Ausgezeichnetes Ergebnis der ABB-Forschung

"Blackouts" wie im Sommer 2003, als in den USA und Kanada, aber auch in Italien, Schweden, Dänemark und London Millionen Menschen plötzlich im Dunkeln standen und in U-Bahnen festsaßen, haben gezeigt: Die Hochspannungsnetze müssen noch zu-verlässiger und effizienter überwacht werden. Der neue faseroptische Stromsensor von ABB könnte dabei eine Schlüsselrolle übernehmen. Überzeugt hat das innovative Produkt bereits eine ganze Reihe internationaler Fachleute, den neben der Wahl zu den Top 5 beim Hermes Award 2005 zählte der faseroptische Stromsensor auch bereits zu den vier besten Produkten, die für den renommierten Swiss Technology Award 2005 nominiert waren. Zu sehen ist die Neuentwicklung aus dem ABB-Forschungszentrum im schweizerischen Baden in Hannover daher auf dem Messestand des Swiss Technology Award (Halle 2, Stand-Nr. A28) und auf dem Messestand des Hermes-Award (Halle 2, Stand-Nr. D16).

Die Stromübertragung und -verteilung erfolgt über Hochspannungsunterstationen. Dabei muss der Strom rund um die Uhr kontinuierlich gemessen werden. Konventionell geschieht das mit sogenannten Messwandlern. Deren Lebensdauer beträgt typischer-weise 30 bis 40 Jahre. Gerade im liberalisierten Strommarkt, in dem (auch ungeplante) Energieflüsse grenzüberschreitend an zahllosen Schnittstellen zwischen den Marktteil-nehmern zu messen sind, werden jedoch zukünftig noch genauere und zuverlässigere Strommessungen erforderlich - in der Energieverrechnung, der Kontrolle und zum Schutz von Hochspannungsanlagen. Dabei wird in Zukunft digitale Sekundärelektronik eine immer wichtigere Rolle spielen.

Der faseroptische Stromsensor aus dem ABB-Forschungszentrum wird diesen Anfor-derungen gerecht. Die Strommessung erfolgt berührungslos: Der Sensor nutzt den Faraday- Effekt, also den Einfluss des Magnetfeldes auf die Lichtgeschwindigkeit, in einer optischen Glasfaser. Um den Strom zu messen, werden Lichtwellen in eine optische Glasfaser eingekoppelt. Die Faser umschliesst den Stromleiter mit einer oder mehreren Windungen. Im Magnetfeld des Stromes laufen die Wellen mit unterschied-licher Geschwindigkeit und benötigen deshalb unterschiedliche lange Zeiten, um die Faser zu durchlaufen. Der Laufzeitunterschied wird umso größer, je höher der Strom ist und je mehr Faserwindungen um den Leiter gelegt sind. Gemessen wird der Wegunter-schied zwischen den Wellen nach Durchlaufen der Faser. Er beträgt Bruchteile der Wellenlänge des Lichts (820 Nanometer) und kann mit sehr hoher Präzision ermittelt werden.

Mit einer ganzen Reihe von patentierten Innovationen hat das ABB-Team den ersten voll praxistauglichen, faseroptischen Stromsensor entwickelt. Die Messgenauigkeit liegt innerhalb von 0,2 oder 0,1 Prozent bei Temperaturen zwischen – 40°C und + 85°C. Außerdem haben mechanische Erschütterungen keinerlei Einfluss auf das Messergeb-nis. Der Sensor ist herkömmlichen Messwandlern daher in vielen Belangen weit über-legen:

• Eine hauchdünne Glasfaser ersetzt Hunderte oder gar einige tausend Kilo-gramm Kupfer, Eisen und Isoliermaterial. Aufwändige und teure Installationen entfallen.
• Der Messbereich ist deutlich größer, die Genauigkeit wird insbesondere bei hohen Strömen deutlich verbessert.
• Anders als bei konventionellen Messwandlern sind permanente Schäden als Folge von zu hohen Überströmen ausgeschlossen; ebenso Umweltschäden durch auslaufendes Öl.
• Die hohe Bandbreite macht zum Schutz der Anlage schnellere Reaktion auf Kurzschlussströme möglich. Sogar die "Qualität" des Stroms lässt sich ermitteln ("power quality monitoring").
• Weil es nur eine Glasfaserverbindung gibt, ist die Sekundärelektronik (Leittechnik, Schutzgeräte etc.) vor Schäden oder elektromagnetischen Störungen durch Hochspannungseinflüsse geschützt.
• Das digitale Signal des faseroptischen Sensors ist direkt kompatibel mit künftiger digitaler Sekundärelektronik.

Der faseroptische Stromsensor wurde jedoch nicht nur für den Einsatz in Hochspan-nungsnetzen entwickelt: Er ist im Unterschied zu konventionellen Messwandlern sowohl für Wechselströme als auch für Gleichströme geeignet: In der elektrochemischen Industrie, also beispielsweise bei der Herstellung von Aluminium, Kupfer, Mangan, Zink, Chlor etc., werden hohe Gleichströme bis zu 500.000 Ampere gemessen. Die Strom-messung dient hier vor allem der Prozesskontrolle und -regelung.