O. Mitterfelner, Forstinning

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Wasserkraft & Energie 

Nr. 3/2003

Verlag Moritz Schäfer

Paulinenstraße 43  .  
32756 Detmold

Ich erinnere mich noch an eine Regelung, die ca. 1960 eingebaut wurde, eine Schwimmkammer von vielleicht 50 cm Durchmesser im frostsicheren Turbinenhaus, über ein Rohr von ca. 1 cm Durchmesser mit dem Oberwasser angeschlossen. Der Schwimmer in dieser Schwimmerkammer war über einen Seilzug mit dem hydraulischen Regler verbunden, wo ein doppelt wirkender Quecksilberschalter angebracht war. War der Pegel zu niedrig, zog das Seil die Waage des Quecksilberschalters nach oben, das Quecksilber schloss den Kontakt für Schließen, und die andere Seite der Waage bewegte sich synchron mit dem Schließmechanismus auch nach oben; der Quecksilberschalter öffnete wieder. – Ein simpler Mechanismus, ab und zu musste man das Rohr von Schlamm und Algen reinigen.

Auch heute verrichten noch Regelungen mit Schwimmern zuverlässig ihren Dienst, sogenannte Dreipunktregler, in der Mitte ein neutraler Bereich, in dem nichts passiert, bei Pegelständen unterhalb und oberhalb der Bereich für öffnen bzw. schließen. Zusätzlich wird in der SPS dieses Signal noch getaktet, also z. B. wird 1 Sekunde geöffnet bzw. geschlossen, dann 59 Sekunden gewartet. Denn der Pegel verändert sich recht langsam, deshalb sind hektische Regelvorgänge nicht sinnvoll. Auch hier gilt das Zitat eines Bekannten: „In der Wasserkraft geht alles ganz langsam.“

Für die Messung des Oberwasser-Pegels bei Wasserkraftwerken wird neben den erwähnten Schwimmern, auch Pegelmesser nach dem Einperl-Prinzip, oder Ultraschallgeräte eingesetzt. Immer mehr werden aber Pegelsonden benutzt.

Pegelsonden haben gegenüber Einrichtungen mit Schwimmern Vor- aber auch Nachteile:
+ Genaue Messung im Millimeter-Bereich
+ Robust und zuverlässig
+ Wartungsfrei
+ Über 4...20 mA Stromschleife direkt an SPS anschließbar
-- Teilweise recht teuer
-- Empfindlich gegen Blitzschlag

-- Empfindlich gegen starke Erschütterungen
-- Probleme mit Druckausgleich über Kapillarrohr

Wie funktioniert so eine Pegelsonde?

Die „empfindlichen“ Teile sind diese dünne Membran, die innenliegende Elektrik, und das Kapillarrohr.

1. Die Membran ist natürlich sehr anfällig gegen alle Arten von Beschädigungen. Mechanische Reinigungsversuche an diesem Teil sollte man unterlassen, und – ganz wichtig – auch das Einfrieren der Sonde beschädigt diese Membran so, dass die Sonde irgendetwas, aber nicht mehr den Pegel anzeigt. Deshalb muss die Sonde so tief im Wasser montiert werden, dass sie unter keinen Umständen einfrieren kann.

2. Die Elektrik ist eigentlich recht robust; falsche Polung bei der Montage verursacht keine bleibenden Schäden, und auch kurzzeitige Überspannungen bleiben ohne Folgen. Gegen einen massiven Blitzschlag ist aber jeder Überspannungsschutz machtlos. Sehr starke Erschütterungen, wie z. B. fallen lassen zerstören ebenfalls die Sonde.

3. Das Kapillarrohr ist sehr wichtig für die richtige Funktion, und Störungen am diesem können zu merkwürdigen Effekten führen. Um den reinen Wasserdruck messen zu können – und nicht den Luftdruck zusätzlich – ist das Innere der Pegelsonde über das Kapillarrohr mit der Luft oberhalb des Wassers verbunden, und alle Änderungen des Luftdrucks haben deshalb keine Auswirkungen, solange das Kapillarrohr richtig funktioniert. Der Luftdruck kann nämlich um +/- 50 mbar schwanken, was einem Pegel von +/- 50 cm entsprechen würde.

Welche Fehler können auftreten?
Das Kapillarrohr wird bei der Montage gequetscht, es tritt bei der Montage oder im Betrieb Wasser in das Kapillarrohr ein, z. B. Kondenswasser. Das Kapillarrohr endet in einer luftdichten Installationsdose ohne Druckausgleich, oder winzige Tiere versuchen sich in dem Kapillarrohr häuslich einzurichten. Einige Hersteller bieten deshalb spezielle Kabeldosen mit Druckausgleich an, und auch Schaumstoff-, Sinter- oder auch Teflon-Filter mit Trockensubstanz, die zuverlässig alle 

Verschmutzung und Luftfeuchtigkeit von dem Kapillarrohr fernhalten.

Als weiteres Zubehör sind Montagerohre bei den Herstellern erhältlich, um die Pegelsonde geschützt gegen Treibgut an einer bestimmten Stelle im Fluss zu halten. Diese Rohre sind in der Regel an der Unterseite geschlossen, und besitzen Bohrungen, um den Wasserzufluss zu ermöglichen. Diese Rohre schützen auch gegen Vandalismus, und Beschädigung aus  Unwissenheit. In der Pegelsonde ist meist ein  Überspannungsschutz integriert, extern sollte zusätzlich eine Überspannungsschutz oder Blitzschutz montiert sein.

Abb. 4: Sonde im Schutzrohr

Die Pegelsonden sollten in der Regel nicht am untersten Ende des Schutzrohres angebracht werden, sondern einige Zentimeter darüber, was man durch Abspannklemmen oder Verschraubungen erreichen kann. Wichtig ist hierbei, dass bei einer Prüfung oder einem Austausch die Pegelsonde wieder an der exakt gleichen Tiefe im Wasser angebracht wird. Unbedingt beachtet werden muss, dass die Pegelsonde in einem Bereich liegt, der unter keinen Umständen im Winter einfriert, auch nicht bei Minimalpegel. Die Sonde sollte in dem Montagerohr so angebracht sein, dass sie nicht durch die Strömung in dem Rohr taumelt und ständig gegen die Wand schlägt.

Abb. 6 Aufzeichnung des Wasserspiegels vor und hinter dem Rechen über sechs Stunden

[Zum Vergrößern auf das Bild klicken]

3. Unterwasserpegel: Er ist ein Maß für die aktuelle Wassermenge und wird für die Optimierung der Leistung eingesetzt, z. B. Einstellung von doppelt geregelten Kaplan-Turbinen, und auch den Spülvorgang.

Bei den Preisen besteht eine sehr große Spannweite, so erhält man kostengünstige Pegelsonden schon ab ca. 200 €, spezielle Ausführungen können aber auch über 1.000 € kosten.

Die eingangs erwähnte Anlage befindet sich in Niederbayern, im mittleren Vilstal und wurde im Jahr 1996 modernisiert; es werden dort drei Pegelsonden eingesetzt. Die Werte werden von einer PC-Steuerung verarbeitet, und zur Steuerung von Rechen, Schleuse und Turbine verwendet. – Verglichen mit dem damals eingesetzten Schwimmer eine deutliche Verbesserung hinsichtlich Genauigkeit, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit.

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