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Die Sonne schleudert ständig geladene Teilchen aus, die großteils vom Erdmagnetfeld abgehalten werden. Dieser Teilchenstrom ist aber nicht immer gleichmäßig: Mitunter lassen sogenannte koronale Massenauswürfe die Teilchendichte stark ansteigen.
Trifft so ein großer Sonnensturm die Erde, kann so ein geomagnetischer Sturm gleichstromartige elektrische Ströme auf der Erde - sogenannte geomagnetisch induzierte Ströme - erzeugen. Sie können verheerende Auswirkungen auf moderne Infrastrukturen wie das Stromnetz haben, denn unsere Stromnetze arbeiten mit Wechselstrom. Die Transformatoren in den Umspannwerken sind nämlich darauf ausgelegt, die Spannung in Wechselstrom hoch- oder hinunterzutransformieren. Zusätzlicher "Gleichstrom" verschiebt den Arbeitspunkt des Transformators.
"Das Problem von Gleichströmen im Wechselstromnetz besteht darin, dass sie die Eisenkerne der Transformatoren in eine magnetische Sättigung treiben", erklärte Werner Schöffer von der ARTEMES GmbH aus dem steirischen Eibiswald. "Das kann soweit führen, dass sich die Lebensdauer von Transformatoren verkürzt oder sie ausfallen, wie der CEO des Energiemesstechnik-Unternehmens weiter schilderte, der gemeinsam mit den Experten der TU Graz nach einer Lösung des Problems suchte.
In einem Umspannwerk lässt sich ein Transformator-Ausfall zwar kompensieren, aber es braucht geraume Zeit, um Ersatz zu bekommen. Hinzu kommt, dass geomagnetische Stürme Phänomene sind, die nicht regional auftreten. "Daher ist es wichtig, derartige Störungen live mitzuverfolgen und zielgerichtet eingreifen zu können", erklärte Schöffer. Herkömmliche induktive Stromwandler stoßen aber bei der Überwachung von Gleichströmen an technische Grenzen, da sie weder die nötige Bandbreite noch die Präzision bieten.
Das von der TU Graz und der ARTEMES GmbH entwickelte faseroptische Messsystem löst die Schwachstellen konventioneller Überwachungssysteme auf elegante Weise auf: Es misst Gleichstromkomponenten direkt auf Hochspannungsebenen von 220 bis 380 Kilovolt und erfasst gleichzeitig den normalen Betriebsstrom sowie hochfrequente Störungen. Im Gegensatz zu bisherigen Technologien, die nur den Summenstrom am geerdeten Sternpunkt messen, ermögliche die neue Lösung eine präzisere und umfassendere Überwachung und Detektion von ungewolltem Gleichstrom. Durch die enorme Frequenzbandbreite werden sowohl die minimalen Gleichstromanteile als auch hochfrequente Störungen gleichzeitig sichtbar. Netzbetreiber erhalten somit präzise Echtzeitdaten und können Gegenmaßnahmen einleiten - zum Beispiel Ströme umleiten oder Kompensationsanlagen aktivieren - bevor ein Transformator Schaden nimmt oder das Netz kollabiert.
Dank ihrer kompakten Bauweise könne die Technologie auch nachträglich in bestehende Anlagen integriert werden. Die optischen Signale werden laut TU in Echtzeit verarbeitet, und ein Miniaturrechner übernimmt die sicherheitskritische Kommunikation. In Feldtests mit der Austrian Power Grid AG habe das System bereits seine Leistungsfähigkeit unter Beweis gestellt: So wurde am 1. Jänner 2025 ein geomagnetischer Sturm in Echtzeit detektiert. Zwei Varianten des Messverfahrens - eine für hochfrequente Stromspitzen und eine für niedrigfrequente Gleichströme - wurden erfolgreich getestet. Die nächste Entwicklungsphase ziele darauf ab, das System zur Marktreife zu bringen. Wenn das System vollständig einsatzbereit ist, bietet es einen sicheren Rückhalt für die Stromversorgung", zeigte sich Projektleiter Reinhard Klambauer von der TU Graz optimistisch.
GRAZ - ÖSTERREICH: FOTO: APA/EMS - TU Graz
