Entwicklung eines breitbandigen Strommess-Shunts mit optischem Übertragungssystem (EStroS)

Problemstellung
Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungs-Systeme (HGÜ) werden in der elektrischen Energietechnik zur effizienten Übertragung großer Energiemengen über weite Entfernungen sowie zur Stabilisierung großer, vermaschter Wechselpannungsnetze eingesetzt. HGÜ-Verbindungen erhalten zukünftig eine wachsende Bedeutung. Aufgrund der immer größeren Anteile erneuerbarer Energien ist eine bessere Regelung der sich zunehmend ändernden Lastsituationen im Netz zwingend erforderlich, damit Schäden an den Energieanlagen vermieden werden. Um die zukünftigen Anforderungen an den Anlagen- und Netzschutz erfüllen zu können, muss der Strom zehnfach schneller als heute und gleichzeitig sehr präzise gemessen werden. Die heutigen Technologien zur Gleichstrom-Messung besitzen insbesondere nicht die erforderliche Bandbreite (bis 100 kHz), die für die Schnelligkeit bei der Erkennung von Fehlerfällen von entscheidender Bedeutung ist.

Projektziel
Im KMU-innovativ-Projekt EStroS wird ein sogenanntes Strommess-Shunt-System entwi-ckelt, mit dem zum ersten Mal eine schnelle und genaue Messung des Stromes in der neu-esten Generation von HGÜ-Anlagen ermöglicht wird. Auf der Grundlage der Strommessung soll der Schutz der modernen HGÜ-Energieanlagen vor Ausfällen gewährleistet werden. Das erhöht die Netzstabilität und somit die Versorgungssicherheit.

Vorgehensweise
Die Herausforderung des Projektes besteht in der Lösung der Anforderungen aus hoher Bandbreite und der geforderten hohen Stromstärke. Sie resultiert aus der Tatsache, dass Strommesssysteme elektrischen und magnetischen Feldern ausgesetzt sind, die zu einer Beeinflussung des Messsignals führen. Diese Einflüsse nehmen mit steigender Frequenz und Stromstärke signifikant zu. Die Kerninnovation besteht darin, eine geeignete Konstruktion des Strommess-Systems zu entwickeln, bei der diese störenden Einflüsse minimiert werden können. Damit können die geforderte Bandbreite, Stromstärke und Genauigkeit erreichbar werden. Im Projekt werden neue Konzepte in Bezug auf das Shunt-Design (Geometrie), die Gestaltung des Messsignalanschlusses sowie die optische Übertragung der Messsignale zur HGÜ-Anlage entwickelt und prototypisch erprobt.

Anwendungspotenzial und erwartete Ergebnisse
Mit dem neuen Messsystem wird die Abtastrate der gesamten Messsignal-Übertragungsstrecke um den Faktor acht erhöht. Das verbessert seine Schutzfunktion und steigert die Zuverlässigkeit der modernen HGÜ-Anlagen. Das Messsystem eröffnet somit neue Möglichkeiten zur Realisierung effizienter Schutzkonzepte für die aktuelle HGÜ-Technologie sowie bei der Etablierung von internationalen Standards für zukünftige HGÜ-Systeme. Das neue System ist eine wesentliche Voraussetzung, um in vermaschten Gleich-stromnetzen einen hervorragenden Netzschutz sicherzustellen.

• Schniewindt GmbH & Co. KG
• Universität Duisburg-Essen