Smarte Verkabelung Das Informationsnetz im Smart Grid erfordert neue Verkabelungskonzepte

Mit der zunehmenden Nutzung erneuerbarer Energien fließt die Energie in den Leitungen bidirektional. Die Kommunikation zwischen den Geräten erfolgt im Smart Grid schneller und häufiger. Neue Verkabelungskonzepte gemäß IEC 61850 sorgen für zuverlässige und leicht zu wartende elektrische und optische Ethernet-Verbindungen.

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Da Strom im Moment des Erzeugens auch verbraucht werden muss, wird die Regelung bei bidirektionalem Einspeisen schwieriger. Die Techniken werden anspruchsvoller, und die Zahl der Geräte zur Regelung und Überwachung der Netze in Verteilstationen steigt. Auch der Bedarf an digitaler Kommunikation zwischen den Geräten steigt – die vorhandenen Informationsnetzwerke in der Energiewirtschaft sind dafür nicht dimensioniert.

Neue Verkabelungskonzepte für das Smart Grid

Die Informationsnetzwerke der Energiewirtschaft stammen in aller Regel aus der Zeit vor dem Smart Grid. Das trifft auch für die Eigenschaften der Netzwerke zu - und zwar hinsichtlich Übertragungstechnik und Umweltbedingungen. Nur übergeordnete Netzwerke nutzen Lichtwellenleiter-Technik - und damit ein leistungsfähiges Ethernet als Basis für die zukünftige Vernetzung.

Innerhalb der Warten sind einige Geräte sternförmig vernetzt. Im Smart Grid gibt es anstelle der zentral vom Switch ausgehenden sternförmigen Ethernet-Verkabelung bei gleicher Anzahl von Geräten fast doppelt so viele Ports, die miteinander verbunden werden. Um diesen Aufwand zu bewältigen, muss über neue Verkabelungskonzepte nachgedacht werden. Bislang bot die generische Verkabelung aus dem Gebäudebereich Orientierung, die von einer sternförmigen Topologie ausgeht. Mit der hierarchischen Struktur, dem Kanalaufbau aus Patch-Leitungen sowie der Horizontal-Verkabelung wurden Strukturen geschaffen, die bei der Verkabelung der Warten genutzt wurden. Große Patch-Felder und Spleißboxen zeugen davon.

Robuste Komponenten für die Verkabelung sind erforderlich

Die Robustheit der Komponenten hat mehrere Aspekte. Umwelteinflüsse wie Staub, hohe und niedrige Temperaturen und EMV-Belastungen gehören zum Alltag in den Warten. Mit der Kommunikationsvernetzung nach IEC 61850 auch im Feldbereich verschärft sich die Situation: Hochspannungsschalter führen zu Schocks, Transformatoren erzeugen mechanische Schwingungen, Regen und Temperaturschwankungen erzeugen Feuchtigkeit, Sonnenschein und Frost bewirken Temperaturschwankungen bis hin zur Vereisung.

Mit dem Smart Grid reichen Ethernet-basierte Netzwerke gemäß IEC 61850 bis in die Ebene der Feldgeräte hinein. Die neuen Anforderungen bewirken oft einen Paradigmenwechsel, Kupfer- und Lichtwellenleiter-Verkabelungen für Warten und Anlagen im Außenbereich müssen optimal gestaltet werden.

Sicherheitskonzept aus der Automation

Betriebssicherheit ist ein Hauptaspekt bei der Gestaltung der Kommunikationsnetzwerke. Um Netzausfälle und unzulässige Schwankungen zu vermeiden, muss die Kommunikation zu jeder Zeit arbeiten. Hier sind die Aspekte Redundanz, Robustheit der Komponenten und geringe Wartungszeiten die wesentlichen Einflussfaktoren.

Die Redundanz wird bei Ethernet heute meist mittels Ring-Topologie erreicht. Alle Teilnehmer besitzen dann zwei Ports nach außen und sind in einer Reihe angeschlossen, die am Ende zum Ring geschlossen ist. Nachrichten werden vom Sender in beide Richtungen eingespeist. Jeder Teilnehmer empfängt das Datenpaket aus beiden Richtungen. Genormte Protokollerweiterungen sorgen dafür, dass ein Datenpaket nur einmal vom Empfänger verarbeitet wird.

Sollte eine Verbindung unterbrochen werden, wird das Datenpaket aus der anderen Richtung empfangen und ordnungsgemäß verarbeitet. Gleichzeitig wird eine Warnung ausgegeben, damit eine Reparatur durchgeführt wird, bevor ein weiterer Fehler auftritt. Dieses gängige Konzept aus der Automatisierungstechnik hält auch bei der Verkabelung im Smart Grid Einzug.

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