Unsichtbares sichtbar gemacht

Abbildungssystem zur Koronadarstellung bei Tageslicht

Korona- und Lichtbogenaktivitäten an Hochspannungsleitungen und Umspannanlagen verursachen akustische und Rundfunkstörungen, Schädigungen an Isolatoren oder sogar den Ausfall von Anlagen. Die Kamera DayCor II macht diese Aktivitäten nun bei Tageslicht sichtbar und erleichtert so die Inspektion von Energieverteilungsanlagen.

17. Februar 2003

Koronaentladungen treten auf, wenn lokal die elektrische Feldstärke innerhalb eines Dielektrikums (elektrischer Nichtleiter) eine kritische Feldstärke übersteigt. Sie äußern sich als elektromagnetische Wellen. Diese speziellen Formen der Teilentladungen werden an der Oberfläche von Hochspannungsleitungen und Umspannanlagen durch Ionisation des umgebenden Gases - in den meisten Fällen Luft - sichtbar.

Koronaerscheinungen sind schwer zu entdecken, denn sie geben nur eine schwache Strahlung im UV-Bereich ab. Mit bloßem Auge ist eine Korona auch nachts - selbst bei absoluter Dunkelheit - kaum zu sehen. Sie kann jedoch mit UV-empfindlicher Messtechnik sichtbar gemacht werden. Tagsüber überdeckt die Sonnenstrahlung das schwache Koronasignal fast vollständig, da die Sonnenstrahlung einen hohen UV-Anteil aufweist. Bisherige Bemühungen, durch Einsatz von hoch selektiven Filtern zusammen mit netzfrequenzgeführten Algorithmen den Kontrast zu erhöhen, führten nicht zu dem erwarteten Erfolg. Das Problem, die Sonnenstrahlung auszublenden ohne das Korona-Signal zu verdecken, blieb bestehen.

Eine Lösung bietet nun die Kamera DayCor II, die von der Giga Energy GmbH, Essen, vertrieben wird. Das Abbildungssystem nutzt das ultraviolette Emissionsspektrum der Koronaentladung in Luft. Zum Auswerten wird der Bereich der Wellenlänge zwischen 240 bis 280 nm betrachtet, denn in diesem Bereich wird die UV-Strahlung der Sonne durch die Ozonschicht vollkommen absorbiert. Der israelische Hersteller Ofil Ltd. hat chemische Filter entwickelt, die Licht im diesem Wellenlängenbereich übertragen, jedoch alle anderen Wellenlängen sperren. Durch Kombination eines solchen Filters mit einem Bildverstärker, der über eine Sonnen-Blind-Fotokathode verfügt, und einer CCD-Kamera (Charge Coupled Device) ist es möglich, ein Bild der Koronaerscheinung bei Tageslicht oder bei Dunkelheit zu erstellen.

Das UV-Bild besteht aus einer Anzahl von weißen Punkten, die die ermittelten Photonen vor einem schwarzen Hintergrund graphisch abbilden. Dieses Bild dient zum Ermitteln sehr schwacher Quellen ohne den störenden Effekt eines sichtbaren Bildes. Um jedoch die Position der Quelle im Gerät anzuzeigen, muss es mit dem normalen Bild kombiniert werden. Das erstellt eine zweite, konventionelle CCD-Kamera. Das normale Bild wird mit der UV-Darstellung überlagert und auf einem Display abgebildet. Um Parallaxen zu vermeiden, besitzt die Kamera nur ein Objektiv und führt die Bilder über ein Spiegelsystem den beiden Kamerasystemen zu.

Als zusätzliche Funktion wurde der DayCor II Korona-Kamera noch ein digitaler UV-Ereigniszähler hinzugefügt. Er zählt die Photonen beziehungsweise die UV-Ereignisse, die über einen festgelegten Zeitraum von einer bestimmten Quelle auf einen ausgewählten Bereich der Bildanzeige ermittelt wurden. Die nummerische Anzeige (Zähler/Minute) ermöglicht den Vergleich der Koronaintensität verschiedener Quellen unter Einfluss der Entfernung, der Umweltgegebenheiten und Nutzung derselben UV-Verstärkung.

Das Kamerasystem wurde für eine einfache Handhabung im Feld entworfen. Eine spezielle Trageweste und Griffe reduzieren die Belastung der Arme und des Rückens und ermöglichen eine genaue Zielfokussierung auch an Hochspannungsmasten. Die große, in Position und Helligkeit justierbare LCD-Anzeige macht ein einfaches Betrachten der Koronaerscheinungen möglich. Zusätzlich verfügt die Trageweste über ein Batteriefach. An die DayCor II lässt sich eine Videokamera zum Aufzeichnen und späteren Bewerten der Koronaerscheinung angeschlossen werden.

Wie der Anbieter berichtet, hat sich die Kamera zum Beispiel bei folgenden Problemstellungen bewährt:

- Aufspüren der Ursachen von Rundfunkstörungen und akustischen Störungen

- Identifizieren kurzgeschlossener und beschädigter Porzellanisolatoren

- Erkennen defekter und fehlerhaft produzierter Isolatoren

- Auffinden defekter Seildrähte

- Lokalisierung loser Distanz- und Endstücke

- Orten von Salzablagerungen auf Isolatoren

Mit Unterstützung des amerikanischen Forschungsinstituts EPRI (Electrical Power Research Institute) und führenden amerikanischen Energieversorgungsunternehmen wurden die Eigenschaften der DayCor II an die speziellen Bedürfnisse der Elektrizitätswirtschaft angepasst. Die Kamera wird seit Anfang 2001 von mehr als 35 großen EVU zur Wartung und Instandhaltung ihrer Anlagen eingesetzt, teilweise auch vom Hubschrauber aus. Die Einsätze fanden bei Tag oder während der Nacht sowie bei verschiedenen Wetterbedingungen statt.

Erschienen in Ausgabe: 11/2002