Smartlogging : Wo es rauscht, fließt Wasser

Die Überwachung von Leitungsnetzen ist ein kostspieliges Unterfangen. Doch die Netzbetreiber sind dazu verpflichtet, ihre Wasserleitungen konstant im Auge zu behalten und Reparaturen unmittelbar durchzuführen. Das ist mit hohem Zeit- und Personalaufwand verbunden – zumindest bisher. Ein System der Firma Gutermann erlaubt die Ortung von Lecks bis auf einen Meter genau, und das in Leitungsnetzen von mehreren hundert Kilometern Ausdehnung.

Klassischerweise nutzen Stadtwerke die Überwachung der Wasserlaufmengen in Messzonen und herkömmliche Korrelatoren, um Wasserlecks zu identifizieren. Das ist ein prinzipiell ungenaues Verfahren, das vor Ort manuelle Korrelationen nötig machte. Auch die Stadtwerke Ludwigsburg-Kornwestheim gingen lange Zeit so vor. Mit einem Leitungsnetz von 460 Kilometern versorgen die Stadtwerke mit 320 Mitarbeitern 130.000 Einwohner mit Trinkwasser. „Wir sind vor einigen Jahren im Rahmen einer Firmenveranstaltung der Firma Gutermann durch eine Systemdemonstration auf Zonescan Alpha aufmerksam geworden“, berichtet Enver Kirdemir, stellvertretender Abteilungsleiter für Anlagen und Netze Gas/Wasser in 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 systematisch 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.

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.

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.

Alle Daten werden durch die eigens entwickelte Cloud-Software Zonescan Net graphisch übersichtlich auf den Monitoren der Mitarbeiter der Stadtwerke Ludwigsburg-Kornwestheim dargestellt. Mittlerweile können sogar alle GIS-Daten so eingelesen werden, dass sie in Verbindung mit Google-Maps verdeutlicht und direkt für die Korrelation verwendet werden können. Zusätzlich verfügt Zonescan Net über ein Management-Tool, das die Erstellung eigener Events erleichtert. „Hat man beispielsweise zwei Logger, die sich im Alarmmodus befinden und korrelieren, kann man einen Mitarbeiter als Verantwortlichen nennen und dies als Event speichern“, erläutert Gutermann. „Der Status kann dynamisch angepasst werden, beispielsweise ob es sich um ein Leck handelte, es behoben werden konnte oder noch Bearbeitungsbedarf besteht. Ebenso können alle Verantwortlichkeiten vermerkt und übersichtlich archiviert werden.“ Dies hilft bei der Erstellung von Statistiken für das Reporting und erhöht somit das Verständnis des Leitungsnetzes, da viel bessere Vergleichsmöglichkeiten auf Grund der Datenhistorie entstehen. Sämtliche Informationen sind auf den Servern durch regelmäßige Backups vor einem Verlust geschützt und über HTTPS vor unbefugten Zugriffen gesichert.

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. „Für diese Ausbauphasen stehen wir in regelmäßigem Kontakt zur Firma Gutermann, die uns etwa vier- bis fünfmal im Jahr für die Besprechung des weiteren Vorgehens besucht und auch auf Neuerungen hinweist. Wir sind äußerst zufrieden mit dem technischen Support.“ So rüstete Gutermann beispielsweise die Alpha-Module in Ludwigsburg auf eine neue Energiespeisung mit Solarzellen um, wodurch das umständliche und aufwendige Auswechseln der Batterien entfällt. Auf diese Weise profitieren die Stadtwerke stets vom neuesten Stand der Entwicklungen der Spezialisten für Lecksuchsysteme mit F&E- sowie Produktionszentren in Süddeutschland.

„Da Wasser eine der wertvollsten Ressourcen ist, entwickeln wir unsere Technologie kontinuierlich weiter, um intelligente Lösungen für einen nachhaltigen Wasserverbrauch zu ermöglichen“, so Gutermann. „Dafür stellen uns die Stadtwerke Ludwigsburg-Kornwestheim freundlicherweise Teststrecken zur Verfügung.“ Dort führt die Firma Gutermann Feldversuche mit neuen Systemen durch. Im Augenblick arbeitet sie daran, das Signal nicht nur digital-akustisch an der Rohrwandung abzunehmen, sondern direkt in der Wassersäule. Dadurch wird eine höhere Reichweite erzielt – beispielsweise bei Kunststoff-, PVC- oder Eternitleitungen, die Akustik schlecht leiten. Bei den Stadtwerken Ludwigsburg-Kornwestheim soll diese Neuerung in anderen Zonen umgesetzt werden, sobald die ersten Tests erfolgreich durchgeführt sind.