Anwendung von LoRaWAN im Bereich des Stromnetzes

04.11.2021, WSW Digital

So hilft uns die LoRaWAN-Technologie bei der Überwachung des Stromnetzes und Verkürzung der Ausfallzeiten durch die schnelle Identifizierung der Netzstörungen.

Das Stromnetz in Wuppertal

Die WSW betreiben in Wuppertal ein fast 4.000 Kilometer langes Kabelnetz, über das Haushalte, Gewerbe, Industrie und öffentliche Einrichtungen mit Strom versorgt werden. Dieses Versorgungsnetz besteht aus mehreren Spannungsebenen. Durch die weithin sichtbaren Hochspannungsleitungen gelangt der Strom mit 110.000 Volt nach Wuppertal. Beim Endverbraucher kommt er dann mit „nur“ noch 230 Volt aus der Steckdose. Dazwischen liegen Umspannwerke, Transformatoren, Ortsnetzstationen und Kabelschränke. Zentrale Bedeutung für die Stromversorgung im Stadtgebiet kommt dem 10.000-Volt-Mittelspannungsnetz zu. Zu diesem Verteilnetz gehörten nicht nur über tausend Kilometer größtenteils unterirdische Kabel, sondern auch 1650 Netzstationen. Die Versorgungssicherheit in Wuppertal hängt im Wesentlichen vom Funktionieren dieses Netzes ab. LoRAWAN hilft uns dabei, das Stromnetz besser zu überwachen, Netzstörungen schneller zu finden und damit Ausfallzeiten zu verkürzen.

 

Identifizierung von Netzstörungen mit LoRaWAN

Auf der Mittelspannungsebene sind die Netzstationen an einem Versorgungsstrang wie Perlen an einer Schnur aufgereiht. Über jede Ortsnetzstation wird ein nachgelagertes Niederspannungsnetz versorgt, an dem die Haushalte angeschlossen sind. Bei einer Störung in einem solchen Versorgungsstrang kann es zur Versorgungsunterbrechung von mehreren Straßenzügen sowie mehreren hundert Haushalten und Gewerbebetrieben kommen. 

Bisher war die Fehlersuche in solchen Fällen quasi Handarbeit: Ein Techniker des Entstörungsdienstes musste die Kurzschlussanzeiger in allen Stationen im betroffenen Bereich vor Ort ablesen, bis der Fehler gefunden war. Erst dann kann durch Umschalten auf andere Versorgungsstränge der Stromausfall beseitigt werden. Dieses Verfahren kostet Zeit. 

Mit Hilfe der LoRaWAN-Technologie können wir jetzt bei Fehlersuche die Kurzschlussinformationen direkt an die Verbundleitwarte und den Entstörungsdienst übertragen. Dadurch lassen sich Unterbrechungszeiten wesentlich minimieren. Ein wichtiger Vorteil von LoRaWAN ist dabei auch, dass die Übertragung der Information unabhängig vom Stromnetz funktioniert, denn die Sender verfügen über eigene Batterien. Wir gehen davon aus, dass die Versorgungsunterbrechungszeiten durch das neue System um bis zu 30 Prozent reduziert werden können.

 

LoRaWAN bietet aber noch mehr Möglichkeiten, die Versorgungssicherheit zu erhöhen. Mit der Zunahme von Ladeeinrichtungen für E-Fahrzeuge, Heizstromanwendungen und anderen Verbrauchern werden zukünftig die Belastungen für das Niederspannungsnetz steigen. Insbesondere wenn viele Verbraucher mit hoher Leistungsabnahme gleichzeitig Strom aus dem Netz beziehen möchten, kann es zu Überlastungen kommen. Zum Schutz des Netzes lösen dann die Sicherungen in der betroffenen Netzstation aus. Die Versorgung kann erst wieder hergestellt werden, wenn der Entstörungsdienst die Sicherung gewechselt hat.

Um solche Störungen zu verhindern, müssen wir wissen, wann und wo es zu solchen Netzüberlastungen kommen kann. Dazu benötigen wir aus den Netzstationen Informationen wie beispielsweise maximale Transformatorströme und Transformatortemperaturen. Für die Erfassung, Übertragung und digitale Weiterverarbeitung dieser Daten steht mit LoRaWAN eine geeignete Technologie zur Verfügung. Dies liefert uns eine Entscheidungsgrundlage für geeignete Gegenmaßnahmen bei sich abzeichnenden Versorgungsengpässen. Eventuell lassen sich dadurch sogar kostenintensive Netzverstärkungsmaßnahmen vermeiden. Auf Grundlage der gewonnenen Daten könnten etwa intelligente Steuerungskonzepte für E-Ladestationen entwickelt werden, die das Netz entlasten.

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