Mit multifunktionalen Störschreibern sparen Versorgungsunternehmen Millionen an Stromnetzkosten

Stromnetzbetreiber stehen unter wachsendem Druck, die Kosten zu senken und gleichzeitig die Zuverlässigkeit zu verbessern. Hier kommt der multifunktionale Störschreiber ins Spiel - eine bahnbrechende Technologie, die Versorgungsunternehmen hilft, Probleme zu erkennen, bevor sie zu teuren Ausfällen werden. Das IDM+-Gerät von Qualitrol kombiniert sechs Aufzeichnungsmethoden in einem Gerät und bietet so einen beispiellosen Einblick in das Netzverhalten, wobei die meisten Versorgungsunternehmen innerhalb des ersten Jahres die volle Amortisation erreichen.

Was macht multifunktionale Störungsrecorder anders?

Im Gegensatz zu herkömmlichen Überwachungsgeräten, die nur eine Art von Daten erfassen, integriert das IDM+-Gerät sechs wesentliche Aufzeichnungsfunktionen in einer einzigen Plattform: schnelle Störungsaufzeichnung, langsame Störungsaufzeichnung, Netzqualitätsüberwachung, Wanderwellen-Fehlerortung, Aufzeichnung der Ereignisfolge und Phasenmessungs-Streaming. Dieser umfassende Ansatz ermöglicht es Versorgungsunternehmen, datengestützte Entscheidungen zu treffen, die die Zuverlässigkeit erhöhen, die Stromqualität verbessern und Systemverluste reduzieren.

Vor allem aber helfen diese Geräte den Betreibern, Probleme zu erkennen, bevor es zu Stromausfällen oder Netzverlusten kommt, so dass sie Probleme beheben können, bevor sie einen erheblichen finanziellen Schaden verursachen.

Kostenreduzierung bei der Fehlersuche durch Punktgenauigkeit

Traditionelle Methoden zur Fehlerortung beruhen auf Impedanzberechnungen mit einer Genauigkeit von 1-15 % der Leitungslänge. Das bedeutet, dass Streifenteams oft Stunden damit verbringen, kilometerlange Leitungen abzusuchen, um den tatsächlichen Fehlerpunkt zu finden. Die Wanderwellen-Fehlerortung ändert dies vollständig, da sie unabhängig von der Leitungslänge eine Genauigkeit innerhalb einer einzigen Mastspanne bietet.

_{Tabelle 1 - Kosten für die Entsendung von Bodenstreifenteams}

Die Kosteneinsparungen sind erheblich. Tabelle 1 schätzt die Kosten, die entstehen, wenn Streifenteams aufgrund einer ungenauen Fehlerortung ausgedehnte Gebiete absuchen müssen - unter der Annahme, dass das IDM+ nur zwei Stromkreise überwacht, rechtfertigen allein die Einsparungen durch die reduzierte Streifendauer die Investition. Treten Fehler in unwegsamem Gelände auf, das den Einsatz eines Hubschraubers erfordert, wird der Kostenunterschied noch dramatischer, wie Tabelle 2 zeigt.

_{Tabelle 2 - Kosten der Luftüberwachung bei der Fehlersuche}

Über die unmittelbare Reaktion hinaus trägt die genaue Fehlerortung dazu bei, wiederkehrende Probleme zu vermeiden. Intermittierende Fehler, die wieder geschlossen werden können, hinterlassen oft Teilschäden an der Fehlerstelle. Wenn diese Schäden nicht genau geortet und untersucht werden, können sie nachfolgende Auslösungen und Spannungseinbrüche verursachen und schließlich zu dauerhaften Leitungsausfällen führen. Tabelle 3 beziffert diese vermeidbaren Fehlerkosten.

_{Tabelle 3 - Kosten von Leitungsfehlern in Verbindung mit vermeidbaren Fehlern}

Leistungsschalterprobleme erkennen, bevor sie kaskadieren

Leistungsschalter sind kritische Schutzeinrichtungen, aber viele Probleme bleiben während des normalen Betriebs unbemerkt. Verklemmte Mechanismen, langsame Betriebszeiten und verlängerte Fehlerabstände bleiben oft verborgen, bis der Schalter während eines nachfolgenden Fehlers ausfällt, was zu einer Auslösung in einem größeren Bereich als nötig führt.

Durch die schnelle Störungsaufzeichnung, die Aufzeichnung der Ereignisfolge und die automatische Aufzeichnungsanalyse erkennt das IDM+ diese Probleme frühzeitig. Tabelle 4 schätzt die erheblichen Kosten, die mit vermeidbaren Ausfällen von Leistungsschaltern verbunden sind und zeigt, wie wichtig es ist, diese Probleme zu erkennen, bevor sie eskalieren.

_{Tabelle 4 - Kosten für vermeidbare ausgefallene Leistungsschalter}

Fehlfunktionen von Schutzrelais frühzeitig erkennen

Die Analyse der Aufzeichnungen des Digital Fault Recorders (DFR) zeigt Muster für Fehlfunktionen von Relais auf, die vor möglichen Ausfällen bei zukünftigen Fehlern warnen. Dieses Frühwarnsystem hilft, Kaskadenausfälle zu verhindern, die große Teile des Netzes beeinträchtigen können. Tabelle 5 zeigt die quantifizierbaren Kosten, die durch das Aufspüren von Problemen im Schutzsystem eingespart werden, bevor sie größere Störungen verursachen.

_{Tabelle 5 - Kosten der Identifizierung von Fehlbedienungen}

Automatisierte Analyse: Von einer Woche bis zu vier Stunden

Bei Unwettern können die Netze 200-300 DFR-Datensätze erzeugen, die analysiert werden müssen. Die manuelle Überprüfung dieser Datensätze nimmt eine ganze Woche in Anspruch, auch wenn die meisten einen korrekten Betrieb aufweisen. Die automatische Datensatzanalyse revolutioniert diesen Prozess, indem sie nur nicht konforme Datensätze erkennt und echte Probleme kennzeichnet.

_{Tabelle 6 - Kosten bei Verwendung der automatisierten Analyse}

Dadurch wird die Analyse der Sturmaufzeichnungen von einer Woche auf nur vier Stunden reduziert. Tabelle 6 zeigt die Kosteneinsparungen durch die automatisierte Analyse, einschließlich der verringerten Entwicklungszeit, der schnelleren Problemlösung und der besseren Ressourcenzuweisung während kritischer Wiederherstellungsvorgänge.

Die versteckten Kosten von Stromqualitätsproblemen

Schlechte Stromqualität kostet die europäische Wirtschaft jährlich bis zu 150 Mrd. €, während die Verluste in den USA laut EPRI-Forschung zwischen 119 und 188 Mrd. $ betragen. Für die Netzbetreiber äußern sich diese Kosten in Form von Geräteschäden, vorzeitiger Alterung und Kundenbeschwerden.

Das IDM+ erkennt alle wichtigen Netzqualitätsprobleme, bevor sie teure Schäden verursachen:

• Spannungseinbrüche führen zu Fehlfunktionen mikroprozessorgestützter Steuersysteme und können ganze Prozesse zum Stillstand bringen. Schütze und Relais lösen unerwartet aus, was zu Last- und Umsatzverlusten führt. Industriekunden müssen mit Produktionsausfällen und möglichen behördlichen Geldstrafen rechnen.
• Sehr kurze Unterbrechungen (Millisekunden bis zwei Sekunden) lösen Schutzvorrichtungen aus und verursachen Datenverluste in Verarbeitungsanlagen. Empfindliche Geräte wie SPS und ASDs können ausfallen, wenn sie nicht für Ride-Through ausgelegt sind, was zu Prozessunterbrechungen führt.
• Lange Unterbrechungen (über 1-2 Sekunden) führen zum Stillstand aller Geräte, was sofortige Umsatzeinbußen und mögliche Bußgelder zur Folge hat. Diese sind in der Regel auf Geräteausfälle, Stürme, Blitzschlag oder Probleme mit Schutzvorrichtungen zurückzuführen.
• Spannungsspitzen durch Blitzschlag oder Schaltvorgänge können elektronische Komponenten und Isoliermaterialien zerstören, Datenverluste verursachen und elektromagnetische Störungen hervorrufen. Obwohl sie nur Mikrosekunden bis Millisekunden dauern, können die Spitzen Tausende von Volt erreichen.
• Spannungsschwankungen treten auf, wenn schwere Lasten ein- oder ausgeschaltet werden oder Transformatoren schlecht geregelt sind. Sie verursachen Datenverluste, Bildschirmflimmern und Geräteschäden, wenn die Spannung die Nennwerte überschreitet.
• Harmonische Verzerrungen durch nichtlineare Lasten verursachen die am meisten unterschätzten Kosten. Oberschwingungen verursachen Überlastungen des Neutralleiters, Überhitzung der Geräte, Effizienzverluste der Maschinen, Kommunikationsstörungen und Messfehler. Besonders kritisch ist, dass sie die Lebensdauer von hochwertigen Anlagen wie Transformatoren verkürzen. Ein Transformator, von dem man annimmt, dass er 30-40 Jahre hält, muss möglicherweise 10 Jahre früher ausgetauscht werden, weil er durch Oberschwingungen verunreinigt ist - ein massiver ungeplanter Kapitalaufwand.
• Spannungsschwankungen verursachen sichtbares Lichtflimmern, was zu Kundenbeschwerden und Geldstrafen führt und dem Ruf des Versorgungsunternehmens schadet, auch wenn die direkten Kosten niedriger sind als andere Probleme.
• Elektrisches Rauschen durch elektromagnetische Störungen verursacht Datenverluste und Verarbeitungsfehler in empfindlichen Geräten. Die Auswirkungen sind zwar in der Regel nicht unmittelbar zerstörerisch, summieren sich aber im Laufe der Zeit.
• Spannungsunsymmetrie in Drehstromsystemen erzeugt Komponenten mit negativer Sequenz, die besonders für Drehstrommotoren schädlich sind und zu erhöhter Erwärmung, verringertem Wirkungsgrad, kürzerer Lebensdauer und kostspieligen Ausfallzeiten führen.

Die Transformator-Alterungskrise

Ein Verteilertransformator leistet in der Regel 30-40 Jahre lang Dienst. Die zunehmende Oberschwingungsbelastung kann jedoch einen Austausch bereits 10 Jahre früher erforderlich machen. Dies stellt nicht nur eine ungeplante Kapitalausgabe dar, sondern bedeutet einen vollständigen Verlust des verbleibenden Investitionswerts. Besonders bedenklich ist, dass diese Auswirkungen so lange verborgen bleiben, bis ein katastrophaler Ausfall oder ein Diagnosetest eine kritische Verschlechterung aufdeckt.

Lichtflimmern ist zwar finanziell weniger schädlich als Oberschwingungen, beeinträchtigt aber den Ruf der Versorgungsunternehmen erheblich. Jede Flickerbeschwerde erfordert die Entsendung von Inspektionstechnikern zum Kunden, was Ressourcen von geplanten Arbeiten abzieht und die Kundenbeziehungen belastet.

Umfassende Kosteneinsparungen im gesamten Betrieb

Durch den strategischen Einsatz von multifunktionalen Störschreibern können Versorgungsunternehmen Einsparungen in mehreren Bereichen erzielen:

• Reduzierte Leitungs- und Geräteverluste durch geringere Ströme und bessere Effizienz.
• Freisetzung blockierter Kapazitäten, Vermeidung von Investitionen in neue Infrastruktur.
• Verbesserter Leistungsfaktor, Vermeidung von Strafzahlungen und Erzielung von Anreizen.
• Senkung der Höchstlastgebühren durch besseres Lastmanagement.
• Steuervorteile durch beschleunigte Abschreibung von Netzqualitätsgeräten.
• Bessere Spannungsprofile verbessern die Effizienz der Kundengeräte.
• Reduzierte harmonische Verzerrungen, Reduzierung von Kupfer-, Kern- und Streuverlusten.
• Vermeidung von Geräteausfällen, Vermeidung von Produktionsausfallkosten.
• Vermeidung ungeplanter Ausfälle durch proaktive Wartung.
• Verlängerte Lebensdauer der Geräte durch geringere elektrische und thermische Belastung.
• Senkende Betriebstemperaturen maximieren den ROI der Infrastruktur.

Das Fazit

Multifunktionale Störungsschreiber verwandeln Versorgungsunternehmen von reaktiven Problemlösern in proaktive Systemmanager. Indem sie einen umfassenden Einblick in das Netzverhalten bieten, helfen diese Geräte den Betreibern, Probleme zu erkennen und zu beheben, bevor sie zu teuren Ausfällen, längeren Ausfällen oder Anlagenschäden eskalieren.

Mit Amortisationszeiten von in der Regel unter einem Jahr und Kosteneinsparungen in den Bereichen Fehlerortung, Anlagenschutz, Netzqualitätsmanagement und automatisierte Analyse stellt das IDM+ eine strategische Investition in die Netzzuverlässigkeit und Betriebseffizienz dar. Da die Probleme mit der Netzqualität aufgrund zunehmender nichtlinearer Lasten weiter zunehmen, ist es nicht nur vorteilhaft, sondern für die Aufrechterhaltung eines wettbewerbsfähigen Betriebs unerlässlich, über Werkzeuge zur frühzeitigen Erkennung und Behebung von Problemen zu verfügen.