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Blitzschnelle Schutzgeräte für Stromnetze

12.01.2012
Wenn in modernen Stromnetzen ein Fehler auftritt, müssen die automatisierten Schutzmechanismen buchstäblich schneller als der Blitz greifen: Innerhalb von 20 Millisekunden schalten die Geräte defekte Netzabschnitte ab, um Schäden am Netz oder Transformatoren zu vermeiden. Dr. Götz Neumann (56) hat eine Methode erfunden, die verschiedenen Baugruppen eines Schutzgerätes auf weit weniger als eine Millisekunde genau zeitsynchron funktionieren zu lassen.

Wie wichtig stabile Stromnetze sind, zeigen jüngste Beispiele von Stromausfällen, die vorübergehend das Wirtschaftsgeschehen einer ganzen Region lahmlegten. Der Strombedarf steigt seit Jahren an und die Betreiber der Stromnetze haben alle Hände voll zu tun, die Infrastruktur an die neuen Bedürfnisse anzupassen. Da immer mehr Energie aus dezentralen Quellen, vor allem aus Wind- und Solarkraftanlagen, in die Netze eingespeist wird, ist die Koordination innerhalb der Netze sehr viel komplexer geworden. Die schwankenden Lasten müssen geregelt und die Spannung im Verteilnetz konstant gehalten werden, um die Netzstabilität zu gewährleisten. Mit Automatisierungstechnologie verwandeln die Netzbetreiber veraltete Stromnetze nach und nach in intelligente Netze.

Dafür benötigen sie moderne Schutz- und Leittechnik. Deren Entwicklung und Produktion gehören schon immer zum Kerngeschäft von Siemens. Neumann, der in der früheren DDR erst eine Lehre als Elektriker und dann ein Elektrotechnikstudium an der Technischen Hochschule Leipzig absolvierte, begann seine berufliche Laufbahn nach der Promotion 1984 beim VEB Starkstromanlagenbau Leipzig. Dieses staatliche Unternehmen hatte vor dem Krieg zu Siemens gehört und wurde nach der Wiedervereinigung wieder von Siemens erworben.

Neumann sammelte erste berufliche Erfahrung in der freien Marktwirtschaft bei einem kleinen Unternehmen und fing 1991 beim Messgerätewerk von Siemens in Berlin als Entwickler und Programmierer für Stations- und Leittechnik an. „Technik mit Hilfe von Software zum Leben zu erwecken, fasziniert mich“, erklärt Neumann.

Und bei Siemens fand er immer neue Herausforderungen: Seit Anfang 2000 gilt für Geräte der Energieverteilung der neue internationale Standard IEC 61850, an

dessen Erarbeitung Neumann als Vertreter von Siemens intensiv mitgewirkt hat. An diese Zeit erinnert er sich gerne: „Die Zusammenarbeit in den Gremien der International Electrotechnical Commission (IEC) war sehr interessant, und der Standard ist ein voller Erfolg geworden.“ Die Geräte aller Hersteller, die nach diesem Standard gebaut werden, sind in jedem Land untereinander kompatibel. Bei Siemens war es die Aufgabe von Neumann, Kommunikationsmodule zu entwickeln, die mit dem neuen Standard arbeiten. „Das war eine große technologische Herausforderung“, erklärt er.

Nachdem die ersten Prototypen erfolgreich waren, wandte sich Neumann 2005 als Systemarchitekt dem Aufbau der Kommunikations- und Sicherheitstechnik in den Geräten zu: Um den hohen Anforderungen von intelligenten Netzen zu genügen, muss die Automatisierungstechnik vor allem schneller arbeiten als früher. Die Algorithmen, die für die ständigen Messungen des Stroms und der Spannung an bestimmten Stellen des Netzes zuständig sind, müssen die Werte innerhalb von wenigen Millisekunden auf Fehler analysieren. Haben sie eine Abweichung erkannt, müssen ebenso schnell die Befehle zum Abschalten übermittelt werden, um Schäden an der Infrastruktur zu vermeiden. Dies funktioniert nur, wenn die verschiedenen Prozessoren, die in einem Schutz- oder Leitgerät eingebettet sind, vollkommen zeitsynchron arbeiten.

Neumann hat eine Methode entwickelt, die Baugruppen innerhalb des Schutzgerätes synchron zu schalten, die schneller und zuverlässiger arbeitet als die herkömmliche Verfahrensweise. Sie hat außerdem den Vorteil, dass das Gerät beim Anfahren schnell zeitsynchron und damit betriebsbereit ist. „Schnell heißt in diesem Geschäft innerhalb von zehn Millisekunden“, präzisiert Neumann. Die bisherige Bilanz seines Schaffens: 33 Erfindungen und 17 erteilte Einzelpatente in 18 Schutzrechtsfamilien.

Auch seine Freizeit verbringt der Erfinder gerne damit, Neues zu schaffen oder Probleme zu lösen: Ein Haus zu bauen und mit der kompletten Elektrik auszustatten, ist für ihn kein Problem. Außerdem liest Neumann gerne Geschichtsbücher, vor allem über Industriegeschichte, und zieht am Wochenende eigenes Gemüse im großen Anwesen seiner Eltern in der Nähe von Leipzig.


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