Multiplexverfahren für optische Faser‑Akustikemissionssensoren ermöglicht verteilte Fehlermessung in GIS

USA: Multiplexverfahren für optische Faser‑Akustikemissionssensoren ermöglicht verteilte Fehlermessung in GIS

Ein neu entwickeltes Multiplexverfahren für optische Faser‑Akustikemissionssensoren erlaubt die verteilte Überwachung von Metallpartikelfehlern in gasisolierten Schaltanlagen (GIS) und demonstriert seine Funktionsfähigkeit in einem 126 kV‑Testaufbau mit vier Sensor‑Einheiten.

Hintergrund der Fehlermessung

Die herkömmliche Fehlermessung in GIS beruht überwiegend auf piezoelektrischen (PZT) Sensoren, die jedoch für eine flächendeckende Zustandsüberwachung moderner Energieanlagen ungeeignet sind. Interferometrische optische Fasern bieten zwar hohe Empfindlichkeit bei der Erkennung von Teilentladungen, sind jedoch meist auf Einzelpunktmessungen beschränkt.

Neues Multiplexverfahren

Forscher haben ein Verfahren entwickelt, das optische Frequenz‑Scanning in einer Michelson‑Interferometer‑Konfiguration nutzt. Durch die Modulation der optischen Frequenz werden Hochfrequenz‑Träger eingeführt, während die einzelnen Kanäle mittels Bandpass‑Filtern voneinander getrennt werden. Das Ergebnis ist ein System, das die Empfindlichkeit einzelner interferometrischer Sensoren beibehält und gleichzeitig eine Frequenz‑Division‑Multiplex‑Messung mehrerer Sensoren über ein einziges Demodulations‑Setup ermöglicht.

Experimentelle Validierung

Im Rahmen von Laborversuchen wurde das System an einer 126 kV‑GIS mit vier Mess‑Einheiten getestet. Die Messungen zeigten, dass das Verfahren sowohl die Entladungs‑Signale zuverlässig erfasst als auch die defekte Kavität im Schaltgerät eindeutig identifizieren kann.

Bedeutung für die Energieinfrastruktur

Durch die Möglichkeit, mehrere Sensoren gleichzeitig auszulesen, eröffnet das Verfahren neue Perspektiven für die verteilte Zustandsüberwachung von Hochspannungsanlagen. Betreiber könnten so frühzeitig Defekte lokalisieren und gezielte Wartungsmaßnahmen ergreifen, was potenziell die Betriebssicherheit erhöht und Ausfallzeiten reduziert.

Ausblick

Die Autoren planen, das System weiter zu skalieren und in realen Netzen zu testen. Eine Integration in bestehende Überwachungs‑ und Steuerungssysteme könnte langfristig zu einer standardisierten, flächendeckenden Fehlermessung in GIS führen.

Dieser Bericht basiert auf Informationen von PLOS ONE, lizenziert unter Creative Commons BY 4.0 (Open Access). Wissenschaftliche Inhalte, offen zugänglich.