IDS bringt Intelligenz in die Ortsnetzstationen. © 2014 IDS-Gruppe Holding GmbH

Kabel bilden ein wichtiges Rückgrat der heutigen digitalen Welt. Ohne diese ­wären Themen wie das Internet der Dinge, die digitale Transformation ...

... oder auch, ganz profan, Beleuchtung heute nicht denkbar.

In manchen Bereichen – etwa dem Energiesegment – stellt die Wartung der Kabel eine besondere Herausforderung dar, sind diese mitunter doch auf lange Strecken unterirdisch verlegt. Diesem Problem hat sich nun der Messtechnikspezialist Esders GmbH angenommen. Mit dem „Cable HUNTER“ biete das Unternehmen eine Lösung zur Ortung von Kabelfehlern im erdverlegten Niederspannungsnetz an. In Kombination mit dem Vakuum-Ansaugsystem VSS15 ermöglicht das Cable HUNTER das sichere Ansaugen kleinster Gasspuren mit der hohen Nachweisempfindlichkeit zweier Sensoren. So könnten Netzbetreiber Kabelfehler selbständig und unmittelbar nach der Störungsmeldung finden. Kostenintensive Fehlgrabungen würden dadurch vermieden, zudem würden Ausfallminuten im Netz reduziert – ohne Fremdkosten durch externe Dienstleister und ohne die Verbraucher vom Netz zu trennen. Damit übertrage Esders „eine bewährte Technologie aus der Wasser- und Gasleckortung“ auf den Elektrobereich. Entwickelt wurde das System in Kooperation mit dem niederländischen Netzbetreiber Enexis.
Bei jedem Kurzschluss entstehe ein Lichtbogen, der das Isolationsmaterial von Kabelummantelung und Muffen verbrennt, betont Geschäftsführer Bernd Esders. Die dabei produzierten Verbrennungsgase würden sich im Erdreich ausbreiten. „Diese Verbrennungsgase spürt das Cable HUNTER auf. Das Vakuum-Sonden-System VSS15 fungiert dabei gewissermaßen als Tuner, als Verstärkereinheit“, erklärt Esders. Denn im Boden lägen deutlich höhere Gaskonzentrationen vor als an der Erdoberfläche, wo sich die Gase zudem rasch verflüchtigen würden. Das VSS15 sauge diese Gaskonzentrationen gezielt ab und führe sie dem Spürgerät zu. Dazu komme eine schnelle Reaktion des Messgerätes zur präzisen Lokalisation. Die Ansprechzeit gemäß T90, der Zeitraum, in dem 90 Prozent des Messwertes erfasst und angezeigt würden, betrage weniger als zehn Sekunden.
So würden auch bei schwierigen Messsituationen aussagekräftige Ergebnisse erreicht. Unter besonders ungünstigen Umständen mache die Vakuumtechnik die Lokalisierung erst möglich. Kabelfehler könnten nicht nur rasch und ­ohne externe Dienstleister geortet werden. Auch ältere Schwelbrände, von denen sich noch Restgase im Boden befänden, seien besser nachweisbar. Dies helfe, Ausfallzeiten zu senken.

Keine Fremdkosten
Das Cable HUNTER ermöglicht die Kabelfehlerortung ohne Versorgungsunterbrechung. Für die Ortung per Stoßgenerator oder Resonanzmessung, die in der Regel von externen Dienstleistern ausgeführt werden, müssten sämtliche Kundenanlagen der betroffenen Kabelstrecke vom Netz getrennt werden. Dies verursache Esders zufolge Fremdkosten, zudem müssten alle Verbraucher einzeln ab- und nach der Reparatur wieder angeklemmt werden. Ebenso kostenintensiv seien Fehlgrabungen aufgrund von Falschortungen. Dem beuge das Cable HUNTER mit einer Zwei-Sensoren-Strategie vor: Das Gerät misst und unterscheidet simultan zwischen den Brandgasen eines Kabelfehlers und eventuell im Boden vorhandenem Biogas oder Erdgas. „Denn nicht immer verfügen die Reparaturteams der E-Netzbetreiber auch über alle Gasleitungspläne“, unterstreicht Esders. „Es gab etwa eine Leckage, bei der das Gas an der Wandung eines Erdkabels entlang geströmt und dann in einigem Abstand zur eigentlichen Fehlstelle oberirdisch ausgetreten ist. Hier können nur zwei Sensoren zwischen Kabelbrand und Gasleck unterscheiden.“
Wenn sich keine Erd- oder Biogasleitungen im Boden befinden, könnten etwa Fäulnisgase von Abwasserleitungen oder verwesenden Tierkadavern Geräte mit einfachem Sensor in die Irre leiten. „Stellen Sie sich vor, Sie sperren eine vierspurige Straße ab, weil Sie dort den Kabelfehler vermuten – und dann finden Sie bei den Tiefbauarbeiten einen toten Maulwurf“, erklärt Esders. Solche durchaus denkbaren Szenarien könnten nur mit zwei Sensoren vermieden werden. Dass beide Sensoren zuverlässig arbeiten, könne mit den zugehörigen Testgasen im Einsatz jederzeit sichergestellt werden. „Da die Netzbetreiber mit dem Cable HUNTER Fremdkosten und Fehlgrabungen vermeiden sowie Ausfallzeiten im Netz signifikant eindämmen können, amortisiert sich die Anschaffung rasch.“ Die Spürgastechnologie des Cable HUNTER stamme aus der Leckortung bei erdverlegten Gas- und Wassernetzen. Bei Wasserleckagen werde die Leitung geleert und dann mit Formiergas aus Wasserstoff und Stickstoff befüllt. Hier detektiere der Sensor den austretenden Wasserstoff.

Überwacht
IDS wiederum bringt die notwendige Intelligenz in die Ortsnetzstation, um sowohl das Mittelspannungs- als auch das Niederspannungsnetz überwachen und regeln zu können. Starke Einspeiseschwankungen, Spannungsprobleme, Betriebsmittelüberlastungen und wechselnde Energieflussrichtungen seien heute wichtige Herausforderungen an das Stromverteilnetz, die mit zunehmender Einspeisung aus Windenergie und Photovoltaik zu lösen seien, um das Smart Grid Wirklichkeit werden zu lassen. Die Überwachung und Steuerung von Ortsnetzstationen (ONS) spielte lange für den Netzbetrieb nur eine untergeordnete Rolle, obwohl die Einspeisung von erneuerbaren Energien hauptsächlich im Mittel- und Niederspannungsnetz erfolgt. Vielfältige Probleme bereiten dabei in den unteren Spannungsebenen die Spannungshaltung, Betriebsmittelüberlastungen, wechselnde Energieflussrichtungen und das fehlende Lastmanagement.
Auch im Bereich der produzierenden Industrie spielt Kommunikation eine wichtige Rolle. So ist etwa die Kommunikation zwischen dem Drehgeber und der Auswerteeinheit ein entscheidender Faktor für eine störungsfreie und zuverlässige Regelung von Maschinen und Anlagen. Dabei stellt sich aber die Frage, welche Schnittstelle die passende für die jeweilige Applikation ist. In der elektrischen Antriebstechnik gehören heute sicherheitsgerichtete Schnittstellen sowie die Single Cable Technology zu den bedeutendsten Innovationstrends. Eine Tendenz, der Kübler mit neuen Drehgeberlösungen begegnet. Der Sensorikhersteller hat für seine Zielbranchen Antriebs- und Aufzugstechnik bereits frühzeitig auf die volldigitale Spezialschnittstelle BiSS gesetzt, deren Eigenschaften sie als bidirektionales Motor-Feedback-System für Linear- und Rotationsachsen prädestiniere. Heute sei das Unternehmen überzeugt, dabei auf den richtigen Trend gesetzt zu haben, das Open-Source-Protokoll ist mittlerweile aus diesen Branchen nicht mehr wegzudenken. Mit den Protokoll-Erweiterungen „BiSS-Safety“ und „Single Cable Technology“ könnten Automatisierungssysteme realisiert werden, die allen Anforderungen an funktionale Sicherheit entsprechen und dabei eine nicht gekannte Flexibilität und Kosteneffizienz aufweisen würden.
Die elektrische Antriebstechnik befinde sich in einer beneidenswerten Situation. Seit nunmehr zwei Jahrzehnten sei sie hochprofitabel und wachse überproportional, selbst innerhalb des überaus erfolgreichen Maschinen- und Anlagenbaus. Als Innovationstreiber initiiere die Antriebstechnik seit geraumer Zeit die entscheidenden Optimierungsschritte für viele verschiedene Industrien und Applikationen.

Vereinfacht
In diesem bewegten Umfeld würden zwei Disziplinen miteinander ringen, wie der Sensorikhersteller betont. Zum einen müsse, um die globale Wettbewerbsfähigkeit auf dem derzeit hohen Niveau zu halten, die Maschinenproduktivität stetig weiter verbessert und gleichzeitig die Qualität der gefertigten Produkte gesteigert werden. Ein weiterer Trend, dem es Tribut zu zollen gelte, sei zudem ein verstärktes Umweltbewusstsein und Sicherheitsdenken. Maschinen müssten strengen Sicherheitsnormen entsprechen, immer energieeffizienter arbeiten und ihre Wertschöpfung insgesamt umweltverträglicher werden. Zur Erfüllung dieser – teils gegenläufigen – Forderungen müssten heute sämtliche Antriebskomponenten optimiert werden.
Die eigentliche Herausforderung liege jedoch bei den Antrieben und innerhalb der Regelungs- und Messtechnik. Einer der größeren Kostentreiber in jeder Automatisierungsarchitektur seien Kabel und Stecker. Hier könne Single-Cable-Technologie einen bedeutenden Beitrag leisten, um Materialkosten, Installationsaufwand und nicht zuletzt auch Platz zu sparen. Und zwar, indem Spannungsversorgung und Datenübertragung durch ein Kabel realisiert wird.
Der beengte Bauraum in elektrischen Antrieben erfordere kompakte Sensoren und optimierte Anschlussmöglich­keiten für ihre Montage. Mit der Single-Cable-Technologie sei die Übertragung von Energie und Daten nun über eine Anschlussleitung möglich, was zur erwähnten signifikanten Kostenersparnis führt.
Aber nicht allein die Reduzierung des Aufwands im Zusammenhang mit Stecker, Leitung und Integration mache die Single-Cable-Technologie interessant. Vielfach sei in Anwendungen der Platz für die Leitungsführung sehr begrenzt. Hier sei es neben den Material­kosten von Vorteil, wenn nur noch eine Leitung benötigt werde.
Die Single-Cable-Technologie von Kübler basiert auf der „RS485“ Hardware-Architektur, die ein etablierter Standard in vielen Frequenzumrichtern ist. Die Schnittstelle sei ­volldigital, Open Source für Sensor und Antriebssystem, bis SIL3-fähig und eigne sich bestens für dynamische ­Achsen mit sehr hohen Beschleunigungen, gleichmäßiger Geschwindigkeitsregelung sowie bestmöglicher Positioniergenauigkeit. (TM)

www.kuebler.com
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