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Arbeiten mit 2 Millionen Volt: Forscher wollen Stromnetz der Zukunft fit machen

Forscher der Physikalisch-Technische Bundesanstalt entwickeln weltweit erstmals transportable Prüfeinrichtungen für zukünftige „Stromautobahnen“ mit sehr hohen Gleichspannungen.

Die Messeinrichtung auf dem Freifeld der PTB besteht aus einem Hochspannungserzeuger (im Vordergrund), der Gleichspannungen von bis zu 2 Millionen Volt erzeugen kann. Im Hintergrund steht der Messteiler, welcher diese Spannung präzise misst.
Die Messeinrichtung auf dem Freifeld der PTB besteht aus einem Hochspannungserzeuger (im Vordergrund), der Gleichspannungen von bis zu 2 Millionen Volt erzeugen kann. Im Hintergrund steht der Messteiler, welcher diese Spannung präzise misst. Foto: PTB

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24.09.2020

Braunschweig. Wer zuhause 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 (PTB) in Braunschweig. Hier arbeitet ein Expertenteam mit Gleichspannungen bis zu zwei Millionen Volt. Die von ihnen entwickelte Messeinrichtung für derart hohe Spannungen ist weltweit einmalig und soll helfen, das Stromnetz der Zukunft fit zu machen für die Energiewende. Dies teilt die Physikalisch-Technische Bundesanstalt in einer Pressemitteilung mit.



Im Zuge der Energiewende werde Strom zukünftig nicht mehr nur mit etablierter Wechselstromtechnik transportiert, sondern zunehmend auch mit der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ). Auf den „Stromautobahnen“, wie den geplanten Nord-Süd-Trassen, könne sie Strom verlustärmer und in größerer Menge vom windreichen Norden in den industriellen Süden und Westen bringen. Doch moderne Energienetze seien äußerst komplexe Systeme mit einer wachsenden Anzahl dezentraler, regenerativer Stromproduzenten. Dieses stets schwankende Angebot der elektrischen Energie führe zu verringerter Spannungsqualität und sorge für mehr Instabilität im Übertragungsnetz – ein Stresstest für viele Komponenten und damit ein Risiko für die Versorgungssicherheit. Bisher würden noch einheitliche Normen fehlen, nach denen Netzkomponenten auf ihre Tauglichkeit unter diesen speziellen neuen Bedingungen geprüft werden. Und hier komme die PTB ins Spiel.


„Wir sind an gleich zwei europäischen Forschungsprojekten beteiligt, die sehr praktisch zu einer verlässlichen und sicheren Stromversorgung beitragen werden“, erklärt Dr. 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 wolle die PTB zum Beispiel Kalibrierdienstleistungen für die Industrie bei überlagerten Hochspannungsformen, wie zum Beispiel Blitz- und Schaltstoßspannungen auf hohen Gleich- oder Wechselspannungen, aufbauen. Die genaue Messung solcher Hochspannungsformen habe einen erheblichen Einfluss auf die Lebensdauer von Komponenten im Stromnetz. Gleichzeitig seien die Erkenntnisse aus dem von Dr. Johann Meisner koordinierten Forschungsprojekt die Basis für eine grundlegende Überarbeitung der internationalen Hochspannungsnormenreihe IEC 60060, die weltweit die Prüfung von Hochspannungsmesstechnik regele.

Weltweites Forschungsprojekt



In einem weiteren europäischen Forschungsprojekt stehe die Messung des Energieverlusts im Mittelpunkt. Denn trotz Gleichstromtechnik gehe bei langen Transportwegen quer durch Deutschland und Europa auch Energie verloren. Um diese Verluste beziffern zu können, sei insbesondere im Hochspannungsbereich für die Abrechnung von Kosten wichtig – denn wo viel Energie transportiert wird, gehe es auch um viel Geld. Im Rahmen dieser Projekte entwickele die PTB, allen voran der Doktorand Stephan Passon, unter anderem zwei Hochspannungsmesssysteme – eines für Messungen von einzigartiger Genauigkeit bis 1,2 Millionen Volt und ein zweites für Messungen sogar bis zwei Millionen Volt. Mit Letzterem hätten die Forscher bereits äußerst erfolgreich Testmessungen durchgeführt. Mithilfe der Spannungsteiler solle in der PTB ein Standard aufgebaut werden, mit dem die rückgeführte Kalibrierung von Gleichspannungsmesseinrichtungen und die Prüfung von Systemkomponenten bis zwei Millionen Volt möglich werde, wie sie in zukünftigen Hochspannungsnetzen weltweit eingesetzt werden sollen. Die Genauigkeit dieser Messungen sei somit entscheidend für den verlässlichen Betrieb von HGÜ-Leitungen und damit für die Versorgungssicherheit des gesamten europäischen Stromnetzes.

Die hier vorgestellten Forschungsprojekte seien Teil der umfassenden Bestrebungen der PTB, die metrologischen Herausforderungen der Energiewende zu begleiten. Hierfür habe die PTB ein interdisziplinäres Wissenschaftlerteam zusammengestellt.


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