Trends in HS-Kabelsystemen. Dr. Ruben Vogelsang Brugg Cables. A company of the BRUGG Group

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1 Trends in HS-Kabelsystemen Dr. Ruben Vogelsang Brugg Cables

2 Inhalt Einleitung Trends am Markt Antwort der Hersteller auf die Trends im Detail Abschlussgedanken 2

3 Was uns am Kabelmarkt erwarten mag Source: CIGRE

4 Inhalt Einleitung Trends am Markt Antwort der Hersteller auf die Trends im Detail Abschlussgedanken 4

5 Trends am HS-Kabelmarkt Weltweite Trends Höherer Verkabelungsgrad Stärkeres Kostenbewusstsein der Kunden Mehr Kabel- (und teilweise Zubehör-) hersteller am Markt Sicherheits- und Umweltfragen nehmen zu Nachfrage nach grösserer Übertragungskapazität Steigender Einsatz von Monitoring- und Diagnosemitteln Die Antworten aus der Kabelindustrie sind Zunehmender Einsatz von Aluminium Grössere Querschnitte, einzeldrahtisolierte Leiter Modularer Aufbau (der Garnituren) Spezielle Sicherheitskonstruktionen Mess- und Monitoringtechniken werden vermehrt eingesetzt Verstärkte Ausbildung und Schulung bei (Kabel-)lieferanten 5

6 Inhalt Einleitung Trends am Markt Antwort der Hersteller auf die Trends im Detail Abschlussgedanken 6

7 Vermehrter Einsatz von Aluminium Vermehrter Einsatz von Aluminium als Leitermaterial Vermehrter Einsatz von Aluminium als Aussenleitermaterial Gleicher Widerstand im Querschnitt: 1mm 2 Cu 1,58mm 2 Al Gewicht: 1kg Cu 0,48kg Al Vorteile Kosten geringer Gewicht geringer Nachteile Höherer Querschnitt benötigt Montage der Garnituren ist (etwas) schwieriger 7

8 Skin Effekt Selbstinduktion durch den Leiterstrom führt zur grösseren Stromdichte am äusseren Rand des Leiters --> Skin Effekt " = 1 # * f * µ * $ δ = Eindringtiefe des Stroms f = Frequenz ρ = Leitfähigkeit des Materials δ für Kupferleiter ist die Eindringtiefe: 50 Hz = 9.38 mm 60 Hz = 8.57 mm 1 khz = 2.10 mm 10 khz = 0.66 mm 100 khz = 0.21 mm 1 MHz = mm 1 GHz = mm 8 Stromdichte dc r 50 Hz 0 Radius r

9 Einzeldrahtisolierte Leiter Produktbereich Alle Segmentleiter 1200mm mm 2 Vorteile Reduktion der Verluste des Skin Effektes In vielen Fällen kostengünstiger als höherer Querschnitt Nachteile Höhere Produktionskosten Erhöhter Aufwand bei Montage der Garnituren 9

10 Strombelastbarkeit und Produktkosten Kabel in Luft bei 45 C Umgebungstemperatur Cost Kosten/Stromeinheit per Current Current Stromsteigerung increase Cost Kostensteigerungen increase EN EN EN Cable type Kabeltyp EN Cost increase Current increase Cost per Current Ratio 10

11 Verschiedenartiger Einsatz von Muffen Unterschiedliche Verlegearten / Philosophien und Kostendruck bringen unterschiedliche Konstruktionen der Muffen hervor Muffen in einem Betontunnel in Österreich Muffen direkt in Sand verlegt in Abu Dhabi Muffen auf einem Fundament in Saudi Arabien 11

12 Aufbau einer Muffe für Polymerkabel Polymerkabel Feuchtigkeitssperre Leiterverbinder Mechanischer Schutz Deflektor Mittelelektrode Aufschiebeelement 12

13 Modularer Aufbau der Muffen BUSINESS UNIT HIGH VOLTAGE ACCESSORIES Gleiches Innenleben, unterschiedlicher äusserer Aufbau 13

14 Explosionsfester Endverschluss Anforderung Bei KS im EV, kein Teil > 3m um den EV verteilt Umsetzung Basierend auf Standard-EV Überdruckventile in Kopfarmatur und Bodenplatte, wo Gase gezielt entweichen können Verstärkungen am Isolator 14

15 BUSINESS UNIT HIGH VOLTAGE ACCESSORIES Anwendung explosionsfester EV Vorteil Schutz von Personal und Betriebsmittel Nachteil Verstärkter Aufbau notwendig Produktkosten sind höher Explosionsfester EV 15 Klassischer EV

16 Trockener und konventioneller GIS-EV Endverschluss: Konventionell Trockener steckbarer Isolation: Silikongummi & Öl oder SF6 Silikongummi Gewicht: Mittel Gering Grösse: Mittel Klein Zusätzliche GIS-Arbeit vor Ort: Ja (Haupt-Nachteil) Nein (Haupt-Vorteil) Toleranz zu Kabelgrösse: Grosse Toleranz Kleine Toleranz mm (Haupt-Vorteil) ± 1.5 mm (Haupt-Nachteil) Installierbarkeit: Gut Gut sehr gut Erfahrungen: >30 Jahre >10 Jahre Trend in Anwendung: Rückläufig Zunehmend 16

17 Normung nach IEC In Norm definiert Design von Hersteller Isolator und steckbarer Teil müssen vom gleichen Hersteller sein! 17

18 Problematik des magnetischen Feldes Jeder stromdurchflossene Leiter verursacht Magnetfeld Grenzwerte sind unterschiedlich 100 µt (internationale Empfehlung) 10 µt 1 µt 0.2 µt Abschirmung möglich Kabelverlegearten Abschirmung der Trasse 18

19 Reduktion des Magnetfeldes durch Anordnung Verlegetiefe Belastbarkeit! Dreiecksverlegung Belastbarkeit! Phasenabstand Belastbarkeit! 2-Systemverlegung Kosten! 19

20 Reduktion des Magnetfeldes mit Abschirmung Abschirmplatte Kaum Effekt! Abschirmbox Kostenintensiv! Beispiel von Magnetfeldverteilung bei Kabelverlegung ohne (links) und mit (rechts) Abschirmbox (Bilder: CFW) 20

21 Teilentladungsmessungen Inbetriebnahmetests sind sehr zuverlässig, aber (natürlich) nicht 100% Sehr gute TE-Messung kann Fehler vor dem Durchschlag erkennen Bei 24 U 0 Tests kann TE- Messung Fehler erkennen, der bei Test nicht zum DS führt Vorteile (Leicht) bessere Fehlererkennung Nachteile Aufwand & Kosten Interpretation der TE 21

22 Grundgedanken zur UHF Messung TE-Signal im Zeit- und Frequenzbereich messbar (f=1/s) TE-Signal wird bei Ausbreitung gedämpft Bei hohen Messfrequenzen wird nur Signal aus der Nähe erkannt x = f ( Frequenz) Entfernte TE-Quelle: Dämpfung TE-Messbereich XLPE-Kabel Endverschluss UHF-Sensor Filter und Detektor TE-Mess- und Monitoringsystem 22

23 Beispiele der UHF Messung Vorteil Kann nachträglich installiert werden Klein, kompakt und preiswert Muss nicht in den EV installiert sein Messung ohne äussere Störungen Nachteil Messung des EV, nicht des Kabels Fachmann muss richtige f auswählen 23

24 Induktive Sensoren im X-bonding Kasten Jede TE ist elektromagnetisches Signal, welches sich auch über Erdleiter ausbreitet Vorteil Nachteil Einfache Messmethode Kann nachträglich installiert werden Kein Eingriff in Muffe notwendig 3 Muffen mit 1 Sensor messbar Bei TE, Unterscheidung der Phasen durch 2. Messung notwendig 24

25 Das beste Kabel-Monitoringsystem Eigentlich brauchen wir das! 25

26 Verstärkter Bedarf an Schulung und Ausbildung Unterschiedliche Kabel- und Garniturenkonstruktionen brauchen mehr Beratung Teilweise zu starker (Ingenieurs-) Personalabbau bei den EW s Trend zum outsourcing von Wissen an Zulieferer Trend zu Eigenmontage / Montage von Drittfirmen 26

27 Inhalt Einleitung Trends am Markt Antwort der Hersteller auf die Trends Abschlussgedanken 27

28 Abschlussgedanken Einsatz von Aluminium Stand Technik Trend Einzeldrahtisolierte Leiter Modulare Garnituren (Muffen) Explosionsfeste EV Trockene steckbare (GIS) EV Reduktion des Magnetfeldes TE Mess- und Monitoringtechnik Vermehrt Schulungen und Ausbildungen Gleichspannungstechnik 28

29 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 29