05.11.2018 - 13:26 Uhr
EschenbachDeutschland & Welt

Tüftler erfindet Teller für saubere Strommasten

Die Auswirkung von Vogelkot auf Stromnetze ist seit jeher umstritten, eine Lösung nicht gefunden. Ein Erfinder aus der Oberpfalz erzielt nun einen Durchbruch.

Kunststoffteller schützen die Isolatoren der Hochspannungsleitungen und sorgen so dafür, dass sich weniger Schmutz ansammelt. Eine Erfindung aus der Oberpfalz, die den Stromerzeugern hilft, die gefürchteten kurzzeitigen Spannungsausfälle deutlich zu reduzieren. Das Bayernwerk montiert die „Tauber-Teller“ derzeit in großem Stil.
von Externer BeitragProfil

Vogelkot auf Strommasten gilt seit Langem als Auslöser für minimale Spannungs-schwankungen im Hochspannungsnetz. Die wahre Wirkungskette der unvermeidlichen Hinterlassenschaft ist jedoch seit Jahrzehnten wissenschaftlich umstritten. Mit Erfindergeist und dem Deckel eines Farbeimers hat Wolfgang Tauber aus Eschenbach für das Bayernwerk nun eine einfache und günstige Lösung für ein fast 100 Jahre währendes Problem entwickelt. Eine erste Erprobung verspricht einen historischen Durchbruch. Bei einem ersten Pilotversuch sanken die unerwünschten Schwankungen im Millisekundenbereich um bis zu 70 Prozent.

"Eigentlich bewegt das Thema die Ingenieure seit es Hochspannung gibt, also seit nahezu 100 Jahren", sinniert Wolfgang Tauber, der beim Bayernwerk in Neunburg vorm Wald für die Steuerung des Mittel- und Hochspannungsnetzes verantwortlich ist. Tauber spricht von anfangs rätselhaften Spannungseinbrüchen durch einpolige Fehler. Für den Stromkunden nicht wahrnehmbar, offenbarten die Messwerte regelmäßige Spannungseinbrüche im Millisekundenbereich. Immer in den frühen Morgenstunden, meist um die Zeit des Sonnenaufgangs, treten diese Spannungseinbrüche auf, und das bis heute. In den frühen Jahren der Nachkriegszeit waren diese Phänomene eher eine interessante Anekdote des Netzbetriebs, über die man trefflich spekulieren konnte. Die vorherrschende Annahme der Ingenieure damals war, dass eine Schmutzschicht an den Isolatoren Auslöser für die einpoligen Fehler und die daraus resultierenden Spannungseinbrüche sein könnte. "Die alten Drehstrommotoren der damaligen Zeit waren diesen Schwankungen gegenüber unempfindlich. In den späten 50er- und Anfang der 60er-Jahre wurden Maschinen durch Automatisierungsprozesse immer sensibler. Die Spannungseinbrüche im Netz hatten dann auch Auswirkungen in manchen Betrieben. Heute im digitalen Zeitalter benötigen Betriebe eine stabile Spannung", erläutert Tauber.

Im Jahr 1965 wurde im Rahmen einer Dissertation eine wissenschaftliche Untersuchung gestartet. Diese hatte Verbindungen der Spannungseinbrüche zum Lebensraum großer Vögel erkannt. Insbesondere der Mäusebussard stand im Fokus der Untersuchung. Wo sind die Lebensräume, wie stark ist die Population, wie ist es um das örtliche Nahrungsangebot für Bussarde bestellt und viele Fragen mehr wurden untersucht und mit einer intensiven Dokumentation von Spannungseinbrüchen übereinandergelegt. Am Ende dieser Sisyphusarbeit stand das wissenschaftliche Ergebnis, dass Vögel einen wahren Kotstrahl ablassen, der als leitende Verbindung die rund einen Meter lange Isolierstrecke an Strommasten locker überbrückt. Selbst wenn der Hauptstrahl weit am Isolator vorbeigehe, seien Spannungsschwankungen die Folge.

"Mit diesem durchaus schlüssigen Ergebnis gab man sich zufrieden. In weiten Bereichen der Energiewirtschaft ist diese Erklärung bis heute am plausibelsten. Entsprechend hat man sich darauf konzentriert, Vögel von den Masten fernzuhalten, indem man sogenannte Vogelabweiser auf Hochspannungsmasten montierte", erklärt Tauber. Diese seien auch wirksam, jedoch lernt die Natur mit neuen Hindernissen umzugehen. Oft nisten sich heute Vögel sogar zwischen den Abweisern ein. "Das eigentliche Problem war in unseren Köpfen. Wir haben nach dem wissenschaftlichen Gutachten die Wirkungskette nie mehr groß hinterfragt. Es war zu plausibel und auch ich habe bis vor einigen Jahren diese Theorie noch vertreten", betont Tauber. Durch die wachsende Sensibilität von Fertigungsmaschinen werde das physikalische Problem jedoch immer relevanter. "Wir haben uns daher vorgenommen, die Spannungseinbrüche nochmals aus der Sicht unserer wissenschaftlichen Urväter anzuschauen und uns deren Theorie einer Schmutzschicht auf Isolatoren zu nähern. Wir wollten es ausprobieren, und das haben wir getan", so der Leitstellenchef.

Deckel eines Farbeimers

Der gelernte Feinmechaniker und Elektroingenieur Wolfgang Tauber hatte Blut geleckt. Wenn eine Schmutzschicht auf dem Isolator Auslöser wäre, läge des Rätsels Lösung in einem Bauteil, das Ver-schmutzung reduziert und zudem leicht und kostengünstig zu montieren wäre. Mit dieser Fährte zog sich der Tüftler Tauber in seine Garage im heimischen Eschenbach (Landkreis Neustadt an der Waldnaab) zurück. "Ich habe mir einen Isolator besorgt, den Deckel eines Farbeimers genommen und damit verschiedene Testreihen durchgeführt. Das war vielversprechend. Also machte ich mich auf den Weg zum Baumarkt, um aus handelsüblichen Kunststoffplatten einen Kunststoff-Teller zu entwerfen, der als Schirm für die Isolatoren dienen könnte. Damit war der Prototyp geschaffen", beschreibt Wolfgang Tauber. Mit dem Prototypen aus der eigenen Garage kam sehr schnell der Austausch mit einer Herstellerfirma zustande. Nun ging es ans Eingemachte. Konstruktion, Anbringung, Materialbeschaffenheit und die damit verbundenen Kostenfragen mussten geklärt werden. Anfang 2017 einigte man sich auf die Herstellung erster Testversionen. Der aus schwarzem, flexiblem Kunststoff hergestellte Teller ähnelt von der Größe und Form her einer Frisbeescheibe. Nachdem das nötige Produktions-Werkzeug entwickelt war, wurden bis Mitte letzten Jahres die ersten Schutzteller hergestellt, die Bayernwerk-intern den Namen "Tauber-Teller" tragen.

Volltreffer auf den Masten

Im Juni letzten Jahres brachte das Bayernwerk auf einer Länge von 120 Kilometern die eigene Entwicklung auf Hochspannungsmasten an. In der rekordverdächtigen Zeit von nur zwei Wochen konnten die dazu erforderlichen 2200 Teller montiert werden. Und um sage und schreibe bis zu 70 Prozent wurde im letzten Jahr eine Senkung der Spannungseinbrüche auf den Teststrecken registriert - ein Volltreffer! Nach dem erfolgreichen Test machte sich das Tauber-Team gemeinsam mit der Herstellerfirma an die Weiterentwicklung zur Serienreife. Dazu wurde die Konstruktion nochmals angepasst und zahlreiche Tests wie beispielsweise eine Windprüfung mit Windgeschwindigkeiten bis zu 240 Stundenkilometern durchgeführt. "Jetzt stehen wir kurz vor dem Rollout", so Tauber. Bevor es soweit ist, findet aber nochmals ein deutlich erweiterter Feldtest auf einer Leitungslänge von rund 500 Kilometern statt. Tauber: "Damit beginnen wir in Kürze. Das ist dann auch die letzte Nagelprobe." Eine hundertprozentige Abstellung der Spannungseinbrüche ermöglicht auch der neue Schutzteller nicht, da er eine Verschmutzung des Isolators nicht gänzlich verhindern kann. Tauber: "Wir wissen heute, dass Verschmutzung allein keine Kurzschlüsse und damit Spannungseinbrüche auslöst. Es ist die Kombination aus Feuchtigkeit und Schmutz, denn nur dann bildet sich ein leitfähiges Elektrolyt auf der Isolatoroberfläche.

Durch Frühtau leitfähig

Da am frühen Morgen oft Feuchtigkeit vorherrscht, kommt es dort zu Spannungseinbrüchen, wo die Isolatoren zeitgleich verschmutzt sind. Und das betrifft nicht nur Vogelkot. Da reden wir auch von saisonalen Auswirkungen wie starker Pollenflug im Frühjahr, landwirtschaftlicher Arbeit auf den Feldern, die Staub aufwirbelt oder auch intensiv genutzten landwirtschaftlichen Flächen mit künstlicher Bewässerung die am frühen Morgen das feuchte Milieu auf den Isolatoren verstärkt. Das Porzellan der Isolatoren ist wie bei Haushaltsgeschirr mit einer Glasur versehen, die bei Regen selbstreinigende Effekte erzielt, was heißt: der Regen wäscht den Dreck weg und reinigt von Zeit zu Zeit. Vogelkot ist jedoch eine sehr intensive Verschmutzung. Dass Vogelkot als Verschmutzungsfaktor die Hauptrolle spielt, lassen unsere extremen Verbesserungen auf den sechs Teststrecken im letzten Jahr vermuten. Wir sind guter Dinge und vielleicht haben wir ein Stück weit des Rätsels Lösung gefunden", so Wolfgang Tauber.

Wolfgang Tauber mit seiner Erfindung.
Diese Schutzvorrichtung für Isolatoren verhindert die Verschmutzung und reduziert die ungeliebten Spannungsschwankungen um 70 Prozent.
Montage des "Tauber-Tellers" über den Isolatoren
Die Monteure des Bayernwerks müssen schwindelfrei sein.
Moderne Maschinen mögen kurzzeitige Spannungsschwankungen gar nicht. Diese verhindert nun zuverlässig der Tauber-Teller auf Hochspannungsmasten.

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