Fraunhofer-Institut für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZMASTROSE® ist ein Funk-Sensornetzwerk zum Monitoring von Hoch- und Höchstspannungsleitungen
Die Aufgabenstellung resultiert aus Engpässen beim Energietransport infolge dezentraler Energieeinspeisungen aus erneuerbaren Energien (Windparks, Solarparks, etc.). Der technische Ansatz für die Möglichkeit mehr Strom zu transportieren basiert auf der ortsaufgelösten Bereitstellung von Messwerten zur Modifikation der aktuellen Betriebsführung von Freileitungen. Die Gesamtaufgabe lautet: Messung der Seilneigung in jedem Spannfeld und Aufbau einer Datenkommunikation in die Schaltleitungen zur Nutzung der Messwerte für die Betriebsführung. Damit sind die zwei wesentlichen technischen Herausforderungen benannt, die die Nutzung von autarken nachrüstbaren Funksensoren als „Messwerterzeuger“ und eine CPS-Struktur (CPS – Cyber-physical system) für die Datenkommunikation favorisieren.
Das Kernstück des Freileitungsmonitorings sind die Funksensoren. Diese messen die Seilneigung, die Seilverdrilling, die Temperatur im Sensor und den fließenden Strom. Die Auflösung des Neigungssensors muss 0,01° betragen. Die Einsatzbedingungen für den Funksensor erfordern zwingend die Energieversorgung über Harvester durchzuführen. Der Funksensor verfügt über Kommunikationshardware für die Kommunikation im freigegebenen und kostenfreien 2,4GHz-Band. Um Funkreichweiten über 1000m zu gewährleisten, sind spezielle Doppelschlitzantennen erforderlich. Für den Messdatentransfer wird eine ketten- oder linienförmige Netzwerkstruktur benutzt. Das heißt, der jeweils erste Funksensor sendet seinen Datensatz in Richtung der Kette. Der folgende Sensor fügt dem empfangenen Datensatz seine Messdaten hinzu und sendet den neuen erweiterten Datensatz an den dritten Funksensor in der Kette und so weiter …. bis zur Funkbasis zum Beispiel in einem Umspannwerk. Dort werden die Daten gespeichert, analysiert und in die Leittechnik des Netzbetreibers zur Nutzung eingespeist.
Im Oktober 2014 wurde mit der Installation eines ASTROSE®-Sensornetzwerk mit 59 Funksensorknoten an einer 110 kV Freileitung im Harz der Pilotbetrieb aufgenommen. Nach einem Jahr ununterbrochenem erfolgreichen Betrieb sind über 10 Mio. Messwerte aufgenommen, analysiert und weitergeleitet worden.
In der nächsten Etappe von ASTROSE® ist die Bereitstellung von Test- und Evaluierungstools für die unterschiedlichsten Anwendungsaufgaben und –bedingungen vorgesehen (siehe auch PDF-Dokument im Downloadbereich), um eine breite Nutzung der Technologie vorzubereiten.