Energiekabel, Muffen, Freileitungen Seminare

kabel_und_leitungen_neu_AP

Kabel und Leitungen übertragen elektrische Energie bei unterschiedlicher Spannung. Bei den Leitungen unterscheidet man die nicht isolierten Freileitungen und die isolierten Leitungen. Konstruktive Unterschiede zwischen isolierten Leitungen und Kabeln sind in vielen Fällen nicht unmittelbar erkennbar.  

Kabel und Leitungen übertragen elektrische Energie bei  unterschiedlicher Spannung. Bei den Leitungen unterscheidet man die nicht isolierten Freileitungen und die isolierten... mehr erfahren »
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Energiekabel, Muffen, Freileitungen Seminare

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Kabel und Leitungen übertragen elektrische Energie bei unterschiedlicher Spannung. Bei den Leitungen unterscheidet man die nicht isolierten Freileitungen und die isolierten Leitungen. Konstruktive Unterschiede zwischen isolierten Leitungen und Kabeln sind in vielen Fällen nicht unmittelbar erkennbar.  

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TIPP!
Energiekabel Freileitungen hdt.de HGÜ Hoch­span­nungs-Gleich­strom-Über­tra­gung
Sie erhalten einen Überblick über die verfügbaren HGÜ-Technologien und lernen die technologischen Möglichkeiten und Grenzen kennen. Anhand typischer Anwendungen werden die topologischen Ausführungen von HGÜ-Systemen vorgestellt.
Energiekabel Freileitungen hdt.de Frei­lei­tun­gen in elek­tri­schen Net­zen
Praxiswissen zum Aufbau, zur Errichtung und zu dem Betrieb und der Diagnose von Freileitungen.
TIPP!
Energiekabel Freileitungen hdt.de Gar­ni­tu­ren für En­er­gie­ka­bel
Sie erfahren die wichtigsten Prinzipien der Abschluss- und Verbindungstechnik für Nieder- und Mittelspannung. Schwerpunkte sind die sichere Montage, das Vermeiden von Montagefehlern und die Anwendung von Diagnoseverfahren an montierten Garnituren.

Der Unterschied in der Namensgebung ergibt sich durch die einschlägigen Produktnormen und Errichtungsbestimmungen. Als grobe Richtschnur für die Namensgebung "Kabel" oder "Leitung" kann gelten, dass nur Kabel in Erde verlegt werden dürfen.

Energiekabel sind hochwertige und langlebige Investitionsgüter. Bis zu einer Spannung von 500 kV haben die Kabel und ihr Zubehör eine große Zuverlässigkeit erreicht. Die Fortentwicklung zu leistungsstärkeren, zuverlässigeren und kostengünstigeren Kabeln hält jedoch an. Vor allem für die Übertragung großer Leistungen über große Entfernungen werden neue Übertragungsmedien entwickelt und erprobt.

Erreicht ein Kabel nicht die erwartete Lebensdauer von etwa 40 Jahren, so entstehen hohe Kosten durch das vorzeitige Auswechseln. Für den Betreiber eines Kabelnetzes ist es also wichtig, nur qualitativ hochwertige Kabel einzusetzen. Um dies zu gewährleisten, führen viele Betreiber aufwändige Kontrollen durch. Die Hersteller müssen die Durchführung aller in den Normen vorgeschriebenen Prüfungen nachweisen.


Kabelverlegung und –montage
Der größte Teil der Kosten einer Kabelanlage (bis etwa 90 %) entsteht bei der Verlegung und Montage. Das Verbinden von Kabeln erfolgt mit Muffen, das Anschließen an Schaltanlagen oder Freileitungen mit Endverschlüssen in handwerklicher Arbeit auf der Baustelle. Die Monteure benötigen spezielles Wissen, Können und entsprechende Erfahrung, wobei die Anforderungen umso höher sind, je größer die elektrische Spannung ist. Muffen und Endverschlüsse werden unter dem Begriff Garnituren zusammengefasst. Durch Vorfertigung und Vorprüfung der Garnituren wird angestrebt, die Dauer der Montage vor Ort und die Wahrscheinlichkeit von Montagefehlern zu verringern.

Die Vielfalt der Ausführungsformen der angebotenen Leiterverbinder, Muffen und Endverschlüsse ist groß. Ständig widmen sich Hersteller und Anwender der Verbesserung der Zuverlässigkeit der Garnituren.


Werkstoffe
Übliche Leiterwerkstoffe sind Kupfer und Aluminium. Häufigste Isolierstoffe sind heute Polyvinylchlorid (PVC), vernetztes Polyethylen (VPE) und für spezielle Anwendungen auch andere Kunststoffe.

Ältere Kabel mit einer Isolierung aus Papier (mit Masse oder Öl getränkt) befinden sich noch vielfach im Netz. Unter „Masse“ versteht man in der Kabeltechnik ein zähflüssiges Tränkmittel. „Öl“ dagegen ist ein dünnflüssiges Tränkmittel, das bei einer Leckage aus dem Kabel austreten und eine Verunreinigung des Erdbodens und des Grundwassers bewirken kann. Eine solche Umweltbelastung ist bei Massekabeln nicht zu befürchten.


Kabeltypen
Niederspannungskabel (bis 1 kV) werden meist mit einer PVC-Isolierung oder einer VPE-Isolierung ausgeliefert. Mittelspannungskabel (20 kV bis 30 kV) haben eine Isolierung aus VPE. Auch im Hoch- und Höchstspannungsbereich bis 500 kV wird heute VPE als Isolierstoff eingesetzt. VPE-Kabel zeichnen sich durch geringe dielektrische Verluste und geringen Aufwand bei Installation und Wartung aus.

Bei den älteren papierisolierten Kabeln für Hoch- und Höchstspannung steht die Isolierung unter Überdruck, um Teilentladungen in Hohlräumen zu vermeiden. Nach der Art der Druckmittel unterscheidet man Öl- und Gasdruckkabel.


Kabeleigenschaften

Zum Nachweis der Spannungsfestigkeit wird an jedem Kabel eine Kurzzeitprüfung durchgeführt. Das Bestehen zeigt, dass die Isolierung keine groben Fertigungsfehler besitzt. Bei Kunststoffkabeln für eine Spannung über 10 kV wird dabei auch der Nachweis erbracht, dass im Kabel keine Teilentladungen auftreten. Eine Langzeitprüfung dient dazu, den Erwartungswert für die Lebensdauer des Kabels zu ergründen. Die Langzeitprüfung wird als Typprüfung an einer großen Anzahl kurzer Kabel durchgeführt, auch fertigungsbegleitend unter Einwirkung von Wasser.

Eine wichtige Kabeleigenschaft ist die Strombelastbarkeit. Organische Isolierstoffe altern abhängig von der Temperatur. Eine Erhöhung der Betriebstemperatur um 8 K bis 10 K verkürzt die Lebensdauer etwa um die Hälfte. Aus der Erwartung einer bestimmten Lebensdauer des Kabels ergibt sich die zulässige Betriebstemperatur, die auf Erfahrung basiert.

Bisher wurden Kabelnetze in Deutschland stets nicht voll ausgelastet. Die thermisch bedingte Alterung war daher gering, die Lebensdauer entsprechend groß. Heute besteht die Absicht, Kabel stärker zu belasten, um das gebundene Kapital intensiver zu nutzen. Damit wird vielfach eine Temperaturüberwachung der Kabel, das Monitoring, notwendig.

Kabel und Freileitung
Die Entscheidung für Freileitung oder Kabel ist beim Bau elektrischer Netze wirtschaftlich und technisch von großer Bedeutung. In manchen Fällen ist die Verwendung von Kabeln zwingend vorgegeben, vor allem in Ballungsgebieten oder bei der Querung von Seen und Meeren. Andererseits gibt es Fälle, bei denen aus technischen Gründen nur Freileitungen in Frage kommen, beispielsweise bei größeren Entfernungen. In anderen Fällen muss zwischen Kabel und Freileitung gewählt werden.

Die maximal mögliche Länge von Kabeln wird meist durch den Ladestrom begrenzt. Bei 110-kV-Kabeln erreicht der Ladestrom bereits bei einer Länge von etwa 50 bis 80 km die thermisch zulässige Stromstärke. Ein Kabel mit dieser Länge kann ohne zusätzliche Kompensationseinrichtungen keine Wirkleistung übertragen.

Kabelstrecken im Zuge von Freileitungen sind besondere Schwachstellen. Sie setzen die Zuverlässigkeit des Netzes herab. An den Übergangsstellen müssen Endverschlüsse montiert werden. Bei Schaltvorgängen und Blitzeinschlägen können dort wegen der unterschiedlichen Wellenwiderstände Reflexionen und schädliche Überspannungen entstehen.


Neue Übertragungsmedien
Hochspannungs-Gleichstromkabel dienen dazu, elektrische Energie über große Entfernung zu transportieren. Dafür stehen seit kurzer Zeit auch Kabel mit einer VPE-Isolierung zur Verfügung.

Für eine Drehstromübertragung mit großer Leistung eignen sich gasisolierte Leitungen (GIL). Sie werden wie Rohrleitungen für Gas oder Öl aus vorgefertigten, vor Ort miteinander verschweißten Rohrstücken in Freiluft, im Tunnel oder direkt im Erdboden verlegt. Als Isoliergas wird ein unter Druck stehendes Gemisch aus SF6 (Schwefelhexafluorid) und N2 (Stickstoff) verwendet, wobei der SF6-Anteil aus Umweltgründen kleiner als 20 % ist.

Supraleitende Kabel werden mit Hochtemperatur-Supraleitern projektiert. Sie müssen dauernd auf ihrer gesamten Länge auf etwa –170 °C gekühlt werden. Diese Kabel haben nur eine sehr kleine Verlustleistung. Supraleiterkabel werden für Städte und Industrie interessant, wenn man die übertragbare Leistung steigern will, ohne dabei die Spannung zu erhöhen.

Quelle: Prof. Dr.-Ing. Fred Wiznerowicz, Hannover

Netzintegration mittels HVDC Light – eine nachhaltige Lösung

Die Windkraft ist heute eine der wichtigsten erneuerbaren Energiequellen. Ende 2008 betrug die weltweit installierte Leistung insgesamt rund 121 GW bei einem Offshore-Anteil von nur 1,5 GW. In den kommenden fünf Jahren wird allerdings ein Anstieg von über 1 GW pro Jahr erwartet, wovon der größte Teil auf etwa 100 in Europa geplante Offshore-Windparks entfällt. Da viele dieser Anlagen recht weit von der Küste entfernt in einer extrem rauen Umgebung entstehen, sind bei deren Konstruktion, Bau und Betrieb besondere Fertigkeiten gefragt. Mit über 20 Jahren Erfahrung in der Windenergiebranche verfügt ABB über umfassende Kenntnisse sowohl im Bereich der Windenergieanlagen als auch der Stromnetze. Auf der Basis dieses Wissens hat das Unternehmen ein detailliertes Konzept zur Anbindung eines der größten und am weitesten von der Küste entfernten Offshore-Windparks der Welt an das deutsche Stromnetz entwickelt. Zum ersten Mal kommt dabei die innovative und umweltfreundliche HVDC Light®-Technologie in einer solchen Anwendung zum Einsatz.

Dipl.-Wirtsch.-Ing. (FH) Raphael Görner  

 

 

Muffen und Endverschlüsse für Energiekabel

Kabelanlagen sind hochwertige Investitionsgüter in den Netzen der Stromversorgung. Von den Kabeln, ihren Verbindungen und ihren Endverschlüssen werden eine hohe Zuverlässigkeit und eine Lebensdauer von etwa 40 störungsfreien Betriebsjahren erwartet. Das Verbinden von Kabeln erfolgt mit Muffen, das Anschließen an Schaltanlagen oder Freileitungen mit Endverschlüssen in handwerklicher Arbeit auf der Baustelle. Die Monteure benötigen spezielles Wissen, handwerkliches Können und entsprechende Erfahrung, wobei die Anforderungen umso höher sind, je größer die elektrische Spannung des Netzes ist . Muffen und Endverschlüsse werden unter dem Begriff Garnituren zusammengefasst. Durch industrielle Vorfertigung und Vorprüfung der Garnituren wird angestrebt, die Dauer der Montage vor Ort und die Wahrscheinlichkeit von Montagefehlern zu verringern.

Die Vielfalt der Ausführungsformen der angebotenen Leiterverbinder, Muffen und Endverschlüsse ist groß. Ständig widmen sich Hersteller und Anwender der Verbesserung der Zuverlässigkeit der Garnituren. Die Entwicklung neuer Kabeltypen bedingt stets auch die Entwicklung neuer Garnituren.

1. Leiterverbinder

Der Widerstand einer Verbindungsstelle zweier Leiter (der Kontaktwiderstand) muss hinreichend klein sein. Er darf im Betrieb nicht unzulässig stark ansteigen. Die Art der Kontaktfläche und die Kontaktkraft beeinflussen den Kontaktwiderstand, der damit von der Konstruktion und von der Montage der Verbindung abhängig ist. Leiterverbindungen werden in Sechskantpresstechnik und in den letzten Jahren mehr und mehr in Schraubtechnik ausgeführt. Der Einsatz der Pressverbinder und der Schraubverbinder erfordert vom Monteur spezielle Kenntnisse.

2. Feldsteuerung

An den Enden und an den Verbindungsstellen von Kabeln wird das im Kabel vorhandene rein radial gerichtete elektrische Feld gestört. Damit dort keine unzulässig hohe Feldstärke auftritt, muss bei Mittelspannungskabeln und Hochspannungskabeln eine Feldsteuerung angewendet werden. Schon lange bekannt sind die Feldsteuerungen mit Elektrodenprofilen nach Rogowski und nach Borda. Sie werden auch als geometrisch-kapazitive Feldsteuerungen bezeichnet. Modernere Entwicklungen sind die resistive Feldsteuerung, die refraktive Feldsteuerung und die Impedanzsteuerung. Letztere wird auch unter der Bezeichnung „ZnO-Mikrovaristortechnik“ für Mittelspannungsgarnituren eingesetzt.

3. Vorgefertigte Garnituren

Noch bei Beginn der Verwendung von Kabeln mit einer Kunststoff-Isolierung Ende der sechziger Jahre des vorigen Jahrhunderts wurden Garnituren ausschließlich und vollständig auf der Baustelle in handwerklicher Arbeit aufgebaut. Heute werden die Garnituren in Fabriken vorgefertigt und vorgeprüft. Dann werden sie auf der Baustelle eingebaut.

Wie die Kabel sind auch die vorgefertigten Garnituren vorwiegend aus Kunststoff hergestellt. Für Garnituren werden die Kunststoffe EPDM (Äthylen-Propylen-Dien-Kautschuk), Silikon und ECO (Epichlorhydrin-Kautschuk) verwendet, für Übergangsmuffen zum Verbinden gleicher oder unterschiedlicher Kabel auch Flüssigsilikon. Unterschiede der auf dem Markt befindlichen Garnituren liegen u. a. in Kosten und Preis, in der Verarbeitbarkeit, in der Montagedauer, in den mechanischen Eigenschaften, in der Flammfestigkeit und in der Hydrophobie (Wasserabweisung).

Spezielle Garnituren sind Stecker, besser bezeichnet als Kabelsteckteile. Sie ermöglichen klein bauende Schaltanlagen. Man unterscheidet zwei genormte Bauformen, nämlich mit Innenkonus bzw. mit Außenkonus. Sie werden aus EPDM oder Silikon gefertigt. Bei der Konstruktion ist der Berührungsschutz besonders zu beachten.

Die Bauteile einiger vorgefertigter Garnituren werden beim Einbau lediglich auf das vorbereitete Ende des Kabels geschoben. Man spricht von Aufschiebetechnik. Andere Ausführungen werden auf die Enden des Kabels geschrumpft. Dabei verringert sich der Durchmesser der Bauteile. Zwei Verfahren sind üblich: die Warmschrumpftechnik und die Kaltschrumpftechnik.

4. Prüfung und Diagnose

Moderne Garnituren werden in der Fabrik vorgeprüft. Das geschieht in teilweise genormten Entwicklungsprüfungen, Typprüfungen und Stückprüfungen. Die im Netz eingebauten Garnituren können nur noch gemeinsam mit den angeschlossenen Kabeln geprüft werden. Dafür gibt es verschiedene schon seit langem eingeführte und auch neue Verfahren. Genannt seien die Spannungsprüfung mit unterschiedlicher Spannungsform und Frequenz, die Messung der Teilentladungen, die Messung des Verlustfaktors, die Messung der Wiederkehrspannung und die Messung des isothermen Relaxationsstromes. Diese Messungen dienen auch der Diagnose der Kabelanlage einschließlich der Garnituren.

5. Montagefehler und ihre Vermeidung

Treten Schäden an Garnituren für Starkstromkabel auf, so ist die Ursache nur in seltenen Fällen in Mängeln der Konstruktion oder der Werkstoffe zu suchen. Meist sind Fehler bei der Montage die Ursache für die Schäden, die sofort oder erst nach längerer Zeit auftreten. Möglicherweise wurden bei der Montage ungeeignete Werkstoffe für Wickelbänder verwendet, Bauteile falsch positioniert oder beschädigt, vorgegebene Maße nicht eingehalten oder generell nicht auf die notwendige Sauberkeit geachtet. Die aktuelle Montageanleitung der Garnituren ist immer zu beachten und die richtigen Werkzeuge zu verwenden.

Eine sorgfältige Schulung der Monteure ist notwendig, um Schäden zu vermeiden. Es gibt die Möglichkeit, die Monteure nach der Schulung zu prüfen, um den Erfolg der Schulung nachzuweisen. Die Monteure können dann entsprechend zertifiziert werden.

Prof. Dr.-Ing. Fred Wiznerowicz
20.01.2013

Der Unterschied in der Namensgebung ergibt sich durch die einschlägigen Produktnormen und Errichtungsbestimmungen. Als grobe Richtschnur für die Namensgebung "Kabel" oder "Leitung" kann gelten,... mehr erfahren »
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Der Unterschied in der Namensgebung ergibt sich durch die einschlägigen Produktnormen und Errichtungsbestimmungen. Als grobe Richtschnur für die Namensgebung "Kabel" oder "Leitung" kann gelten, dass nur Kabel in Erde verlegt werden dürfen.

Energiekabel sind hochwertige und langlebige Investitionsgüter. Bis zu einer Spannung von 500 kV haben die Kabel und ihr Zubehör eine große Zuverlässigkeit erreicht. Die Fortentwicklung zu leistungsstärkeren, zuverlässigeren und kostengünstigeren Kabeln hält jedoch an. Vor allem für die Übertragung großer Leistungen über große Entfernungen werden neue Übertragungsmedien entwickelt und erprobt.

Erreicht ein Kabel nicht die erwartete Lebensdauer von etwa 40 Jahren, so entstehen hohe Kosten durch das vorzeitige Auswechseln. Für den Betreiber eines Kabelnetzes ist es also wichtig, nur qualitativ hochwertige Kabel einzusetzen. Um dies zu gewährleisten, führen viele Betreiber aufwändige Kontrollen durch. Die Hersteller müssen die Durchführung aller in den Normen vorgeschriebenen Prüfungen nachweisen.


Kabelverlegung und –montage
Der größte Teil der Kosten einer Kabelanlage (bis etwa 90 %) entsteht bei der Verlegung und Montage. Das Verbinden von Kabeln erfolgt mit Muffen, das Anschließen an Schaltanlagen oder Freileitungen mit Endverschlüssen in handwerklicher Arbeit auf der Baustelle. Die Monteure benötigen spezielles Wissen, Können und entsprechende Erfahrung, wobei die Anforderungen umso höher sind, je größer die elektrische Spannung ist. Muffen und Endverschlüsse werden unter dem Begriff Garnituren zusammengefasst. Durch Vorfertigung und Vorprüfung der Garnituren wird angestrebt, die Dauer der Montage vor Ort und die Wahrscheinlichkeit von Montagefehlern zu verringern.

Die Vielfalt der Ausführungsformen der angebotenen Leiterverbinder, Muffen und Endverschlüsse ist groß. Ständig widmen sich Hersteller und Anwender der Verbesserung der Zuverlässigkeit der Garnituren.


Werkstoffe
Übliche Leiterwerkstoffe sind Kupfer und Aluminium. Häufigste Isolierstoffe sind heute Polyvinylchlorid (PVC), vernetztes Polyethylen (VPE) und für spezielle Anwendungen auch andere Kunststoffe.

Ältere Kabel mit einer Isolierung aus Papier (mit Masse oder Öl getränkt) befinden sich noch vielfach im Netz. Unter „Masse“ versteht man in der Kabeltechnik ein zähflüssiges Tränkmittel. „Öl“ dagegen ist ein dünnflüssiges Tränkmittel, das bei einer Leckage aus dem Kabel austreten und eine Verunreinigung des Erdbodens und des Grundwassers bewirken kann. Eine solche Umweltbelastung ist bei Massekabeln nicht zu befürchten.


Kabeltypen
Niederspannungskabel (bis 1 kV) werden meist mit einer PVC-Isolierung oder einer VPE-Isolierung ausgeliefert. Mittelspannungskabel (20 kV bis 30 kV) haben eine Isolierung aus VPE. Auch im Hoch- und Höchstspannungsbereich bis 500 kV wird heute VPE als Isolierstoff eingesetzt. VPE-Kabel zeichnen sich durch geringe dielektrische Verluste und geringen Aufwand bei Installation und Wartung aus.

Bei den älteren papierisolierten Kabeln für Hoch- und Höchstspannung steht die Isolierung unter Überdruck, um Teilentladungen in Hohlräumen zu vermeiden. Nach der Art der Druckmittel unterscheidet man Öl- und Gasdruckkabel.


Kabeleigenschaften

Zum Nachweis der Spannungsfestigkeit wird an jedem Kabel eine Kurzzeitprüfung durchgeführt. Das Bestehen zeigt, dass die Isolierung keine groben Fertigungsfehler besitzt. Bei Kunststoffkabeln für eine Spannung über 10 kV wird dabei auch der Nachweis erbracht, dass im Kabel keine Teilentladungen auftreten. Eine Langzeitprüfung dient dazu, den Erwartungswert für die Lebensdauer des Kabels zu ergründen. Die Langzeitprüfung wird als Typprüfung an einer großen Anzahl kurzer Kabel durchgeführt, auch fertigungsbegleitend unter Einwirkung von Wasser.

Eine wichtige Kabeleigenschaft ist die Strombelastbarkeit. Organische Isolierstoffe altern abhängig von der Temperatur. Eine Erhöhung der Betriebstemperatur um 8 K bis 10 K verkürzt die Lebensdauer etwa um die Hälfte. Aus der Erwartung einer bestimmten Lebensdauer des Kabels ergibt sich die zulässige Betriebstemperatur, die auf Erfahrung basiert.

Bisher wurden Kabelnetze in Deutschland stets nicht voll ausgelastet. Die thermisch bedingte Alterung war daher gering, die Lebensdauer entsprechend groß. Heute besteht die Absicht, Kabel stärker zu belasten, um das gebundene Kapital intensiver zu nutzen. Damit wird vielfach eine Temperaturüberwachung der Kabel, das Monitoring, notwendig.

Kabel und Freileitung
Die Entscheidung für Freileitung oder Kabel ist beim Bau elektrischer Netze wirtschaftlich und technisch von großer Bedeutung. In manchen Fällen ist die Verwendung von Kabeln zwingend vorgegeben, vor allem in Ballungsgebieten oder bei der Querung von Seen und Meeren. Andererseits gibt es Fälle, bei denen aus technischen Gründen nur Freileitungen in Frage kommen, beispielsweise bei größeren Entfernungen. In anderen Fällen muss zwischen Kabel und Freileitung gewählt werden.

Die maximal mögliche Länge von Kabeln wird meist durch den Ladestrom begrenzt. Bei 110-kV-Kabeln erreicht der Ladestrom bereits bei einer Länge von etwa 50 bis 80 km die thermisch zulässige Stromstärke. Ein Kabel mit dieser Länge kann ohne zusätzliche Kompensationseinrichtungen keine Wirkleistung übertragen.

Kabelstrecken im Zuge von Freileitungen sind besondere Schwachstellen. Sie setzen die Zuverlässigkeit des Netzes herab. An den Übergangsstellen müssen Endverschlüsse montiert werden. Bei Schaltvorgängen und Blitzeinschlägen können dort wegen der unterschiedlichen Wellenwiderstände Reflexionen und schädliche Überspannungen entstehen.


Neue Übertragungsmedien
Hochspannungs-Gleichstromkabel dienen dazu, elektrische Energie über große Entfernung zu transportieren. Dafür stehen seit kurzer Zeit auch Kabel mit einer VPE-Isolierung zur Verfügung.

Für eine Drehstromübertragung mit großer Leistung eignen sich gasisolierte Leitungen (GIL). Sie werden wie Rohrleitungen für Gas oder Öl aus vorgefertigten, vor Ort miteinander verschweißten Rohrstücken in Freiluft, im Tunnel oder direkt im Erdboden verlegt. Als Isoliergas wird ein unter Druck stehendes Gemisch aus SF6 (Schwefelhexafluorid) und N2 (Stickstoff) verwendet, wobei der SF6-Anteil aus Umweltgründen kleiner als 20 % ist.

Supraleitende Kabel werden mit Hochtemperatur-Supraleitern projektiert. Sie müssen dauernd auf ihrer gesamten Länge auf etwa –170 °C gekühlt werden. Diese Kabel haben nur eine sehr kleine Verlustleistung. Supraleiterkabel werden für Städte und Industrie interessant, wenn man die übertragbare Leistung steigern will, ohne dabei die Spannung zu erhöhen.

Quelle: Prof. Dr.-Ing. Fred Wiznerowicz, Hannover

Netzintegration mittels HVDC Light – eine nachhaltige Lösung

Die Windkraft ist heute eine der wichtigsten erneuerbaren Energiequellen. Ende 2008 betrug die weltweit installierte Leistung insgesamt rund 121 GW bei einem Offshore-Anteil von nur 1,5 GW. In den kommenden fünf Jahren wird allerdings ein Anstieg von über 1 GW pro Jahr erwartet, wovon der größte Teil auf etwa 100 in Europa geplante Offshore-Windparks entfällt. Da viele dieser Anlagen recht weit von der Küste entfernt in einer extrem rauen Umgebung entstehen, sind bei deren Konstruktion, Bau und Betrieb besondere Fertigkeiten gefragt. Mit über 20 Jahren Erfahrung in der Windenergiebranche verfügt ABB über umfassende Kenntnisse sowohl im Bereich der Windenergieanlagen als auch der Stromnetze. Auf der Basis dieses Wissens hat das Unternehmen ein detailliertes Konzept zur Anbindung eines der größten und am weitesten von der Küste entfernten Offshore-Windparks der Welt an das deutsche Stromnetz entwickelt. Zum ersten Mal kommt dabei die innovative und umweltfreundliche HVDC Light®-Technologie in einer solchen Anwendung zum Einsatz.

Dipl.-Wirtsch.-Ing. (FH) Raphael Görner  

 

 

Muffen und Endverschlüsse für Energiekabel

Kabelanlagen sind hochwertige Investitionsgüter in den Netzen der Stromversorgung. Von den Kabeln, ihren Verbindungen und ihren Endverschlüssen werden eine hohe Zuverlässigkeit und eine Lebensdauer von etwa 40 störungsfreien Betriebsjahren erwartet. Das Verbinden von Kabeln erfolgt mit Muffen, das Anschließen an Schaltanlagen oder Freileitungen mit Endverschlüssen in handwerklicher Arbeit auf der Baustelle. Die Monteure benötigen spezielles Wissen, handwerkliches Können und entsprechende Erfahrung, wobei die Anforderungen umso höher sind, je größer die elektrische Spannung des Netzes ist . Muffen und Endverschlüsse werden unter dem Begriff Garnituren zusammengefasst. Durch industrielle Vorfertigung und Vorprüfung der Garnituren wird angestrebt, die Dauer der Montage vor Ort und die Wahrscheinlichkeit von Montagefehlern zu verringern.

Die Vielfalt der Ausführungsformen der angebotenen Leiterverbinder, Muffen und Endverschlüsse ist groß. Ständig widmen sich Hersteller und Anwender der Verbesserung der Zuverlässigkeit der Garnituren. Die Entwicklung neuer Kabeltypen bedingt stets auch die Entwicklung neuer Garnituren.

1. Leiterverbinder

Der Widerstand einer Verbindungsstelle zweier Leiter (der Kontaktwiderstand) muss hinreichend klein sein. Er darf im Betrieb nicht unzulässig stark ansteigen. Die Art der Kontaktfläche und die Kontaktkraft beeinflussen den Kontaktwiderstand, der damit von der Konstruktion und von der Montage der Verbindung abhängig ist. Leiterverbindungen werden in Sechskantpresstechnik und in den letzten Jahren mehr und mehr in Schraubtechnik ausgeführt. Der Einsatz der Pressverbinder und der Schraubverbinder erfordert vom Monteur spezielle Kenntnisse.

2. Feldsteuerung

An den Enden und an den Verbindungsstellen von Kabeln wird das im Kabel vorhandene rein radial gerichtete elektrische Feld gestört. Damit dort keine unzulässig hohe Feldstärke auftritt, muss bei Mittelspannungskabeln und Hochspannungskabeln eine Feldsteuerung angewendet werden. Schon lange bekannt sind die Feldsteuerungen mit Elektrodenprofilen nach Rogowski und nach Borda. Sie werden auch als geometrisch-kapazitive Feldsteuerungen bezeichnet. Modernere Entwicklungen sind die resistive Feldsteuerung, die refraktive Feldsteuerung und die Impedanzsteuerung. Letztere wird auch unter der Bezeichnung „ZnO-Mikrovaristortechnik“ für Mittelspannungsgarnituren eingesetzt.

3. Vorgefertigte Garnituren

Noch bei Beginn der Verwendung von Kabeln mit einer Kunststoff-Isolierung Ende der sechziger Jahre des vorigen Jahrhunderts wurden Garnituren ausschließlich und vollständig auf der Baustelle in handwerklicher Arbeit aufgebaut. Heute werden die Garnituren in Fabriken vorgefertigt und vorgeprüft. Dann werden sie auf der Baustelle eingebaut.

Wie die Kabel sind auch die vorgefertigten Garnituren vorwiegend aus Kunststoff hergestellt. Für Garnituren werden die Kunststoffe EPDM (Äthylen-Propylen-Dien-Kautschuk), Silikon und ECO (Epichlorhydrin-Kautschuk) verwendet, für Übergangsmuffen zum Verbinden gleicher oder unterschiedlicher Kabel auch Flüssigsilikon. Unterschiede der auf dem Markt befindlichen Garnituren liegen u. a. in Kosten und Preis, in der Verarbeitbarkeit, in der Montagedauer, in den mechanischen Eigenschaften, in der Flammfestigkeit und in der Hydrophobie (Wasserabweisung).

Spezielle Garnituren sind Stecker, besser bezeichnet als Kabelsteckteile. Sie ermöglichen klein bauende Schaltanlagen. Man unterscheidet zwei genormte Bauformen, nämlich mit Innenkonus bzw. mit Außenkonus. Sie werden aus EPDM oder Silikon gefertigt. Bei der Konstruktion ist der Berührungsschutz besonders zu beachten.

Die Bauteile einiger vorgefertigter Garnituren werden beim Einbau lediglich auf das vorbereitete Ende des Kabels geschoben. Man spricht von Aufschiebetechnik. Andere Ausführungen werden auf die Enden des Kabels geschrumpft. Dabei verringert sich der Durchmesser der Bauteile. Zwei Verfahren sind üblich: die Warmschrumpftechnik und die Kaltschrumpftechnik.

4. Prüfung und Diagnose

Moderne Garnituren werden in der Fabrik vorgeprüft. Das geschieht in teilweise genormten Entwicklungsprüfungen, Typprüfungen und Stückprüfungen. Die im Netz eingebauten Garnituren können nur noch gemeinsam mit den angeschlossenen Kabeln geprüft werden. Dafür gibt es verschiedene schon seit langem eingeführte und auch neue Verfahren. Genannt seien die Spannungsprüfung mit unterschiedlicher Spannungsform und Frequenz, die Messung der Teilentladungen, die Messung des Verlustfaktors, die Messung der Wiederkehrspannung und die Messung des isothermen Relaxationsstromes. Diese Messungen dienen auch der Diagnose der Kabelanlage einschließlich der Garnituren.

5. Montagefehler und ihre Vermeidung

Treten Schäden an Garnituren für Starkstromkabel auf, so ist die Ursache nur in seltenen Fällen in Mängeln der Konstruktion oder der Werkstoffe zu suchen. Meist sind Fehler bei der Montage die Ursache für die Schäden, die sofort oder erst nach längerer Zeit auftreten. Möglicherweise wurden bei der Montage ungeeignete Werkstoffe für Wickelbänder verwendet, Bauteile falsch positioniert oder beschädigt, vorgegebene Maße nicht eingehalten oder generell nicht auf die notwendige Sauberkeit geachtet. Die aktuelle Montageanleitung der Garnituren ist immer zu beachten und die richtigen Werkzeuge zu verwenden.

Eine sorgfältige Schulung der Monteure ist notwendig, um Schäden zu vermeiden. Es gibt die Möglichkeit, die Monteure nach der Schulung zu prüfen, um den Erfolg der Schulung nachzuweisen. Die Monteure können dann entsprechend zertifiziert werden.

Prof. Dr.-Ing. Fred Wiznerowicz
20.01.2013

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