Transformatorsternpunktströme mit Frequenzen nahe 0 Hz, d. h. quasi Gleichstrom, werden z. B. durch Erdmagnetfeldänderungen (Geomagnetisch Induzierte Ströme, GICs) oder z. B. durch Gleichstromanlagen verursacht. Diese niederfrequenten Ströme (LFC) sind im Hochspannungs-Übertragungsnetz unerwünscht. Sie können zu Ausfällen von Transformatoren und damit des gesamten Netzes führen. Die Ziele dieses Forschungsprojekts sind:
Abbildung 1: Schematische Darstellung des Einflusses eines Sonnensturms auf das Erdmagnetfeld
Das Transformatorsternpunkt-Messsystem ist ein unabhängiges Messsystem, das aus der Ferne gesteuert werden kann. Als Stromsensor wird ein Nullfluss-Stromwandler oder Hall-Element Sensor verwendet. Der Sternpunktstrom wird mit 1 Hz abgetastet, durch einen aktiven Tiefpassfilter gefiltert und mit einem Einplatinencomputer aufgezeichnet. Mit der aktuellen Konfiguration der Messelektronik können Sternpunktströme mit einer Amplitude bis zu 50 A und beiden Polaritäten gemessen werden. Darüber hinaus stehen drei weitere Spannungsmesskanäle zur Verfügung, die ebenfalls mit einer Abtastrate von 1 Sekunde aufgezeichnet werden. In Österreich wird derzeit an neun Sternpunkten der Transformatorsternpunktstrom erfasst und aufgezeichnet, des Weiteren befindet sich eine Messstation im Übertragungsnetz von Deutschland.
Abbildung 2: GIC-Messsystemübersicht im Übertragungsnetz der APG
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Abbildung 3: GIC-Messsystem montiert auf Erdungsarm und Sternpunktdrossel
Geomagnetische Stürme führen jedoch nicht nur zu unerwünschten Gleichströmen im Übertragungsnetz, sondern können bei stärkeren Weltraumwetter-Ereignissen auch Polarlichter hervorrufen, welche sogar in Mitteleuropa sichtbar sind. Wie in der folgenden Grafik (Abbildung 4) ersichtlich, war dies auch während des Muttertagssturmes im Mai 2024 in Kärnten der Fall.
Abbildung 4: Polarlichter über Österreich während Muttertagssturm 2024 mit GIC-Kurvenverlauf an einer Messstation
Zur genauen Vorhersage von GICs wird außerdem ein spezielles Simulationstool entwickelt, welches die GICs im Stromnetz auf Basis des elektrischen Feldes und der Netzkonfiguration berechnet. Das elektrische Feld kann entweder aus Magnetfeldmessungen ermittelt oder direkt in das Tool eingegeben werden. Für die Berechnung aus Magnetfeldmessungen kommt die Plane-Wave-Methode in Verbindung mit einem 1D-Erdleitfähigkeitsmodell zum Einsatz.
Abbildung 5: GIC Simulations Tool
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