Gasisolierte Schaltanlagen spielen eine zentrale Rolle, wenn der vorhandene Bauraum effizient genutzt werden muss. Ihre Überwachung und Wartung ist eine Herausforderung, besonders die Verhinderung von Gasleckagen des klimaschädlichen Schwefelhexafluorid (SF₆). Sie beeinträchtigen die kritische Funktionsfähigkeit der Anlagen. Die WIKA Alexander Wiegand SE & Co. KG besitzt innovative Lösungen für die IoT-basierte Überwachung mit modernster Sensortechnik.
Die Herausforderung: Leckagen in gasisolierten Schaltanlagen frühzeitig erkennen
Gasisolierte Schaltanlagen finden sich vor allem in Mittel- und Hochspannungssystemen. Es sind vollständig gasdicht gekapselte Schaltanlagen, die zur Isolierung der elektrischen Leiter mit einem Schutzgas geflutet sind. Als Schutzgas wird normalerweise Schwefelhexafluorid genutzt. Dieses Gas besitzt die fünffache Dichte von Luft, ist farb- und geruchslos, ungiftig und reaktionsträge. Die Durchschlagsfestigkeit gegenüber elektrischem Strom ist etwa dreimal höher als von Luft.
SF₆ verringert die Gefahr von Funken und Lichtbögen bei Schaltvorgängen. Dadurch sind gasisolierte Schaltanlagen wesentlich kompakter als die herkömmlichen Freiluftschaltanlagen und können auch dort eingesetzt werden, wo nur ein geringes Platzangebot herrscht, zum Beispiel im urbanen Umfeld, in Windkraftanlagen, Wasserkraftwerken, Industrieanlagen oder auf Offshore-Plattformen.
Schaltanlagen haben eine typische Lebensdauer von 20 bis 50 Jahren, wobei gasbedingte Ausfälle 15 bis 25 Jahre nach der Installation stark zunehmen. Daher ist die Überwachung ab spätestens der zweiten Hälfte der Lebensdauer der Anlagen von entscheidender Bedeutung. Zudem ist SF₆ das stärkste bekannte Treibhausgas, mit der rund 22.800-fachen Klimawirkung von CO₂. Ein Kilo SF₆ entspricht demnach 22,8 Tonnen CO₂. Deshalb ist auch die Wartung mit hohem Aufwand verbunden, da SF₆ abgepumpt und aufgefangen werden muss.
Die Betreiber solcher Schaltanlagen haben also einen hohen Bedarf nach einem dauerhaften Monitoring ihrer Systeme, um jederzeit Leckagen zu erkennen und Wartungen nur dann durchzuführen, wenn sie auch tatsächlich notwendig sind.
Die Lösung: Eine IoT-basierte Überwachungslösung mit moderner Sensortechnik
Sensorik
Für das Monitoring rüstet der Hersteller die Anlagen mit Sensoren für Gasdichte- und Feuchtemessung aus. Dadurch werden sowohl Leckagen als auch Verunreinigungen des Gases frühzeitig erkannt. Die Sensoren sind bei Innenanlagen über Kabel und ein Edge-Gateway zum Internet mit der Cloud oder einem lokalen Server verbunden.
Bei großen Outdoor-Anlagen wird auch Wireless-Technologie eingesetzt, mit der die Sensordaten über das energiesparende Funknetzwerk LoRaWAN und einem entsprechenden Gateway in das Internet übertragen werden. Auf diese Weise können Distanzen von 10 Kilometern und mehr überbrückt werden. Bei der Überwachung von SF₆ sind die Größe der Datenpakete und die Häufigkeit der Übertragung unkritisch, sodass hier die batteriebetriebene Low-Power-Technologie völlig ausreichend ist.
Die Plattform
Alle von den Sensoren gelieferten Informationen werden in einer sicheren Cloud zusammengefasst, mit Hilfe von Algorithmen verarbeitet und den Nutzern auf einem Dashboard zur Verfügung gestellt. Sowohl stationäre als auch mobile Geräte können auf diese Plattform zugreifen.
In der Plattform können kunden- und anlagenspezifische Grenzwerte eingestellt werden, die beispielsweise bei einer zu hohe Feuchtigkeit, einer starken Temperaturschwankung oder einem plötzlich sinkenden Gasdruck einen Alarm auslösen. Zudem ist die WIKA-Software in der Lage mittels intelligenter Algorithmen über die Auswertung von historischen Daten ein Erwartungsbereich für die Zukunft zu definieren. Dadurch können Forecasts gemacht werden und Warnungen frühzeitig, noch vor dem erreichen der eigentlichen Grenzwerte gesendet werden.
Das Monitoring-System von WIKA ist innerhalb weniger Stunden aufgebaut und dann nach wenigen Minuten konfiguriert und betriebsbereit.
Der geschäftliche Mehrwert entsteht durch Datenanalysen, die Wartungs- und Servicezyklen verringern. Dabei kann ein Kunde die Daten über eine API abfragen und in eine eigene Cloud-Plattform integrieren. WIKA kooperiert dafür mit Partnern, um branchenspezifische Themen wie Diagnose, Compliance und Dokumentation anzugehen.
Das Ergebnis: Effizienzsteigerung und Kostenreduktion mit intelligenter IoT-Überwachung
Effizienz und Sicherheit sind Schlüsselelemente für den Betrieb von Schaltanlagen. IoT-basierte Überwachungslösungen zielen darauf ab, beides zu verbessern. Durch die Zustandsüberwachung mit moderner Sensortechnik und die Automatisierung der Dokumentation der ermittelten Werte verringern Betreiber den Bedarf an Kontrollen durch Techniker, was zu geringeren Wartungskosten führt.
Die Nutzung von Schwefelhexafluorid in gasisolierten Schaltanlagen birgt Herausforderungen, da es als potentes Treibhausgas gilt. Durch verstärkte Wartungsbemühungen und eine Steigerung der Anlagensicherheit lässt sich der Austritt von SF₆ verringern. Dies kann nicht nur dazu beitragen, eventuelle Strafzahlungen für Betreiber aufgrund von Umweltauflagen zu reduzieren, sondern unterstützt auch aktiv den Umweltschutz.
Darüber hinaus ermöglicht Remote Monitoring auch die vorausschauende Wartung (Predictive Maintenance), um Schäden an der Maschine vorzubeugen. Die Prognose-Algorithmen der Software erkennt potenzielle Probleme, bevor sie auftreten, was die Sicherheit erhöht und Ausfallzeiten und Kosten verringert.
