Brandschutz, Wartung und Energieeffizienz 25.03.2019, 15:54 Uhr

Kleiner Sensor überwacht elektrische Geräte

US-Forscher haben einen Sensor entwickelt, mit dem sie das Verhalten aller elektrischer Geräte in geschlossenen Systemen überprüfen können. Installation und Datenauswertung sind leicht zu handhaben.

Sensor im Motorraum

Ein einzelner, unscheinbarer Sensor ist in der Lage, Spannungsschwankungen im gesamten System zu erfassen.

Foto: MIT

Ein elektrisches System, beispielsweise ein Schiffsmotor, läuft oftmals lange Zeit vermeintlich unproblematisch – und plötzlich fängt es an zu rauchen, weil ein Teil ausgefallen ist. Am Ende entsteht daraus unter Umständen ein größerer Schaden. Dabei hätte sich dieser Ausfall durchaus verhindern lassen, wenn es möglich gewesen wäre, rechtzeitig zu erkennen, dass eine Komponente nicht mehr korrekt arbeitet. Forscher vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) haben jetzt ein System entwickelt, um solche Situationen zu vermeiden. Bei einem Test in einem Schiff der Küstenwache ist es bereits in der Praxis gelungen, Kabel mit gebrochener Isolierung an Bord zu detektieren und so größere Schäden abzuwenden. Das neue Überwachungssystem kann für alle elektrischen Geräte eingesetzt werden.

Herzstück der Überwachungseinheit ist ein neu entwickelter Sensor, der an einem Punkt außerhalb eines elektrischen Drahtes befestigt wird. Von dort aus erfasst er den Stromfluss und die charakteristischen Signaturen des Motors und aller angeschlossener Geräte im Kreislauf, indem er winzige Schwankungen der Spannung analysiert. Die Installation ist denkbar einfach, weil der Sensor für seine Tätigkeit lediglich in der Nähe angebracht werden muss. Es ist also nicht nötig, das Kabel für die Montage zu durchtrennen oder zu spleißen. Nach Angabe der Wissenschaftler eignet sich die Technologie besonders gut für relativ kleine, in sich geschlossene elektrische Systeme, wie Schiffsmotoren, mit einer begrenzten Anzahl von zu überwachenden Geräten.

Geschützt gegen Datendiebstahl – System arbeitet autark

Dabei werden alle Berechnungen und Analysen lokal durchgeführt. Auf der einen Seite ist das System also gut geschützt gegen Datendiebstahl und Manipulation, weil es physisch und elektronisch isoliert arbeitet, auf der anderen Seite ist es nicht angewiesen auf eine funktionierende Datenleitung, beispielsweise zu einer Cloud. Denn der angeschlossene Computer überträgt das Ergebnis der Datenanalyse direkt auf ein Dashboard.

Illustration Dashboard

Die Daten des Sensors werden automatisch ausgewertet und auf dem Dashboard nach einem einfachen System angezeigt.

Foto: MIT

Das System ist so aufgebaut, dass es schon nach einer kleinen Schulung leicht zu bedienen ist. Das Computer-Dashboard verfügt über individuelle Anzeigen für jedes überwachte Gerät. Dabei zeigen Nadeln auf farblich hinterlegten Feldern den aktuellen Status an. Bei normalen Werten bleiben die Nadeln in der grünen Zone. Weicht die gemessene Spannung vom Soll-Zustand ab, schlagen die Nadeln aus und schwingen, je nach Ausprägung der Anomalie, in die gelbe oder in die rote Zone.

Monitoring der Energieeffizienz ist ebenfalls möglich

Die Hauptaufgabe des Dashboards besteht also darin, Fehler zu erkennen, bevor sich aus ihnen ernsthafte Schäden oder gar Gefahren entwickeln. Parallel kann das System dafür genutzt werden, die Energieeffizienz zu überwachen. Denn durch das permanente Monitoring lässt sich beispielsweise abbilden, wann welche Geräte eingeschaltet waren und ob sie zu diesem Zeitpunkt überhaupt benötigt wurden. Erkennbar wird auch, ob einzelne Komponenten mehr Energie verbrauchen als vergleichbare Gegenstücke. Zu guter Letzt werden Wartungsarbeiten erleichtert, weil sich nachvollziehen lässt, ob bei Testläufen alle Geräte wie vorgesehen angesteuert wurden.

Das System entstand im Team von Steven Leeb, Professor für Elektrotechnik am MIT. Er ist davon überzeugt, dass der Sensor für industrielle Anwendungen sehr attraktiv ist, „insbesondere bei der Überwachung geschäftskritischer Systeme“, sagt er. Dazu zählen nach seiner Meinung neben der Küstenwache und der Marine auch Chemieunternehmen mit Anlagen, in denen sich brennbare und gefährliche Stoffe befinden.

Sensor findet Schaden bei Praxistest

Für den Praxistest auf einem Schiff der Küstenwache hatte Leebs Team den Sensor sowohl in einer verdrahteten als auch in einer kontaktlosen Version in Betrieb genommen. Die ausgelesenen Informationen schätzten die Wissenschaftler in beiden Fällen als ausreichend ein. Das spektakulärste Ergebnis erreichten sie aber mit dem fest installierten Sensor, da es während der Probe-Überwachung tatsächlich zu einem Zwischenfall kam. Etwa 20 verschiedene Motoren und Geräte verfolgten die Forscher über ein einziges Armaturenbrett, das die Informationen der beiden Sensoren abbildete. Tatsächlich schwang eine Nadel einer Motorkomponente, einem speziellen Wassererhitzer, in den kritischen Bereich. Als die Mechaniker des Schiffes den Motor sicherheitshalber überprüften, stellten sie fest, dass Isolierungen gebrochen waren und eine Korrosion eingesetzt hatte.

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