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Für eine sichere Stromversorgung

Umspannwerke mit LiDAR vor Einbruch schützen

23. November 2023, 16:50 Uhr | Dr. Florian Petit, Blickfeld; Redaktion: Kathrin Veigel

Ein LiDAR Security System erfasst hochauflösende 3D-Daten, um präzise die Größe, Bewegungsrichtung und Geschwindigkeit von Objekten in ihrem Sichtfeld zu detektieren. Dank der Zuverlässigkeit dieser Informationen lösen LiDAR-basierte Sicherheitssysteme nur dann einen Alarm aus, wenn tatsächlich ein Objekt in den Sicherheitsbereich eintritt und sorgt somit für niedrige Falschalarmraten.

Umspannwerke spielen eine zentrale Rolle bei der Stromversorgung und müssen wirkungsvoll gegen Materialdiebstahl, Vandalismus und Sabotage abgesichert sein. Doch herkömmliche Sicherheitstechnik weist beim Erkennen von unbefugtem Eindringen Schwächen auf, gegen die LiDAR-Technik Abhilfe schafft.

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Deutschlandweit gibt es weit über tausend Umspannwerke, in denen verschiedenartige Stromleitungen zum Zweck der Spannungsumwandlung zusammentreffen. Sie sind von fundamentaler Bedeutung für die Stromversorgung, aber gleichzeitig auch überaus verwundbar. Beispielsweise sind sie häufig das Ziel von Einbruchdiebstählen, bei denen es Kriminelle vor allem auf die dort im Einsatz befindlichen wertvollen Metalle abgesehen haben.

Kupfer ist besonders begehrt als Diebesgut. Das Metall weist einzigartige Eigenschaften als Wärme- und Stromleiter auf und ist deshalb für die Herstellung zahlloser elektrischer Produkte unentbehrlich. Entsprechend hohe Marktpreise lassen sich damit erzielen. In Umspannwerken kommt Kupfer unter anderem in Schaltanlagen, Transformatoren und Stromkabeln zum Einsatz. Dabei sind nicht im Einsatz befindliche Kupferkabel besonders leicht zu entwenden und daher oft das Hauptziel von Verbrechern.

Zum finanziellen Verlust kommen in der Regel noch erhebliche Schäden durch das gewaltsame Eindringen hinzu: zerstörte Tore, zerschnittene Zäune und, wenn durch den Einbruch der Betrieb beeinträchtigt wird, auch Stromausfälle mit Folgen für die öffentliche Sicherheit und Ordnung. Besonders einladend macht Umspannwerke für Diebe, dass sie oft nicht effektiv genug gegen unbefugtes Betreten abgesichert sind.

Energiewende vergrößert die Bedeutung noch

Künftig wird in Folge der Energiewende die Relevanz und Anzahl von Umspannwerken noch steigen. Netzbetreiber investieren derzeit in großem Stil in die Erweiterung des Höchstspannungsnetzes und, damit zusammenhängend, in Umspannwerke, um beispielsweise den Strom aus Windenergie aus dem Norden Deutschlands in den Rest der Republik zu transportieren. Dieser Ausbau der Stromnetze ist essentiell, um die landesweite Stromversorgung auch bei Nutzung alternativer Energiequellen zu gewährleisten.

Damit stehen die Betreiber vor der Herausforderung, eine steigende Zahl an Umspannwerken wirksam vor Einbruchdiebstahl zu schützen, aber auch vor verschiedenen anderen potenziellen Manipulationen bis hin zu gezielten Angriffen auf die Stromversorgung. Doch die momentan eingesetzten Technologien stoßen dabei an Grenzen.

Was die Absicherung so schwierig macht

Umspannwerke sind dezentral übers ganze Land verteilt und befinden sich in verschiedenartigsten städtischen und ländlichen Umgebungen. Zudem erfolgt der Betrieb von Umspannwerken vollautomatisch – es ist also kein Personal vor Ort, das auf Eindringlinge abschreckend wirken könnte. Auch lokales Sicherheitspersonal gibt es dort aus Kostengründen nicht.

Diesen Herausforderungen sind die bislang zur Entdeckung von Eindringlingen eingesetzten Technologien nicht in vollem Umfang gewachsen:

Bei Überwachungskameras leidet die Wahrnehmungsqualität deutlich unter schlechten Licht- oder Wetterverhältnissen. Da die von ihnen gelieferten Daten nur zweidimensional sind, können sie die Größe von eindringenden Objekten oder Personen nicht erfassen, sodass oft Tiere oder Vegetation Falschalarme auslösen.
Weder Kameras noch Thermalkameras lassen sich mit dem Schutz der Persönlichkeitsrechte von Passanten vereinbaren, da die von ihnen gelieferten Daten Rückschlüsse auf Personen zulassen.
Radarsensoren messen mit relativ niedriger Auflösung und liefern unbrauchbare Daten, sobald sich metallische Objekte in ihrem Sichtfeld befinden. Das ist fatal beim Einsatz in Umspannwerken mit ihren vielen Oberleitungen, Schaltanlagen, etc.

LiDAR erkennt unbefugtes Eindringen zuverlässig

LiDAR-Technik (Light Detection and Ranging) gleicht die genannten Nachteile aus. LiDAR-Sensoren scannen Sicherheitszonen wie beispielsweise das Umfeld eines Sicherheitszauns mithilfe von hunderttausenden Laserpulsen pro Sekunde zentimetergenau. Im Zusammenspiel mit einer auf Objektdetektion und Größenerkennung spezialisierten Software erstellen sie eine dreidimensionale digitale Abbildung der festgelegten Sicherheitszone.

Durch diese Art der 3D-Erfassung entdeckt LiDAR Eindringlinge wesentlich zuverlässiger als bisher im Einsatz befindliche Kameras, Thermalkameras und Radar und sorgt für effektiven Schutz vor unbefugtem Betreten:

LiDAR erkennt Größe und Bewegungsmuster eindringender Personen oder Objekte. Die Größe, ab der alarmiert werden soll, können Anwendende individuell festlegen. Das reduziert die Zahl der ausgelösten Falschalarme und die damit verbundenen Kosten und Sicherheitsrisiken (Stichwort: Alarmmüdigkeit beim Sicherheitspersonal) signifikant.
LiDAR funktioniert dank Lasertechnologie unabhängig vom Umgebungslicht und liefert zuverlässige Ergebnisse bei Tag und Nacht, auch bei Regen und Schneefall.
Auf die Absicherung von kritischen Infrastrukturen spezialisierte LiDAR-Lösungen lassen sich leicht in bestehende Sicherheitssysteme integrieren, beispielsweise als Ersatz für Thermalkameras. Die Installation geht schnell vonstatten und die integrierte Software gibt Daten in zahlreichen gängigen, leicht zu verarbeitenden Formaten aus.
LiDAR erhebt anonyme Daten, die keinen Rückschluss auf Personen erlauben.
Die Kosten der LiDAR-Sensorik entsprechen in etwa denen von heute üblichen Thermalkameras.

Wirksamer Schutz leicht gemacht

LiDAR-Technik trägt in hohem Maße dazu bei, das unbefugte Betreten von Umspannwerken zu unterbinden. Die Integration von LiDAR-Lösungen in Sicherheitssystemen wirkt Beschädigungen der Anlagen sowie den damit verbunden finanziellen Folgen und möglichen Stromausfällen effektiv entgegen. Die Sicherheit der Umspannanlagen wird dadurch mit geringem Aufwand und zu mit gängigen Thermalkameras vergleichbaren Kosten substanziell verbessert. Damit leistet LiDAR-Technik einen wichtigen Beitrag zum betriebswirtschaftlich rentablen Betrieb der Umspannwerke und trägt durch eine effiziente Absicherung von wichtigen Teilen der Energieinfrastruktur zur kontinuierlichen Verfügbarkeit der Stromversorgung bei.