TU Graz entwickelt Schutz vor Blackouts durch Sonnenstürme

Gleichströme im Wechselstromnetz können Transformatoren massiv beschädigen und zu großflächigen Stromausfällen führen. Forschende der TU Graz haben gemeinsam mit der ARTEMES GmbH aus Eibiswald ein faseroptisches Messsystem entwickelt, das solche Störungen im Hochspannungsnetz live erfassen kann. Die Universität gab die Entwicklung am Donnerstag bekannt.

Die Sonne stößt kontinuierlich geladene Teilchen aus, die überwiegend vom Erdmagnetfeld abgewehrt werden. Bei koronalen Massenauswürfen steigt die Teilchendichte jedoch stark an. Trifft ein solcher Sonnensturm auf die Erde, entstehen geomagnetisch induzierte Ströme, die gleichstromähnliche elektrische Ströme auf der Erdoberfläche erzeugen.

Transformatoren geraten in magnetische Sättigung

Diese Gleichströme stellen eine Gefahr für moderne Stromnetze dar, die mit Wechselstrom arbeiten. „Das Problem von Gleichströmen im Wechselstromnetz besteht darin, dass sie die Eisenkerne der Transformatoren in eine magnetische Sättigung treiben“, erklärte Werner Schöffer, CEO der ARTEMES GmbH. Die Folge: Die Lebensdauer der Transformatoren verkürzt sich oder sie fallen komplett aus.

In Umspannwerken lässt sich ein Ausfall zwar kompensieren, doch die Beschaffung von Ersatz dauert lange. Da geomagnetische Stürme nicht regional begrenzt auftreten, sei es wichtig, solche Störungen live zu überwachen und gezielt eingreifen zu können, so Schöffer. Herkömmliche induktive Stromwandler stoßen bei der Überwachung von Gleichströmen jedoch an ihre Grenzen.

Messung direkt auf Hochspannungsebene

Das neue faseroptische System misst Gleichstromkomponenten direkt auf Hochspannungsebenen zwischen 220 und 380 Kilovolt. Gleichzeitig erfasst es den normalen Betriebsstrom sowie hochfrequente Störungen. Anders als bisherige Technologien, die nur den Summenstrom am geerdeten Sternpunkt messen, ermöglicht die Lösung eine präzisere Überwachung.

Durch die große Frequenzbandbreite werden sowohl minimale Gleichstromanteile als auch hochfrequente Störungen gleichzeitig sichtbar. Netzbetreiber erhalten präzise Echtzeitdaten und können Gegenmaßnahmen einleiten – etwa Ströme umleiten oder Kompensationsanlagen aktivieren – bevor ein Transformator beschädigt wird oder das Netz zusammenbricht.

Erfolgreicher Test bei geomagnetischem Sturm

Die kompakte Bauweise ermöglicht eine nachträgliche Integration in bestehende Anlagen. Die optischen Signale werden in Echtzeit verarbeitet, ein Miniaturrechner übernimmt die sicherheitskritische Kommunikation. In Feldtests mit der Austrian Power Grid AG hat das System seine Leistungsfähigkeit bereits bewiesen: Am 1. Jänner 2025 wurde 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 zielt 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.

Quelle: APA