Automatisiertes Monitoringsystem lokalisiert Rohrbrüche mit einer Genauigkeit von 1 meter

Autor: Patricia Pfister , 29.07.2019

Eine kontinuierliche Beobachtung des Trinkwassernetzes ist für Gemeinden obligatorisch, was große Zeit- und Personalressourcen erfordert.

Bis vor einigen Jahren wurden im baden-württembergischen Ludwigsburg für dieses Monitoring ausschließlich die Überwachung der Wasserlaufmengen in Messzonen und herkömmliche Korrelatoren verwendet, mit denen die Mitarbeiter nach Wasserlecks suchten, was zu oftmals ungenauen Ergebnissen führte. Seit der Einführung eines präzisen Smartloggings von Wasserlecks durch das vollständig korrelierende System Zonescan Alpha der Firma Gutermann konnte der Aufwand reduziert und die Wasserleck-Ortung präzisiert werden.

Die Stadtwerke Ludwigsburg-Kornwest­heim versorgen mehr als 130.000 Einwohner über ein Leitungsnetz von fast 460 km mit Trinkwasser. Nach den Regeln des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches (DVGW) soll dieses Netz kontinuierlich überwacht und bei Bedarf repariert werden, was einen hohen Personal- und Zeitaufwand bedeutet. Bis vor einigen Jahren wurden in Ludwigsburg für dieses Monitoring ausschließlich die Überwachung der Wasserlaufmengen in Messzonen und herkömmliche Korrelatoren verwendet, mit denen die Mitarbeiter nach Wasserlecks suchten. Dabei mussten sie aber vor Ort nochmals manuell korrelieren und erhielten dadurch ungenaue Ergebnisse. Um den Aufwand zu reduzieren und eine präzisere Ortung zu garantieren, bestücken die Stadtwerke Ludwigsburg-Kornwestheim seit einigen Jahren ihr Netz mit dem automatischen und vollständig korrelierenden System Zonescan Alpha der Firma Gutermann. Es zeichnet nicht nur den Geräuschpegel auf, sondern nimmt nachts mehrere Geräuschsequenzen auf, die von zentralen Rechnern in der Cloud auf die Milli­sekunde genau zeitsynchronisiert verglichen und ausgewertet werden. Die Resultate können anschließend am nächsten Morgen auf den Monitoren der Stadtwerke-Mitarbeiter dargestellt werden. So ist eine zuverlässige und anwenderfreundliche Leckortung mit einer Genauigkeit von bis zu 1 m möglich. „Wir sind im Rahmen einer Firmenveranstaltung der Firma Gutermann in Ludwigsburg durch eine Systemdemonstration auf Zonescan Alpha aufmerksam geworden“, berichtet Enver Kirdemir, stellvertretender Abteilungsleiter für Anlagen und Netze Gas/Wasser der Stadtwerke Ludwigsburg-Kornwestheim. „Dabei verglichen wir die Ergebnisse mit unseren Korrelatoren und waren von der Genauigkeit, Zuverlässigkeit und dem Nutzerkomfort beeindruckt.“ Seit 2012 bauen die Stadtwerke Ludwigsburg-Kornwest­heim daher ihr Leitungsnetz mit den automatischen und vollständig korrelierenden Loggern aus, die durch ihre Technik die höchste Trefferquote und die geringste Anzahl an Fehlalarmen erzielen. Dieses System ist dank der Korrelation der Daten mit allen benachbarten Loggern über einen zentralen Server deutlich empfindlicher als herkömmliche Geräuschlogger-Systeme ohne automatische Korrelation. Leckalarme werden demnach nicht durch erhöhte Umgebungsgeräuschpegel einzelner Logger ausgelöst, sondern durch das Vorhandensein und das Erkennen desselben Leckgeräuschs bei mindestens zwei verschiedenen Loggern. Umgebungsgeräusche werden in diesem Prozess automatisch herausgefiltert, was die Anzahl an Fehlalarmen drastisch reduziert.

Vollautomatisch korrelierende Geräuschlogger mit Funklösung    Bei Zonescan Alpha handelt es sich um eine umfangreiche Festinstallation im Leitungsnetz, die alle aufgenommenen Daten an einem zentralen Punkt zur Auswertung sammelt und für den Anwender aufbereitet. „Dafür benötigt man leistungsfähige Funklösungen sowie ein optimales Energie-Management in den Loggern selbst, denn diese müssen mehrere Jahre in einer Tiefe von bis zu 3 m im Schacht verbleiben“, erklärt Uri Gutermann von der Firma Gutermann. „Der wichtigste Bestandteil von Zonescan Alpha sind unsere täglich und automatisch korrelierenden Geräuschlogger, die in regelmäßigen Abständen an Armaturen im Rohrnetz magnetisch angebracht sind – beispielsweise an Schieberstangen oder Unterflur­hydranten.“ Mit Abmessungen von 4 x 10 cm sind die Geräuschlogger von Gutermann weltweit die kleinsten Instrumente zur Lokalisation von Wasserlecks. Sie sind so kompakt konstruiert, dass sie selbst in engsten Schächten platziert werden können. Bei der Produktion verzichtet Gutermann außerdem auf korrodierende Materialien. So können Schäden durch eindringendes Wasser vermieden werden.    
Einmal im Boden platziert, zeichnen die Logger jede Nacht zwischen 2 und 4 Uhr die auf der Rohrleitung hörbaren Geräusche auf, da zu dieser Zeit die Rahmenbedingungen am besten sind – der Wasserverbrauch ist gering, der Druck am höchsten, und es gibt kaum Nebengeräusche. Zonescan Alpha nimmt aber nicht nur den tiefsten konstanten Geräuschpegel auf, sondern erkennt durch die Aufnahme ganzer Tonsequenzen auch das individuelle Frequenzspektrum jedes Geräuschs. So können Geräusche, die vielleicht von einer Pumpe oder einer Elektrostation ausgehen, identifiziert und ignoriert werden. Durch die Korrelation zwischen zwei eingesetzten Sensoren lässt sich außerdem die exakte Distanz zur Messquelle ausrechnen und damit die Geräuschquelle auf weniger als  1 m genau lokalisieren. Für die verschlüsselte Übermittlung der Daten sowie die Synchronisation der Zeituhren in den Loggern werden sogenannte Funkrepeater und Datenkonzentratoren („Alpha-Module“) benötigt, die über ein eigenes Funkprotokoll miteinander kommunizieren. Von den Konzentratoren werden die Daten dann via E-Mail an die Server von Gutermann geschickt. In Ludwigsburg wurden solche Konzentratoren bis zu 43 m über dem Erdboden in einem Kirchturm und einem Wasserturm installiert, um mit einer speziellen Antennentechnik eine einwandfreie Funkverbindung zu gewährleisten.     

Zuverlässige Leckanzeige auf anwenderfreundlicher Browser-Oberfläche
Mit den bisherigen Ortungsprodukten musste das Personal der Stadtwerke Ludwigsburg­-Kornwestheim manchmal eine ganze Woche in kleinen Gruppen vor Ort nach dem Leck suchen und manuell die Daten korrelieren. „Dabei war es häufig unsicher, ob es sich überhaupt um ein Leck handelt“, berichtet Kirdemir. „Jetzt entsenden wir unsere Mitarbeiter erst bei einer Meldung von Zonescan Alpha und erhalten häufig innerhalb von Stunden nach der Leckentstehung die Erfolgsmeldung über den Fund der undichten Stelle. Es gibt kein schnelleres System zur Lokalisation von Wasserlecks.“ Trotzdem setzen die Stadtwerke aus Sicherheitsgründen auch auf das manuelle Einmessen der Wasserlecks, bevor sie die Aufgrabarbeiten beginnen. Aber Zonescan Alpha hat bisher jeden Rohrbruch korrekt ermittelt, da das System dank der Festinstallation über einen Zeitraum von mehreren Tagen umfangreichere Daten zur Verfügung hat und damit noch besser filtern und erfolgreicher korrelieren kann als bisherige Logger. Dadurch können Fehlalarme zuverlässig verhindert und die Trefferquote erhöht werden.    

Weitere Pläne der Stadtwerke mit dem System   
Die Stadtwerke Ludwigsburg-Kornwestheim haben die Installation von Zonescan Alpha in drei Gebieten abgeschlossen und planen bereits jetzt, eine weitere Zone mit den korrelierenden Loggern zu bestücken. „Dabei handelt es sich mit 13.000 Einwohnern bisher um unser größtes Gebiet, das mit Zonescan Alpha überwacht werden soll“, berichtet Kirdemir von den Plänen der Stadtwerke.  

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Für die verschlüsselte Übermittlung der Daten sowie die Synchronisation der Zeituhren in den Loggern werden sogenannte Funkrepeater und Datenkonzentratoren („Alpha-Module“) benötigt, die über ein eigenes Funkprotokoll miteinander kommunizieren. Um topographische Herausforderungen wie besonders hügeliges Gelände zu meistern, werden die Alpha-Sendeeinheiten an möglichst hohen Stellen in der Stadt installiert. Etwa wie hier auf einer Straßenlaterne.

Foto: Gutermann

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Die Stadtwerke-Mitarbeiter Stefan Wünsche (links im Bild) und Andreas Arnds (rechts im Bild) beim Smartlogging.

Foto: Stadtwerke Ludwigsburg-Kornwestheim

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Zonescan Alpha besteht aus den korrelierenden Geräuschloggern, den Funk­repeatern, den Alpha-Modulen und einer speziellen Software zur Darstellung der Ergebnisse in einer Leitzentrale. 

Foto: Gutermann

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Mit Abmessungen von 4 x 10 cm sind die Geräuschlogger weltweit die kleinsten Instrumente zur Lokalisation von Wasserlecks. Sie sind so kompakt konstruiert, dass sie selbst in engsten Schächten angebracht werden können.

Foto: Gutermann