Strommasten sind sehr stabil gebaut. Im Schweizer Höchstspannungsnetz kommen Gittermasten aus Stahl zum Einsatz, die im Abstand von 300 bis 500 Metern voneinander stehen und die Leiterseile tragen. Die Position der Masten wird nach sorgfältigen Kriterien ausgewählt. In exponierten Lagen wie zum Beispiel in alpinen Gebieten sind sie den Launen der Natur ausgesetzt. Dazu gehören Veränderungen in der Topografie sowie Fundamentveränderungen und Vibrationen, die die Neigung und damit die Statik und Stabilität der Masten beeinflussen können. Um Veränderungen dieser potenziell gefährlichen Umwelteinflüsse konstant messen zu können, hat Swissgrid 2021 das Innovationsprojekt Pylonian lanciert. Der Name des Projekts ist eine Anlehnung an das englische Wort «Pylon», was Mast oder Leitungsmast bedeutet. Pylonian steht symbolisch für die «Sprache der Masten», die Swissgrid mit Hilfe von Telemetriedaten zu verstehen lernt.

Monitoring rund um die Uhr

In einem ersten Schritt wurden in Zusammenarbeit mit internen Fachexperten exponierte und potenziell gefährdete Strommasten bestimmt, auf denen die Internet of Things-Sensoren platziert werden. Bei diesen Sensoren handelt es sich um Hardwarekomponenten, die Veränderungen in ihrer Umgebung erkennen und entsprechende Daten sammeln. Parallel dazu entwickelte und programmierte das Team Research & Digitalization von Swissgrid datengetriebene Algorithmen, um Muster und Anomalien aus den Messwerten erkennen zu können. In einem weiteren Schritt wurde ein Monitoring-Tool in Form eines Dashboards auf Basis von Cloud-Infrastruktur und internen Tools erstellt. Dieses Set-up ermöglicht seit August 2022, zwanzig Strommasten rund um die Uhr und in Echtzeit zu überwachen.

Den ganzen Lebenszyklus im Blick

Ziel von Pylonian ist, den Zustand von Strommasten über den gesamten Lebenszyklus im Blick zu haben, um strukturelle Schäden so früh wie möglich zu erkennen und allfällige Instandhaltungsarbeiten rechtzeitig vornehmen zu können. Für die Testphase werden durchschnittlich zwei bis drei Sensoren pro Mast auf verschiedenen Höhen angebracht, um alle potenziell schädlichen Umwelteinflüsse registrieren zu können, die auf die Konstruktion einwirken. Dazu gehören vor allem übermässige Vibrationen und grosse Neigungen, und in einem geringeren Ausmass auch hohe Temperaturschwankungen oder Sonneneinstrahlungswerte. Diese vier Grössen werden rund um die Uhr aufgezeichnet und mithilfe des Dashboards überwacht und analysiert. Werden Anomalien gemessen, erfolgt eine genauere Abklärung. Im Zweifelsfall werden Fachspezialisten aus den Bereichen Netze und Anlagen von Swissgrid informiert, damit vor Ort eine Inspektion beim betroffenen Strommasten vorgenommen werden kann. Grundsätzlich gilt, dass kleine Variationen der Messwerte normal sind und keine Anomalie bedeuten.

Langlebige und robuste Sensoren

Die IoT-Sensoren, die im Rahmen von Pylonian zum Einsatz kommen, zeichnen sich durch hohe Energieeffizienz und Robustheit aus. Die Betriebsdauer der Batterie ist auf mindestens fünf Jahre ausgelegt und somit perfekt für den Einsatz im Feld geeignet. Der Transfer der gemessenen Grössen – Vibration, Neigung, Temperatur und Sonneneinstrahlung – erfolgt mittels LoRa-Technologie, bzw. Long Range low power, welche ein energieeffizientes Senden von Daten über lange Strecken ermöglicht.

Verbesserung der Vorhersehbarkeit

Seit dem Start von Pylonian wurden noch keine relevanten Abweichungen oder Anomalien gemessen, die eine Intervention von Fachspezialisten vor Ort erfordert hätte. So wurden vereinzelt einige hohe Vibrationswerte festgestellt, die mit Bohrarbeiten eines nahe gelegenen Unternehmens, das Zement herstellt, in Verbindung standen. Da jedoch zwei Drittel der Netzinfrastruktur inklusive Strommasten vor mehreren Jahrzehnten gebaut wurden, treten je länger, desto mehr Verschleisserscheinungen auf, die es im Blick zu halten gilt. Das Positive daran: Pylonian kann die Erkennung solcher sich abzeichnenden Defekte automatisieren und laufend optimieren. Das verbessert die Vorhersehbarkeit der Lebensspanne der Infrastruktur substanziell.

Schrittweiser Ausbau wird geprüft

Aufgrund der positiven Erfahrungen mit Pylonian prüft Swissgrid die Möglichkeit, das Projekt schrittweise auf Hunderte oder gar Tausende von Masten auszuweiten. Der Mehrwert ist beträchtlich: so eröffnet sich zum einen die Möglichkeit, den Zustand von Masten permanent beobachten zu können sowie Monitoring-Tools- und Software anzuwenden und einzusetzen. Zum anderen gilt es, die Verbesserung bestehender Prozesse anhand von Messungen sowie die Vermeidung von Schäden hervorzuheben. Kommt dazu, dass Pylonian auch den Aufbau von Knowhow in Bezug auf IoT-Projekte ermöglicht, bei denen Messungen über LoRa-Systeme gesammelt werden.