.

Über eintausend 10-kV-Stationen übernehmen im Stromnetz der ENERVIE Vernetzt GmbH in der Region Südwestfalen den Übergang vom Mittelspannungs- in das Niederspannungsnetz. Geht eine Störungsmeldung auf dieser Spannungsebene in der Netzbetriebsführung in Hagen-Garenfeld ein, beginnt die akribische Suche vor Ort. Beschädigt ein Bagger eine Leitung, liegt die Ursache für die Störung auf der Hand. Weitaus schwieriger sind alle anderen Kurzschlüsse im Verteilnetz der ENERVIE Netzgesellschaft zu entdecken, das Netzgebiet umfasst 1.000 Quadratkilometer mit insgesamt 9.000 Kilometer Leitungen.

Arbeitserleichterung bei Fehlerortung im Stromnetz

Wo und wann ein Schalter ausgelöst hat und wie weit ein Kurzschluss läuft, sollen künftig Sensoren auf LoRaWAN-Basis (Long Range Wide Area Network) melden. Diese Vorgehensweise soll zum einen die Ausfallzeiten verkürzen, zum anderen entfällt für den regionalen Netzbetreiber viel Aufwand. „Die LoRaWAN-Technologie bietet uns genau die richtige Infrastruktur, wir haben sie bereits flächendeckend in der Region aufgebaut. Zur Fehlerortung im Stromnetz wollen wir nun besonders die Ortsstationen mit einem LoRa-Sensor überwachen, die für uns mit einer langen Anfahrt verbunden sind. Bei einer Störung erhalten wir dann ein Signal, wie weit der Kurzschluss ‚gelaufen‘ ist“, skizziert Jörg Laskowski, LoRaWAN-Projektleiter bei ENERVIE Vernetzt, den Lösungsansatz.

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Die LoRa-Kurzschlussanzeiger ermöglichen ENERVIE eine digitalisierte Fehlersuche im Netzgebiet. Bild: ENERVIE – Südwestfalen Energie und Wasser AG

Vor dem Einbau der neuen Sensoren erfolgte eine Störungsmeldung ausschließlich aus dem Umspannwerk, wo der Leistungsschalter eingebaut ist. Dieser sendete im Störungsfall ein Signal an die Leitwarte, die wiederum die Netztechnik telefonisch über die Auslösung mit der entsprechenden Kabelnummer informierte. Die Techniker fuhren die Ortnetzstationen einzeln ab, um die Störung zu lokalisieren und zu beheben.

Einbau im flächendeckenden LoRaWAN-Netz

Um dieses aufwändige Prozedere zu umgehen, fasste man im September 2019 den Entschluss zum Einbau der Sensoren in den Stationen, die anschließend in das LoRaWAN-Funknetz eingebunden werden. „Wir erhalten genaue Angaben, wo und wann der Schalter ausgelöst hat – und können dann viel einfacher die Entstörungsarbeiten organisieren“, weiß der ENERVIE-Netzmonteur Daniele Barbetta um die Vorteile.

Die moderne Funknetztechnik wurde in einem einfachen Anwendungsfall getestet, die Außentüren der Umspannwerke wurden mit Türkontakten ausgestattet, um den Zutritt zu überwachen. Nach und nach wurde das LoRaWAN-Netz in der Fläche ausgerollt und es wurden erste Überlegungen für netzdienliche Anwendungsfälle angestellt. „Wenige Ortnetzstationen sind an unser eigenes Fernmeldenetz angeschlossen. In großen Umspannwerken oder Schwerpunktstationen ist Fernwirktechnik eingebaut und diese ist kabelgebunden. Bei den Ortsnetzstationen hilft uns die LoRaWAN-Technik sehr, Informationen zu Ausfällen in der Fläche zu erhalten“, so Jörg Laskowski.

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Der Netzbetreiber plant, rund 250 smarte Sensoren zu installieren. Bild: ENERVIE – Südwestfalen Energie und Wasser AG

IoT-Plattform ist zentraler Daten-Hub

Nachdem ein Kurzschluss vom LoRa-Sensor registriert wird, sendet ein Gateway die Informationen an eine IoT-Plattform, wo diese gesammelt und verwendet werden. Nach aktuellem Stand sammeln rund 100 installierte und zu einem Netzwerk zusammengeschlossene Gateways die Daten im Funknetz ein. Das von der ENERVIE entwickelte „Kurzschlussanzeiger“-Dashboard ist in die IoT-Plattform integriert, es visualisiert alle Betriebszustände der Kurzschlussanzeiger in einer Web-Ansicht oder auf dem Smartphone. „Die Information vom Server geht parallel zum einen zum Dashboard, zum anderen zur Leitwarte, damit die zuständige Leittechnik diese direkt verarbeiten kann“, erklärt die Projektingenieurin Chinsanaa Adam und führt aus: „Zudem stehen die Daten via E-Mail den Netzmonteuren mobil zur Verfügung. In der Nachricht ist auch ein Navigationspfad zur letzten übermittelten Kurzschlussauslösung enthalten.“ Darüber hinaus werden historische Daten und Auswertungen zu vorherigen Störungsmeldungen dargestellt.

Weitere Anwendungen denkbar

Die digitale Leitungsüberwachung ist nach Einschätzung des ENERVIE-Projektteams auch für größere Industrieunternehmen im Netzgebiet interessant, die über ein eigenes 10-kV-Netz verfügen. Darüber hinaus werden im Hause ENERVIE erste Überlegungen angestellt, die über das LoRaWAN-Netz ermittelten Daten auch für andere Anwendungen zu nutzen. Die Entwicklung datengetriebener Geschäftsmodelle steht beim regionalen Netzbetreiber zeitnah zwar noch nicht an, gleichwohl ist man aufgeschlossen, Städte und Kommunen bei IoT-Projekten zu unterstützen. Mögliche Anwendungsfälle sind die öffentliche Parkflächenüberwachung, intelligentes Abfallmanagement, smarte Gebäudetechnik und das Monitoring der öffentlichen Beleuchtung.

Bis dahin werden sukzessive neue Bereiche im Netzgebiet für den Infrastrukturausbau ermittelt. Bis Ende 2020 sollen 40 Sensoren eines französischen Herstellers im Einsatz sein, insgesamt soll jede vierte 10-kV-Station mit einem digitalen Störungsmelder ausgerüstet werden. (ds)

ENERVIE Vernetzt GmbH
Jörg Laskowski
joerg.laskowski@enervie-vernetzt.de
www.enervie-vernetzt.de

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