Netzmonitoring beim Transport von Elektroenergie

Zur Detektion von Teilentladungen in ölgefüllten elektrischen Betriebsmitteln für Mittel- und Hochspannung, wie beispielsweise Transformatoren und Peterson-Spulen, sind unterschiedliche Methoden bekannt. Sie basieren einerseits auf der Detektion der elektromagnetischen Wellen, die durch die Teilentladungsströme in einem breiten Frequenzband bis in den UHF-Bereich erzeugt werden. Andererseits ist es auch möglich, die akustischen Wellen, welche durch die mit der Teilentladung verbundenen starken Erhitzung der vom Strom durchflossenen Gebiete im Öl verursacht werden, zu detektieren. Dazu kommen Mikrofone zum Einsatz, die oft als Körperschallmikrofon außen am Gehäuse angebracht werden. In einer Studie wurde untersucht, ob auch ein MEMS-Ultraschallsensor als ein Low-Cost-Bauteil, der unmittelbar im Öl eingetaucht ist, für die Detektion von Teilentladungen geeignet ist. Der eingesetzte Sensor ist als kapazitiver Membransensor mit paralleler Anordnung von fester und beweglicher Elektrode ausgeführt. Eine ätztechnisch hergestellte Membran nimmt den Schalldruck auf und enthält eine zusätzliche ätztechnisch strukturierte Masse im Membranzentrum. Die gesamte Membran bildet die bewegliche Elektrode. Die feststehende Elektrode wird von einem zweiten, elektrisch durch eine SiO₂-Schicht getrennten Si-Teil gebildet, welcher durch Siliziumdirektbonden an dem Teil mit der Membran verbunden ist. Das rechte Bild zeigt die Signale des MEMS-Ultraschallsensors exemplarisch bei einer Teilentladung von ca. 1000 pC. Das Signal des MEMS Ultraschallsensors ist aufgrund der Schallgeschwindigkeit im Öl gegenüber dem Signal des Referenzsensors zeitlich verzögert.