Intelligentes Blitzschutzüberwachungssystem: Trends, Herausforderungen und zukünftige Ausblick

1. Aktueller Stand und Mängel der Online-Überwachung

Derzeit sind Online-Überwachungsgeräte die am häufigsten verwendeten Werkzeuge zur Überwachung von Blitzableitern. Obwohl sie potenzielle Defekte erkennen können, haben sie erhebliche Einschränkungen: Die manuelle Datenerfassung vor Ort schließt eine Echtzeitüberwachung aus, und die nachträgliche Datenanalyse erhöht die operative Komplexität. Eine intelligente Überwachung basierend auf IoT überwindet diese Probleme – gesammelte Daten werden über das IoT zu Verarbeitungsplattformen hochgeladen und in Kombination mit Big-Data-Analysen ermöglichen sie die Identifizierung versteckter Gefahren und frühzeitige Warnungen, was die Schwierigkeit des Betriebs und der Wartung von Stromsystemen effektiv reduziert.

1.1 Mängel der aktuellen Online-Überwachungsgeräte

Als zentrale Überwachungsmethode für Blitzableiter offenbaren Online-Überwachungsgeräte mehrere Probleme in der Anwendung:

• Arme Umweltanpassungsfähigkeit: Die meisten Blitzableiter sind im Freien installiert, und eine langfristige Exposition führt dazu, dass die Überwachungsgeräte anfällig für Zifferblattalterung und Dichtriss sind, was zu Geräteschäden und Fehlfunktionen bei der Datenerfassung führt.

• Versagen mechanischer Komponenten: Amperemesser verwenden hauptsächlich mechanische Zeiger – thermische Deformation oder mechanische Blockierung können zu einem Festkleben des Zeigers führen, was zu einer Fehlanzeige des Leckstroms führt. Zähler mit mechanischen Strukturen blockieren ebenfalls leicht, was die Zählgüte beeinträchtigt.

• Manuell abhängige Betriebs- und Wartungsvorgänge: Es ist erforderlich, dass Betriebs- und Wartungspersonal vor Ort die Entladungszahlen und den Leckstrom aufzeichnet; in besonderen Szenarien (unzugängliche Gebiete) sind Ferngläser oder Drohnen erforderlich, was die Effizienz verringert.

• Schwierige Datenerkennung: Aufgrund der Qualität der Überwachungsgeräte haben Betriebs- und Wartungspersonal Schwierigkeiten, den Zustand der Ausrüstung aus den angezeigten Daten effektiv zu beurteilen.

2. Entwicklungstrends der intelligenten Überwachung von Blitzableitern

Um die Probleme der Online-Überwachungsgeräte zu lösen, wird die intelligente Überwachung durch die Nutzung des Internet der Dinge und intelligenter Fertigung in drei Richtungen weiterentwickelt:

2.1 Übertragungsmethode: Drahtgebunden → Funk

Die aktuelle intelligente Überwachung stützt sich hauptsächlich auf drahtgebundene RS485-Verbindungen, die nur für bestimmte Szenarien wie Umspannwerke geeignet sind. Für Leitungen und entlegene Gebiete stellt die Übertragungsentfernung eine Einschränkung dar. Funktechnologien wie LoRa, NB-IoT (Narrow-Band Internet of Things) und GPRS bieten weite Reichweiten und geringen Energieverbrauch. Insbesondere LoRa und NB-IoT, als aufstrebende IoT-Technologien, werden in Zukunft breitere Anwendungen finden.

2.2 Versorgungsmethode: Aktiv → Passiv

Derzeit hängt die intelligente Überwachung von externer DC-Stromversorgung ab. In Zukunft wird sie sich in Richtung passiver Stromversorgung für grüne und energieeffiziente Operation entwickeln. Energiegewinnung über den Leckstrom des Blitzableiters, Solarzellen oder eingebaute Batterien ist machbar – die Nutzung des Leckstroms für Energiespeicherung bietet den größten Vorteil, indem sie Probleme wie unzureichende Sonneneinstrahlung und häufige Batteriewechsel vermeidet.

2.3 Installationsmethode: Extern → Intern

Die aktuelle intelligente Überwachung ist hauptsächlich extern – obwohl sie nicht durch Größe eingeschränkt ist und leicht austauschbar ist, ist sie anfällig für Umweltbeeinflussungen. Die interne Installation erfordert die Integration in die Hohlraumstruktur des Blitzableiters, was kleinere Größen und technische Hürden bedeutet. Allerdings beseitigt sie externe Umweltbeeinflussungen und gewährleistet eine bessere langfristige Stabilität.

3. Erweiterte Überwachungsrichtungen für Blitzableiter

Basierend auf Ausfallmodi und -mechanismen werden intelligente Überwachungseinheiten auf vier Dimensionen fokussieren:

3.1 Drucküberwachung

Für Porzellan-Blitzableiter ab 35 kV werden während der Herstellung Helium-Massenspektrometrie-Leckageprüfung und Füllung mit hochreinem Stickstoff (Mikro-Überdruck-Technologie) verwendet, um Feuchtigkeitseinträge zu verhindern und die Isolation zu verbessern. Langfristiger Betrieb führt jedoch zu Dichtrissbildung, Stickstoffleckage und Feuchtigkeitseintritt, was zu Explosionen führen kann. Intelligente Überwachungseinheiten überwachen den internen Druck in Echtzeit; die Datenübertragung und Plattformanalyse ermöglichen frühzeitige Warnungen, um zeitgerechten Austausch und Reparatur zu gewährleisten.

3.2 Temperatur- und Feuchtigkeitsüberwachung

Für Blitzableiter mit Isolierrohren/Porzellangehäuse und internem Luftvolumen ist bei der Montage eine strenge Kontrolle von Temperatur und Feuchtigkeit erforderlich. Intelligente Einheiten überwachen die internen Bedingungen, übertragen regelmäßig Daten und lösen Alarmsignale aus, wenn Grenzwerte überschritten werden, was proaktive Betriebs- und Wartungsvorgänge ermöglicht.

3.3 Leck- und Widerstandsstromüberwachung

Diese Ströme sind Kernindikatoren für die Leistung von Blitzableitern. Langfristiger Betrieb, externe Umwelteinflüsse und Isolatorverschmutzung führen zu Widerstandsalterung und Dichtriss, was die Ströme erhöht. Die Überwachung der Stromtrends hilft, versteckte Gefahren zu identifizieren und Unfälle zu verhindern.

3.4 Impulsentladungsstromüberwachung

Die Erfassung von Entladungszeiten, Stromstärken und Aktionen unterstützt die Planung von Betriebs- und Wartungsvorgängen sowie die Fehleranalyse.

4. Technische Durchbruchsrouten für intelligente Überwachung

Externe intelligente Überwachung kommt auf (raumunabhängig, hochgradig kompatibel), aber interne Überwachung befindet sich noch in den Kinderschuhen und steht vor drei technischen Herausforderungen:

4.1 Optimierung der Energiegewinnung

Interne Überwachung stützt sich auf den Leckstrom des Blitzableiters für Energie, aber geringe Ströme erschweren die Echtzeitübertragung. Die Kombination von Leckstromgewinnung und eingebauten Batterien verkürzt die Datenübertragungszyklen und balanciert Energieversorgung und Datenübertragung.

4.2 Verbesserung der Signalübertragung

Die interne Integration macht die Überwachungsgeräte anfällig für Signalabfall/Abschirmung durch Blitzableiter und Komponenten; Hochspannungsfelder stören ebenfalls. Signale müssen optimiert werden, um bessere Durchdringung und elektromagnetische Störungsresistenz zu gewährleisten.

4.3 Lebensdauerbestätigung und Zuverlässigkeit

Interne Überwachung ist schwer austauschbar; Blitzableiter erfordern eine geplante Lebensdauer von 30 Jahren (praktisch über 20 Jahre). Die Lebensdauer der Überwachungseinheiten muss dem entsprechen, und die Wärme durch Blitzableiteraktionen darf die Modulzuverlässigkeit nicht beeinträchtigen.

5. Aktuelle Anwendungen der intelligenten Überwachung

Die intelligente Überwachung befindet sich noch in der Pilotphase und wird hauptsächlich in Demonstrationsprojekten im Bereich Energie und Eisenbahnen angewendet (z.B. das intelligente Tractionssubstation in Xiongan, 750-kV-Smart-Substation in Yan'an und UHV-DC-Umrichterstationen). Pilotprojekte bestätigen die technische Machbarkeit, und intelligente überwachte Blitzableiter erfüllen die Leistungserwartungen.

6. Fazit

Intelligente Überwachung ermöglicht die Echtzeit-Online-Statusüberwachung, verbessert die Genauigkeit der Risikoerkennung und reduziert die Schwierigkeit des Betriebs und der Wartung. Trotz verbleibender technischer Herausforderungen und im Einklang mit intelligenten, grünen und umweltfreundlichen Trends wird sie allmählich traditionelle Online-Überwachungsgeräte ersetzen. Die weite Verbreitung in Energie- und Eisenbahnnetzen wird die Netzsicherheit stärken und die nachhaltige Energierversorgung unterstützen.