Technologie

Hochspannungsmessung für eine sichere Stromversorgung

24.09.2020 - Weltweit erste transportable Prüfeinrichtungen für zukünftige „Stromautobahnen“ mit sehr hohen Gleichspannungen.

Wer einen Stecker in die Steckdose steckt, hat es meist mit einer Wechsel­spannung von 230 Volt zu tun. Acht­tausend­mal höher ist die Spannung auf dem Freifeld der Physikalisch-Technischen Bundes­anstalt in Braunschweig. Hier arbeitet ein Experten­team mit Gleich­spannungen bis zu zwei Millionen Volt. Die von den Forschern entwickelte Mess­einrichtung für derart hohe Spannungen ist weltweit einmalig und soll helfen, das Stromnetz der Zukunft fit zu machen für eine sichere Strom­versorgung und -abrechnung.

Im Zuge der Energiewende wird Strom zukünftig nicht mehr nur mit etablierter Wechsel­strom­technik transportiert, sondern zunehmend auch mit der Hoch­spannungs-Gleich­strom-Über­tragung. Auf den „Strom­auto­bahnen“, wie den geplanten Nord-Süd-Trassen, kann sie Strom verlust­ärmer und in größerer Menge vom wind­reichen Norden in den industri­ellen Süden und Westen bringen.

Doch moderne Energienetze sind äußerst komplexe Systeme mit einer wachsenden Anzahl dezentraler, regenera­tiver Strom­produ­zenten. Dieses stets schwankende Angebot der elektrischen Energie führt zu verringerter Spannungs­qualität und sorgt für mehr Instabilität im Über­tragungs­netz – ein Stress­test für viele Komponenten und damit ein Risiko für die Versorgungs­sicherheit. Bisher fehlen noch einheit­liche Normen, nach denen Netz­komponenten auf ihre Tauglich­keit unter diesen speziellen neuen Bedingungen geprüft werden.

„Wir sind an gleich zwei europä­ischen Forschungs­projekten beteiligt, die sehr praktisch zu einer verläss­lichen und sicheren Strom­ver­sorgung beitragen werden“, erklärt Johann Meisner, Leiter der PTB-Arbeits­gruppe Hoch­spannungs­mess­technik. „Einer­seits wollen wir die mess­tech­nische Grund­lage dafür schaffen, dass Netz­komponenten standardi­siert auf ihre Eignung bei neuartigen Bedingungen geprüft werden können.“ Dafür will die PTB zum Beispiel Kalibrier­dienst­leistungen für die Industrie bei über­lagerten Hoch­spannungs­formen, wie Blitz- und Schalt­stoß­spannungen, auf hohen Gleich- oder Wechsel­spannungen aufbauen.

Die genaue Messung solcher Hoch­spannungs­formen hat einen erheb­lichen Einfluss auf die Lebens­dauer von Komponenten im Stromnetz. Gleich­zeitig sind die Erkennt­nisse aus dem von Meisner koordinierten Forschungs­projekt die Basis für eine grund­legende Über­arbeitung der inter­natio­nalen Hoch­spannungs­normen­reihe IEC 60060, die weltweit die Prüfung von Hoch­spannungs­mess­technik regelt.

In einem weiteren europäischen Forschungs­projekt steht die Messung des Energie­verlusts im Mittel­punkt. Denn trotz Gleich­strom­technik geht bei langen Transport­wegen quer durch Deutsch­land und Europa auch Energie verloren. Um diese Verluste beziffern zu können, ist insbesondere im Hoch­spannungs­bereich für die Abrechnung von Kosten wichtig – denn wo viel Energie trans­portiert wird, geht es auch um viel Geld.

Im Rahmen dieser Projekte entwickelt die PTB unter anderem zwei Hoch­spannungs­mess­systeme – eines für Messungen von einzig­artiger Genauig­keit bis 1,2 Millionen Volt und ein zweites für Messungen sogar bis 2 Millionen Volt. Mit Letzterem haben die Forscher bereits äußerst erfolg­reich Test­messungen durch­geführt. Mithilfe der Spannungs­teiler soll in der PTB ein Standard aufgebaut werden, mit dem die rück­ge­führte Kalibrierung von Gleich­spannungs­mess­einrich­tungen und die Prüfung von System­komponenten bis zwei Millionen Volt möglich wird, wie sie in zukünftigen Hoch­spannungs­netzen weltweit einge­setzt werden sollen. Die Genauig­keit dieser Messungen ist somit entscheidend für den verläss­lichen Betrieb von HGÜ-Leitungen und damit für die Versorgungs­sicherheit des gesamten europä­ischen Strom­netzes.

PTB / RK

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